CN113340983A - 电梯钢丝绳漏磁遥感监测云平台系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电梯钢丝绳漏磁遥感监测云平台系统，包括钢丝绳探伤传感器，钢丝绳探伤传感器包括励磁器和聚磁器，励磁器用于将电梯钢丝绳沿轴向磁化；聚磁器包括两个平行正对的聚磁环，聚磁环的内径大于电梯钢丝绳的直径，聚磁环由多个圆弧形的聚磁板周向拼接而成，聚磁板为软磁材料，两个聚磁环之间沿聚磁环的周向均布有多个霍尔元件，霍尔元件的两端分别与两个聚磁环相连。本发明中，聚磁器聚集并引导电梯钢丝绳的表面漏磁场通过霍尔元件，使检测灵敏度提高，且聚磁器不仅能够扩大霍尔元件沿周向的检测范围，减少霍尔元件的用量，还能均化表面漏磁场和消除股间漏磁场，避免股间漏磁场干扰检测，使检测具有更高的信噪比，使检测的准确度更高。

Description

电梯钢丝绳漏磁遥感监测云平台系统

技术领域

本发明属于电梯监测的技术领域，具体涉及电梯钢丝绳漏磁遥感监测云平台系统。

背景技术

电梯钢丝绳作为电梯运行中曳引电梯轿厢的重要组成部分，它的健康状况与使用者的人身安全有着紧密联系，所以保证钢丝绳的健康是降低电梯事故的重要方式；电梯钢丝绳一般是由许多根高强度钢丝绕在一起形成绳股，再由数条绳股围绕一个绳芯编绕而成；在电梯的运行过程中，电梯钢丝绳因受到弯曲、拉伸、扭转等力学作用而产生疲劳，不仅会导致大量断丝、断股，甚至会瞬间形成整绳断裂，尤其是当断裂钢丝达到一定数量时就有可能引起断绳事故；电梯钢丝绳的断丝缺陷给电梯的安全运行带来了极大的隐患，需要对经常对电梯钢丝绳进行检测，以了解电梯钢丝绳的状态，当电梯钢丝绳的断裂钢丝达到一定数量时，应及时停机维护并更换电梯钢丝绳，以避免安全事故的发生。

电梯钢丝绳的断丝缺陷检测分为有源检测和无源检测两大类，目前，无源检测所使用电梯钢丝绳漏磁检测传感器的基础结构如下：在电梯钢丝绳外设置一个U型磁铁作为励磁器，U型磁铁的两极均朝向且紧靠电梯钢丝绳，将电梯钢丝绳沿轴向磁化，使U型磁铁和U型磁铁两极之间的电梯钢丝绳形成环形磁场，电梯钢丝绳外还设置霍尔元件，且霍尔元件位于U型磁铁的两极之间；在电梯钢丝绳轴向运动的过程中，当U型磁铁的两极之间的电梯钢丝绳存在断丝时，断丝处会产生向外扩散的断丝漏磁场，断丝漏磁场通过霍尔元件后产生电流，通过与霍尔元件相连的后续设备对该电流进行检测和分析，进而实现对电梯钢丝绳的断丝缺陷检测。

电梯钢丝绳的断丝缺陷可能出现在电梯钢丝绳周向任一位置，而单个霍尔元件的检测范围不足，容易导致检测的灵敏度和准确度较差；为使检测范围能完整覆盖电梯钢丝绳的周向，申请人尝试将多个霍尔元件沿电梯钢丝绳的周向紧密排列，以避免漏检状况的发生，需要布置的霍尔元件的数量N=πD/L,其中，D为霍尔元件排列的环形直径，L为霍尔元件检测范围，但在电梯钢丝绳的周向直接安装霍尔元件，需要的霍尔元件的个数较多且安装复杂；中国专利CN201110323423.3 一种钢丝绳断丝检测仪也有所涉及，该断丝检测仪中通过在电梯钢丝绳上套设环形的霍尔元件，以使检测范围周向覆盖电梯钢丝绳，但其使用霍尔元件为环形，与常规的霍尔元件不同，不仅需要单独定制，而且安装和更换也较为麻烦。

同时，电梯钢丝绳的无源检测与棒类、管类、板类等铁磁性材料的裂纹检测不同，由于电梯钢丝绳通常由直径相同的多根钢丝或直径不同的多种规格的钢丝组成，表面往往凹凸不平，内部又存在着空气隙，不是铁磁性材料的连续体；因此，当电梯钢丝绳被磁化后，其表面漏磁场中，不仅有断丝产生的断丝漏磁场，还有因电梯钢丝绳固有结构产生的股间漏磁场，而目前的无源检测结构中缺乏对股间漏磁场的处理，而股间漏磁场对断丝缺陷检测存在较强的干扰，也容易导致检测的灵敏度和准确度较差。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供电梯钢丝绳漏磁遥感监测云平台系统，避免因检测范围不足和股间漏磁场的干扰，而导致检测的灵敏度和准确度较差的问题，取得检测灵敏度和准确度高的效果。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

电梯钢丝绳漏磁遥感监测云平台系统，包括检测单元，所述检测单元包括钢丝绳探伤传感器，所述钢丝绳探伤传感器包括聚磁器，所述励磁器用于将电梯钢丝绳沿轴向磁化；

所述聚磁器包括两个平行正对的聚磁环，所述聚磁环的内径大于电梯钢丝绳的直径，聚磁环由多个圆弧形的聚磁板周向拼接而成，所述聚磁板为软磁材料；

两个聚磁环之间沿聚磁环的周向均布有多个霍尔元件，所述霍尔元件的两端分别与两个聚磁环相连。

本发明在使用时，可绕电梯钢丝绳将多个聚磁板拼接在一起形成聚磁环，使聚磁环套设在电梯钢丝绳上，多个霍尔元件沿电梯钢丝绳的周向均布，励磁器将电梯钢丝绳沿轴向磁化后，由于将聚磁环采用软磁材料，如工业纯铁和坡莫合金等，断丝处的漏磁场被聚磁器聚集均化后通过霍尔元件后产生电流，再通过与霍尔元件相连的后续设备对该电流进行检测和分析，进而实现对电梯钢丝绳的断丝缺陷检测；本发明中，采用聚磁器收集电梯钢丝绳的表面漏磁场，将表面漏磁场聚集到工作气隙中，引导表面漏磁场通过霍尔元件，从而起到提高检测灵敏度的作用；聚磁器不仅能够扩大霍尔元件沿周向的检测范围，减少霍尔元件的数量，便于安装和维护，还能起到均化表面漏磁场、消除股间漏磁场的作用，避免股间漏磁场对检测造成干扰，使检测具有更高的信噪比，从而使检测的准确度更高。

进一步地，所述励磁器包括U型衔铁，所述聚磁器位于U型衔铁的两端之间，U型衔铁的两端均连接有永磁体且垂直朝向聚磁环的轴线，两个永磁体的自由端的极性相反，所述永磁体的材质为铷铁硼。

这样，励磁器采用U型衔铁和永磁体组合的方式，相比与采用全磁的U型磁铁，成本更低，对钢丝绳探伤传感器内部的其余组件的影响也更小，便于将聚磁器对应位置的部分电梯钢丝绳磁化，且永磁体采用目前市面上导磁性能最好的铷铁硼，可提高断丝处产生的断丝漏磁场，从而提高检测的灵敏度。

可选地，所述钢丝绳探伤传感器中聚磁器的数量为多个，多个聚磁器沿聚磁环的轴向间隔设置。

这样，当多个聚磁器通过电梯钢丝绳的同一断丝位置时，形成多个电流信号，在后续设备中预设程序，通过后续设备对多个电流信号进行均值计算后作为最终检测值，以提高检测的准确度；当某个电流信号与其余电流信号存在较大差异时，将其剔除，不纳入均值计算，后续设备还可通过其余设备提醒电梯管理人员，钢丝绳探伤传感器中的部分霍尔元件已损坏，方便及时更换以保证钢丝绳探伤传感器的正常运行。

进一步地，所述聚磁环朝向霍尔元件的一侧具有多个凸台，所述多个凸台沿聚磁环的周向均匀分布，且多个凸台与所述多个霍尔元件一一对应，霍尔元件的两端分别与对应的两个凸台连接。

这样，两个聚磁环之间的单个霍尔元件与对应的两个凸台形成一个柱状结构，不仅可有效对聚磁环收集的表面漏磁场形成引导，使表面漏磁场尽数或绝大部分通过霍尔元件，进一步提高检测的准确度和灵敏度；同时，所述柱状结构的存在，代替了聚磁环侧面之间与霍尔元件抵接相连或霍尔元件与聚磁环间隔设置的形式，在不影响表面漏磁场通过霍尔元件的情况下，两个聚磁环的间距可增大，以避免因两个聚磁环间距过小，聚磁器无法将电梯钢丝绳的断丝处完全包围，而导致检测出错或失效的情况。

优选地，聚磁环由两个圆弧形的聚磁板周向拼接而成。

这样，聚磁环的整体性更好，对表面漏磁场的聚集效果更好，且便于制造，同时在装配或安装时，拼接形成聚磁环更加简单。

优选地，两个聚磁环之间的霍尔元件数量为四个。

这样，在一个聚磁板上两个凸台的集磁效率更好，所以在两个聚磁环之间对应设置四个霍尔元件，每个霍尔元件在电梯钢丝绳的周向位置相差90°。

进一步地，所述检测单元还包括信号采集装置，所述信号采集装置与钢丝绳探伤传感器电连接，所述信号采集装置与钢丝绳探伤传感器之间还设有数据处理电路。

这样，钢丝绳探伤传感器检测到的信号通过数据处理电路处理之后传递至信号采集装置，方便对信号进行进一步分析、处理或传递。

进一步地，所述数据处理电路包括多路加法电路，所述多路加法电路用于将多个霍尔元件的信号叠加处理后传递至信号采集装置。

这样，将多个霍尔元件的信号叠加处理，以表示电梯钢丝绳完整的周向漏磁场情况，方便信号采集装置进行后续处理。

进一步地，所述数据处理电路还包括调零电路，所述调零电路位于多路加法电路与信号采集装置之间，所述调零电路为减法运算电路，用于对多路加法电路叠加处理后的信号进行调零处理。

这样，由于钢丝绳探伤传感器中有多个霍尔元件，多个霍尔元件的信号被上述多路加法电路叠加处理成一路信号，以便于后续处理，但一般霍尔传感器的静态输出电压都远大于霍尔元件检测的信号，对其放大处理后易使运算放大器输出饱和，因此需要将其调零处理后方能使用。

进一步地，所述电梯钢丝绳漏磁遥感监测云平台系统还包括中央控制器、云数据库、用户端和可视化监控器；

所述中央控制器与检测单元电连接，中央控制器与所述云数据库无限传输连接，所述用户端和可视化监控器均与云数据库网络连接。

这样，检测单元将检测数据传递至中央控制器，而中央控制器通过无线传输方式与云数据库连接，并将检测数据传至云数据库，其中，用户端可以是安装在电梯管理人员手机上的APP，可视化监控器可以是安装在电梯监控室的显示器，便于电梯管理人员实时查看检测数据，其它设备也可利用网络对云数据库进行Web数据传输或存储。

进一步地，所述检测单元的数量为多个，多个检测单元可与多部电梯一一对应，中央控制器分别与多个检测单元电连接。

这样，一个中央控制器同时与多个检测单元连接，方便小区或商场等情况下对多部电梯进行管理。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明中，聚磁器收集并引导电梯钢丝绳的表面漏磁场通过霍尔元件，起到提高检测灵敏度的作用；聚磁器不仅能够扩大霍尔元件沿周向的检测范围，减少霍尔元件的数量，还能起到均化表面漏磁场、消除股间漏磁场的作用，避免股间漏磁场对检测造成干扰，使检测具有更高的信噪比，从而使检测的准确度更高。

2、本发明中，钢丝绳探伤传感器有多个聚磁器，将多个聚磁器中霍尔元件的信号进行均值计算后作为最终检测值，以提高检测的准确度。

3、本发明中，两个聚磁环之间的单个霍尔元件与对应的两个凸台形成一个柱状结构，使检测的准确度和灵敏度进一步提高；同时，两个聚磁环的间距可增大，以避免因两个聚磁环间距过小，聚磁器无法将电梯钢丝绳的断丝处完全包围，而导致检测出错或失效的情况。

4、本发明中，通过设置中央控制器和云数据库，使各种终端通过网络能够快速有效的将 检测结果反馈给电梯管理人员，便于电梯管理人员对电梯的状态进行实时监控。

附图说明

图1为实施例所述电梯钢丝绳漏磁遥感监测云平台系统各组件的连接框图；

图2为实施例中所述信号采集装置与钢丝绳探伤传感器的连接示意图；

图3为实施例中所述励磁器、聚磁器和电梯钢丝绳的位置及磁场关系图；

图4为实施例中所述聚磁器的结构示意图；

图5为图1中A-A的截面示意图；

图6为实施例中所述聚磁器与电梯钢丝绳的位置关系示意图；

图7为图3中B-B的截面示意图；

图8为实施例中所述聚磁器的聚磁效果示意图；

图9为实施例中所述多路加法电路的示意图；

图10为实施例中所述调零电路的示意图；

其中，励磁器1，U型衔铁11，永磁体12，聚磁器2，聚磁环21，聚磁板211，凸台212，霍尔元件22，电梯钢丝绳3。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

实施例：

请参见图1，电梯钢丝绳漏磁遥感监测云平台系统，包括云数据库、中央控制器和多个检测单元，多个检测单元与多部电梯一一对应，所述中央控制器分别与多个检测单元电连接，用于收集多个检测单元的检测数据以及控制检测单元工作，所述云数据库与中央控制器无线传输连接，用于存储来自中央控制器的检测数据，同时，多种终端可通过网络与云数据库连接，以实现对检测数据的实时查询，如用户端和可视化监控器，用户端可以是安装在手机上的APP，可视化监控器可以是安装在电梯监控室内的显示器，便于电梯管理人员实时查看检测数据，其它设备也可利用网络对云数据库进行Web数据传输或存储。

请参见图2，所述检测单元包括钢丝绳探伤传感器和信号采集装置，且钢丝绳探伤传感器通过数据处理电路与信号采集装置连接，所述数据处理电路用于对钢丝绳探伤传感器传出的信号进行初步处理，便于信号采集装置对信号进行进一步处理和分析。

请参见图3，所述钢丝绳探伤传感器包括励磁器1和聚磁器2，所述励磁器1用于将电梯钢丝绳3沿轴向磁化，励磁器1包括U型衔铁11，U型衔铁11的两端均连接有永磁体12，两个永磁体12的自由端的极性相反，所述永磁体12的材质为铷铁硼。

请参见图4和图5，所述聚磁器2包括两个平行正对的聚磁环21，所述聚磁环21的内径大于电梯钢丝绳3的直径，聚磁环21由两个半圆弧形的聚磁板211周向拼接而成，所述聚磁板211为软磁材料，如工业纯铁和坡莫合金等。

两个聚磁环21之间沿聚磁环21的周向均布有四个霍尔元件22，所述聚磁环21朝向霍尔元件22的一侧具有四个凸台212，所述四个凸台212沿聚磁环21的周向均匀分布，且四个凸台212与所述四个霍尔元件22一一对应，霍尔元件22的两端分别与对应的两个凸台212连接。本实施例使用的霍尔元件22为A1301连续型比例式线性霍尔效应传感器，灵敏度为2.5mV/G，周向检测范围9mm。

所述励磁器1、聚磁器2与电梯钢丝绳3之间的位置关系，请参见图3、图6和图7所示；其中，U型衔铁11位于电梯钢丝绳3外侧，U型衔铁11的两端的永磁体12垂直朝向电梯钢丝绳3的轴线，所述聚磁器2位于U型衔铁11的两端之间，聚磁环21套设在电梯钢丝绳3上。

所述聚磁器2对电梯钢丝绳3的表面漏磁场的聚集效果，请参见图8所示。

其中，由于钢丝绳探伤传感器共用到了四个霍尔元件22，在信号采集装置对信号定量识别前，需要将多路霍尔元件22输出的信号整合为一路，以便于后续处理，所以数据处理电路包括多路加法电路。

请参见图9，所述多路加法电路用于将钢丝绳探伤传感器中的多个霍尔元件22的信号叠加处理，然后输出一个可表示电梯钢丝绳3完整的周向漏磁场情况的信号，其中U₁、U₂、U₃和U₄分别连接四个霍尔元件22的输出端，U_a为所述多路加法电路的输出端。

其中，由于本实施例采用的A1301霍尔传感器具有2.4-2.6V的静态输出电压，该电压远大于霍尔元件22输出的信号，对其放大处理后易使运算放大器输出饱和，因此需要将其调零处理后方能使用，所以数据处理电路还包括调零电路。

请参见图10，所述调零电路为减法运算电路，用于对多路加法电路叠加处理后的信号进行调零处理，其中，U_a为所述调零电路的输入端，与所述多路加法电路的输出端连接，U₀为所述调零电路的输出端，与所述信号采集装置连接。

且令Rf/R1=R3/R2，则输出电压U₀的大小为：

通过上述公式，合理选择调零电路里的电阻大小能够达到调零的目的，同时还能对信号起到一级放大的作用。

本发明中，通过励磁器将电梯钢丝绳沿轴向磁化，一旦其表面或内部存在断丝，其将会产生向外扩散的断丝漏磁场，聚磁器用于聚集和均化断丝漏磁场，并消除股间漏磁场，引导断丝漏磁场通过霍尔元件，从而提高检测的灵敏度和准确度；同时通过中央控制器和云数据库，实现无线网络技术与电梯钢丝绳检测的融合，紧跟物联网的发展趋势，能够快速有效的将检测结果反馈给电梯管理人员或使用人员，将智能手机或平板电脑作为终端具有较好的发展前景。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.电梯钢丝绳漏磁遥感监测云平台系统，其特征在于：包括检测单元，所述检测单元包括钢丝绳探伤传感器，所述钢丝绳探伤传感器包括励磁器和聚磁器，所述励磁器用于将电梯钢丝绳沿轴向磁化；

所述聚磁器包括两个平行正对的聚磁环，所述聚磁环的内径大于电梯钢丝绳的直径，聚磁环由多个圆弧形的聚磁板周向拼接而成，所述聚磁板为软磁材料；

两个聚磁环之间沿聚磁环的周向均布有多个霍尔元件，所述霍尔元件的两端分别与两个聚磁环相连。

2.根据权利要求1所述电梯钢丝绳漏磁遥感监测云平台系统，其特征在于：所述励磁器包括U型衔铁，所述聚磁器位于U型衔铁的两端之间，U型衔铁的两端均连接有永磁体且垂直朝向聚磁环的轴线，两个永磁体的自由端的极性相反，所述永磁体的材质为铷铁硼。

3.根据权利要求2所述电梯钢丝绳漏磁遥感监测云平台系统，其特征在于：所述聚磁环朝向霍尔元件的一侧具有多个凸台，所述多个凸台沿聚磁环的周向均匀分布，且多个凸台与所述多个霍尔元件一一对应，霍尔元件的两端分别与对应的两个凸台连接。

4.根据权利要求3所述电梯钢丝绳漏磁遥感监测云平台系统，其特征在于：聚磁环由两个圆弧形的聚磁板周向拼接而成。

5.根据权利要求4所述电梯钢丝绳漏磁遥感监测云平台系统，其特征在于：两个聚磁环之间的霍尔元件的数量为四个。

6.根据权利要求1所述电梯钢丝绳漏磁遥感监测云平台系统，其特征在于：所述检测单元还包括信号采集装置和数据处理电路，所述钢丝绳探伤传感器通过数据处理电路与信号采集装置电连接。

7.根据权利要求6所述电梯钢丝绳漏磁遥感监测云平台系统，其特征在于：所述数据处理电路包括多路加法电路，所述多路加法电路用于将多个霍尔元件的信号叠加处理后传递至信号采集装置。

8.根据权利要求7所述电梯钢丝绳漏磁遥感监测云平台系统，其特征在于：所述数据处理电路还包括调零电路，所述调零电路位于多路加法电路与信号采集装置之间，所述调零电路为减法运算电路，用于对多路加法电路叠加处理后的信号进行调零处理。

9.根据权利要求8所述电梯钢丝绳漏磁遥感监测云平台系统，其特征在于：所述电梯钢丝绳漏磁遥感监测云平台系统还包括中央控制器、云数据库、用户端和可视化监控器；

所述中央控制器与检测单元电连接，中央控制器与所述云数据库无线传输连接，所述用户端和可视化监控器均与云数据库网络连接。

10.根据权利要求9所述电梯钢丝绳漏磁遥感监测云平台系统，其特征在于：所述检测单元的数量为多个，多个检测单元可与多部电梯一一对应，中央控制器分别与多个检测单元电连接。

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