付震宇 廖禹帆 劉 勇 楊付龍 先本均 潘 洋 譚凌峰 羅 可

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

0 引言

據(jù)國(guó)家質(zhì)檢總局提供的數(shù)據(jù)顯示，截至2016年我國(guó)已擁有電梯493.69萬(wàn)臺(tái)，且每年仍以近百萬(wàn)臺(tái)的速度增長(zhǎng)，在高增長(zhǎng)速度的同時(shí)，電梯事故屢見(jiàn)不鮮。因電梯乘運(yùn)質(zhì)量相關(guān)參數(shù)的測(cè)量既能評(píng)定電梯的乘坐舒適感又能根據(jù)測(cè)得的轎廂振動(dòng)情況及時(shí)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(cè)和維護(hù)工作中重要的檢測(cè)項(xiàng)目。因國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)電梯乘運(yùn)質(zhì)量檢測(cè)儀器的研發(fā)起步較晚，軟硬件操作過(guò)程較為煩瑣，儀器包含的功能有限。鑒于上述情況，市場(chǎng)上急需一種即小巧輕便價(jià)格合理又功能齊全操作簡(jiǎn)單的專(zhuān)門(mén)用于電梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量的儀器。

1 新型多功能電梯乘運(yùn)質(zhì)量檢測(cè)儀器

新型多功能電梯乘運(yùn)質(zhì)量檢測(cè)儀器是一種將噪聲、照度、加速度和振動(dòng)測(cè)量功能融為一體的電梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)試儀，其特征在于該儀器可以在電梯轎廂單次運(yùn)行過(guò)程中對(duì)速度、加減速度、噪聲、照度等多種信號(hào)同時(shí)進(jìn)行采樣，測(cè)量結(jié)束后可對(duì)加減速度、速度、振動(dòng)、噪聲和照度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并當(dāng)場(chǎng)顯示、打印測(cè)量結(jié)果,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。儀器主要由測(cè)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(cè)量主機(jī)主要由加速度傳感器、信號(hào)處理電路、微處理器單元、顯示單元、存儲(chǔ)單元和藍(lán)牙單元等組成。測(cè)量過(guò)程中測(cè)量主機(jī)的微處理器單元控制信號(hào)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(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，將結(jié)果通過(guò)顯示單元顯示出來(lái)，通過(guò)儲(chǔ)存單元保存，通過(guò)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(cè)量?jī)x的組成

電梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量?jī)x，其特征一在于其由數(shù)據(jù)采集單元、信號(hào)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(cè)量電梯運(yùn)行過(guò)程中的噪聲信號(hào)；照度傳感器用于檢測(cè)轎廂內(nèi)的光線(xiàn)信號(hào)；三軸加速度傳感器用于測(cè)量轎廂啟制動(dòng)及運(yùn)行過(guò)程中的垂直方向的加速度信號(hào)和水平方向的振動(dòng)信號(hào)。

圖1 儀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

信號(hào)處理單元，由放大、濾波、隔離和A/D轉(zhuǎn)換電路組成，對(duì)噪聲、照度和加減速度傳感器輸入的電信號(hào)做濾波處理后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)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(hào)處理單元輸入的噪聲、照度和加減速度數(shù)字信號(hào)，既可將實(shí)時(shí)測(cè)量值和測(cè)量結(jié)果傳輸?shù)斤@示單元，又可將測(cè)量結(jié)果經(jīng)輸出單口輸出，還可將測(cè)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(cè)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(shí)測(cè)量值、曲線(xiàn)和測(cè)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(cè)量結(jié)果，USB電路用于導(dǎo)出保存在SD中的測(cè)量文件。

1.2 電梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量?jī)x的主機(jī)系統(tǒng)

電梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量?jī)x的特征二在于其主機(jī)采用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使用專(zhuān)門(mén)為該儀器設(shè)計(jì)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(tái)主機(jī)即可完成測(cè)量、顯示、保存、輸出等所有功能。

1.3 電梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量?jī)x的主機(jī)電池

電梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)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(jì)從而大幅度提高續(xù)航使用時(shí)間，充滿(mǎn)電的情況下可滿(mǎn)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(jiǎn)單使用方便。可以實(shí)時(shí)顯示電梯運(yùn)行過(guò)程中的速度、加速度曲線(xiàn)，測(cè)量結(jié)束時(shí)不必借助任何外部設(shè)備既可以當(dāng)場(chǎng)顯示測(cè)量結(jié)果又可利用藍(lán)牙打印機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)打印，測(cè)量結(jié)果還能保存在主機(jī)存儲(chǔ)裝置中，可隨意查看。

1.4 電梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量?jī)x的外置信號(hào)采樣

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

這個(gè)測(cè)試系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采單元、信號(hào)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(xiàn)、加速度轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)后傳輸至信號(hào)處理單元，由信號(hào)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(hào)采集的同時(shí)實(shí)時(shí)采樣值通過(guò)顯示單元顯示出來(lái)，測(cè)量結(jié)束后微處理器單元分析計(jì)算測(cè)量結(jié)果，通過(guò)顯示單元顯示測(cè)量結(jié)果并將結(jié)果保存至Rom單元中。根據(jù)用戶(hù)需要可將測(cè)量結(jié)果通過(guò)輸出單元發(fā)送至藍(lán)牙打印機(jī)或?qū)С鰷y(cè)量結(jié)果文件。

乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量時(shí)，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(lái)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(cè)試現(xiàn)場(chǎng)如圖2所示。將2個(gè)傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)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(mén)平行，Y軸方向垂直于轎廂門(mén)。測(cè)試時(shí)需保證轎廂內(nèi)不超過(guò)2人。如測(cè)量時(shí)轎廂內(nèi)有2人，其站立位置應(yīng)保持轎廂平衡，且在測(cè)量過(guò)程中，每個(gè)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(cè)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(cè)量平面與實(shí)際的平面間會(huì)存在一個(gè)夾角，測(cè)量前須計(jì)算出此夾角從而修正測(cè)量誤差。電梯運(yùn)行前將主機(jī)放置于轎廂地板上，啟動(dòng)測(cè)量功能，測(cè)量功能啟動(dòng)后，不能再移動(dòng)主機(jī)，測(cè)量界面會(huì)顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間，第一個(gè)2s，主機(jī)啟動(dòng)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(gè)方向都會(huì)有值，基于這3 s統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均并計(jì)算傾角，3 s后繼續(xù)采集數(shù)據(jù)，然后基于傾角對(duì)實(shí)際測(cè)量的重力加速度值進(jìn)行修正，倒計(jì)時(shí)完成后再啟動(dòng)電梯開(kāi)始測(cè)量。

開(kāi)始測(cè)量后，數(shù)據(jù)采集計(jì)算裝置通過(guò)加速度傳感器采集三軸加速度原始信號(hào)，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(shí)值和加速度曲線(xiàn)；通過(guò)噪聲傳感器采集噪聲信號(hào)，將噪聲信號(hào)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(shí)值和噪聲曲線(xiàn)。

測(cè)量結(jié)束時(shí)，對(duì)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(duì)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(duì)濾波處理后的Z軸加速度鏈表進(jìn)行積分計(jì)算，從而得出速度值鏈表并顯示速度曲線(xiàn)。對(duì)Z軸速度鏈表進(jìn)行分析得出Z軸最大速度、和V95速度。

對(duì)三軸加速度信息做計(jì)權(quán)處理得出三軸振動(dòng)峰峰值、最大振動(dòng)峰峰值和A95振動(dòng)峰峰值。

對(duì)噪聲數(shù)據(jù)鏈表做處理，得出最大聲壓級(jí)和LAeq聲壓級(jí)。

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

2 結(jié)論

圖2 儀器測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

該文基于傳統(tǒng)電梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)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(cè)試儀，盡管在《GB 24474—2009—T電梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量》中對(duì)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(duì)轎廂內(nèi)的照度卻有明確要求，對(duì)此該檢測(cè)儀將照度測(cè)量功能納入其中，新型多功能電梯乘運(yùn)質(zhì)量檢測(cè)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(cè)效率大幅提高。