專利名稱：便攜式電梯限速器測試裝置及其采集信號的處理方法
技術領域：
本發明涉及電梯安全檢測，特別涉及便攜式電梯限速器測試裝置及其采集信號的處理方法。
背景技術：
限速器是電梯的一個重要安全部件，當轎廂超速運行達到規定的速度范圍后，由限速器先動作，再啟動安全鉗，把轎廂夾緊在導軌上，從而實現可靠的安全保護。因此，限速器的現場檢測，尤其對于使用多年的老電梯則是一個事關人身安全的必檢項目。
此前，限速器的現場測試只能用轉速表測量，由于沒有動力驅動裝置，只能采用人工方式或者采用一根牽引繩，人力牽引驅動限速器輪盤旋轉，直至其動作。安徽省合肥工業大學1998年申請的實用新型專利一種便攜式電梯限速器測試儀(公開號CN98251026.8)，該實用新型的技術方案包括光電傳感裝置，包括測速轉軸，其軸身安裝支承在基座上，基座上設有座蓋，轉軸的一端設有光碼盤，光碼盤的盤緣位于其旁側設置的光電器件的凹槽處，轉軸的懸伸端設有永磁體，光電器件由導線接至插座并將電信號輸出至微處理器由傳感裝置采集限速器動作速度。本實用新型結構簡單，重量輕，可以方便攜帶，有利于電梯的現場測量。但限速器動作時加速度較難控制，無法滿足國標中規定的“應以盡可能低的加速度來達到限速器的動作速度，以便消除慣性的影響”，因此測量精度低，測量結果的一致性較差。
發明內容
本發明是為了避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種可現場使用、帶有光電編碼器和電機驅動PID閉環控制的供電梯安全檢測的便攜式限速器測試裝置及其采集信號的處理方法。
本發明解決技術問題所采用的技術方案是便攜式電梯限速器測試裝置，包括光電編碼器、驅動電機、限速器輪盤，其特征在于所述光電編碼器，其軸上安裝有外周滾花的測速輪，所述測速輪靠壓在所述限速器輪盤的外緣上并跟隨轉動；所述驅動電機為雙端輸出，其中一端輸出軸上固定連接有靠壓在限速器輪盤的外周上的驅動輪，所述限速器輪盤隨驅動輪轉動，所述驅動電機的另一端輸出軸上設置光電碼盤傳感器；設置單片機信號處理單元，接收并處理所述光電編碼器輸出的限速器輪盤旋轉線速度信號并實時顯示，接收由所述光電碼盤傳感器輸出的用于驅動電機PID閉環控制的速度反饋信號。
所述驅動電機為直流電機，所述測速輪由金屬材料制成，所述驅動輪是橡膠材料制成，所述光電碼盤傳感器由碼盤、對應設置的光電開關和轉換電路組成，所述光電碼盤傳感器中的碼盤由金屬材料制成，厚度為1～3mm、邊緣等分分割成齒形狀。
所述信號處理單元包括信號檢測單元、光電轉換電路、單片機控制系統、D/A轉換控制系統和鍵盤；其中，所述信號檢測單元由傳感器輸出兩路信號，光電碼盤傳感器信號S1連接與非門U2B的5、6腳；光電編碼器信號S2連接與非門U2A的1、2腳；光電轉換電路由與非門U2、光電耦合器U3和電阻R8、R9、R10、R11組成；信號通過與非門U2A的3腳、U2B的4腳分別連接光電耦合器U3的2、6腳，再由光電耦合器U3的12、16腳分別連接與非門U2D的12腳、13腳和U2C的9、10腳，光電耦合器U3的1腳、5腳由電阻R8、R10連接+12V，光電耦合器U3的12腳、16腳由電阻R9、R11連接+5V電源；由與非門U2C的8腳、U2D的11腳輸出到單片機U5；單片機控制系統由單片機U5、電容C1、電容C2和時鐘振蕩電路X1組成；單片機U5的12、13腳分別連接與非門U2C的8腳、U2D的11腳，單片機U5的3、4、5腳連接顯示部分，單片機U5的1、2、32、33、34、35、36、37、38、39腳連接打印部分，單片機U5的6、7、8腳連接D/A轉換器U1；D/A轉換控制系統由D/A轉換器U1和放大器U4組成；D/A轉換器U1的1、2、3腳分別連接單片機U5的8、7、6腳，D/A轉換器U1的6腳連接+2.5V，D/A轉換器U1的7腳連接放大器U4的3腳，D/A轉換器U1的8腳連接+5V，放大器U4的1腳輸出到驅動電機，放大器U4的1、2腳連接，放大器U4的4腳接地，放大器U4的8腳接+5V。
鍵盤由電阻R1、R2、R3、R4和按鍵組成。鍵盤的7根連線分別與單片機U5的22、23、24、25、26、27、28腳連接。
所述便攜式電梯限速器測試裝置采集信號的處理方法，其特征在于設定單片機信號處理單元測量的預置數，在“P”狀態下預置周長、初速及輪號儀器測試所需的初始參數；
設定限速器輪盤處于勻速旋轉狀態時測試，限速器輪盤旋轉線速度以0.01m/s2的加速度上升，直至限速器動作；設定采集光電編碼器、光電碼盤傳感器輸出的兩路信號；采集并處理光電編碼器輸出的限速器輪盤旋轉線速度信號并實時顯示；采集由光電碼盤傳感器輸出的用于驅動電機PID閉環控制的速度反饋信號，單片機控制系統對轉換成數字信號進行處理后，向整流驅動模塊輸出驅動電機所需調壓調速驅動信號，所述的便攜式電梯限速器測試裝置測量限速器的動作速度范圍為0.5m/s～15m/s。
本發明系統以小型直流電機作為限速器輪盤的驅動，用高精度光電編碼器對限速器輪盤線速度進行直接檢測，以光電碼盤傳感器對電機速度進行反饋，實現對電機速度的閉環PID控制，通過MCS-51單片計算機系統，實現數碼管顯示和打印功能。
本發明的有益效果為其一、與現有技術相比，限速器的現場測試只能用轉速表測量，本發明電梯限速器測試裝置中，以光電碼盤傳感器對電機速度進行反饋，實現對電機速度的閉環PID控制，光電碼盤傳感器碼盤邊緣等分分割成齒形狀，即采用90等分齒，再配以高精度光電開關，工作穩定可靠，安裝方便。采集由光電碼盤傳感器輸出的用于電機PID閉環控制的速度反饋信號，單片機控制系統對轉換成數字量的數據進行處理后，向整流驅動模塊輸出驅動電機所需調壓調速驅動信號，其速度測試精度滿足驅動電機反饋控制要求。
其二、本發明電梯限速器測試裝置中，采用高精度光電編碼器對限速器輪盤旋轉線速度進行直接測試，采集并處理光電編碼器輸出的限速器輪盤旋轉線速度信號并實時顯示，可以更精確地捕捉到電梯限速器的動作速度，并且操作更加簡便，尤其是在現場測試時。
其三、與現有技術中使用數字轉速表進行測試的方法相比，在本發明的采集信號的處理方法中，當限速器輪盤處于勻速旋轉狀態時測試，限速器輪盤旋轉線速度以0.01m/s2的加速度上升，直至限速器動作。采用PID控制來驅動限速器輪盤旋轉，其測試方法完全符合國家標準GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規范》中規定的“應以盡可能低的加速度來達到限速器的動作速度，以便消除慣性的影響”，通過單片機信號處理單元的控制，可以實現電機精確的勻加速度轉動，目前，許多國內外大電梯公司對該加速度值的要求為≤0.02m/s2，因此，本儀器的0.01m/s2的加速度值可以確保對限速器的精確測試。
圖1為本發明的結構示意圖；圖2為本發明光電碼盤傳感器結構示意圖；圖3為本發明采集信號處理電路原理框圖；圖4為本發明的單片機信號處理單元線路原理圖。
圖中標號1光電編碼器、2測速輪、3限速器輪盤、4驅動輪、5驅動電機、6光電碼盤傳感器、7碼盤、8光電開關、9轉換電路、10信號檢測單元、11光電轉換電路、12單片機控制系統、13為D/A轉換控制系統、14鍵盤、15單片機信號處理單元。
以下通過具體實施方式
對本發明做進一步描述實施例參見圖1，設置光電編碼器1，在其軸上安裝有外周滾花的測速輪2，以該測速輪2靠壓在限速器輪盤3的外緣上，所述測速輪2隨限速器輪盤3轉動；設置雙端輸出驅動電機5，在驅動電機5的一端輸出軸上固定連接有靠壓在限速器輪盤3的外周上的驅動輪4，限速器輪盤3隨驅動輪4轉動，驅動電機的另一端輸出軸上安裝光電碼盤傳感器6。
參見圖2，光電碼盤傳感器6由碼盤7、對應設置的光電開關8和轉換電路9組成。
參見圖1、圖3，設置單片機信號處理單元15，接收并處理光電編碼器輸出的限速器輪盤旋轉線速度信號并實時顯示；接收由光電碼盤傳感器輸出的用于電機PID閉環控制的速度反饋信號，經單片機控制系統之后，向整流驅動模塊輸出直流電機所需調壓調速驅動信號。
本實施例中，光電編碼器1、光電碼盤傳感器6中的碼盤7是用硬質鋁材料制成，厚度為2mm，直徑70mm，邊緣等分分割成90個齒形狀，再配以高精度光電開關，具有工作穩定可靠，安裝方便等特點，速度測量的精度滿足電機反饋控制要求。
圖4為本發明的單片機信號處理單元15線路原理圖，包括傳感器輸出兩路信號10、光電轉換電路11、單片機控制系統12、D/A轉換控制系統13和鍵盤14。
其中，所述信號檢測單元10由傳感器輸出兩路信號，光電碼盤傳感器信號S1連接與非門U2B的5、6腳；光電編碼器信號S2連接與非門U2A的1、2腳；光電轉換電路11由與非門U2、光電耦合器U3和電阻R8、R9、R10、R11組成；信號通過與非門U2A的3腳、U2B的4腳分別連接光電耦合器U3的2、6腳，再由光電耦合器U3的12、16腳分別連接與非門U2D的12腳、13腳和U2C的9、10腳，光電耦合器U3的1腳、5腳由電阻R8、R10連接+12V，光電耦合器U3的12腳、16腳由電阻R9、R11連接+5V電源；由與非門U2C的8腳、U2D的11腳輸出到單片機U5；單片機控制系統12由單片機U5、電容C1、電容C2和時鐘振蕩電路X1組成；單片機U5的12、13腳分別連接與非門U2C的8腳、U2D的11腳，單片機U5的3、4、5腳連接顯示部分，單片機U5的1、2、32、33、34、35、36、37、38、39腳連接打印部分，單片機U5的6、7、8腳連接D/A轉換器U1；D/A轉換控制系統13由D/A轉換器U1和放大器U4組成；D/A轉換器U1的1、2、3腳分別連接單片機U5的8、7、6腳，D/A轉換器U1的6腳連接+2.5V，D/A轉換器U1的7腳連接放大器U4的3腳，D/A轉換器U1的8腳連接+5V，放大器U4的1腳輸出到驅動電機5，放大器U4的1、2腳連接，放大器U4的4腳接地，放大器U4的8腳接+5V。
鍵盤14由電阻R1、R2、R3、R4和按鍵組成。鍵盤的7根連線分別與單片機U5的22、23、24、25、26、27、28腳連接。
本發明的操作步驟1、準備工作a、量出限速器輪盤3上的節圓周長。(即限速器鋼絲繩繞輪盤一周的中心線的周長)。
b、(如果使用的是小電機，則此條略過)取出電機支架，將其擰入電機5的撐桿中，調整好高度，轉動撐桿上的螺塊使電機與電機支架緊緊固定在一起以防止電機工作時發生轉動，然后轉動電機支架上的螺母以調整支架上的三個支撐腳的支撐角度。選擇適當的方向和位置，將電機軸上的驅動輪4緊緊地靠在限速器輪盤3的凹槽里或邊緣上。
c、把高精度光電編碼器1上的測速輪2靠在限速器輪盤3外周上，同時將其引出線插頭插在單片機信號處理單元15即本儀器上的插座上。
d、取出四芯屏蔽線，將其兩頭分別插在單片機信號處理單元15主面板和驅動電機5面板上的“電機轉速”插座上；取出二芯電機驅動線，將其兩頭分別插在單片機信號處理單元15主面板和驅動電機5面板上的插座上。
2、采集信號處理單元的操作步驟a、預置數在“P”狀態下，按一下“周長”鍵，則數碼管顯示為“××××-1”，其中畫“×”的前四位為所要置入(或修改)的限速器輪盤3節圓周長，其單位為毫米，這時可按壓數字鍵，將相應數字置入閃動的那一位當中去，此時的顯示狀態稱為置數狀態。
在“P”狀態或置數狀態下，按一下“初速”鍵，則數碼管顯示“××××-3”，其中前四位為所要置入(或修改)的限速器輪盤3的初始速度，其單位為毫米/秒，該初始速度通常置為相應電梯的額定梯速。
在“P”狀態或置數狀態下，按“輪號”鍵，則數碼管顯示為“××××-2”，其中左邊第一位為電機選擇位，“1”表示使用的是小電機(電機功率為55W)，“2”表示使用的是大電機(電機功率為90W或200W)。左邊第二、第三位為無意義位，左邊第四位為輪號選擇位。本儀器提供三種型號的驅動輪，按輪徑尺寸由小到大設定為1號、2號、3號輪(選配)，分別適用于測試額定梯速在2米以下，2米～5米、5米～10米的電梯限速器。本儀器開機后內定為所配電機及1號輪，即所配電機為大電機，則顯示為“2001-2”；所配電機為小電機，則顯示為“1001-2”。
b、在“P”狀態或置數狀態下，按“啟動”鍵，則電機以較大的加速度加速到前面所置入的初始速度，并在這個速度上勻速旋轉。此時數碼管顯示為“×·××--×·××”其中左邊三位顯示的是限速器輪盤外緣旋轉線速度，右邊三位顯示的是驅動輪外緣旋轉線速度，該速度只是作為參考，不作為最后結論，它與前述速度比較接近，但不完全相同，它們的單位均為米/秒。
c、當限速器輪盤3已處于勻速旋轉狀態時，按一下“測試”鍵，則限速器輪盤3旋轉線速度以0.01m/s2的加速度上升，直至限速器動作。
在驅動電機5緩慢加速，而限速器未動作之前，如果需要，則可按壓“重打”鍵，儀器將自動停止電機的轉動，數碼管上顯示兩個通道上此時的速度。打印機同時開始工作，打印出此時的限速器輪盤3旋轉線速度。
d、儀器自動捕捉到限速器的動作瞬間，并立即將驅動電機5停轉，顯示屏凍結，數碼管上所顯示的兩個通道的速度即為限速器動作時各自的速度。打印機同時開始工作，打印出限速器動作時的旋轉線速度Vd。如果有電觸點開關動作，則也打印出其動作時的旋轉線速度Vc。在顯示凍結狀態下，按“重打”鍵，則打印機將數據重新打印一遍。
e、按“復位”鍵，則進入復位等待的“P”狀態。如果要繼續測試，且不改變預置參數，則回到操作步驟b，重新開始操作。如果要改變預置參數，則回到操作步驟a，重新開始。
該發明確保了驅動電機5調速的精度以及全數字化輸入界面。用戶可以通過儀器的按鍵送入精確的限速器轉動線速度，其數值可以精確到0.001m/s，然后按動“啟動”鍵，即可由單片機系統啟動驅動電機5的轉動，并自動保持在預置的線速度；另外，通過單片機的控制，可以實現電機精確的勻加速度轉動，其勻加速度值可以任意確定，在本儀器中該值內定為0.01m/s2，因為根據國家標準GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規范》附錄F中有關限速器特性檢查的F4.2中所述“應以盡可能低的加速度來達到限速器的動作速度，以便消除慣性的影響”。目前，許多國內外大電梯公司對該加速度值的要求為≤0.02m/s2，因此，本儀器的0.01m/s2的加速度值可以確保對限速器的精確測量。
本發明的主要功能可測量動作速度為0.5m/s～15m/s的各種限速器。
可測量含有電觸點開關的限速器在其開關動作時的輪盤線速度。
可跟蹤顯示限速器輪盤旋轉線速度。
能自動捕捉限速器的動作速度，并立即停止電機的轉動。
可自動打印出限速器的動作速度及觸點動作時的輪盤線速度，并可重復打印。
技術指標調速范圍0.5～15m/s(分段設定)測試時伺服加速度≤0.02m/s2速度測量誤差≤1％電機額定驅動力距(三種可選)1800克·厘米，3000克·厘米，6500克·厘米。
權利要求
1.便攜式電梯限速器測試裝置，包括光電編碼器(1)、驅動電機(5)、限速器輪盤(3)，其特征在于所述光電編碼器(1)，其軸上安裝有外周滾花的測速輪(2)，所述測速輪(2)靠壓在所述限速器輪盤(3)的外緣上并跟隨轉動；所述驅動電機(5)為雙端輸出，其中一端輸出軸上固定連接有靠壓在限速器輪盤(3)的外周上的驅動輪(4)，所述限速器輪盤(3)隨驅動輪(4)轉動，所述驅動電機(5)的另一端輸出軸上設置光電碼盤傳感器(6)；設置單片機信號處理單元(15)，接收并處理所述光電編碼器(1)輸出的限速器輪盤(3)旋轉線速度信號并實時顯示，接收由所述光電碼盤傳感器(6)輸出的用于驅動電機(5)PID閉環控制的速度反饋信號。
2.根據權利要求1所述的便攜式電梯限速器測試裝置，其特征是所述驅動電機(5)為直流電機。
3.根據權利要求1所述的便攜式電梯限速器測試裝置，其特征是所述測速輪(2)由金屬材料制成，所述驅動輪(4)是橡膠材料制成。
4.根據權利要求1所述的便攜式電梯限速器測試裝置，其特征是所述光電碼盤傳感器(6)由碼盤(7)、對應設置的光電開關(8)和轉換電路(9)組成。
5.根據權利要求1或2所述的便攜式電梯限速器測試裝置，其特征是所述光電碼盤傳感器(6)中的碼盤(7)由金屬材料制成，厚度為1～3mm、邊緣等分分割成齒形狀。
6.根據權利要求1所述的便攜式電梯限速器測試裝置，其特征是所述信號處理單元(15)包括信號檢測單元(10)、光電轉換電路(11)、單片機控制系統(12)、D/A轉換控制系統(13)和鍵盤(14)；其中，所述信號檢測單元(10)由傳感器輸出兩路信號，光電碼盤傳感器信號S1連接與非門U2B的5、6腳；光電編碼器信號S2連接與非門U2A的1、2腳；光電轉換電路(11)由與非門U2、光電耦合器U3和電阻R8、R9、R10、R11組成；信號通過與非門U2A的3腳、U2B的4腳分別連接光電耦合器U3的2、6腳，再由光電耦合器U3的12、16腳分別連接與非門U2D的12腳、13腳和U2C的9、10腳，光電耦合器U3的1腳、5腳由電阻R8、R10連接+12V，光電耦合器U3的12腳、16腳由電阻R9、R11連接+5V電源；由與非門U2C的8腳、U2D的11腳輸出到單片機U5；單片機控制系統(12)由單片機U5、電容C1、電容C2和時鐘振蕩電路X1組成；單片機U5的12、13腳分別連接與非門U2C的8腳、U2D的11腳，單片機U5的3、4、5腳連接顯示部分，單片機U5的1、2、32、33、34、35、36、37、38、39腳連接打印部分，單片機U5的6、7、8腳連接D/A轉換器U1；D/A轉換控制系統(13)由D/A轉換器U1和放大器U4組成；D/A轉換器U1的1、2、3腳分別連接單片機U5的8、7、6腳，D/A轉換器U1的6腳連接+2.5V，D/A轉換器U1的7腳連接放大器U4的3腳，D/A轉換器U1的8腳連接+5V，放大器U4的1腳輸出到驅動電機(5)，放大器U4的1、2腳連接，放大器U4的4腳接地，放大器U4的8腳接+5V。鍵盤(14)由電阻R1、R2、R3、R4和按鍵組成。鍵盤的7根連線分別與單片機U5的22、23、24、25、26、27、28腳連接。
7.根據權利要求1所述便攜式電梯限速器測試裝置采集信號的處理方法，其特征在于設定單片機信號處理單元(15)測量的預置數，在“P”狀態下預置周長、初速及輪號儀器測試所需的初始參數；設定限速器輪盤(3)處于勻速旋轉狀態時測試，限速器輪盤(3)旋轉線速度以0.01m/s2的加速度上升，直至限速器動作；設定采集光電編碼器(1)、光電碼盤傳感器(6)輸出的兩路信號；采集并處理光電編碼器(1)輸出的限速器輪盤(3)旋轉線速度信號并實時顯示；采集由光電碼盤傳感器(6)輸出的用于驅動電機(5)PID閉環控制的速度反饋信號，單片機控制系統(12)對轉換成數字信號進行處理后，向整流驅動模塊輸出驅動電機(5)所需調壓調速驅動信號。
8.根據權利要求1所述便攜式電梯限速器測試裝置及其采集信號的處理方法，其特征是所述的便攜式電梯限速器測試裝置測量限速器的動作速度范圍為0.5m/s～15m/s。
全文摘要
便攜式電梯限速器測試裝置及其采集信號的處理方法，限速器測試裝置設置光電編碼器，其軸上安裝測速輪，將測速輪靠壓在限速器輪盤外緣上，測速輪隨限速器輪盤轉動；設置雙端輸出驅動電機，一端輸出軸上固定連接有靠壓在限速器輪盤外周上的驅動輪，另一端輸出軸上安裝光電碼盤傳感器；其采集信號的處理方法是單片機信號處理單元接收并處理光電編碼器輸出的限速器輪盤旋轉線速度信號并實時顯示，接收由光電碼盤傳感器輸出的用于電機PID閉環控制的速度反饋信號，經單片機控制系統向整流驅動模塊輸出直流驅動電機所需調壓調速驅動信號。便攜式電梯限速器測試裝置及其采集信號的處理方法現場使用測量結果準確可靠，安裝方便。
文檔編號G01M99/00GK1828256SQ200610039438
公開日2006年9月6日 申請日期2006年3月31日 優先權日2006年3月31日
發明者萬蒞新, 李鋒, 何友春, 江生, 尚淮, 黃亞凡, 龍飛, 伍先達 申請人:安徽中科智能高技術有限責任公司