王 葵

（廣東省特種設(shè)備檢測研究院，廣州 528251）

0 引言

電梯是現(xiàn)代人出行的重要工具，在給人們出行帶來巨大便利的同時(shí)，電梯造成的安全事故也時(shí)有發(fā)生。質(zhì)檢行業(yè)大力開展科研創(chuàng)新，通過開發(fā)新的檢測儀器[1-6]，提升質(zhì)檢科技水平與電梯檢驗(yàn)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(jù)我國檢規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的要求，電梯多個(gè)項(xiàng)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(chǎn)生傷害的事故主要有：（1）電梯轎門或?qū)娱T的門扇之間或門扇與周圍靜態(tài)結(jié)構(gòu)之間的間隙[7]；（2）自動(dòng)扶梯與自動(dòng)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(dòng)扶梯與自動(dòng)人行道的梯級與圍裙板之間間隙，在乘客乘坐的整個(gè)過程中都可能對乘客造成傷害。確保兩類間隙值滿足檢規(guī)的要求，對于防止傷害乘客事故的發(fā)生具有重要意義。

目前國內(nèi)外檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)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(yè)的檢測儀器設(shè)備。使用塞尺或鋼直尺檢測主要存在幾個(gè)問題：（1）讀數(shù)困難，特別是自動(dòng)扶梯和自動(dòng)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(shù)誤差大，特別是數(shù)據(jù)接近臨界值時(shí)容易影響判定結(jié)論；（3）測量位置不是間隙夾人位置，違背了標(biāo)準(zhǔn)和檢規(guī)對間隙測量的初衷。

本文設(shè)計(jì)開發(fā)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(bǔ)了傳統(tǒng)檢測手段不足，該儀器攜帶便捷，提高了檢驗(yàn)精度和效率，保障乘客乘梯安全。

1 儀器的結(jié)構(gòu)

儀器結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括：尺身、2個(gè)壓力傳感器、2個(gè)圓柱塊、軟質(zhì)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(xiàn)出長尖結(jié)構(gòu)。尺身的材質(zhì)為金屬，尺身防水防塵密封，內(nèi)封裝有信號處理裝置，表面裝有顯示裝置。

2個(gè)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(cè)面的上下兩端，2個(gè)圓柱塊分別安裝在2個(gè)壓力傳感器的正中央表面。受力片為條形薄片狀，架設(shè)并固定在2個(gè)圓柱塊上，將側(cè)面受到的力分配給2個(gè)壓力傳感器。受力片和尺身之間的間隙填充軟質(zhì)塑料，軟質(zhì)塑料可以防止受力片和尺身之間進(jìn)入其它雜質(zhì)，同時(shí)自身非常柔軟，減少對測量結(jié)果的影響。

圖1 儀器結(jié)構(gòu)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(nèi)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(gè)壓力傳感器的信號，并且將信號處理結(jié)果傳輸?shù)斤@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(gè)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(gè)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(gè)壓力傳感器測得的壓力值，F(xiàn)2為第2個(gè)壓力傳感器測得的壓力值。

圖2 受力原理圖

圖3 計(jì)算結(jié)構(gòu)簡圖

將圖2的受力原理圖簡化可以得到如圖3所示計(jì)算結(jié)構(gòu)簡圖，圖中L1為第1個(gè)壓力傳感器中心到測量點(diǎn)的距離，L2為第2個(gè)壓力傳感器中心到測量點(diǎn)的距離。對圖3進(jìn)行分析，整個(gè)結(jié)構(gòu)為等腰梯形，可得：

圖3中儀器的受力情況可以轉(zhuǎn)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(jù)F1和F作用在F2作用點(diǎn)處的轉(zhuǎn)矩為0，可得：

根據(jù)式（6）可知，通過標(biāo)定儀器X1和X2和長度，以及采集第1個(gè)壓力傳感器和第2個(gè)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(shù)方案

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

圖5 測量儀器技術(shù)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(shù)作為1個(gè)單位印刷。IC芯片具有成本低，組件快速開關(guān)，消耗更低能量，性能高，組件彼此靠近，體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)，適合封裝到儀器內(nèi)部。

2個(gè)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(jié)構(gòu)，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(yīng)速度快、檢測電路簡單，易于集成應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于小型儀器上。儀器應(yīng)用中，壓力直接作用在傳感器的膜片上，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，傳感器的電阻發(fā)生變化，同時(shí)通過電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出對應(yīng)于這個(gè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)。顯示器采用微型顯示器，應(yīng)用LED技術(shù)和小型化技術(shù)，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(gè)薄膜壓力傳感器的信號，并且對信號進(jìn)行處理運(yùn)算，將最終的測量結(jié)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(shù)據(jù)就可得到最終的測量結(jié)果。

圖6 薄膜壓力傳感器

4 結(jié)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(jié)果，提高檢測人員的工作效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)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(zhì)監(jiān)行業(yè)科技及裝備水平，對保障電梯安全運(yùn)行及乘客人身安全具有重要意義，對整個(gè)質(zhì)監(jiān)事業(yè)的發(fā)展具有積極的推動(dòng)作用。