人行自動平開門開合速度測試方法探究

殷國山 王星龍 黃天岐 于小艷

（嘉興威凱檢測技術(shù)有限公司 嘉興 314000）

引言

人行自動平開門開合速度是衡量自動門性能的一個重要指標(biāo)，速度過慢，將直接影響通行效率，造成不必要的等待和時間浪費(fèi)，速度過快，將會存在安全隱患，甚至?xí)?dǎo)致自動門撞人的情況發(fā)生。因此速度測試為改進(jìn)自動門設(shè)計(jì)方案、提升自動門性能提供了重要參數(shù)。本文介紹光電測速計(jì)和頻閃儀兩種測速方法，通過試驗(yàn)比較，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)提出個人觀點(diǎn)。

1 人行自動平開門的介紹

結(jié)構(gòu)：人行自動平開門主要由門板、門機(jī)、軌道、支架、皮帶和其他機(jī)構(gòu)組成；門板一般由玻璃材料制成；門機(jī)就是驅(qū)動電動機(jī)，負(fù)責(zé)開關(guān)自動門的動力輸出，內(nèi)部有減速器，能提供大扭矩并控制自動門的速度；軌道就是控制自動門移動軌跡的鐵軌；支架用于支撐自動門；皮帶就用于連接發(fā)動機(jī)和自動門之間的動力傳遞。

速度測試方法：測試人行自動平開門開合速度的方法有兩種：第一種方法是直接測試門板移動速度，可以通過位移時間比求得，也可以借助光電測速計(jì)求得；第二種方法是測試門機(jī)轉(zhuǎn)速，通過傳動比求得自動門的開合速度，也同樣可通過光電測速計(jì)或用頻閃儀測試門機(jī)轉(zhuǎn)速。

2 光電測速計(jì)和頻閃儀

轉(zhuǎn)速表分為接觸式和非接觸式兩種，非接觸式轉(zhuǎn)速表又分為光電式轉(zhuǎn)速計(jì)和頻閃式轉(zhuǎn)速儀等；光電測速計(jì)和頻閃儀是測試技術(shù)中常用到的兩種測轉(zhuǎn)速的儀表，其工作原理及測試方法介紹如下。

2.1 光電式轉(zhuǎn)速計(jì)

光電式轉(zhuǎn)速計(jì)是通過LED光源或激光光源照射粘貼有反光片的軸，軸轉(zhuǎn)動時反光片反射的光源被轉(zhuǎn)化為脈沖信號，脈沖信號通過電子計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)并顯示其轉(zhuǎn)速值的儀器[1]。

2.1.1 工作原理

光電式轉(zhuǎn)速計(jì)采用紅外線反射式探頭，發(fā)光管（LED）和受光管（光電傳感器）并排安裝在探頭同側(cè)，探頭接近貼有反光片的被測物體，反光片每經(jīng)過一次發(fā)光管便會反射一束紅外線光，被反射的紅外線光信號被受光管接收，并產(chǎn)生一個脈沖信號，脈沖信號經(jīng)過大電路、濾波電路、整形電路后傳入到單片機(jī)，單片機(jī)通過算法實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的實(shí)時測量與計(jì)算，從單位時間內(nèi)收到脈沖信號的次數(shù)便可測出轉(zhuǎn)速，紅外線轉(zhuǎn)速計(jì)具有轉(zhuǎn)速最大值、最小值、平均值的數(shù)字顯示功能[3]。

光電傳感器可以接收到物體上反射回來的光線，由于黑色物體會吸收光源，因此光電傳感器對于所有黑色物體的接收靈敏度低，而對反光物體和白色物體的體接收靈敏度最高，對其他顏色物體的檢測靈敏度介于兩者之間，縮短檢測距離可以提高靈敏度。

紅外線發(fā)射器和接收器都安裝在探頭上，根據(jù)光學(xué)原理，紅外線信號經(jīng)過透鏡折射到被測旋轉(zhuǎn)物體上，被反射回來的紅外線信號用過透鏡又被折射回紅外線接受器。為了提高紅外線的接收率，減少外界無關(guān)光源的干擾，透鏡可采用只能透過單色波長的濾色玻璃制作，或者透鏡上涂覆一層只能透過特定光色和波長的材料。為了增強(qiáng)紅外線信號的反射強(qiáng)度，需在被測旋轉(zhuǎn)物體上粘貼一張反光片，有時用鋁箔或者白色的紙片做反光片效果也很好，當(dāng)被測物體轉(zhuǎn)動時反光片正對紅外線發(fā)射器時，紅外線信號被反射回接收器，根據(jù)單位時間內(nèi)接收信號的頻率便可推算出被測物體的轉(zhuǎn)速[2]。

在實(shí)際測量中，光電傳感器傳入的脈沖信號中，不可避免會夾雜著干擾脈沖，為了實(shí)現(xiàn)使脈沖信號更為準(zhǔn)確，必須對脈沖信號進(jìn)行篩選整形，除去干擾脈沖加強(qiáng)信號脈沖，所以，光電計(jì)數(shù)計(jì)的電路中會設(shè)計(jì)濾波電路、限幅電路、整形電路以及放大電路，被過率篩選和加強(qiáng)的脈沖信號便可傳至微處理器進(jìn)行處理和運(yùn)算。

2.1.2 技術(shù)指標(biāo)

以本實(shí)驗(yàn)用到的FT3450數(shù)字轉(zhuǎn)速計(jì)為例，主要的測速指標(biāo)：測速精度、測速距離、測速范圍。

測速精度：FT3450數(shù)字轉(zhuǎn)速計(jì)9 999 rad/min以下時理論誤差是±1 dgt，經(jīng)實(shí)際測量發(fā)現(xiàn)，測量精度受反光紙反光效果和反光紙數(shù)量影響，若貼上更多反光紙，理論上測量誤差更小，但是實(shí)際操作起來考慮多種干擾因素影響誤差不一定減小，又考慮到自動推拉門門機(jī)齒輪轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)速為60～80 rad/min，轉(zhuǎn)速低，且轉(zhuǎn)動采用齒形帶，傳動進(jìn)度不高，因此用測速計(jì)測量轉(zhuǎn)數(shù)間接測平移門移速的方法不妥，應(yīng)該使用光電式轉(zhuǎn)速計(jì)直接測量平移門的移速。

檢測距離：由于貼了一個反光紙，分辨率較低，其可以測量的最佳距離為50～500 mm。

測速范圍：考慮到只貼了一個反光紙，也就是轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個脈沖，以及實(shí)際需要和測量條件的限制，可限定最高轉(zhuǎn)速為 99 990 r/min，若只貼一個反光紙，分辨率較低，其可以測量的最低轉(zhuǎn)速較低為30 r/min。

FT3450數(shù)字轉(zhuǎn)速計(jì)主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 FT3450數(shù)字轉(zhuǎn)速計(jì)主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)

2.2 頻閃式轉(zhuǎn)速儀

頻閃儀是一種光學(xué)測量儀器，它可以控制光源在不同的頻率閃爍發(fā)光，現(xiàn)代工業(yè)對高速運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備精度要求高，而通過肉眼難以觀察是高速運(yùn)動的物體，因此對高速旋轉(zhuǎn)物體的檢測一直是一個難題，但是有了頻閃儀我們就能有效的檢測和觀察高速旋轉(zhuǎn)物體，再頻閃儀的照射下，當(dāng)物體的旋轉(zhuǎn)速度和頻閃儀的閃爍頻率接近或成倍數(shù)關(guān)系時，被測的高速旋轉(zhuǎn)物體顯示為靜止?fàn)顟B(tài)，便可輕易的觀測旋轉(zhuǎn)物體，也可以很容易的推算出物體的轉(zhuǎn)速和頻率。

2.2.1 工作原理

頻閃儀的工作原理可以看做一個負(fù)反饋系統(tǒng)，它由閃光控制系統(tǒng)、閃光調(diào)節(jié)系統(tǒng)，閃光燈和人眼反饋系統(tǒng)四個部分組成，閃光控制系統(tǒng)通過外觸發(fā)頻率或設(shè)定的頻率控制閃光燈以一定的頻率閃爍，人眼接收到旋轉(zhuǎn)物體的反光信息，如果閃光頻率小于物體轉(zhuǎn)動頻率，則控制閃光調(diào)節(jié)系統(tǒng)加大閃爍頻率，反之如果閃光頻率大于物體轉(zhuǎn)動頻率，則控制閃光調(diào)節(jié)系統(tǒng)減小閃爍頻率，通過不斷的反饋調(diào)節(jié)，閃光頻率講趨近物體的轉(zhuǎn)動頻率或其轉(zhuǎn)動頻率的倍數(shù)，此時人眼會觀察到運(yùn)動物體處于不移動狀態(tài)，便可以得出所測對象的轉(zhuǎn)速值或者頻率值[1]。

頻閃監(jiān)測儀的控制：閃光燈的閃光頻率是由電子脈沖控制的，脈沖的控制方式有兩種，一種是內(nèi)部控制另一種是外部控制，內(nèi)部控制器的原理是人通過為調(diào)節(jié)按鍵或者旋鈕控來制震蕩發(fā)生器發(fā)出特定頻率的電子脈沖，外部控制的優(yōu)點(diǎn)是可以做到頻閃儀發(fā)射器與被測物體分離，儀器方便攜帶便于使用。外部控制的原理是在被測物體上安裝一個同步發(fā)射器，同步發(fā)射器發(fā)射出與被測物體頻率相同的電子脈沖，使頻閃燈的頻率與被測物體同步。

閃光燈管的結(jié)構(gòu)：閃光燈管由石英玻璃或者特制玻璃等材料制作，內(nèi)部充滿了高純度的惰性氣體氙氣，加上內(nèi)部的有正負(fù)極的放電結(jié)構(gòu)便構(gòu)成了一個氣體放電燈，頻閃儀工作時，高壓脈沖使燈管內(nèi)的惰性氣體電離，被電離的氙氣在正負(fù)極之間形成電離通道，從而產(chǎn)生電弧放電，形成強(qiáng)烈的閃光，放電的脈沖電源由電容器提供，電容器內(nèi)根據(jù)需要可以儲存400一n×1 000 V的電壓，電離放電時強(qiáng)大的電流可高達(dá)1 000 A，使管內(nèi)氙氣瞬間電離，產(chǎn)生強(qiáng)光，當(dāng)電容的放電量達(dá)到到一定值之后，電容兩端電壓下降不能繼續(xù)維持惰性氣體電離，此時頻閃燈熄滅，頻閃儀完成一次閃光。圖1為常見的頻閃儀電路原理圖。

圖1 原理電路

C(N)為閃光電容在， C(N)由升壓電路為其充電，為頻閃燈的工作儲存電源。發(fā)生器發(fā)出的電子脈沖經(jīng)過點(diǎn)火可控硅為點(diǎn)火電容C(Z)充電，C(Z)通過線圈與頻閃燈相連，為頻閃燈提供電離所需的高壓電源，當(dāng)開關(guān)閉合時，電容C(Z)放電，電壓經(jīng)過變壓器的初級線圈升壓，再經(jīng)過次級線圈感應(yīng)升壓至上千伏，高壓傳至頻閃燈電結(jié)構(gòu)，此時正負(fù)極之間的惰性氣體放電完成一次閃光形成電弧完成一次閃爍。

2.2.2 技術(shù)指標(biāo)

測量精度：測量誤差小于測量數(shù)值的0.1 %，頻閃儀測量回路的時間基準(zhǔn)是通過英晶體脈沖控制的，數(shù)值由數(shù)子顯示。

頻閃照明強(qiáng)度：通常頻閃儀的照明強(qiáng)度范圍在500～6 000 lux之間，而且功率越大的頻閃儀照明強(qiáng)度就越大，普通的照明強(qiáng)度測量儀器測不了，所以規(guī)定頻閃儀頻率3 000 min-1時距離頻閃燈0.5 m處的照明強(qiáng)度為頻閃儀的照明強(qiáng)度，

頻率范圍：頻閃監(jiān)測儀的頻率范圍同儀器型號有關(guān)。例如德國DRELLO（德雷羅）Drelloscop1015數(shù)碼手持式頻閃儀的閃光頻率1 min在40～12 500閃光之間，特殊型號頻閃儀1 min可達(dá)60 000閃光。 最低頻率是這樣給定的，即當(dāng)被測目標(biāo)的周期運(yùn)動低于40次以下，已經(jīng)可以可在普通光源下觀察了，這時的頻閃照明已無意義[4]。

考慮到自動推拉門門機(jī)齒輪轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)速為60～80 rad/min，轉(zhuǎn)速低，因此推拉門門機(jī)轉(zhuǎn)速通過頻閃儀觀察十分困難，不考慮使用頻閃儀進(jìn)行測量。

3 電動門移速測量實(shí)驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)要求

運(yùn)行速度應(yīng)符合JG/T 305-2011《人行自動門安全要求》中有關(guān)規(guī)定：人行自動門運(yùn)行速度應(yīng)符合表2的規(guī)定。

表2 人行自動門運(yùn)行速度

檢測方法應(yīng)符合JG/T 177-2005中有關(guān)規(guī)定：試驗(yàn)項(xiàng)目、性能指標(biāo)試驗(yàn)內(nèi)容及適用門的種類見表3。

表3 性能項(xiàng)目、試驗(yàn)項(xiàng)目及適用門的種類

3.2 試驗(yàn)方法

3.2.1 利用秒表測速度

實(shí)驗(yàn)一步驟如下:

①用卷尺測量推拉門從全閉狀態(tài)到開口600 mm時的位置，做標(biāo)記，記全閉狀態(tài)門板距標(biāo)記點(diǎn)的距離為S1，記全開狀態(tài)門板距標(biāo)記點(diǎn)的距離為S2；

②開啟自動門，待自動推拉門運(yùn)行平穩(wěn)后恢復(fù)閉合狀態(tài)；

③觸發(fā)傳感器，用秒表記錄自動推拉門從全閉狀態(tài)到標(biāo)記點(diǎn)時的時間記為T1，推拉自動門從全開到標(biāo)記點(diǎn)的時間記為T2；

④重復(fù)步驟③，并記錄5組測量值。

實(shí)驗(yàn)二步驟如下:

①用卷尺測量推拉門從全閉狀態(tài)到開口600 mm時的位置，做標(biāo)記，記全閉狀態(tài)門板距標(biāo)記點(diǎn)的距離為S1，記全開狀態(tài)門板距標(biāo)記點(diǎn)的距離為S2；

②在自動門上每隔30 mm貼一片反光片，貼兩排，第一拍長度為S1，第二排長度為S2；

③開啟自動門，待自動推拉門運(yùn)行平穩(wěn)后恢復(fù)閉合狀態(tài)；

④觸發(fā)傳感器,用測速計(jì)對準(zhǔn)第一排反光片記錄自動推拉門從全閉狀態(tài)到標(biāo)記點(diǎn)時的轉(zhuǎn)速n1，用測速計(jì)對準(zhǔn)第二排反光片記錄自動推拉門從全開到標(biāo)記點(diǎn)轉(zhuǎn)速n2；

⑤重復(fù)步驟④5次，并記錄測量值。

實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二同時進(jìn)行。

3.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)時，啟動自動門，待自動門運(yùn)行平穩(wěn)，恢復(fù)閉合狀態(tài)后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二同時進(jìn)行，重復(fù)5次，經(jīng)過計(jì)算，開啟速度測量值如表4和圖2所示，閉合速度測量值如表5和圖3所示。

圖2 開啟速度

圖3 閉合速度

表4 推拉門開啟時的移速

表5 推拉門閉合時的移速

3.3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

比較秒表測得的速度值與測速計(jì)測量求得的速度值即可得自動門的現(xiàn)場測速誤差，基于非接觸式速度計(jì)的光電工作原理，反光片的距離和數(shù)量會影響測量結(jié)果；光電傳感器的距離和傾斜角度也會影響測量結(jié)果。多次實(shí)驗(yàn)測量的結(jié)果表測速計(jì)的現(xiàn)場測開啟速誤平均差偏15.4 %閉合速誤平均差偏5.6 %，試驗(yàn)數(shù)據(jù)及誤差見表4、表5，從圖2、圖3的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到測量速度值偏大，主要原因是自動門啟動時的速度慢，通過秒表測量的是開啟和閉合的平均速度，而測速計(jì)測量的速度是標(biāo)記點(diǎn)附近的速度并不是平均值，因此測量速度偏大。

4 結(jié)語

本文從自動推拉門的結(jié)構(gòu)、光電式轉(zhuǎn)速計(jì)和頻閃儀的工作原理、自動推拉門移速的測試方法、自動推拉門的速度測試試驗(yàn)及誤差分析四個方面介紹了自動推拉門速度測試試驗(yàn)的相關(guān)知識，根據(jù)JG 305-2011《人行自動門安全要求》中4.4章運(yùn)行速度與GB/T 177-2005中第7章實(shí)驗(yàn)方法，測得了自動推拉門的開啟速度和閉合速度，測試中我們需注意到測速計(jì)測量的速度值與真實(shí)值之間有一定誤差，還要對測試方法進(jìn)行改進(jìn)。