CN114044431A - 乘客输送装置的梯级滚轮异常监测方法、装置及乘客输送装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种乘客输送装置的梯级滚轮异常监测方法，其特征在于，所述方法包括：由安装在梯路导轨上的振动传感器产生时域振动信号；通过数据采集模块获取所述时域振动信号；通过时频分析识别待分析的信号频带，所述信号频带由所述时域振动信号通过预设变换分析方法而得来；通过预设滤波分析方法提取出需分析的频带范围内的信号；确定正常信号与缺陷信号的阈值的界限并判断是否产生滚轮故障。

Description

乘客输送装置的梯级滚轮异常监测方法、装置及乘客输送 装置
技术领域
本发明涉及自动扶梯领域，特别是一种识乘客输送装置的梯级滚轮异常监测方法。本发明还涉及一种乘客输送装置的梯级滚轮异常监测装置及乘客输送装置。
背景技术
自动扶梯是在较短距离内快速运送乘客的重要垂直运输系统，包括一系列首尾相接的梯级、梯路导轨等。导轨通过支架安装在扶梯桁架上，用于支撑梯级小车并作为梯级运行的轨道。梯级由梯级链牵引，在导轨上循环运动，用于输送乘客上下楼层。梯级滚轮用于支撑梯级，并与梯路导轨构成了运动部件和静止部件的机械接触。由于梯级起到了直接支撑乘客的作用，梯级滚轮的缺陷轻则影响乘客的乘梯体验，严重时会影响自动扶梯的安全性，成为造成乘客受伤的潜在风险源。
因此，急需一种方法及早发现滚轮的缺陷，并进行维保修正，对于降低自动扶梯潜在的事故风险、增强自动扶梯运行的可靠性。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种乘客输送装置的梯级滚轮异常监测方法降低自动扶梯潜在的事故风险、增强自动扶梯运行的可靠性。
附图说明
图1为本发明中的振动转感器安装位置示意图。
图2为本发明中的滚轮缺陷模拟示意图。
图3为本发明中的原始时域振动信号图。
图4为本发明中的小波时频谱图。
图5为本发明中的带通滤波器显示图。
图6为本发明中滤波后的信号图。
图7为本发明中的状态指标时域波形图。
图8为本发明中的Box-plot箱型图。
图9为本发明中的滚轮缺陷识别结果图。
图10-图11本发明中不同时间使用该监测装置得到的不同分析结果图。
图12为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
本发明公开了一种乘客输送装置的梯级滚轮异常监测方法，如图12所示，具体包括：
首先，由安装在梯路导轨上的振动传感器产生时域振动信号。
自动扶梯导轨系统分为去路导轨和回路导轨，其中载客部分称为去路导轨，空载返回部分称为回路导轨。如图1所示，可以采用低频振动传感器(采样频率为2000Hz)和或者低成本有线振动传感器(采样频率1600Hz)安装在自动扶梯回路侧导轨中间位置。
较佳地，所述振动传感器设置在梯路导轨的另一侧并位于梯级滚轮正下方时，检测结果可以更加精准。
同时，相较于高精度的低频振动传感器，采用低成本的敏捷振动传感器作为振动数据采集方案能有效较低开发成本，提升扶梯智能监控诊断系统的市场竞争力，鉴于此，以下数据分析及诊断算法设计的过程均针对低成本传感器测得的数据进行。如图2所示，在梯级滚轮上开缺口，用于模拟梯级滚轮开裂故障。
其次，通过数据采集模块获取所述时域振动信号。
不难想象，滚轮缺口冲击扶梯导轨会产生周期性的冲击信号，冲击信号的周期为一个扶梯运行周期，
取振动传感器实测180秒的振动数据绘制成时域波形图，如图3所示。
然后，通过时频分析识别待分析的信号频带。所述信号频带由所述时域振动信号通过预设变换分析方法而得来。
显而易见地，从图3所示原始时域振动信号中难以发现滚轮缺口冲击引起的冲击信号。这是由于滚轮缺口引起的冲击信号被淹没在扶梯运行导致的强烈的背景噪声信号中而无法从时域图中反映出来。因此，要识别滚轮缺陷，首先要从扶梯运行背景噪声信号中提取出滚轮缺陷引起的振动信号。根据振动相关的知识，正常的滚轮通过导轨时产生的振动响应是带限的，而滚轮缺口冲击导轨会产生宽带的信号响应。可以使用预设变换分析方法提取出正常信号和故障信号具有显著差异性的频带，提升待检测信号的信噪比。
所述预设变化分析方法可以是：小波变换、短时傅里叶变换、希尔伯特-黄变换或Wigner分布中的一种或多种。
当然，与其他方法相比，小波尺度谱更适用于非稳态的冲击信号的分析，对故障滚轮引起的冲击信号具有更强的表征能力。本部分研究采用连续小波变换技术将原始的振动信号变换到时频域，在时频图中识别出正常滚轮引起的带限振动响应和故障滚轮引起的宽带振动响应具有显著差异性的频带，为带通滤波器设计提供指导。原始时域振动信号变换得到的小波尺度谱如图4所示。
从图4小波时频图中可以看出梯级通过产生的背景噪声频率集中在85Hz到160Hz，而50Hz到85Hz频带可以看到滚轮缺陷冲击导轨引起的宽频冲击响应(用圆圈标出)。可以认为，50Hz到85Hz两条黄线之间的部分为正常滚轮振动响应和缺口滚轮振动响应差异显著的频带。
接着，通过预设滤波分析方法提取出需分析的频带范围内的信号。
所述预设滤波分析方法可以是无限脉冲响应设计方法或有线脉冲响应设计方法。所述无限脉冲响应设计方法为脉冲响应不变法、双线性变换法、窗函数设计方法或频率采样设计法。
本实施例中，根据小波时频分析的结果，采用有限脉冲响应滤波器设计法，设计通带范围为50Hz到80Hz的带通滤波器，如图5所示。
利用所设计的带通滤波器对对原始时域振动信号进行带通滤波处理得到带通滤波后的信号如图6所示。可以看出，滚轮缺陷引起的冲击振动信号可以从滤波后的信号中反映出来。
最后，确定正常信号与缺陷信号的阈值的界限并判断是否产生滚轮故障。
这里的阈值可以直接确定，也可以通过设计状态指标来确定。状态指标可以包括：带通滤波后的信号均值、信号方差、信号标准差、信号峰度、信号峭度或信号峰值等。所述阈值的确定方法为3sigma准则方法、Box-plot箱型图分析方法等。
本实施例中，以三个梯级通过时间为一个时间窗口对带通滤波后的信号进行切分，即 M＝3*(T/N)≈3秒，其中T为扶梯运行周期，N为滚轮个数T/N约为1秒。以每个时间窗口内信号的方差作为表征滚轮健康状态的指标p。绘制出状态指标随时间的变化趋势如图7所示。
假设自动扶梯仅有少数滚轮有缺陷，而其余大多数的梯级滚轮都处于健康状态。从众多健康滚轮对应的状态指标中找出缺陷滚轮对应的状态指标可以归结为统计中的异常检测问题。利用Box-plot箱型图分析确定正常滚轮和缺陷滚轮所对应的状态指标的界限阈值，结果如图8所示。
根据Box-plot箱型图分析的上边缘值可知正常和缺陷滚轮的阈值界限ε可设置为ε＝ 0.008。利用Box-plot分析得到的状态指标阈值识别滚轮缺陷的结果如图9所示。可以看到，自动扶梯运行三分钟时间内出现了7次状态异常，其中第1/3/5/7次状态异常两两之间的间隔为52s，第2/4/6次状态异常之间的间隔同样为52s，恰为一个扶梯运行周期。综合判断，所检测的自动扶梯有两个缺陷滚轮。
实施例2
本发明还公开了一种乘客输送装置的梯级滚轮异常监测装置，包括：
振动传感器，安装在梯路导轨上，所述振动传感器用于产生时域振动信号；
数据采集模块，用于采集所述振动传感器产生的时域振动信号；
信号分析模块，通过时频分析识别待分析的信号频带，并通过预设滤波分析方法提取出需分析的频带范围内的信号；然后确定正常信号与缺陷信号的阈值的界限并判断是否产生滚轮故障；所述信号频带由所述时域振动信号通过预设变换分析方法而得来。
使用该监测装置，对于梯级滚轮大缺口振动数据的诊断方法如实施例1中所述，此处不再赘述。
该监测装置，输入时域振动信号，扶梯运行周期T，自动扶梯单侧滚轮的个数N，滤波器的上下截止频率f_low,f_up。可以输出：可视化的自动扶梯滚轮缺陷检测结果。图 10和图11分别为不同时间使用该监测装置得到的不同分析结果。

Claims (10)

1.一种乘客输送装置的梯级滚轮异常监测方法，其特征在于，所述方法包括：
由安装在梯路导轨上的振动传感器产生时域振动信号；
通过数据采集模块获取所述时域振动信号；
通过时频分析识别待分析的信号频带，所述信号频带由所述时域振动信号通过预设变换分析方法而得来；
通过预设滤波分析方法提取出需分析的频带范围内的信号；
确定正常信号与缺陷信号的阈值的界限并判断是否产生滚轮故障。
2.如权利要求1所述的乘客输送装置的梯级滚轮异常监测方法，其特征在于，
所述阈值通过设计状态指标来确定。
3.如权利要求1所述的乘客输送装置的梯级滚轮异常监测方法，其特征在于，
所述振动传感器通过有线或者无线方式将时域振动信号传输给数据采集模块。
4.如权利要求1所述的乘客输送装置的梯级滚轮异常监测方法，其特征在于，所述预设变换分析方法为：小波变换、短时傅里叶变换、希尔伯特-黄变换或Wigner分布。
5.如权利要求1所述的乘客输送装置的梯级滚轮异常监测方法，其特征在于，所述预设滤波分析方法为无限脉冲响应设计方法或有线脉冲响应设计方法。
6.如权利要求5所述的乘客输送装置的梯级滚轮异常监测方法，其特征在于，
所述无限脉冲响应设计方法为脉冲响应不变法、双线性变换法、窗函数设计方法或频率采样设计法。
7.如权利要求1所述的乘客输送装置的梯级滚轮异常监测方法，其特征在于，所述阈值的确定方法为3sigma准则方法、Box-plot箱型图分析方法。
8.如权利要求2所述的乘客输送装置的梯级滚轮异常监测方法，其特征在于，所述状态指标包括：
信号均值、信号方差、信号标准差、信号峰度、信号峭度或信号峰值。
9.一种使用如权利要求1-9中之一的方法的乘客输送装置的梯级滚轮异常监测装置，其特征在于，包括：
振动传感器，安装在梯路导轨上，所述振动传感器用于产生时域振动信号；
数据采集模块，用于采集所述振动传感器产生的时域振动信号；
信号分析模块，通过时频分析识别待分析的信号频带，并通过预设滤波分析方法提取出需分析的频带范围内的信号；然后确定正常信号与缺陷信号的阈值的界限并判断是否产生滚轮故障；所述信号频带由所述时域振动信号通过预设变换分析方法而得来。
10.一种使用如权利要求1-9中之一的方法的乘客输送装置，其特征在于，包括梯路导轨、梯级滚轮和振动传感器，
所述梯级滚轮设置在梯路导轨的一侧，所述振动传感器设置在梯路导轨的另一侧并位于梯级滚轮正下方。
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