一種基于壓力傳感器的電梯安全間隙測量儀器設計與實現*

王 葵

（廣東省特種設備檢測研究院，廣州 528251）

0 引言

電梯是現代人出行的重要工具，在給人們出行帶來巨大便利的同時，電梯造成的安全事故也時有發生。質檢行業大力開展科研創新，通過開發新的檢測儀器[1-6]，提升質檢科技水平與電梯檢驗檢測水平，確保電梯的安全，滿足人們對安全出行的生活需要。

根據我國檢規和標準的要求，電梯多個項目對安全間隙值提出了要求。其中，直接暴露在人們乘坐電梯過程中易對乘客產生傷害的事故主要有：（1）電梯轎門或層門的門扇之間或門扇與周圍靜態結構之間的間隙[7]；（2）自動扶梯與自動人行道的梯級或踏板與圍裙板之間的間隙[8]。

以上兩類間隙都直接暴露在乘客乘坐電梯的過程中，特別是自動扶梯與自動人行道的梯級與圍裙板之間間隙，在乘客乘坐的整個過程中都可能對乘客造成傷害。確保兩類間隙值滿足檢規的要求，對于防止傷害乘客事故的發生具有重要意義。

目前國內外檢驗機構對兩類間隙的檢測手段通常是采用塞尺或鋼直尺人工測量，尚沒有專業的檢測儀器設備。使用塞尺或鋼直尺檢測主要存在幾個問題：（1）讀數困難，特別是自動扶梯和自動人行道梯級與圍裙板的間隙，間隙位置低且被防夾裝置阻擋；（2）讀數誤差大，特別是數據接近臨界值時容易影響判定結論；（3）測量位置不是間隙夾人位置，違背了標準和檢規對間隙測量的初衷。

本文設計開發一款基于壓力傳感器的電梯安全間隙測量儀器。該儀器彌補了傳統檢測手段不足，該儀器攜帶便捷，提高了檢驗精度和效率，保障乘客乘梯安全。

1 儀器的結構

儀器結構如圖1所示，主要包括：尺身、2個壓力傳感器、2個圓柱塊、軟質塑料、受力片、信號處理裝置和顯示裝置。尺身為等腰三角形片狀，等腰三角形的高度為100 mm，底邊長度為15 mm，尺身厚度為10 mm，整體呈現出長尖結構。尺身的材質為金屬，尺身防水防塵密封，內封裝有信號處理裝置，表面裝有顯示裝置。

2個壓力傳感器采用薄膜壓力傳感器，安裝在尺身的其中一腰的側面的上下兩端，2個圓柱塊分別安裝在2個壓力傳感器的正中央表面。受力片為條形薄片狀，架設并固定在2個圓柱塊上，將側面受到的力分配給2個壓力傳感器。受力片和尺身之間的間隙填充軟質塑料，軟質塑料可以防止受力片和尺身之間進入其它雜質，同時自身非常柔軟，減少對測量結果的影響。

圖1 儀器結構圖

信號處理裝置為IC芯片，IC芯片集成了信號處理模塊。信號處理裝置封裝在尺身的內部。顯示裝置安裝在尺身的等腰三角形的表面。信號處理裝置接收2個壓力傳感器的信號，并且將信號處理結果傳輸到顯示裝置。壓力傳感器和顯示裝置分別和信號處理裝置相接。

2 儀器檢測原理

儀器受力原理如圖2所示，X為間隙測量值，X1為第1個壓力傳感器處儀器的寬度，也是儀器測量的間隙最大值；X2為第2個壓力傳感器處儀器的寬度，也是儀器測量的間隙最小值。F1為第1個壓力傳感器測得的壓力值，F2為第2個壓力傳感器測得的壓力值。

圖2 受力原理圖

圖3 計算結構簡圖

將圖2的受力原理圖簡化可以得到如圖3所示計算結構簡圖，圖中L1為第1個壓力傳感器中心到測量點的距離，L2為第2個壓力傳感器中心到測量點的距離。對圖3進行分析，整個結構為等腰梯形，可得：

圖3中儀器的受力情況可以轉化為圖4所示的儀器受力等效圖，通過受力分析可得：

圖4 儀器受力等效圖

根據F1和F作用在F2作用點處的轉矩為0，可得：

根據式（6）可知，通過標定儀器X1和X2和長度，以及采集第1個壓力傳感器和第2個壓力傳感器上的壓力值，就可以得到測量位置的間隙值。

3 儀器技術方案

如圖5所示，檢測儀器主要由信號處理裝置、電池、2個壓力傳感器、顯示裝置以及相關電路組成。

圖5 測量儀器技術方案

信號處理裝置采用IC芯片。IC芯片也叫集成電路，是一種微型電子器件或部件，其所有的組件通過照相平版技術作為1個單位印刷。IC芯片具有成本低，組件快速開關，消耗更低能量，性能高，組件彼此靠近，體積小等諸多優點，適合封裝到儀器內部。

2個壓力傳感器采用相同的薄膜壓力傳感器，如圖6所示。薄膜壓力傳感器采用平面多層組合而成的整體密封結構，具有輕薄耐彎折、靈敏度高、壽命長、超薄，厚度小于0.3 mm、響應速度快、檢測電路簡單，易于集成應用等優點，非常適合應用于小型儀器上。儀器應用中，壓力直接作用在傳感器的膜片上，使膜片產生與介質壓力成正比的微位移，傳感器的電阻發生變化，同時通過電子線路檢測這一變化，并轉換輸出對應于這個壓力的標準信號。

電池采用紐扣鋰電池，能量高、小巧、重量輕、無污染、無記憶效應。顯示器采用微型顯示器，應用LED技術和小型化技術，方便安裝，降低功耗。

儀器工作中，紐扣鋰電池為IC芯片供電，IC芯片采集2個薄膜壓力傳感器的信號，并且對信號進行處理運算，將最終的測量結果直接顯示在微型顯示器上。檢測人員只需要將儀器放置在測量的位置，通過讀取顯示屏上的數據就可得到最終的測量結果。

圖6 薄膜壓力傳感器

4 結束語

（1）該檢測儀器體積小，攜帶方便，通過顯示裝置直接顯示測量結果，提高檢測人員的工作效率、降低勞動強度。

（2）該儀器測量精度高，消除人工觀察等帶來的測量誤差。

（3）該儀器提高質監行業科技及裝備水平，對保障電梯安全運行及乘客人身安全具有重要意義，對整個質監事業的發展具有積極的推動作用。