CN114132810B - 电梯运行状态和电梯零部件状态的监测方法及系统 - Google Patents

电梯运行状态和电梯零部件状态的监测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电梯运行状态的监测方法及系统，其中：获取状态监测过程中电梯轿厢在竖直方向上的加速度数据；以加速度数据的采样值为依据，将获取到的加速度数据在时域上划分为多个采样区间，并将各采样区间的加速度数据对应地分类为正加速区间、零加速区间、负加速区间；按照时序选取一个采样区间及位于该采样区间之后且与其相邻的至少两个采样区间，根据所选采样区间的加速度数据的类型排列顺序确定所选采样区间对应的电梯运行状态。本发明还公开了一种电梯零部件状态的监测方法及系统，根据各电梯运行状态所对应的加速度数据判断电梯零部件是否发生故障。本发明仅使用加速度数据就能确定电梯的运行状态，具有较强的通用性和较高的准确率。

Description

电梯运行状态和电梯零部件状态的监测方法及系统
技术领域
本发明涉及电梯领域，具体涉及一种根据加速度信号判断电梯运行状态和电梯零部件状态的监测方法及系统。
背景技术
现代社会中，电梯已成为基础设施不可分割的一部分，并且是高层塔楼楼层之间通勤的主要方式。电梯发生故障会给人们的日常生活和工作带来不便，甚至会危及生命安全。因此，对电梯零部件的健康状况进行监测，有助于及时发现零部件失效，避免电梯发生严重的故障。
目前，通常使用振动加速度信号对零部件的状态进行监测。而在电梯运行过程中，与电梯加减速运行阶段相比，电梯匀速运行阶段时各主要零部件的工作状态相对比较稳定，因此使用该状态的振动加速度数据进行分析，能够提高零部件健康状况监测的效率和准确性。
获取电梯的运行速度有多种方法，例如，可以通过曳引机的转速换算得到，但是这种方法需要明确待测电梯的相关数据接口并对电梯速度数据和传感器采集的加速度数据进行时间偏差标定，因此在不同梯种上的通用性较差。此外，还可以利用振动加速度传感器，通过对采集的加速度数据进行积分得到电梯的速度数据，虽然这种方法可以适用于所有梯种，但是由于测得的加速度数据受到传感器采样频率的限制，与真实数据存在差异，因此积分得到的速度数据也会发生偏差。
因此，如何找到一种既能适用于所有电梯又能够快速准确地确定电梯的运行状态就成一个亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电梯运行状态的监测方法，可以仅利用加速度数据快速准确地确定电梯的运行状态并适用于所有类型的电梯。同时，本发明还提供电梯运行状态的监测系统、电梯零部件状态的监测方法及系统。
为了解决上述问题，本发明提供的电梯运行状态的监测方法，所述电梯运行状态包括静止状态、加速状态、匀速状态、减速状态，其中：
获取状态监测过程中电梯轿厢在竖直方向上的加速度数据；
以所述加速度数据的采样值为依据，将获取到的所述加速度数据在时域上划分为多个采样区间，并将各采样区间内的加速度数据的类型对应地分类为正加速区间、零加速区间、负加速区间；
按照时序选取一个采样区间及位于该采样区间之后且与其相邻的至少两个采样区间，根据所选采样区间的加速度数据的类型排列顺序，确定所选采样区间对应的电梯运行状态。
进一步改进的技术方案中，所述加速度数据在获取之后先进行预处理再进行划分，其中预处理包括如下子步骤：
步骤S1，对获取到的所述加速度数据进行滤波降噪处理；
步骤S2，去除滤波降噪处理后的加速度数据中的直流分量，所述直流分量为电梯静止时所述加速度数据的零点偏移。
进一步改进的技术方案中，所述采样区间的划分方式如下：
选定满足条件(|a×(ti-Δt)|-athr)×(|a×(ti+Δt)|- athr)＜0的所有采样时刻，其中，Δt为所述加速度数据的采样间隔，athr为预设的加速度阈值，athr＞0，ti为选定的采样时刻，a为选定采样时刻的加速度采样值；
以选定的所述采样时刻为采样区间的分界时刻，相邻的两个分界时刻之间的采样时间对应的加速度采样值构成一个采样区间。
进一步改进的技术方案中，所述采样区间内加速度数据的类型分类方法如下：
计算各采样区间内所有加速度数据的平均值，其中第i个采样区间的加速度平均值为ai；
比较各采样区间的加速度平均值ai与所述加速度阈值athr的大小关系；
当ai＞athr时，所述采样区间的类型为正加速区间；
当-athr＜ai＜athr时，所述采样区间的类型为零加速区间；
当ai＜-athr时，所述采样区间的类型为负加速区间。
进一步改进的技术方案中，所述采样区间内加速度数据的类型分类方法如下：
计算各采样区间内的所有加速度数据的平均值，其中第i个采样区间的加速度平均值为ai；
比较各采样区间的加速度平均值ai与状态监测过程中的最大加速度amax的大小关系；
当ai＞α×amax时，所述采样区间的类型为正加速区间；
当-α×amax＜ai＜α×amax时，所述采样区间的类型为零加速区间；
当ai＜-α×athr时，所述采样区间的类型为负加速区间；
其中，α为权重系数，α∈(0，0.5]。
进一步改进的技术方案中，对划分后的所述采样区间的采样时长进行判断，当某采样区间的采样时长小于区间时长阈值Tthr时，将该采样区间合并至与其相邻的前一个采样区间。
进一步改进的技术方案中，当相邻采样区间的加速度数据的类型相同时，将所述相邻采样区间合并为一个采样区间。
进一步改进的技术方案中，所述电梯运行状态的确定方式如下：
按照时序选取一个采样区间及位于该采样区间之后且与其相邻的两个采样区间；
如果所选三个采样区间的加速度数据的类型按顺序依次为正加速区间、零加速区间、负加速区间，那么判定三个采样区间对应的电梯运行状态依次为正向加速状态、正向匀速状态、正向减速状态；
如果所选三个采样区间的加速度数据的类型按顺序依次为负加速区间、零加速区间、正加速区间，那么判定三个采样区间对应的电梯运行状态依次为反向加速状态、反向匀速状态、反向减速状态。
进一步改进的技术方案中，所述电梯运行状态的确定方式如下：
按照时序选取一个采样区间及位于该采样区间之后且与其相邻的三个采样区间；
如果所选四个采样区间的加速度数据的类型按顺序依次为零加速区间、正加速区间、零加速区间、负加速区间，那么判定四个采样区间对应的电梯运行状态依次为静止状态、正向加速状态、正向匀速状态、正向减速状态；
如果所选四个采样区间的加速度数据的类型按顺序依次为零加速区间、负加速区间、零加速区间、正加速区间，那么判定四个采样区间对应的电梯运行状态依次为静止状态、反向加速状态、反向匀速状态、反向减速状态。
同时，为了解决上述技术问题，本发明还提供电梯运行状态的监测系统，包括：
加速度传感器，用于获取电梯运行过程中电梯轿厢在竖直方向上的加速度数据；
信号处理单元，用于对所述加速度传感器采集的所述加速度数据进行采样区间的划分及分类；
电梯运行状态判断单元，用于根据所述信号处理单元输出的采样区间及所对应的加速度数据的分类判断电梯运行状态；
数据传输单元，用于传输所述加速度数据和所述电梯运行状态；
数据存储单元，用于存储所述加速度数据和所述电梯运行状态；其中，
所述信号处理单元以所述加速度传感器的采样值为依据，将获取到的所述加速度数据在时域上划分为多个采样区间并将各采样区间内的加速度数据的类型对应地分类为正加速区间、零加速区间、负加速区间；
所述电梯运行状态判断单元按照时序选取一个采样区间及位于该采样区间之后且与其相邻的至少两个采样区间，根据所选采样区间的加速度数据的类型排列顺序，确定所选采样区间对应的电梯运行状态。
此外，本发明还提供利用上述电梯运行状态的监测方法实现的电梯零部件状态的监测方法，其中：
获取状态监测过程中电梯轿厢在竖直方向上的加速度数据；
以所述加速度数据的采样值为依据，将获取到的所述加速度数据在时域上划分为多个采样区间，并将各采样区间内的加速度数据的类型对应地分类为正加速区间、零加速区间、负加速区间；
按照时序选取一个采样区间及位于该采样区间之后且与其相邻的至少两个采样区间，根据所选采样区间的加速度数据的类型排列顺序，确定所选采样区间对应的电梯运行状态，所述电梯运行状态包括静止状态、加速状态、匀速状态、减速状态；
根据各电梯运行状态所对应的加速度数据判断电梯零部件是否发生故障。
进一步改进的技术方案中，从匀速状态所对应的加速度数据中提取特征值，根据所述特征值判断电梯零部件是否发生故障。
同时，本发明还提供电梯零部件状态的监测系统，包括：
加速度传感器，用于获取电梯运行过程中电梯轿厢在竖直方向上的加速度数据；
信号处理单元，用于对所述加速度传感器采集的所述加速度数据进行采样区间的划分及分类；
电梯运行状态判断单元，用于根据所述信号处理单元输出的采样区间及所对应的加速度数据的分类判断电梯运行状态；
数据传输单元，用于传输所述加速度数据和所述电梯运行状态；
数据存储单元，用于存储所述加速度数据和所述电梯运行状态；
状态监测单元，用于根据电梯运行状态所对应的加速度数据判断电梯零部件的状态；其中，
所述信号处理单元以所述加速度传感器的采样值为依据，将获取到的所述加速度数据在时域上划分为多个采样区间并将各采样区间内的加速度数据的类型对应地分类为正加速区间、零加速区间、负加速区间；
所述电梯运行状态判断单元按照时序选取一个采样区间及位于该采样区间之后且与其相邻的至少两个采样区间，根据所选采样区间的加速度数据的类型排列顺序，确定所选采样区间对应的电梯运行状态。
进一步改进的技术方案中，所述状态监测单元从匀速状态所对应的加速度数据中提取特征值，根据所述特征值判断电梯零部件是否发生故障。
与现有技术相比，本发明可以达到的技术效果是：
第一，本发明的电梯运行状态监测方法及系统将获取到的加速度数据划分为多个采样区间并对采样区间中的加速度数据进行分类，根据时间顺序选取的至少三个相邻采样区间的加速度数据类型排列顺序确定电梯运行状态，该方法不需要对加速度数据作进一步的积分，仅通过加速度数据就能够直接确定电梯运行状态(包括正/反向加速状态、正/反向匀速状态、正/反向减速状态、静止状态)，因此不但适用于所有类型的电梯，而且还解决了加速度积分过程中导致速度数据产生偏差的问题，显著地提高了准确率；
第二，本发明的电梯运行状态监测方法及系统还判断采样区间的加速度平均值与加速度最大值之间的大小关系，从而可以进一步筛选出因电梯安装缺陷而导致电梯运行时可能发生的冲击所对应的采样区间，从而避免电梯运行中的突然冲击对采样区间的划分造成影响；
第三，本发明的电梯运行状态监测方法及系统还对采样区间的采样时长进行判断，并根据时间顺序选取的四个相邻采样区间的加速度数据类型排列顺序确定电梯运行状态，从而可以解决电梯运行距离过短(如仅移动一层)使得运行过程中没有匀速运行阶段导致的误判问题；
第四，本发明的电梯零部件状态监测方法及系统通过加速度数据直接确定电梯运行状态，再根据特定运行状态(如匀速状态)的加速度数据准确地检测电梯零部件的运行状况。
附图说明
图1为本发明的电梯运行状态的监测系统的示意图；
图2为本发明的电梯运行状态的监测方法的实施例一的流程图；
图3为本发明的电梯运行状态的监测方法的实施例二的流程图；
图4为本发明在电梯运行时测得的电梯轿厢在竖直方向上的一组加速度数据的示意图；
图5为图4所示的加速度数据经过滤波降噪、去除直流分量的预处理后的数据示意图；
图6为按照实施例三和实施例四对图5所示的加速度数据进行采样区间划分和分类后的数据示意图；
图7为根据实施例三或实施例四和图6所示的加速度数据的类型排列顺序确定的电梯运行状态的标签示意图；
图8为本发明在电梯运行时测得的电梯轿厢在竖直方向上的另一组加速度数据经过预处理后的示意图；
图9为按照实施例五对图8所示的加速度数据进行采样区间划分和分类后的数据示意图；
图10为根据实施例五和图9所示的加速度数据的类型排列顺序确定的电梯运行状态的标签示意图；
图11为本发明在电梯运行时测得的电梯轿厢在竖直方向上的又一组加速度数据经过预处理后的示意图；
图12为按照实施例三对图11所示的加速度数据进行采样区间划分和分类后的数据示意图；
图13为按照实施例六对图11所示的加速度数据进行采样区间划分和分类后的数据示意图；
图14为根据实施例六和图13所示的加速度数据的类型排列顺序确定的电梯运行状态的标签示意图；
图15为本发明的电梯零部件状态的监测系统的示意图；
图16为本发明的电梯零部件状态的监测方法的流程图；
图17为两种工况下电梯匀速运行时加速度数据的某特征值的示意图。
具体实施方式
下面结合附图通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可以由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明亦可通过其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，本领域技术人员在不背离本发明的精神下可以进行各种类似推广和替换。
首先，结合附图通过特定的具体实施例对本发明第一方面的电梯运行状态的监测系统进行说明。
图1是本发明的电梯运行状态的监测系统的组成示意图，该系统包括：安装在电梯轿厢侧的加速度传感器1、数据传输单元2、数据存储单元3、信号处理单元4、电梯运行状态判断单元5。此外，图1还示意性地列出了与本发明的电梯运行状态的监测系统相关的部分电梯部件，其中包括电梯轿厢11、曳引钢丝绳12、曳引轮13、导向轮14、对重15、补偿绳16。当曳引轮13转动时，电梯轿厢11在曳引钢丝绳12的作用下沿着竖直方向上行或下行。
在本实施例中，加速度传感器1获取电梯运行过程中电梯轿厢11在竖直方向上的加速度数据。信号处理单元4负责对加速度数据进行预处理、划分采样区间并分类，其中，预处理包括对获取到的所述加速度数据进行滤波降噪处理以及去除滤波降噪处理后的加速度数据中的直流分量，所述直流分量为电梯静止时所述加速度数据的零点偏移，所述信号处理单元4以所述加速度传感器的采样值为依据，将获取到的所述加速度数据在时域上划分为多个采样区间并将各采样区间内的加速度数据的类型对应地分类为正加速区间、零加速区间、负加速区间。电梯运行状态判断单元5根据所述信号处理单元输出的采样区间及所对应的加速度数据的分类排列顺序判断电梯运行状态，具体地，按照时序选取一个采样区间及位于该采样区间之后且与其相邻的至少两个采样区间，根据所选采样区间的加速度数据的类型排列顺序，确定所选采样区间对应的电梯运行状态。在电梯运行状态监测的整个过程中，数据传输单元2负责传输加速度数据、电梯运行状态等数据，数据存储单元3则负责存储上述相关数据。
其次，结合附图通过特定的具体实施例对本发明第二方面的电梯运行状态的监测方法进行说明。
实施例一
本实施例的电梯运行状态的监测方法，如图2所示，所述电梯运行状态包括静止状态、加速状态、匀速状态、减速状态，包括：
获取状态监测过程中电梯轿厢在竖直方向上的加速度数据；
以所述加速度数据的采样值为依据，将获取到的所述加速度数据在时域上划分为多个采样区间，并将各采样区间内的加速度数据的类型对应地分类为正加速区间、零加速区间、负加速区间；
按照时序选取一个采样区间及位于该采样区间之后且与其相邻的至少两个采样区间，根据所选采样区间的加速度数据的类型排列顺序，确定所选采样区间对应的电梯运行状态。
实施例二
在实施例一的基础上，本实施例对获取到的加速度数据先进行预处理再进行采样区间的划分，具体如图3所示，预处理包括如下子步骤：
步骤S1，对获取到的所述加速度数据进行滤波降噪处理，从而减少噪声信号的干扰；
步骤S2，去除滤波降噪处理后的加速度数据中的直流分量，从而减少由于传感器零点漂移而产生的的测量偏差，其中直流分量为电梯静止时所述加速度数据的零点偏移。
实施例三
在实施例二的基础上，本实施例对电梯运行状态的监测方法的各步骤做进一步详细说明。
对预处理之后的加速度数据进行采样区间的划分，具体如下：
选定满足条件(a×(ti-Δt)-athr)×(|a×(ti+Δt)-athr)＜0的所有采样时刻，其中，Δt为所述加速度数据的采样间隔，athr为预设的加速度阈值，athr＞0，ti为选定的采样时刻，a为选定采样时刻的加速度采样值；
以选定的所述采样时刻为采样区间的分界时刻，相邻的两个分界时刻之间的采样时间对应的加速度采样值构成一个采样区间。
其中更优选地，加速度阈值athr的取值为接近于零。
所述采样区间内加速度数据的类型分类方法如下：
计算各采样区间内所有加速度数据的平均值，其中第i个采样区间的加速度平均值为ai；
比较各采样区间的加速度平均值ai与所述加速度阈值athr(可以根据电梯的性能参数确定)的大小关系；
当ai＞athr时，所述采样区间的类型为正加速区间；
当-athr＜ai＜athr时，所述采样区间的类型为零加速区间；
当ai＜-athr时，所述采样区间的类型为负加速区间。
所述电梯运行状态的确定方式如下：
按照时序选取一个采样区间及位于该采样区间之后且与其相邻的两个采样区间；
如果所选三个采样区间的加速度数据的类型按顺序依次为正加速区间、零加速区间、负加速区间，那么判定三个采样区间对应的电梯运行状态依次为正向加速状态、正向匀速状态、正向减速状态；
如果所选三个采样区间的加速度数据的类型按顺序依次为负加速区间、零加速区间、正加速区间，那么判定三个采样区间对应的电梯运行状态依次为反向加速状态、反向匀速状态、反向减速状态。
下面利用电梯运行状态监测系统在电梯运行时测得的电梯轿厢在竖直方向上的一组加速度数据结合图4至图7对本实施例做详细描述。
如图4所示，为加速度传感器1在电梯运行时测得的电梯轿厢11竖直向加速度数据的示意图，纵坐标为加速度的采样值，横坐标为数据点序号。在本图例中，加速度传感器1的采样频率为4000Hz，即4000个数据点代表1秒时长。在本发明的实施例中，以竖直向上为加速度正向，根据经验可知，图4所示的加速度数据记录了电梯的一次上行周期和一次下行周期。
由于图4所示的原始加速度数据的毛刺较多(干扰信号较多)，直接对该数据划分采样区间的难度较大，因此要对图4中的加速度数据进行预处理。经过滤波降噪、去除直流分量等预处理后的加速度数据，如图5所示，可见，经过预处理的加速度数据已经比较平滑，便于进行采样区间划分及分类。图5中的两条水平线代表用于划分采样区间的加速度阈值，分别为athr和-athr。
按照本实施例的采样区间划分方法及采样区间的加速度数据的分类方法对图5所示的加速度数据进行采样区间划分及分类，结果如图6所示。在此以前半段数据(上行周期)为例，结合图5和图6，具体说明采样区间划分及分类的过程：
1)对于数据点4000～23200，加速度数据均在阈值±athr内，加速度平均值ai与加速度阈值athr的大小关系为-athr＜ai＜athr，划分为区间1，区间1为零加速区间；
2)对于数据点23200～35400，加速度数据均大于阈值athr，加速度平均值ai与所述加速度阈值athr的大小关系为ai＞athr，划分为区间2，区间2为正加速区间；
3)对于数据点35400～66600，加速度数据均在阈值±athr内，加速度平均值ai与加速度阈值athr的大小关系为-athr＜ai＜athr，划分为区间3，区间3为零加速区间；
4)对于数据点66600～78200，加速度均小于阈值-athr，加速度平均值ai与加速度阈值athr的大小关系为ai＜-athr，划分为区间4，区间4为负加速区间；
5)对于数据点78200～130700，加速度数据均在阈值±athr内，加速度平均值ai与加速度阈值athr的大小关系为-athr＜ai＜athr，划分为区间5，区间5为零加速区间。
图7为根据采样区间中加速度数据类型的排列顺序进行判断后得到的电梯运行状态标签的示意图。具体地，图7中运行状态标签的定义为：0表示静止，1表示上行加速(正向加速)，2表示上行匀速(正向匀速)，3表示上行减速(正向减速)，-1表示下行加速(反向加速)，-2表示下行匀速(反向匀速)，-3表示下行减速(反向减速)。仍然以前半段数据(区间1～区间5)为例，具体说明电梯运行状态的判断过程：
1)按照时序先选取区间1以及区间2、区间3，三个采样区间的类型依次为零加速区间、正加速区间、零加速区间，不满足上行周期或下行周期的特点；
2)再选取区间2以及区间3、区间4，三个采样区间的类型依次为正加速区间、零加速区间、负加速区间，满足上行周期的特点，因此区间2、区间3、区间4对应的电梯运行状态依次为上行加速状态、上行匀速状态、上行减速状态，相应的运行状态标签分别为1、2、3；
3)由于区间2至区间4对应的电梯运行状态已作判断，按照时序选取区间5以及区间6、区间7，三个采样区间的类型依次为零加速区间、负加速区间、零加速区间，不满足上行周期或下行周期的特点；至此，区间1～区间5已全部完成判别；
4)区间1、区间5属于零加速区间，但不属于上行周期或下行周期，因此归类为静止状态，相应的运行状态标签为0。
实施例四
与实施例三的不同之处在于，本实施例中电梯运行状态的确定方式每次选取四个采样区间，具体如下：
按照时序选取一个采样区间及位于该采样区间之后且与其相邻的三个采样区间；
如果所选四个采样区间的加速度数据的类型按顺序依次为零加速区间、正加速区间、零加速区间、负加速区间，那么判定四个采样区间对应的电梯运行状态依次为静止状态、正向加速状态、正向匀速状态、正向减速状态；
如果所选四个采样区间的加速度数据的类型按顺序依次为零加速区间、负加速区间、零加速区间、正加速区间，那么判定四个采样区间对应的电梯运行状态依次为静止状态、反向加速状态、反向匀速状态、反向减速状态。
本实施例仍以实施例三采用的加速度数据加以说明，具体地，仍然以前半段数据(区间1～区间5)为例，具体说明电梯运行状态的判断过程：
1)按照时序先选取区间1以及区间2、区间3、区间4，四个采样区间的类型依次为零加速区间、正加速区间、零加速区间、负加速区间，因此区间1、区间2、区间3、区间4对应的电梯运行状态依次为静止状态、上行加速状态、上行匀速状态、上行减速状态，相应的运行状态标签分别为0、1、2、3；
2)由于区间1至区间4对应的电梯运行状态已作判断，按照时序选取区间5以及区间6、区间7、区间8，四个采样区间的类型依次为零加速区间、负加速区间、零加速区间、正加速区间，因此区间5、区间6、区间7、区间8对应的电梯运行状态依次为静止状态、下行加速状态、下行匀速状态、下行减速状态，相应的运行状态标签分别为0、-1、-2、-3；至此，区间1～区间5已全部完成判别。
在前述四个实施例中，电梯运行状态监测方法将获取到的加速度数据划分为多个采样区间，并对采样区间中的加速度数据进行分类，根据时间顺序选取的至少三个相邻采样区间的加速度数据类型排列顺序确定电梯运行状态，这种方法不需要对加速度数据作进一步的积分，仅通过加速度数据的区间划分和排列顺序结合电梯运行规律就能够直接确定电梯运行状态(包括正/反向加速状态、正/反向匀速状态、正/反向减速状态、静止状态)，因此不但适用于所有类型的电梯，而且还解决了加速度积分过程中导致速度数据产生偏差的问题，可以显著地提高电梯运行状态判断结果的准确率。
实施例五
在实施例二的基础上，本实施例对电梯运行状态的监测方法的各步骤做进一步详细说明。
对预处理之后的加速度数据进行采样区间的划分，具体如下：
选定满足条件(a×(ti-Δt)-athr)×(a×(ti+Δt)-athr)＜0的所有采样时刻，其中，Δt为所述加速度数据的采样间隔，athr为预设的加速度阈值，athr＞0，ti为选定的采样时刻，a为选定采样时刻的加速度采样值；
以选定的所述采样时刻为采样区间的分界时刻，相邻的两个分界时刻之间的采样时间对应的加速度采样值构成一个采样区间。
其中更优选地，加速度阈值athr的取值为接近于零。
所述采样区间内加速度数据的类型分类方法如下：
计算各采样区间内的所有加速度数据的平均值，其中第i个采样区间的加速度平均值为ai；
比较各采样区间的加速度平均值ai与状态监测过程中的最大加速度amax的大小关系；
当ai＞α×amax时，所述采样区间的类型为正加速区间；
当-α×amax＜ai＜α×amax时，所述采样区间的类型为零加速区间；
当ai＜-α×athr时，所述采样区间的类型为负加速区间；
其中，α为权重系数，α∈(0，0.5]。
当相邻采样区间的加速度数据的类型相同时，将所述相邻采样区间合并为一个采样区间。
所述电梯运行状态的确定方式如下：
按照时序选取一个采样区间及位于该采样区间之后且与其相邻的两个采样区间；
如果所选三个采样区间的加速度数据的类型按顺序依次为正加速区间、零加速区间、负加速区间，那么判定三个采样区间对应的电梯运行状态依次为正向加速状态、正向匀速状态、正向减速状态；
如果所选三个采样区间的加速度数据的类型按顺序依次为负加速区间、零加速区间、正加速区间，那么判定三个采样区间对应的电梯运行状态依次为反向加速状态、反向匀速状态、反向减速状态。
下面利用电梯运行状态监测系统在电梯运行时测得的电梯轿厢在竖直方向上的另一组加速度数据结合图8至图10对本实施例做详细描述。
图8是本实施例在电梯运行时测得的另一组加速度数据经过预处理的结果示意图。与图5相比，图8中上行匀速阶段存在一处振动较大的波动区间，其幅值超过了实施例三中的所述加速度阈值athr。
如果采用实施例三的采样区间划分方法对图8所示的加速度数据划分并归类，结果如图9所示。可见，图8中的所述波动区间被划分为区间4，其类型为正加速区间，这与实际情况不符。
图10是图8所示加速度数据根据本实施例的采样区间划分方法进行区间划分并归类的示意图。按照本实施例的划分方法，图8中的区间4的加速度平均值ai远小于α×amax(假设α＝0.4)，所以该区间4分类为零加速区间；又因为该区间4与相邻的区间3、区间5同为零加速区间，所以该区间4与相邻的区间3、区间5合并，从而成功地消除了该振动波动对区间划分和分类的影响。
根据图10中的采样区间中加速度数据类型的排列顺序判断电梯运行状态的过程与实施例三相同，当然，还可以根据实施例四中的电梯运行状态确定方式判断图10中各区间的电梯运行状态，对于本领域技术人员来说是可以轻而易举实现的，故在此不重复说明。
本实施例中，电梯运行状态监测方法充分考虑电梯运行中的振动波动，利用采样区间的加速度平均值与加速度最大值之间的大小关系，可以进一步地筛选出因电梯安装缺陷而导致电梯运行时可能发生的振动冲击所对应的采样区间，并对这种非正常的波动区间进行合理地合并，从而避免电梯运行中的突然冲击对采样区间的划分造成影响。
实施例六
在实施例二的基础上，本实施例对电梯运行状态的监测方法的各步骤做进一步详细说明。
对预处理之后的加速度数据进行采样区间的划分，具体如下：
选定满足条件(|a×(ti-Δt)|-athr)×(|a×(ti+Δt)|-athr)＜0的所有采样时刻，其中，Δt为所述加速度数据的采样间隔，athr为预设的加速度阈值，athr＞0且接近零，ti为选定的采样时刻，a为选定采样时刻的加速度采样值；
以选定的所述采样时刻为采样区间的分界时刻，相邻的两个分界时刻之间的采样时间对应的加速度采样值构成一个采样区间。
对划分后的所述采样区间的采样时长进行判断，当某采样区间的采样时长小于区间时长阈值Tthr时，将该采样区间合并至与其相邻的前一个采样区间。
所述采样区间内加速度数据的类型分类方法如下：计算各采样区间内所有加速度数据的平均值，其中第i个采样区间的加速度平均值为ai；比较各采样区间的加速度平均值ai与所述加速度阈值athr的大小关系；当ai＞athr时，所述采样区间的类型为正加速区间；当-athr＜ai＜athr时，所述采样区间的类型为零加速区间；当ai＜-athr时，所述采样区间的类型为负加速区间。
或者，所述采样区间内加速度数据的类型分类方法如下：计算各采样区间内的所有加速度数据的平均值，其中第i个采样区间的加速度平均值为ai；比较各采样区间的加速度平均值ai与状态监测过程中的最大加速度amax的大小关系；当ai＞α×amax时，所述采样区间的类型为正加速区间；当-α×amax＜ai＜α×amax时，所述采样区间的类型为零加速区间；当ai＜-α×athr时，所述采样区间的类型为负加速区间；其中，α为权重系数，α∈(0，0.5]。
所述电梯运行状态的确定方式如下：
按照时序选取一个采样区间及位于该采样区间之后且与其相邻的三个采样区间；
如果所选四个采样区间的加速度数据的类型按顺序依次为零加速区间、正加速区间、零加速区间、负加速区间，那么判定四个采样区间对应的电梯运行状态依次为静止状态、正向加速状态、正向匀速状态、正向减速状态；
如果所选四个采样区间的加速度数据的类型按顺序依次为零加速区间、负加速区间、零加速区间、正加速区间，那么判定四个采样区间对应的电梯运行状态依次为静止状态、反向加速状态、反向匀速状态、反向减速状态。
下面利用电梯运行状态监测系统在电梯运行时测得的电梯轿厢在竖直方向上的又一组加速度数据结合图11至图14对本实施例做详细描述。
图11是本实施例在电梯运行时测得的又一组加速度数据经过预处理的结果示意图。由于电梯的运行距离较短，所以该组加速度数据中缺少匀速状态。如果按照实施例三进行采样区间的划分和分类，得到的结果为图12的示意图，如图12所示，区间3和区间7的加速度数据处于加速度阈值±athr内，因此被划分为零加速区间，从而会把将区间3和区间7的静止状态误认为匀速状态。
在本实施例中，对划分后的所述采样区间的采样时长增加了判断，由于图12中的区间3和区间7的采样时长小于区间时长阈值Tthr，因此将区间3合并至区间2中，区间7合并至区间6中，最终结果如图13所示。
根据本实施例的电梯运行状态判断方法和图13所示的采样区间类型的排列顺序对电梯运行状态进行判断，结果如图14所示，具体过程为：
1)选取区间1以及区间2、区间3、区间4，四个采样区间的类型依次为零加速区间、负加速区间、正加速区间、零加速区间，不满足上行周期或下行周期的特点；
2)选取区间2以及区间3、区间4、区间5，四个采样区间的类型依次为负加速区间、正加速区间、零加速区间、负加速区间，不满足上行周期或下行周期的特点；
3)选取区间3以及区间4、区间5、区间6，四个采样区间的类型依次为正加速区间、零加速区间、负加速区间、正加速区间，不满足上行周期或下行周期的特点；
4)选取区间4以及区间5、区间6、区间7，四个采样区间的类型依次为零加速区间、负加速区间、正加速区间、零加速区间，不满足上行周期或下行周期的特点；
5)由于各区间排列顺序无法满足本实施例的判断标准，由此确定的电梯运行状态中不存在匀速状态，这与实际情况相符。
在本实施例中，电梯运行状态监测方法还对采样区间的采样时长进行判断，并根据时间顺序选取的四个相邻采样区间的加速度数据类型排列顺序确定电梯运行状态，从而可以解决电梯运行距离过短(如仅移动一层)使得运行过程中没有匀速运行阶段导致的误判问题。
再次，结合附图通过特定的具体实施例对本发明第三方面的电梯零部件状态的监测系统进行说明。
图15是本发明的电梯零部件状态的监测系统的组成示意图，该系统除了包括电梯运行状态的监测系统中包括的安装在电梯轿厢侧的加速度传感器1、数据传输单元2、数据存储单元3、信号处理单元4、电梯运行状态判断单元5外，还包括状态监测单元6。
在本实施例中，状态监测单元6负责根据电梯运行状态所对应的加速度数据判断电梯零部件的状态，具体地，所述状态监测单元6从匀速状态所对应的加速度数据中提取所需的特征值，根据所述特征值判断电梯零部件是否发生故障。在电梯零部件状态监测的整个过程中，数据传输单元2负责传输加速度数据、电梯运行状态、加速度数据的特征值等数据，数据存储单元3则负责存储上述相关数据。
其中，用于故障诊断的加速度数据的特征值较多，例如，时域上的特征值有峰峰值、方均根值、方差、峭度、偏度、波峰因子、裕度因子、平均功率等，频域上的特征值有峰值频率、平均频率、频率偏度、频率峭度等，此外还可以为时频域的特征值。
最后，结合附图通过特定的具体实施例对本发明第四方面的电梯零部件状态的监测方法进行说明。
在前述电梯运行状态的监测方法的六个实施例的基础上，本实施例的电梯零部件状态的监测方法，如图16所示，该方法根据确定后的电梯运行状态所对应的加速度数据判断电梯零部件是否发生故障。
具体地，可以选取特定运行状态的加速度数据，提取能够反应零部件运行状况的特征值，通过持续关注特征值的数值变化，从而监测电梯零部件健康状况，为实现电梯按需维保提供了可能性。
与电梯加减速时相比，电梯匀速运行时各主要零部件的工作状态相对比较稳定，因此优选地，从匀速状态所对应的加速度数据中提取特征值，根据所述特征值判断电梯零部件是否发生，更能够提高零部件健康状况监测的效率和准确性。
图17为两种工况下电梯匀速运行时加速度数据的某项特征值，纵轴为特征值数值，横轴为数据点序号，每个数据点代表一次试验。“+”代表正常工况下提取的匀速运行时的加速度特征值，“△”代表零件发生故障的工况下提取的匀速运行时的加速度特征值。显然，两种工况下所述特征值的分布存在明显差异，因此可以根据该特征值判断相应零件是否发生故障。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，本发明并不局限于上述实施方式。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员做出的等效置换和改进，均应视为在本发明所保护的技术范畴内。

Claims (11)

1.一种电梯运行状态的监测方法，所述电梯运行状态包括静止状态、加速状态、匀速状态、减速状态，其特征在于：
步骤S1，获取状态监测过程中电梯轿厢在竖直方向上的加速度数据；
步骤S2，以所述加速度数据的采样值为依据，将获取到的所述加速度数据在时域上划分为多个采样区间，所述采样区间的划分方式如下：
选定满足条件(|a×(ti-Δt)|-athr)×(|a×(ti+Δt)|-athr)＜0的所有采样时刻，以选定的所述采样时刻为采样区间的分界时刻，相邻的两个分界时刻之间的采样时间对应的加速度采样值构成一个采样区间，其中，Δt为所述加速度数据的采样间隔，athr为预设的加速度阈值，athr＞0，ti为选定的采样时刻，a为选定采样时刻的加速度采样值；
步骤S3，将各采样区间内的加速度数据的类型对应地分类为正加速区间、零加速区间、负加速区间，所述采样区间内加速度数据的类型分类方法如下：
计算各采样区间内所有加速度数据的平均值，其中第i个采样区间的加速度平均值为ai；比较各采样区间的加速度平均值ai与所述加速度阈值athr的大小关系；当ai＞athr时，所述采样区间的类型为正加速区间；当-athr＜ai＜athr时，所述采样区间的类型为零加速区间；当ai＜-athr时，所述采样区间的类型为负加速区间；
步骤S4，按照时序选取一个采样区间及位于该采样区间之后且与其相邻的至少两个采样区间，根据所选采样区间的加速度数据的类型排列顺序，确定所选采样区间对应的电梯运行状态。
2.根据权利要求1所述的电梯运行状态的监测方法，其特征在于，所述加速度数据在获取之后先进行预处理再进行划分，其中预处理包括：
对获取到的所述加速度数据进行滤波降噪处理；
去除滤波降噪处理后的加速度数据中的直流分量，所述直流分量为电梯静止时所述加速度数据的零点偏移。
3.根据权利要求1所述的电梯运行状态的监测方法，其特征在于，对划分后的所述采样区间的采样时长进行判断，当某采样区间的采样时长小于区间时长阈值Tthr时，将该采样区间合并至与其相邻的前一个采样区间。
4.根据权利要求1所述的电梯运行状态的监测方法，其特征在于，当相邻采样区间的加速度数据的类型相同时，将所述相邻采样区间合并为一个采样区间。
5.根据权利要求1所述的电梯运行状态的监测方法，其特征在于，所述电梯运行状态的确定方式如下：
按照时序选取一个采样区间及位于该采样区间之后且与其相邻的两个采样区间；
如果所选三个采样区间的加速度数据的类型按顺序依次为正加速区间、零加速区间、负加速区间，那么判定三个采样区间对应的电梯运行状态依次为正向加速状态、正向匀速状态、正向减速状态；
如果所选三个采样区间的加速度数据的类型按顺序依次为负加速区间、零加速区间、正加速区间，那么判定三个采样区间对应的电梯运行状态依次为反向加速状态、反向匀速状态、反向减速状态。
6.根据权利要求1所述的电梯运行状态的监测方法，其特征在于，所述电梯运行状态的确定方式如下：
按照时序选取一个采样区间及位于该采样区间之后且与其相邻的三个采样区间；
如果所选四个采样区间的加速度数据的类型按顺序依次为零加速区间、正加速区间、零加速区间、负加速区间，那么判定四个采样区间对应的电梯运行状态依次为静止状态、正向加速状态、正向匀速状态、正向减速状态；
如果所选四个采样区间的加速度数据的类型按顺序依次为零加速区间、负加速区间、零加速区间、正加速区间，那么判定四个采样区间对应的电梯运行状态依次为静止状态、反向加速状态、反向匀速状态、反向减速状态。
7.一种电梯运行状态的监测系统，其特征在于，包括：
加速度传感器，用于获取电梯运行过程中电梯轿厢在竖直方向上的加速度数据；
信号处理单元，用于对所述加速度传感器采集的所述加速度数据进行采样区间的划分及分类；
电梯运行状态判断单元，用于根据所述信号处理单元输出的采样区间及所对应的加速度数据的分类判断电梯运行状态；
数据传输单元，用于传输所述加速度数据和所述电梯运行状态；
数据存储单元，用于存储所述加速度数据和所述电梯运行状态；其中，
所述信号处理单元以所述加速度传感器的采样值为依据，将获取到的所述加速度数据在时域上划分为多个采样区间并将各采样区间内的加速度数据的类型对应地分类为正加速区间、零加速区间、负加速区间；
所述电梯运行状态判断单元按照时序选取一个采样区间及位于该采样区间之后且与其相邻的至少两个采样区间，根据所选采样区间的加速度数据的类型排列顺序，确定所选采样区间对应的电梯运行状态；
所述采样区间的划分方式如下：
选定满足条件(|a×(ti-Δt)|-athr)×(|a×(ti+Δt)|-athr)＜0的所有采样时刻，以选定的所述采样时刻为采样区间的分界时刻，相邻的两个分界时刻之间的采样时间对应的加速度采样值构成一个采样区间，其中，Δt为所述加速度数据的采样间隔，athr为预设的加速度阈值，athr＞0，ti为选定的采样时刻，a为选定采样时刻的加速度采样值；
所述采样区间内加速度数据的类型分类方法如下：
计算各采样区间内所有加速度数据的平均值，其中第i个采样区间的加速度平均值为ai；比较各采样区间的加速度平均值ai与所述加速度阈值athr的大小关系；当ai＞athr时，所述采样区间的类型为正加速区间；当-athr＜ai＜athr时，所述采样区间的类型为零加速区间；当ai＜-athr时，所述采样区间的类型为负加速区间。
8.一种电梯零部件状态的监测方法，其特征在于，
步骤S1，获取状态监测过程中电梯轿厢在竖直方向上的加速度数据；
步骤S2，以所述加速度数据的采样值为依据，将获取到的所述加速度数据在时域上划分为多个采样区间，所述采样区间的划分方式如下：
选定满足条件(|a×(ti-Δt)|-athr)×(|a×(ti+Δt)|-athr)＜0的所有采样时刻，以选定的所述采样时刻为采样区间的分界时刻，相邻的两个分界时刻之间的采样时间对应的加速度采样值构成一个采样区间，其中，Δt为所述加速度数据的采样间隔，athr为预设的加速度阈值，athr＞0，ti为选定的采样时刻，a为选定采样时刻的加速度采样值；
步骤S3，将各采样区间内的加速度数据的类型对应地分类为正加速区间、零加速区间、负加速区间；所述采样区间内加速度数据的类型分类方法如下：
计算各采样区间内所有加速度数据的平均值，其中第i个采样区间的加速度平均值为ai；比较各采样区间的加速度平均值ai与所述加速度阈值athr的大小关系；当ai＞athr时，所述采样区间的类型为正加速区间；当-athr＜ai＜athr时，所述采样区间的类型为零加速区间；当ai＜-athr时，所述采样区间的类型为负加速区间；
步骤S4，按照时序选取一个采样区间及位于该采样区间之后且与其相邻的至少两个采样区间，根据所选采样区间的加速度数据的类型排列顺序，确定所选采样区间对应的电梯运行状态，所述电梯运行状态包括静止状态、加速状态、匀速状态、减速状态；
步骤S5，根据各电梯运行状态所对应的加速度数据判断电梯零部件是否发生故障。
9.根据权利要求8所述的电梯零部件状态的监测方法，其特征在于，从匀速状态所对应的加速度数据中提取特征值，根据所述特征值判断电梯零部件是否发生故障。
10.一种电梯零部件状态的监测系统，其特征在于，包括：
加速度传感器，用于获取电梯运行过程中电梯轿厢在竖直方向上的加速度数据；
信号处理单元，用于对所述加速度传感器采集的所述加速度数据进行采样区间的划分及分类；
电梯运行状态判断单元，用于根据所述信号处理单元输出的采样区间及所对应的加速度数据的分类判断电梯运行状态；
数据传输单元，用于传输所述加速度数据和所述电梯运行状态；
数据存储单元，用于存储所述加速度数据和所述电梯运行状态；
状态监测单元，用于根据电梯运行状态所对应的加速度数据判断电梯零部件的状态；其中，
所述信号处理单元以所述加速度传感器的采样值为依据，将获取到的所述加速度数据在时域上划分为多个采样区间并将各采样区间内的加速度数据的类型对应地分类为正加速区间、零加速区间、负加速区间；
所述电梯运行状态判断单元按照时序选取一个采样区间及位于该采样区间之后且与其相邻的至少两个采样区间，根据所选采样区间的加速度数据的类型排列顺序，确定所选采样区间对应的电梯运行状态；
所述采样区间的划分方式如下：
选定满足条件(|a×(ti-Δt)|-athr)×(|a×(ti+Δt)|-athr)＜0的所有采样时刻，以选定的所述采样时刻为采样区间的分界时刻，相邻的两个分界时刻之间的采样时间对应的加速度采样值构成一个采样区间，其中，Δt为所述加速度数据的采样间隔，athr为预设的加速度阈值，athr＞0，ti为选定的采样时刻，a为选定采样时刻的加速度采样值；
所述采样区间内加速度数据的类型分类方法如下：
计算各采样区间内所有加速度数据的平均值，其中第i个采样区间的加速度平均值为ai；比较各采样区间的加速度平均值ai与所述加速度阈值athr的大小关系；当ai＞athr时，所述采样区间的类型为正加速区间；当-athr＜ai＜athr时，所述采样区间的类型为零加速区间；当ai＜-athr时，所述采样区间的类型为负加速区间。
11.根据权利要求10所述的电梯零部件状态的监测系统，其特征在于，所述状态监测单元从匀速状态所对应的加速度数据中提取特征值，根据所述特征值判断电梯零部件是否发生故障。
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