一種多功能的電梯乘運(yùn)質(zhì)量測試儀

付震宇 廖禹帆 劉 勇 楊付龍 先本均 潘 洋 譚凌峰 羅 可

（樂山市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所，四川 樂山 614000）

0 引言

據(jù)國家質(zhì)檢總局提供的數(shù)據(jù)顯示，截至2016年我國已擁有電梯493.69萬臺，且每年仍以近百萬臺的速度增長，在高增長速度的同時，電梯事故屢見不鮮。因電梯乘運(yùn)質(zhì)量相關(guān)參數(shù)的測量既能評定電梯的乘坐舒適感又能根據(jù)測得的轎廂振動情況及時發(fā)現(xiàn)電梯潛在的安全隱患，現(xiàn)已成為電梯驗(yàn)收、檢測和維護(hù)工作中重要的檢測項(xiàng)目。因國內(nèi)企業(yè)對電梯乘運(yùn)質(zhì)量檢測儀器的研發(fā)起步較晚，軟硬件操作過程較為煩瑣，儀器包含的功能有限。鑒于上述情況，市場上急需一種即小巧輕便價格合理又功能齊全操作簡單的專門用于電梯乘運(yùn)質(zhì)量測量的儀器。

1 新型多功能電梯乘運(yùn)質(zhì)量檢測儀器

新型多功能電梯乘運(yùn)質(zhì)量檢測儀器是一種將噪聲、照度、加速度和振動測量功能融為一體的電梯乘運(yùn)質(zhì)量測試儀，其特征在于該儀器可以在電梯轎廂單次運(yùn)行過程中對速度、加減速度、噪聲、照度等多種信號同時進(jìn)行采樣，測量結(jié)束后可對加減速度、速度、振動、噪聲和照度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并當(dāng)場顯示、打印測量結(jié)果,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。儀器主要由測量主機(jī)、噪聲傳感器、照度傳感器、腳架和藍(lán)牙打印機(jī)組成。其中測量主機(jī)主要由加速度傳感器、信號處理電路、微處理器單元、顯示單元、存儲單元和藍(lán)牙單元等組成。測量過程中測量主機(jī)的微處理器單元控制信號處理電路采集加速度傳感器、噪聲傳感器和照度傳感器的原始數(shù)據(jù)，微處理器對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理，將結(jié)果通過顯示單元顯示出來，通過儲存單元保存，通過藍(lán)牙單元輸出到藍(lán)牙打印機(jī)打印。

1.1 電梯乘運(yùn)質(zhì)量測量儀的組成

電梯乘運(yùn)質(zhì)量測量儀，其特征一在于其由數(shù)據(jù)采集單元、信號處理單元、微處理器單元、Rom單元、輸入單元和輸出單元組成。

其中數(shù)據(jù)采集單元，由噪聲傳感器、照度傳感器、加減速度傳感器組成，其中噪聲傳感器用于測量電梯運(yùn)行過程中的噪聲信號；照度傳感器用于檢測轎廂內(nèi)的光線信號；三軸加速度傳感器用于測量轎廂啟制動及運(yùn)行過程中的垂直方向的加速度信號和水平方向的振動信號。

圖1 儀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

信號處理單元，由放大、濾波、隔離和A/D轉(zhuǎn)換電路組成，對噪聲、照度和加減速度傳感器輸入的電信號做濾波處理后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后傳輸?shù)轿⑻幚砥鲉卧?/p>

微處理器單元，由高速微處理器芯片及其周邊電路組成，采集信號處理單元輸入的噪聲、照度和加減速度數(shù)字信號，既可將實(shí)時測量值和測量結(jié)果傳輸?shù)斤@示單元，又可將測量結(jié)果經(jīng)輸出單口輸出，還可將測量結(jié)果保存至Rom單元中。

Rom單元，由SD卡及其輔助功能電路組成，用于保存系統(tǒng)文件，保存及讀取測量結(jié)果。

輸入單元，由按鍵電路組成，用于參數(shù)錄入及系統(tǒng)操作。

輸出單元，由顯示屏和輸出端口組成，顯示屏用于顯示實(shí)時測量值、曲線和測量結(jié)果，輸出端口有藍(lán)牙電路和USB電路兩部分組成，藍(lán)牙電路用于向藍(lán)牙打印機(jī)傳輸測量結(jié)果，USB電路用于導(dǎo)出保存在SD中的測量文件。

1.2 電梯乘運(yùn)質(zhì)量測量儀的主機(jī)系統(tǒng)

電梯乘運(yùn)質(zhì)量測量儀的特征二在于其主機(jī)采用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計，使用專門為該儀器設(shè)計的軟件系統(tǒng)，具有低功耗、體積小、集成度高等特點(diǎn)，將加速度傳感器集成到主機(jī)當(dāng)中，大幅度降低儀器體積和重量，使單獨(dú)1臺主機(jī)即可完成測量、顯示、保存、輸出等所有功能。

1.3 電梯乘運(yùn)質(zhì)量測量儀的主機(jī)電池

電梯乘運(yùn)質(zhì)量測量裝置，其特征三在于主機(jī)使用大容量可充電鋰電池，配合低功耗電路設(shè)計從而大幅度提高續(xù)航使用時間，充滿電的情況下可滿足全天工作的需要（約8 h），并且配備2.4英寸高清彩色液晶屏，全中文操作界面，操作簡單使用方便。可以實(shí)時顯示電梯運(yùn)行過程中的速度、加速度曲線，測量結(jié)束時不必借助任何外部設(shè)備既可以當(dāng)場顯示測量結(jié)果又可利用藍(lán)牙打印機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場打印，測量結(jié)果還能保存在主機(jī)存儲裝置中，可隨意查看。

1.4 電梯乘運(yùn)質(zhì)量測量儀的外置信號采樣

電梯乘運(yùn)質(zhì)量測量裝置，其特征四在于采用外置有線連接的噪聲和照度穿管器，在不影響加速度信號采樣的同時，使其更符合檢測規(guī)程的要求。

這個測試系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采單元、信號處理單元、微處理器單元、Rom單元、輸入單元和輸出單元組成。數(shù)據(jù)采集單元的噪聲、照度和三軸加速度傳感器分別將聲音、光線、加速度轉(zhuǎn)為電壓信號后傳輸至信號處理單元，由信號處理單元進(jìn)行放大、濾波后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將電壓模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳輸至微處理器單元，在微處理器單元做信號采集的同時實(shí)時采樣值通過顯示單元顯示出來，測量結(jié)束后微處理器單元分析計算測量結(jié)果，通過顯示單元顯示測量結(jié)果并將結(jié)果保存至Rom單元中。根據(jù)用戶需要可將測量結(jié)果通過輸出單元發(fā)送至藍(lán)牙打印機(jī)或?qū)С鰷y量結(jié)果文件。

乘運(yùn)質(zhì)量測量時，首先在轎廂中間區(qū)域架設(shè)三腳架，三腳架高度在1.5 m左右以此來模仿人耳、人眼高度，將噪聲傳感器和照度傳感器固定在三腳架上方的卡具中，測試現(xiàn)場如圖2所示。將2個傳感器通過數(shù)據(jù)線與主機(jī)相連接，主機(jī)放置在轎廂地面中心半徑約0.1 m的范圍內(nèi)。主機(jī)面板上X軸方面與轎廂門平行，Y軸方向垂直于轎廂門。測試時需保證轎廂內(nèi)不超過2人。如測量時轎廂內(nèi)有2人，其站立位置應(yīng)保持轎廂平衡，且在測量過程中，每個人均應(yīng)保持靜止和安靜。為避免因轎底和地板表面的局部變形而影響測量，人員不應(yīng)將腳放在距主機(jī)1.5 m范圍內(nèi)。

受設(shè)備的加工精度和電梯地板的水平度的影響，傳感器的測量平面與實(shí)際的平面間會存在一個夾角，測量前須計算出此夾角從而修正測量誤差。電梯運(yùn)行前將主機(jī)放置于轎廂地板上，啟動測量功能，測量功能啟動后，不能再移動主機(jī)，測量界面會顯示倒計時時間，第一個2s，主機(jī)啟動加速度傳感器，等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定，之后3 s采集加速度值，由于存在重力加速度和傾角，X、Y、Z 3個方向都會有值，基于這3 s統(tǒng)計的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均并計算傾角，3 s后繼續(xù)采集數(shù)據(jù)，然后基于傾角對實(shí)際測量的重力加速度值進(jìn)行修正，倒計時完成后再啟動電梯開始測量。

開始測量后，數(shù)據(jù)采集計算裝置通過加速度傳感器采集三軸加速度原始信號，經(jīng)角度修正后，保存至加速度原始鏈表中并在顯示屏上顯示三軸加速度實(shí)時值和加速度曲線；通過噪聲傳感器采集噪聲信號，將噪聲信號原始值保存至噪聲原始鏈表中，并在顯示屏上顯示噪聲實(shí)時值和噪聲曲線。

測量結(jié)束時，對原始Z軸加速度鏈表進(jìn)行二階10 Hz巴特沃斯低通濾波器濾波處理。對處理后得出的Z軸加速度鏈表進(jìn)行分析得出Z軸最大加速度、Z軸最大減速度、A95加速度、A95減速度。

對濾波處理后的Z軸加速度鏈表進(jìn)行積分計算，從而得出速度值鏈表并顯示速度曲線。對Z軸速度鏈表進(jìn)行分析得出Z軸最大速度、和V95速度。

對三軸加速度信息做計權(quán)處理得出三軸振動峰峰值、最大振動峰峰值和A95振動峰峰值。

對噪聲數(shù)據(jù)鏈表做處理，得出最大聲壓級和LAeq聲壓級。

顯示屏可顯示上述噪聲、照度、三軸加速度的測量結(jié)果及曲線，Rom單元可將測量結(jié)果保存至SD卡中。

2 結(jié)論

圖2 儀器測試現(xiàn)場

該文基于傳統(tǒng)電梯乘運(yùn)質(zhì)量測試儀的缺陷提出了一種新型多功能的電梯乘運(yùn)質(zhì)量測試儀，盡管在《GB 24474—2009—T電梯乘運(yùn)質(zhì)量測量》中對照度未做要求，但在《GB 24474—2003電梯制造與安裝安全規(guī)范》中對轎廂內(nèi)的照度卻有明確要求，對此該檢測儀將照度測量功能納入其中，新型多功能電梯乘運(yùn)質(zhì)量檢測儀器采用的技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有諸多優(yōu)點(diǎn)，這使得電梯的檢測效率大幅提高。