CN215101350U - 单发单收式电梯轿厢钢丝绳损伤导波监测装置 - Google Patents

Abstract

本专利涉及电梯钢丝绳缺陷检测技术领域，特指一种单发单收式电梯轿厢钢丝绳损伤导波监测装置,包括导波发射换能器和导波接收换能器，沿着钢丝绳的长度方向相隔一定距离布置，使得发射的导波经过钢丝绳并获得回波信号；还包括导波激励、导波接收模块、核心控制模块、人机交互模块。本专利通过固定的导波换能器实时检测正常工作状态下运动的电梯轿厢抬升钢丝绳的缺陷。可方便的组成传感器监测网络，对大范围电梯抬升钢丝绳实现实时集中监测，系统可以定位缺陷位置，并在人机交互模块上表示出来。能及时准确的发现早期的缺陷，保证了电梯运输安全，避免了事故的发生。

Description

单发单收式电梯轿厢钢丝绳损伤导波监测装置

技术领域

本专利涉及电梯钢丝绳缺陷检测技术领域，特指一种单发单收式电梯轿厢钢丝绳损伤导波监测装置。

背景技术

电梯轿厢钢丝绳的损伤情况和承载能力，与设备和人身安全紧密相关。一旦出现损伤将降低结构的使用性和耐久性，并且可能造成电梯系统发生突发事故，影响人民的生命安全。断丝、磨损和锈蚀是钢丝绳强度减弱的主要影响因素。人工检查和磁性法检测是钢丝绳检测的常用方法，其准确程度差、效率低。

导波是一种频率较低的可沿任意截面固体传播的弹性波。导波具有多模态的特点，在同一频率下可能存在多种模态的导波同时传播，在使用导波检测中最重要的一点就是激发特定模态的导波。激发导波的方式有多种，常见的有磁致伸缩式和电磁超声式和压电式换能器。压电式换能器需要与被测介质紧密接触，检测前需要处理表面、粘贴换能器等，准备时间较长且影响工作。磁致伸缩式是一种磁-声换能器，检测时只需与被测物靠近即可，使用方便。导波还具有传播距离远的特点，与使用超声波检测的逐点扫查方式不同，可以大范围、长距离检测，便于组成监测网络。

发明内容

本专利针对我国现有的电梯轿厢抬升钢丝绳缺陷监测的技术的不足，提出了一种单发单收式电梯轿厢钢丝绳损伤导波监测装置，可在正常工作条件下对电梯轿厢抬升钢丝绳进行实时监测，保证其使用安全。

在实际的运动物体监测中，由于设备线路，难以采用传统的附着于物体上的安装方式，本发明采用固定的导波换能器实现对运动物体的监测解决了这个问题。

本专利的目的是这样实现的：

单发单收式电梯轿厢钢丝绳损伤导波监测装置，包括

导波发射换能器和导波接收换能器，沿着钢丝绳的长度方向相隔一定距离布置，使得发射的导波经过钢丝绳并获得回波信号；

导波激励模块，用于提供激励信号至所述导波发射换能器；

导波接收模块，用于对回波信号进行处理，形成接收信号；

核心控制模块，用于对激励信号和接收信号进行处理和比较，判断钢丝绳的状态；

人机交互模块，用于设置核心控制模块的工作参数，并显示钢丝绳的监测结果。

进一步地，所述导波接收模块包括

放大电路，用于对回波信号进行放大；

滤波电路，用于对回波信号进行过滤；

A/D转换电路，用于将回波信号转变为数字信号。

进一步地，还包括

多通道传感器连接模块，其依据核心控制模块的同步控制脉冲，将导波激励模块产生的激励信号分配至对应的导波发射换能器上；

所述导波发射换能器和导波接收换能器设置有两组，

所述钢丝绳的一段为桥箱端，另一端为配重端；所述桥箱端安装电梯轿箱，所述配重端安装配重块；

其中一个导波发射换能器固定在：电梯轿厢处于最高处时，钢丝绳的桥箱端所处位置的电梯井墙壁上；

另一个导波发射换能器固定在：电梯轿处于厢最低处时，钢丝绳配重端所处位置的电梯井墙壁上；

所述导波接收换能器固定在定滑轮两侧的电梯井墙壁上。

进一步地，所述电梯顶端定滑轮的转轴上安装有编码器，编码器将钢丝绳抬升的高度传递给核心控制模块并计算钢丝绳的损伤位置。

进一步地，所述导波发射换能器和导波接收换能器均是磁致伸缩式换能器。

进一步地，所述导波发射换能器和导波接收换能器分别安装于竖向的金属套筒上，金属套筒固定于墙壁上，金属套筒中穿过所述钢丝绳。

专利相比现有技术突出且有益的技术效果是：

1、本专利通过固定的导波换能器实时检测正常工作状态下运动的电梯轿厢抬升钢丝绳的缺陷。可方便的组成传感器监测网络，对大范围电梯抬升钢丝绳实现实时集中监测，系统可以定位缺陷位置，并在人机交互模块上表示出来。能及时准确的发现早期的缺陷，保证了电梯运输安全，避免了事故的发生。

2、采用两对单发单收工作模式的导波换能器，分别检测整个电梯的钢丝绳轿厢一侧和配重一侧，从而实现完整电梯轿厢钢丝绳的损伤状况监测。

附图说明

图1为本专利的导波换能器的安装示意图之一。

图2为本专利的导波换能器安装示意图之二。

图3为本专利中各模块连接示意图。

图4为本专利中各模块的运行示意图.

图5为本专利检测方法的逻辑框图。

图6为本专利中激励信号的波形图

图7为本专利中无缺陷的回波信号的波形图。

图8为本专利中有缺陷的回波信号的波形图。

图9为本专利导波接收模块的电路图。

1、导波发射换能器；2、导波接收换能器；3、钢丝绳；4、电梯轿厢；5、配重块；6、定滑轮；7、编码器；8、支架；9、金属套筒。

具体实施方式

下面结合附图对本专利的具体实施方式作进一步详细说明。

单发单收式电梯轿厢钢丝绳损伤导波监测装置，包括

导波发射换能器1和导波接收换能器2，沿着钢丝绳3的长度方向相隔一定距离布置，使得发射的导波经过钢丝绳3并获得回波信号；

导波激励模块，用于提供激励信号至所述导波发射换能器1；

导波接收模块，用于对回波信号进行处理，形成接收信号；

核心控制模块，用于对激励信号和接收信号进行处理和比较，判断钢丝绳3 的状态；

人机交互模块，用于设置核心控制模块的工作参数，并显示钢丝绳3的监测结果。

如图1、2所示，所述现有的电梯大多由三部分组成，位于电梯井顶部的定滑轮6、位于定滑轮6一侧的电梯轿厢4以及位于定滑轮6另一侧的配重块5，配重块5、以及电梯轿厢4之间连接有钢丝绳3，同时钢丝绳3的中端位于所述定滑轮6上，通过定滑轮6转动来驱动电梯轿厢4。在电梯井两侧的墙壁上固定有横向设置在支架8，支架8末端设有金属套筒9，金属套筒9上设有所述导波发射换能器1或导波接收换能器2。

其中，所述支架8数量通过导波发射换能器1和导波接收换能器2的数量确定；本专利中，所述导波发射换能器1和导波接收换能器2各设有两个，所述导波接收换能器2固定在靠近定滑轮6两侧的电梯井墙壁上，分别对着电梯轿厢4以及配重块5；所述其中一个导波发射换能器1固定在：当电梯轿厢4处于最高处时，钢丝绳3的桥箱端所处位置的电梯井墙壁上，这样设置的目的在于防止电梯工作时碰撞到导波发射换能器1，同理另一个导波发射换能器1固定在：电梯轿处于厢最低处时，钢丝绳3配重端所处位置的电梯井墙壁上。如图4 所示，电梯井的两侧墙壁上下各设有一所述导波发射换能器1和导波接收换能器2，两端各设置一组导波发射换能器1和导波接收换能器2的目的在于可以分别检测整个电梯钢丝绳的轿厢一侧和配重一侧，从而实现完整电梯轿厢钢丝绳3 的损伤状况监测。

进一步地，所述导波发射换能器1和导波接收换能器2均是磁致伸缩式换能器。磁致伸缩换能器是由磁致伸缩材料做成的铁芯外面绕以线圈而成，当线圈中通以一定直流电流Io产生最佳偏磁场Ho后，再通以交变电流I以产生交变磁场H，使H重叠于Ho上，于是铁芯中的磁场将在Ho水平上变化。在交变磁场H的作用下，由于材料的磁致伸缩效应(焦耳效应)，换能器两端面产生与交流电频率相同的交变伸缩，当交变电流的频率与换能器的共振频率一致时，换能器端部振动最强烈，从而自换能器两端面向介质辐射出超声波。

下面说明本单发单收式电梯轿厢钢丝绳3损伤导波监测装置的工作方式以及工作原理；

1)人机交互模块接受工作参数设置，并将工作参数传输至核心控制模块；

人机交互模块一般为触摸屏，触摸屏上可以直接修改工作参数，同时可以通过人机交互模块展示工作情况，检测情况等；触摸屏可根据实际需要进行编程设置。

2)核心控制模块，根据工作参数得到导波的激励频率，将导波的激励频率转化为频率选择信号和两个导波发射换能器1协同工作的同步控制脉冲信号；将频率选择信号发送给导波激励模块，将同步控制脉冲信号发送给多通道传感器连接模块；

人机交互模块将所述工作参数送至所述核心控制模块中；如图2所示，核心控制模块一般包括ARM处理器以及FPGA器件。

3)导波激励模块，依据频率选择信号产生相应频率的激励信号，再将激励信号发送给多通道传感器连接模块

4)多通道传感器连接模块，依据同步控制脉冲信号将激励信号分配至对应的两个导波发射换能器1上；

多通道传感器连接模块相当于信号传输回路，用于处理激励信号与同步控制脉冲信号，并同时接受由导波接收换能器2发出的回波信号；同步控制脉冲信号控制所述导波发射换能器1和导波接收换能器2启动，而所述激励信号为导波发射换能器1提供输入信号。

5)导波发射换能器1对两侧钢丝绳3进行检测；导波接收换能器2将接收到的回波信号传递给多通道传感器连接模块；多通道传感器连接模块将回波信号传递给导波接收模块；

根据导波检测原理，超声导波在接触到钢丝绳3上的缺陷部位后，会因其缺陷大小改变输入信号的波形，并将改变后的输入信号送至所述导波接收换能器2中，改变后的输入信号即所述回波信号。如图6-8所示，图6为激励信号的波形图，其表达式为x(t)＝a(1-cos(2πfctk))sin(2πfct)；图7为无缺陷状态的波形图，需要说明电梯井中环境复杂，超声波触碰端面或是悬垂线夹会有不同波形，但两者之间的波形会因钢丝绳的缺陷程度而展示出不同波形；通过对比无缺陷与有缺陷的波形图发现，悬垂线夹后的波形存在明显区别。

6)导波接收模块对回波信号进行调理，回波信号依次经过放大、滤波、A/D 转换步骤数字化后形成接收信号，再将接收信号传输至核心控制模块；

导波接收模块包括

放大电路，用于对回波信号进行放大；

滤波电路，用于对回波信号进行过滤；

A/D转换电路，用于将回波信号转变为数字信号；

如图4所示，频率选择信号经DDS信号源发出信号，并通过一级功率放大模块、二级功率放大模块进行功率放大后得到功率合适的激励信号送至磁致伸缩超声波导波传感器，磁致伸缩超声波导波传感器即包括上述导波发射换能器1 以及导波接收换能器2，来得到回波信号；回波信号先通过高压钳位确定电压，再通过上述放大电路、滤波电路以及A/D转换电路进行信号转换，最终与激励信号相比较。

具体如图9所示，本专利采用LTM9001-GA集成系统级封装器件以及 74LVC245电平转换电路来实现，LTM9001-GA集成系统级封装器件包括一个高速 16位A/D转换器、匹配网络、抗混叠滤波器和一个具固定增益的低噪声、差分放大器；它专为对具有一个高达300MHz中频(IF)范围的宽动态范围信号进行数字化处理而设计。放大器可提供AC或DC耦合输入驱动。可以实现一个具不同带宽的低通或带通滤波器网络。通过该LTM9001-GA来实现对回波信号进行处理，并将其转换成数字信号进行比较。

7)核心控制模块，将上述步骤6)得到的数字化的接收信号和步骤3)发送的激励信号进行归一化处理；将归一化处理后的回波信号和激励信号包络相减；若接收信号和激励信号的幅值差小于所设定的阈值，则认为该部分钢丝绳3 不存在缺陷；若接收信号和激励信号的幅值差大于阈值，则认为该回波信号属于钢丝绳3缺陷信息；进一步将该回波信号与存储在核心控制模块中的缺陷特征库匹配，得到缺陷的大小和类型；再根据编码器7接收到的信息，计算缺陷的位置。

其流程如图5所示,归一化处理的原因是为了减少数据处理难度，加快处理速度；所述编码器7设置在所述定滑轮6上，通过编码器7确定当前所检测的钢丝绳3的位置，结合钢丝绳3位置形式和通过信号对比得到的缺陷的大小和类型，来得到整段钢丝绳3中缺陷所处的位置以及缺陷大小。

8)在人机交互模块展示钢丝绳3的状况，使检测结构直截了当的展示出来。

以上显示和描述了本专利的基本原理和主要特征和本专利的优点。本行业的技术人员应该了解，本专利不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利的原理，在不脱离本专利精神和范围的前提下，本专利还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本专利范围内。本专利要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.单发单收式电梯轿厢钢丝绳损伤导波监测装置，其特征在于，包括

导波发射换能器(1)和导波接收换能器(2)，沿着钢丝绳(3)的长度方向相隔一定距离布置，使得发射的导波经过钢丝绳(3)并获得回波信号；

导波激励模块，用于提供激励信号至所述导波发射换能器(1)；

导波接收模块，用于对回波信号进行处理，形成接收信号；

核心控制模块，用于对激励信号和接收信号进行处理和比较，判断钢丝绳(3)的状态；

人机交互模块，用于设置核心控制模块的工作参数，并显示钢丝绳(3)的监测结果。

2.根据权利要求1所述的单发单收式电梯轿厢钢丝绳损伤导波监测装置，其特征在于：所述导波接收模块包括

放大电路，用于对回波信号进行放大；

滤波电路，用于对回波信号进行过滤；

A/D转换电路，用于将回波信号转变为数字信号。

3.根据权利要求1所述的单发单收式电梯轿厢钢丝绳损伤导波监测装置，其特征在于：还包括

多通道传感器连接模块，其依据核心控制模块的同步控制脉冲，将导波激励模块产生的激励信号分配至对应的导波发射换能器(1)上；

所述导波发射换能器(1)和导波接收换能器(2)设置有两组，

所述钢丝绳(3)的一段为桥箱端，另一端为配重端；所述桥箱端安装电梯轿厢(4)，所述配重端安装配重块(5)；

其中一个导波发射换能器(1)固定在：电梯轿厢(4)处于最高处时，钢丝绳(3)的桥箱端所处位置的电梯井墙壁上；

另一个导波发射换能器(1)固定在：电梯轿厢(4)处于最低处时，钢丝绳(3)配重端所处位置的电梯井墙壁上；

所述导波接收换能器(2)固定在定滑轮(6)两侧的电梯井墙壁上。

4.根据权利要求3所述的单发单收式电梯轿厢钢丝绳损伤导波监测装置，其特征在于：所述电梯顶端定滑轮(6)的转轴上安装有编码器(7)，编码器(7)将钢丝绳(3)抬升的高度传递给核心控制模块并计算钢丝绳(3)的损伤位置。

5.根据权利要求1所述的单发单收式电梯轿厢钢丝绳损伤导波监测装置，其特征在于：所述导波发射换能器(1)和导波接收换能器(2)均是磁致伸缩式换能器。

6.根据权利要求1所述的单发单收式电梯轿厢钢丝绳损伤导波监测装置，其特征在于：所述导波发射换能器(1)和导波接收换能器(2)分别安装于竖向的金属套筒(9)上，金属套筒(9)固定于墙壁上，金属套筒(9)中穿过所述钢丝绳(3)。

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