陳建勛 戚政武 蘇宇航 楊寧祥 劉德陽 羅偉立 吳 溪

（1.廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院珠海檢測(cè)院 珠海 519002）

（2.珠海市安粵科技有限公司 珠海 519000）

加速度傳感器在電梯檢測(cè)領(lǐng)域已經(jīng)獲得了大量應(yīng)用，結(jié)合不同的數(shù)據(jù)分析方法，可實(shí)現(xiàn)不同電梯參數(shù)的測(cè)量。例如：根據(jù)加速度數(shù)據(jù)在平均值附近的上下波動(dòng)特性，可進(jìn)行電梯振動(dòng)舒適度分析[1]；對(duì)加速度進(jìn)行數(shù)字濾波和數(shù)值積分，可測(cè)量電梯速度、運(yùn)行距離等參數(shù)[2]；通過加速度信號(hào)頻域分析，可分析設(shè)備運(yùn)行時(shí)振動(dòng)頻率構(gòu)成[3]；對(duì)重力加速度在傳感器3 個(gè)數(shù)據(jù)軸上的投影分量進(jìn)行分析，可解算出傾斜角信息?，F(xiàn)有的基于三軸加速度傳感器的電梯檢測(cè)儀器存在整機(jī)體積大、測(cè)量模式較單一、集成度不高、在線數(shù)據(jù)分析和在線報(bào)告導(dǎo)出能力不足等缺點(diǎn)，較難實(shí)現(xiàn)電梯現(xiàn)場(chǎng)多參數(shù)快速檢測(cè)。微機(jī)電系統(tǒng)（Microelectromechanical Systems，簡(jiǎn)稱MEMS）加速度傳感器具有體積小、成本低、集成度高等優(yōu)勢(shì)，在位移檢測(cè)[4]、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)[5]、人體位姿監(jiān)測(cè)[6]等領(lǐng)域已得到大量應(yīng)用。目前，通過該類傳感器可對(duì)垂直電梯振動(dòng)舒適性進(jìn)行檢測(cè)[7]，可測(cè)量轎廂姿態(tài)角、加速度[8]及制動(dòng)參數(shù)[9]，但開發(fā)的儀器或裝置僅可實(shí)現(xiàn)單一或少數(shù)幾種垂直電梯測(cè)試功能，也較少應(yīng)用于自動(dòng)扶梯或自動(dòng)人行道振動(dòng)舒適性和制動(dòng)安全性檢測(cè)。

噪聲聲級(jí)值是評(píng)估直梯、扶梯乘運(yùn)質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要參數(shù)[10-11]，TSG T7001—2023《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則》也將噪聲（包括機(jī)房噪聲、轎廂內(nèi)噪聲、開關(guān)門噪聲和無機(jī)房電梯層門處噪聲）A 頻率計(jì)權(quán)聲級(jí)作為曳引驅(qū)動(dòng)乘客電梯與載貨電梯和曳引驅(qū)動(dòng)消防員電梯監(jiān)督檢驗(yàn)的必檢項(xiàng)目[12]，電梯噪聲防治得到越來越高的重視。轎廂內(nèi)噪聲、開關(guān)門噪聲、無機(jī)房電梯層門處噪聲需進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，機(jī)房噪聲、扶梯運(yùn)行噪聲或扶梯環(huán)境噪聲需進(jìn)行點(diǎn)測(cè)。部分在售電梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量?jī)x不具備噪聲測(cè)量功能，或者雖配有噪聲測(cè)量模塊，但無法實(shí)現(xiàn)噪聲聲級(jí)數(shù)據(jù)連續(xù)采集和分析，噪聲測(cè)量功能的集成度還不高，較難滿足檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程要求。

本文通過合理設(shè)計(jì)加速度數(shù)據(jù)采集模塊、噪聲測(cè)量模塊、手持式智能終端應(yīng)用程序（App）和服務(wù)器端測(cè)量報(bào)告模板配置平臺(tái)，并充分挖掘MEMS 加速度傳感器應(yīng)用效能，開發(fā)出便攜式多功能電梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量?jī)x，應(yīng)用于垂直電梯、自動(dòng)扶梯、自動(dòng)人行道運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量、振動(dòng)舒適度評(píng)估、制動(dòng)參數(shù)測(cè)量、機(jī)械部件失效分析、傾斜角測(cè)量等多個(gè)場(chǎng)合。重點(diǎn)對(duì)測(cè)量原理、儀器開發(fā)方法和儀器應(yīng)用情況進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

1 測(cè)量原理

1.1 電梯轎廂振動(dòng)舒適度測(cè)量原理

電梯轎廂振動(dòng)舒適度測(cè)量過程如圖1 所示，加速度測(cè)量模塊位于轎廂地板中央，模塊X 軸和Y 軸為水平測(cè)量軸，Z 軸為豎直方向測(cè)量軸，其中X 軸垂直指向轎門。測(cè)量時(shí)操作者應(yīng)距離加速度測(cè)量模塊至少30 cm，以避免數(shù)據(jù)干擾。測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)包含轎門關(guān)閉、起動(dòng)加速、勻速運(yùn)行、停止減速、轎門開啟的全過程。

圖1 轎廂振動(dòng)舒適度測(cè)量過程示意圖

通過坐標(biāo)變換對(duì)三軸加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行偏角修正[13]，得到絕對(duì)水平和鉛錘方向的加速度數(shù)據(jù)，見式（1）。

式中：

A0——獲取的轎廂原始三軸加速度數(shù)據(jù)坐標(biāo)向量，見式（2）。

A1——偏角修正后的三軸加速度數(shù)據(jù)坐標(biāo)向量，見式（3）。

C——坐標(biāo)變換矩陣，見式（4）。

矩陣C 中，α、β 和θ 分別為傳感器X 軸、Y 軸和Z 軸與水平面的夾角。

獲取的加速度數(shù)據(jù)減去重力加速度直流分量，以獲得實(shí)際振動(dòng)加速度，見式（5）。

式中：

A——X 軸和Y 軸處于水平位置時(shí)三軸實(shí)際加速度向量，見式（6）。

G——重力加速度修正向量，見式（7）。

g——重力加速度系數(shù)。

對(duì)三軸振動(dòng)加速度進(jìn)行頻率計(jì)權(quán)，以使振動(dòng)測(cè)試結(jié)果更符合人體乘梯舒適度感受，Wd頻率計(jì)權(quán)適用于立姿水平向全身振動(dòng)，Wk頻率計(jì)權(quán)適用于立姿垂直向全身振動(dòng)。振動(dòng)頻率計(jì)權(quán)可分解為高通、低通二階巴特沃斯（Butterworth）濾波、a-ν 變換濾波、高階濾波4 個(gè)數(shù)字濾波過程，總頻率計(jì)權(quán)函數(shù)為上述4 個(gè)濾波器函數(shù)的乘積[14]。各濾波過程數(shù)字濾波器Z 變換的傳遞函數(shù)見式（8）。

式中：

H（z）——Z 變換輸出值；

a——數(shù)字濾波器分子向量，見式（9）。

b——數(shù)字濾波器分母向量，見式（10）。

Z 向量見式（11）。

用濾波器向量a 和b 對(duì)第m 個(gè)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波時(shí)的遞推計(jì)算，見式（12）。

式中：

x——濾波前數(shù)據(jù)序列；

y——濾波后數(shù)據(jù)序列；

m——濾波數(shù)據(jù)在序列中的編號(hào)。

依據(jù)GB/T 24474.1—2020《乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量 第1部分：電梯》計(jì)算出3 個(gè)測(cè)量軸在統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)的所有峰峰值，按大小順序排序，最大值為最大振動(dòng)峰峰值，在排序后的數(shù)據(jù)中找出一個(gè)峰峰值，當(dāng)序列中有95%的數(shù)據(jù)均小于該峰峰值，則該峰峰值為A95 振動(dòng)峰峰值。

1.2 自動(dòng)梯/道運(yùn)載裝置振動(dòng)舒適度測(cè)量原理

自動(dòng)扶梯梯級(jí)振動(dòng)舒適度測(cè)量過程如圖2 所示，扶梯正常運(yùn)行時(shí)操作手持式智能終端采集三軸振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)，結(jié)束測(cè)試后由App 自動(dòng)分析出測(cè)量結(jié)果。自動(dòng)人行道踏板振動(dòng)舒適度測(cè)量方法與自動(dòng)扶梯類似。

圖2 自動(dòng)扶梯梯級(jí)振動(dòng)舒適度測(cè)量過程示意圖

對(duì)于自動(dòng)扶梯，采用與直梯轎廂乘運(yùn)質(zhì)量同樣的數(shù)據(jù)分析方法得出梯級(jí)三軸振動(dòng)加速度向量A，對(duì)于自動(dòng)人行道，向量A 中的ax與踏板平面平行且指向下行方向，ax方向與踏板表面垂直。三軸加速度經(jīng)Wd或Wk頻率計(jì)權(quán)后，分別計(jì)算出振動(dòng)均方根值（RMS值），計(jì)算窗口時(shí)間長(zhǎng)度為1 s，以第N 個(gè)RMS 值計(jì)算為例，其計(jì)算方法見式（13）[11]。

通過計(jì)算出三軸RMS 值矢量和的平均值可對(duì)運(yùn)載裝置整體振動(dòng)舒適度水平進(jìn)行評(píng)估，矢量和計(jì)算方法見式（14）[11]。

式中：

axyz——三軸振動(dòng)矢量和；

ax——X 軸振動(dòng)RMS 值；

ay——Y 軸振動(dòng)RMS 值；

az——Z 軸振動(dòng)RMS 值。

1.3 自動(dòng)梯/道扶手帶振動(dòng)舒適度測(cè)量原理

自動(dòng)梯/道扶手帶振動(dòng)舒適度測(cè)量方法如圖3 所示，手握加速度測(cè)量模塊放置于扶手帶上方，隨梯運(yùn)行，無論設(shè)備上行或下行，加速度測(cè)量模塊的Y 軸始終指向下行方向。數(shù)據(jù)采集結(jié)束后僅需對(duì)扶手帶下行方向振動(dòng)加速度進(jìn)行分析，將Y 軸和Z 軸振動(dòng)加速度進(jìn)行矢量分解和求和，得到扶手帶運(yùn)行方向振動(dòng)加速度。扶手帶手傳振動(dòng)采用Wh頻率計(jì)權(quán)方式，隨后根據(jù)式（13）計(jì)算出振動(dòng)加速度RMS 值，計(jì)算窗口時(shí)間長(zhǎng)度為1 s。

圖3 自動(dòng)梯/道扶手帶振動(dòng)舒適度測(cè)量示意圖

1.4 直梯轎廂運(yùn)行參數(shù)或制動(dòng)參數(shù)測(cè)量原理

直梯轎廂運(yùn)行參數(shù)主要包括最大加速度、最大減速度、A95 加速度、A95 減速度、最大速度、V95 速度、提升高度、最大加加速度等，測(cè)量時(shí)加速度測(cè)量模塊放置方式如圖1 所示。

對(duì)式（5）得到的Z 軸加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行二階Butterworth 低通濾波，濾波截止頻率為10 Hz。電梯起動(dòng)時(shí)加速度數(shù)據(jù)的最大值為最大加速度，電梯制動(dòng)過程加速度絕對(duì)值的最大值為最大減速度。先確定出電梯加速或減速過程中5%最大速度值和95%最大速度值之間的時(shí)間區(qū)間，在該區(qū)間內(nèi)可分別統(tǒng)計(jì)出A95加速度值和A95 減速度值。取0.5 s 持續(xù)運(yùn)行加速度數(shù)據(jù)區(qū)間的中點(diǎn)，對(duì)該區(qū)間數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，計(jì)算出斜率作為該中點(diǎn)處加加速度值。

采用復(fù)化1/3 Simpson 方法對(duì)Butterworth 濾波后Z 軸加速度進(jìn)行數(shù)值積分[2]，可計(jì)算出運(yùn)行速度，計(jì)算見式（15）。

式中：

ν（t）——t 時(shí)刻速度；

h——數(shù)據(jù)點(diǎn)的時(shí)間步長(zhǎng)；

a（0）——初始時(shí)刻加速度；

a（t）——t 時(shí)刻加速度。

最大速度為電梯運(yùn)行全周期范圍內(nèi)速度絕對(duì)值的最大值。加速階段95%最大速度所在時(shí)間點(diǎn)的后1 s到減速階段95%最大速度所在時(shí)間點(diǎn)的前1 s 的時(shí)間范圍內(nèi)可統(tǒng)計(jì)出V95 速度。

采用同樣的方法進(jìn)一步對(duì)速度進(jìn)行數(shù)值積分可計(jì)算出位移，見式（16）。

式中：

s（t）——t 時(shí)刻位移；

ν（0）——初始時(shí)刻速度。

最大位移值即為轎廂提升高度。

直梯制動(dòng)參數(shù)測(cè)量時(shí)加速度測(cè)量模塊放置方式如圖1 所示。首先需要找到低通濾波后Z 軸加速度絕對(duì)值的最大值，該值所在時(shí)間前后各5 s 可初步確定制動(dòng)參數(shù)分析區(qū)間。根據(jù)式（15）得到的速度曲線零點(diǎn)和極值點(diǎn)對(duì)制動(dòng)響應(yīng)階段、制動(dòng)減速階段和轎廂振蕩階段進(jìn)行劃分。分析速度數(shù)據(jù)得出制動(dòng)響應(yīng)開始時(shí)間、開始制動(dòng)減速時(shí)間、制動(dòng)結(jié)束時(shí)間。在此基礎(chǔ)上查詢位移曲線可得出制動(dòng)響應(yīng)階段運(yùn)行距離、制動(dòng)距離、開始制動(dòng)時(shí)轎廂位置等參數(shù)。

1.5 自動(dòng)梯/道運(yùn)行參數(shù)或制動(dòng)參數(shù)測(cè)量原理

自動(dòng)扶梯運(yùn)行參數(shù)（主要是梯級(jí)運(yùn)行速度）、制動(dòng)參數(shù)測(cè)量時(shí)加速度測(cè)量模塊放置方式如圖2 所示。在扶梯或自動(dòng)人行道停止時(shí)將加速度測(cè)量模塊放置在與梳齒板最近的梯級(jí)或踏板中央，啟動(dòng)設(shè)備下行，當(dāng)加速度測(cè)量模塊位于傾斜段且運(yùn)行速度穩(wěn)定后執(zhí)行制動(dòng)操作，由App 自動(dòng)計(jì)算出制動(dòng)距離、制動(dòng)時(shí)間、制動(dòng)開始時(shí)梯級(jí)速度。

對(duì)于自動(dòng)扶梯，由于X 軸和Z 軸并非指向梯級(jí)實(shí)際運(yùn)行方向，需根據(jù)式（15）和式（16）分別計(jì)算出水平運(yùn)行方向速度、位移及與梯級(jí)踏面垂直方向速度和位移，通過矢量和求解計(jì)算出梯級(jí)速度和位移。根據(jù)直梯轎廂制動(dòng)參數(shù)同樣的測(cè)量方法可計(jì)算出扶梯制動(dòng)參數(shù)。計(jì)算自動(dòng)人行道運(yùn)行參數(shù)和制動(dòng)參數(shù)與自動(dòng)扶梯相比的不同之處在于，參與積分計(jì)算的加速度即為X 方向?yàn)V波后加速度。

1.6 傾斜角測(cè)量原理

根據(jù)加速度模塊靜止時(shí)重力加速度在3 個(gè)數(shù)據(jù)軸上的投影分量可分別計(jì)算出X 軸與水平面的夾角α、Y 軸與水平面的夾角β、Z 軸與重力方向的夾角γ，即為三軸傾斜角，其含義如圖4 所示。加速度與傾角的關(guān)系見式（1）～式（4）。γ 反映了Z 軸的鉛錘程度，值為0 表示Z 軸為鉛錘方向且X 軸和Y 軸位于水平方向。γ 與θ 間的關(guān)系見式（17）。

圖4 三軸傾斜角示意圖

1.7 異常機(jī)械振動(dòng)分析原理

通過快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform，簡(jiǎn)稱FFT）可計(jì)算出不同頻率下的振動(dòng)加速度幅值，分析頻率譜曲線可得到振動(dòng)的主要頻率構(gòu)成及各頻率下的振動(dòng)信號(hào)強(qiáng)弱，通過將故障設(shè)備的振動(dòng)頻率譜曲線與正常運(yùn)行狀態(tài)下頻率譜曲線做對(duì)比可定位出設(shè)備異常機(jī)械振動(dòng)源。

1.8 噪聲測(cè)量及數(shù)據(jù)分析原理

電梯環(huán)境下噪聲信號(hào)具有間歇、起伏或隨時(shí)間不可預(yù)期變化的特征，需采用等效連續(xù)A 計(jì)權(quán)聲級(jí)按時(shí)間平均方法來評(píng)價(jià)噪聲對(duì)人體的影響，其實(shí)質(zhì)上是用一個(gè)相同時(shí)間內(nèi)聲能與之相等的連續(xù)穩(wěn)定A 聲級(jí)來表示該段時(shí)間內(nèi)的噪聲大小。等效聲壓級(jí)計(jì)算方法見式（18）。

式中：

Leq——等效聲壓級(jí)，dB；

LAi——第i 次測(cè)得的瞬時(shí)A 計(jì)權(quán)聲級(jí)，dB；

n——噪聲值數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。

2 儀器研發(fā)

2.1 儀器組成

電梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量?jī)x由加速度測(cè)量模塊、噪聲測(cè)量模塊、手持式智能終端、報(bào)告模板配置服務(wù)器4 部分組成，硬件模塊之間可進(jìn)行Wi-Fi 無線通信。App安裝于手持式智能終端，通過人機(jī)界面操作完成測(cè)量控制、數(shù)據(jù)顯示、算法分析、結(jié)果展示、報(bào)告導(dǎo)出、數(shù)據(jù)分享等功能。加速度測(cè)量模塊對(duì)振動(dòng)測(cè)量準(zhǔn)確性在±2%以內(nèi)，分辨率為0.001 m/s2；噪聲測(cè)量模塊滿足A 計(jì)權(quán)二級(jí)聲級(jí)計(jì)要求，測(cè)量精度為1 dB。乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量?jī)x外觀見圖5。

圖5 乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量?jī)x外觀

2.2 硬件電路設(shè)計(jì)

加速度測(cè)量模塊硬件架構(gòu)如圖6 所示，包括計(jì)算、控制、存儲(chǔ)、通訊單元和供電單元2 部分。MEMS加速度傳感器通過串行外設(shè)接口（Serial Peripheral Interface，簡(jiǎn)稱SPI）通信方式將三軸加速度數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)。測(cè)試數(shù)據(jù)臨時(shí)存儲(chǔ)于FLASH 芯片，經(jīng)幀封裝后通過高速Wi-Fi 模塊發(fā)送到手持式智能終端。模塊內(nèi)置配重塊，以確保測(cè)試時(shí)對(duì)放置面的壓強(qiáng)不低于50 kPa，避免模塊自身意外振動(dòng)影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

圖6 加速度測(cè)量模塊硬件架構(gòu)圖

噪聲測(cè)量模塊硬件架構(gòu)與加速度測(cè)量模塊類似，其傳感器執(zhí)行部件為聲壓傳感器，聲壓模擬信號(hào)經(jīng)專用噪聲AD 轉(zhuǎn)換芯片處理后供單片機(jī)讀取，噪聲測(cè)量模塊可通過LCD 顯示屏顯示實(shí)時(shí)噪聲A 計(jì)權(quán)聲級(jí)數(shù)據(jù)。

2.3 模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

模塊整體長(zhǎng)120 mm、寬80 mm、高40 mm，通過改變底部3 個(gè)磁吸支腳設(shè)置形式可使加速度模塊用于不同的電梯測(cè)試場(chǎng)景。3 個(gè)支腳呈三角形分布可用于直梯轎廂振動(dòng)舒適度測(cè)試，見圖7（a）；調(diào)節(jié)2 個(gè)支腳的間距，使其與梯級(jí)面齒槽尺寸匹配，可對(duì)扶梯梯級(jí)振動(dòng)參數(shù)或運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，見圖7（b）；移除底部3 個(gè)支腳，手握模塊放置于扶手帶表面，可對(duì)扶手帶手傳振動(dòng)舒適度或扶手帶速度進(jìn)行測(cè)試，見圖7（c）；移除3 個(gè)支腳并將4 個(gè)磁吸座通過螺釘固定于模塊底部4 個(gè)安裝孔處，可使模塊快速吸附于曳引主機(jī)外殼等鐵磁性部件表面，對(duì)振動(dòng)幅值或頻率進(jìn)行測(cè)量，見圖7（d）。

圖7 不同測(cè)量場(chǎng)景下加速度測(cè)量模塊支腳設(shè)置形式及放置方式

噪聲測(cè)量模塊可手持測(cè)試或固定于三角支架上測(cè)試，通過顯示屏讀取當(dāng)前A 頻率計(jì)權(quán)聲級(jí)值，亦可通過Wi-Fi 連接App 進(jìn)行噪聲點(diǎn)測(cè)或連續(xù)測(cè)量。

2.4 App 設(shè)計(jì)

App 功能架構(gòu)如圖8 所示，包括直梯測(cè)試、扶梯測(cè)試、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、儀器校準(zhǔn)、報(bào)告導(dǎo)出6 部分子功能模塊。直梯測(cè)試模塊包括直梯乘運(yùn)質(zhì)量（轎廂振動(dòng)舒適度和噪聲）測(cè)量、直梯運(yùn)動(dòng)參數(shù)（加速度、速度、位移、加加速度等）測(cè)量、直梯制動(dòng)性能（制動(dòng)距離、制動(dòng)時(shí)間、平均制動(dòng)減速度）測(cè)量3 部分。扶梯測(cè)試模塊包括扶梯乘運(yùn)質(zhì)量（運(yùn)載裝置振動(dòng)舒適度、扶手帶振動(dòng)舒適度、噪聲）測(cè)量、扶梯制動(dòng)性能（制動(dòng)距離、制動(dòng)時(shí)間、平均制動(dòng)減速度、最大制動(dòng)減速度）測(cè)量、傾斜角測(cè)量、扶梯速度（運(yùn)載裝置速度、扶手帶速度）測(cè)量4 部分。數(shù)據(jù)采集模塊可根據(jù)設(shè)置的采樣速率、采樣通道、采樣時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行三軸加速度和噪聲數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行濾波、頻譜分析。數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能以表格方式導(dǎo)出原始測(cè)量數(shù)據(jù)及算法處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)，便于進(jìn)一步拓展研究。儀器校準(zhǔn)功能用于儀器出廠時(shí)快速配置加速度傳感器和噪聲模塊標(biāo)定系數(shù)。報(bào)告導(dǎo)出功能可實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)束后根據(jù)所選模板導(dǎo)出和分享直梯乘運(yùn)質(zhì)量、扶梯乘運(yùn)質(zhì)量、直梯制動(dòng)性能、扶梯制動(dòng)性能電子測(cè)試報(bào)告。

圖8 App 功能架構(gòu)圖

2.5 服務(wù)器端設(shè)計(jì)

服務(wù)器端用于自定義配置測(cè)量報(bào)告和測(cè)量記錄的“.doc”格式模板，可配置的常用測(cè)試模板主要包括：垂直電梯乘運(yùn)質(zhì)量上下行測(cè)量記錄和報(bào)告、自動(dòng)扶梯乘運(yùn)質(zhì)量上下行測(cè)量記錄和報(bào)告、垂直電梯制動(dòng)性能測(cè)量記錄和報(bào)告、自動(dòng)扶梯制動(dòng)性能測(cè)量記錄和報(bào)告。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 直梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量

加速度測(cè)量模塊和噪聲測(cè)量模塊同時(shí)用于電梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量過程（見圖9），手持噪聲測(cè)量模塊，使其位于轎廂地板上方1.5±0.1 m 處并指向轎門。操作App 完成測(cè)試開始和結(jié)束操作，測(cè)量過程中App 界面動(dòng)態(tài)顯示三軸加速度數(shù)據(jù)及當(dāng)前A 計(jì)權(quán)聲級(jí)數(shù)據(jù)。

圖9 電梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量過程

對(duì)應(yīng)的乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量結(jié)果曲線分析界面如圖10 所示，可對(duì)三軸原始振動(dòng)加速度、低通濾波后振動(dòng)加速度、頻率計(jì)權(quán)后振動(dòng)加速度、運(yùn)行噪聲、速度、位移、加加速度進(jìn)行時(shí)域分析，并對(duì)原始振動(dòng)加速度進(jìn)行FFT分析。可對(duì)各軸最大振動(dòng)峰峰值所在時(shí)間、位移、樓層位置進(jìn)行定位。

圖10 電梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量結(jié)果曲線界面

3.2 扶梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量

某扶梯上行乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量后App 歷史記錄中綜合數(shù)據(jù)結(jié)果界面如圖11 所示。該扶梯梯級(jí)振動(dòng)舒適度和扶手帶振動(dòng)舒適度均符合要求，但最大運(yùn)行噪聲聲壓級(jí)達(dá)到81 dB，參考相關(guān)環(huán)境噪聲不高于60 dB 的標(biāo)準(zhǔn)，該扶梯運(yùn)行噪聲不符合要求。

圖11 扶梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量結(jié)果綜合數(shù)據(jù)界面

3.3 電梯制動(dòng)參數(shù)測(cè)量

對(duì)一垂直電梯125%額定載荷制動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行定量測(cè)量。模塊放置后，操作電梯上行至頂層，隨后起動(dòng)下行，到行程中下部時(shí)按下急停開關(guān)實(shí)施制動(dòng)，App自動(dòng)分析出制動(dòng)距離、平均制動(dòng)減速度、制動(dòng)時(shí)間等結(jié)果。制動(dòng)參數(shù)測(cè)量結(jié)果分析界面如圖12 所示，可知該梯在20 s 附近開始實(shí)施制動(dòng)，手動(dòng)分析模式用于人為通過曲線特征分析出制動(dòng)起始時(shí)間和制動(dòng)結(jié)束時(shí)間，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)參數(shù)的半自動(dòng)分析。

圖12 電梯制動(dòng)參數(shù)測(cè)量結(jié)果分析界面

3.4 扶梯制動(dòng)參數(shù)測(cè)量

儀器對(duì)自動(dòng)扶梯滿載制動(dòng)參數(shù)測(cè)量過程見圖13，加速度測(cè)量模塊按照?qǐng)D7（b）方式放置于梯級(jí)中間。將總制動(dòng)載荷均勻分布在上部2/3 的可見梯級(jí)上進(jìn)行試驗(yàn)，操作App 開始采集加速度數(shù)據(jù)，隨后操作扶梯以正常速度下行，當(dāng)三軸加速度模塊隨梯級(jí)運(yùn)行至扶梯傾斜段且扶梯達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行速度時(shí)按下急停開關(guān)，停穩(wěn)后結(jié)束測(cè)試，App 自動(dòng)提取出制動(dòng)減速過程，分別求解X 軸方向和Z 軸方向速度、位移，計(jì)算矢量和得到扶梯運(yùn)行方向速度、位移曲線，得到制動(dòng)距離、平均制動(dòng)減速度、制動(dòng)時(shí)間[15]。

圖13 扶梯滿載制動(dòng)距離測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)

3.5 扶梯傾斜角測(cè)量

按照?qǐng)D7（c）所示方式，將模塊放置于扶手帶上，使Y 軸指向扶手帶運(yùn)動(dòng)方向，讀取出Y 軸與水平面的夾角，即為扶梯或自動(dòng)人行道傾斜角。對(duì)一扶梯傾斜角測(cè)量時(shí)App 界面如圖14 所示，該扶梯傾斜角近似29.7°。

圖14 扶梯傾斜角測(cè)量界面

3.6 振動(dòng)頻率測(cè)量

圖15 為一臺(tái)自動(dòng)扶梯梯級(jí)振動(dòng)分析結(jié)果，快速傅里葉變換的分析時(shí)間常數(shù)為16 s。所測(cè)梯級(jí)X 軸方向振動(dòng)主頻率為24.78 Hz，為電機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率，50 Hz 附近振動(dòng)峰值為電氣系統(tǒng)工頻振動(dòng)頻率。通過對(duì)設(shè)備同一位置振動(dòng)頻率組成進(jìn)行定期測(cè)量和比較，可快速識(shí)別出異常振動(dòng)頻率峰值，與設(shè)備各部件固有頻率進(jìn)行比較可進(jìn)行異常振動(dòng)源定位。

圖15 曳引機(jī)振動(dòng)頻譜分析結(jié)果

3.7 機(jī)房或?qū)娱T處噪聲測(cè)量

TSG T7001—2023 中附件A1.3.14 要求：額定速度不超過2.5 m/s 的無機(jī)房電梯層門處噪聲A 頻率計(jì)權(quán)聲級(jí)不得超過65 dB；額定速度大于2.5 m/s 的電梯噪聲聲級(jí)不應(yīng)超過制造單位的允許值，如未規(guī)定則不應(yīng)超過65 dB。對(duì)某無機(jī)房電梯層門處噪聲測(cè)量過程見圖16，噪聲測(cè)量模塊置于與驅(qū)動(dòng)主機(jī)最近層門處且指向?qū)娱T中部。測(cè)量時(shí)，噪聲測(cè)量模塊在水平方向距門扇 0.5 m 且垂直方向距層站地面 1.5 m 處測(cè)試，取出發(fā)端站門關(guān)閉后至到達(dá)端站門開啟前，電梯全程上、下運(yùn)行過程中以額定速度運(yùn)行時(shí)的最大值。

圖16 無機(jī)房電梯層門處噪聲測(cè)量過程

4 儀器引用的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量?jī)x對(duì)直梯乘運(yùn)質(zhì)量和扶梯乘運(yùn)質(zhì)量的測(cè)量方法及數(shù)據(jù)處理過程應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24474.1—2020 和GB/T 24474.2—2020《乘 運(yùn)質(zhì)量測(cè)量 第2 部分：自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道》的相關(guān)要求。振動(dòng)加速度頻率計(jì)權(quán)算法、儀器技術(shù)參數(shù)應(yīng)符合GB/T 23716—2009《人體對(duì)振動(dòng)的響應(yīng) 測(cè)量?jī)x器》的相關(guān)要求。儀器各功能模塊測(cè)得的參數(shù)符合性判斷依據(jù)見表1。

表1 測(cè)量結(jié)果符合性判斷依據(jù)和引用標(biāo)準(zhǔn)、檢規(guī)

5 總結(jié)

開發(fā)出便攜式多功能電梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量?jī)x，包括三軸加速度測(cè)量模塊、噪聲測(cè)量模塊、手持式智能終端、報(bào)告模板配置服務(wù)器4 部分。儀器可對(duì)直梯運(yùn)動(dòng)參數(shù)、轎廂振動(dòng)舒適度、扶梯梯級(jí)振動(dòng)舒適度、扶手帶手傳振動(dòng)舒適度、直梯/扶梯制動(dòng)參數(shù)、機(jī)械部件振動(dòng)頻率、三維傾斜角等多個(gè)參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)量，測(cè)量過程操作簡(jiǎn)便、結(jié)構(gòu)便攜，可在現(xiàn)場(chǎng)快速完成電梯/扶梯乘運(yùn)質(zhì)量報(bào)告打印、蓋章之前的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果符合性判斷，極大地提高了測(cè)量效率。儀器已廣泛應(yīng)用于電梯/扶梯安裝、維保、安全評(píng)估等多個(gè)場(chǎng)合，取得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。