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1、电梯运行安全智能检测仪器DT系列电梯加速度测试仪系列电梯加速度测试仪XC系列电梯限速器测试仪系列电梯限速器测试仪中国科学院合肥智能机械研究所中国科学院合肥智能机械研究所伍 先 达 一、概述一、概述自自18891889年年由由美美国国奥奥的的斯斯升升降降机机公公司司推推出出的的世世界界第第一一部部以以直直流流电电动动机机为为动动力力带带有有安安全全保保护护装装置置的的升升降降机机，诞诞生生了了名名副副其其实实的的电电梯梯以以来来，随随着着现现代代科科学学技技术术的的发发展展，特特别别是是计计算算机机技技术术的的应应用用，现现代代电电梯梯技技术术已已步步入入一一个个更更新新更更高高的的层层次次。从
2、从其其梯梯速速而而言言，已已由由当当初初乘乘电电梯梯不不如如步步行行楼楼梯梯快快，发发展展到到今今天天的的梯梯速速超超过过1010m/sm/s的的超超高高速速阶阶段段。而而从从其其安安全全性性能能看看，由由于于限限速速器器安安全全钳钳缓缓冲冲器器的的连连锁锁控控制制措措施施，使使得得电电梯梯成成为为较较之之其其它它交交通通工工具具更更为为安安全全的的垂垂直直运运输输工工具具。随随着着社社会会的的不不断断发发展展和和现现代代化化程程度度的的提提高高，高高楼楼大大厦厦越越来来越越多多，电电梯梯已已成成为为现现代代社社会会生生产产、生生活活中中所所不不可可缺缺少少的的一一种种公公共交通运输工具共交通
3、运输工具, ,成为现代物质文明的一个标志。成为现代物质文明的一个标志。 一、概述一、概述 改革开放以来，我国的电梯业得到了高速发展，改革开放以来，我国的电梯业得到了高速发展，20022002年我国年我国的电梯年产量首次突破的电梯年产量首次突破6 6万台，万台，20032003年我国电梯业生产的电梯、自年我国电梯业生产的电梯、自动扶梯和自动人行道更是达到了动扶梯和自动人行道更是达到了8.58.5万台，万台，20042004年我国电梯生产总年我国电梯生产总量已超过量已超过1010万台，占全球总产量的万台，占全球总产量的1/31/3，使中国成为世界最大的电，使中国成为世界最大的电梯市场和世界最大的电
4、梯生产国。但我国有梯市场和世界最大的电梯生产国。但我国有1313亿人口，在用电梯亿人口，在用电梯只有只有5050余万台，和发达国家相比还有较大差距，电梯业仍然有较余万台，和发达国家相比还有较大差距，电梯业仍然有较大的市场潜力。大的市场潜力。 二、研制过程二、研制过程 电梯技术发展如此迅速，当然主要依赖于现代科电梯技术发展如此迅速，当然主要依赖于现代科学技术的发展，其中也包括电梯检测技术的不断发展学技术的发展，其中也包括电梯检测技术的不断发展这一重要环节。而在我国，虽然目前产量上去了，但这一重要环节。而在我国，虽然目前产量上去了，但由于检测手段的相对滞后，在保障电梯产品的质量和由于检测手段的相对
5、滞后，在保障电梯产品的质量和安全性能方面还不尽如意。面对国情，中国科学院合安全性能方面还不尽如意。面对国情，中国科学院合肥智能所率先从事电梯检测技术研究与仪器研发，先肥智能所率先从事电梯检测技术研究与仪器研发，先后有多项成果填补了国内空白。后有多项成果填补了国内空白。二、研制过程（续）二、研制过程（续） 20012001年以后我们在多年技术积累的基础上，根据最新的行业年以后我们在多年技术积累的基础上，根据最新的行业标准，运用更先进的技术手段，经过几年的努力，并在国家电梯标准，运用更先进的技术手段，经过几年的努力，并在国家电梯质量监督检验中心及电梯业内专业人士的大力支持下，我们成功质量监督检验中
6、心及电梯业内专业人士的大力支持下，我们成功研制出了电梯运行安全智能检测仪器，该仪器适用于质量技术监研制出了电梯运行安全智能检测仪器，该仪器适用于质量技术监督系统、商检局、电梯整机及配件生产厂家、电梯安装部门及大督系统、商检局、电梯整机及配件生产厂家、电梯安装部门及大专院校相关专业等单位对电梯整机及配件的检测和校验。专院校相关专业等单位对电梯整机及配件的检测和校验。 二、研制过程（续）二、研制过程（续）该该项项成成果果填填补补了了国国内内空空白白，自自仪仪器器成成功功研研制制以以来来，即即得得到到了了业业内内人人士士的的普普遍遍欢欢迎迎和和认认可可，目目前前该该仪仪器器已已在在国国家家电电梯梯质
7、质量量监监督督检检验验中中心心、上上海海交交通通大大学学电电梯梯检检测测中中心心、上上海海三三菱菱电电梯梯公公司司、天天津津奥奥的的斯斯电电梯梯公公司司以以及及苏苏州州、南南京京、深深圳圳、武武汉汉、济济南南等等地地质质量量技术监督系统试用，并得到这些用户的高度评价。技术监督系统试用，并得到这些用户的高度评价。三、仪器的设计原理与关键技术三、仪器的设计原理与关键技术（一）、（一）、DTDT系列电梯加速度测试仪系列电梯加速度测试仪 1 1、电梯加速度测试技术概述、电梯加速度测试技术概述 电梯是一种机电一体化的复杂技术系统，电梯运行时所产生电梯是一种机电一体化的复杂技术系统，电梯运行时所产生的加速
8、度及振动加速度信号，无不饱含着从电梯结构设计的合理的加速度及振动加速度信号，无不饱含着从电梯结构设计的合理性（包括机械和电气），制造工艺的优劣以及安装调校效果的好性（包括机械和电气），制造工艺的优劣以及安装调校效果的好坏等丰富的信息。因此，电梯整体性能试验已成为电梯性能研究，坏等丰富的信息。因此，电梯整体性能试验已成为电梯性能研究，新产品的设计、制造以及评判安装质量的不可缺少的重要技术环新产品的设计、制造以及评判安装质量的不可缺少的重要技术环节。而电梯加速度测量，则是为电梯整体性能试验提供重要信息节。而电梯加速度测量，则是为电梯整体性能试验提供重要信息和数据的技术手段。和数据的技术手段。 1
9、1、电梯加速度测试技术概述（续）、电梯加速度测试技术概述（续） 在在国国内内外外市市场场上上，各各种种通通用用的的高高、中中、低低档档的的测测振振仪仪器器可可以以说说是是规规格格齐齐全全，品品种种繁繁多多，但但由由于于电电梯梯加加速速度度测测量量的的长长过过程程记记录录以以及及数数据据分分析析的的独独特特性性和和复复杂杂性性，使使得得通通用用的的仪仪器器难难以以发发挥挥应应有有的的作作用用。以以前前电电梯梯行行业业中中加加速速度度的的测测量量都都是是采采用用模模拟拟式式波波形形记记录录测测试试系系统统，经经手手工工取取值值计计算算、分分析析而而完完成成的的，可可以以说说是是一一个个经经典典的的
10、方方法法。直直至至我我们们开开发发的的DTDT系系列列电电梯梯加加速速度度测测试试仪仪问问世世以以后后，经经典典的的示示波波法法，才逐渐被淘汰。才逐渐被淘汰。1 1、电梯加速度测试技术概述（续）、电梯加速度测试技术概述（续） DT DT系列电梯加速度测试仪是根据国标系列电梯加速度测试仪是根据国标GB/T100591997GB/T100591997电梯电梯试验方法中的有关要求而设计的专用电梯测量仪器，自投放市试验方法中的有关要求而设计的专用电梯测量仪器，自投放市场后，经过不断地完善，基本上取代了国产及进口的大量模拟量场后，经过不断地完善，基本上取代了国产及进口的大量模拟量的测试仪器，为电梯运行的
11、质量控制提供了实用的有效的检测手的测试仪器，为电梯运行的质量控制提供了实用的有效的检测手段。段。 2 2、主要功能、主要功能电电脑脑控控制制的的实实时时在在线线检检测测，能能自自动动识识别别电电梯梯运运行行的的不不同同过过程程并并进进行行数数据据的的计计算算和和处处理理，完完全全排排除除人人工工干干预预，精精度度高高，其其中中核核心心部部件件采采用用高高性性能能的的嵌嵌入入式式计计算算机机系系统统，以以保保证证仪仪器器功功能能强强，抗抗干干扰扰能能力力强强，运运行行稳稳定定，低故障发生率。低故障发生率。2 2、主要功能、主要功能( (续续) )可可显显示示或或打打印印出出加加速速度度、速速度度
12、、加加加加速速度度及及三三方方向向振振动动加加速速度度等等六六条条曲曲线线，并并给给出出隶隶属属于于电电梯梯启启制制动特性及振动特性测量规范的所有参数。动特性及振动特性测量规范的所有参数。 采用采用5.4英寸液晶点阵图形平板显示屏，可实时英寸液晶点阵图形平板显示屏，可实时连续显示动态振动曲线，指示当前工作状态，显示测连续显示动态振动曲线，指示当前工作状态，显示测试结果等。显示屏带有背光源，以便能在较暗的环境试结果等。显示屏带有背光源，以便能在较暗的环境中使用。中使用。2 2、主要功能（续）、主要功能（续）大大容容量量存存储储器器，自自动动存存储储大大量量测测试试数数据据，可可随随时时调调出出查
13、查看看、打打印印；带带有有RS232通通讯讯口口，可可将将测测试试数数据据回回放放计算机内，用以存档或进一步分析。计算机内，用以存档或进一步分析。利利用用快快速速傅傅立立叶叶变变换换（FFT）对对振振动动信信号号进进行行频频谱谱分析，可作通用低频振动分析仪器使用。分析，可作通用低频振动分析仪器使用。可可选选择择交交流流电电或或机机内内自自备备电电池池供供电电，具具有有数数据据掉掉电电保护功能。保护功能。3 3、主要技术指标：、主要技术指标：量程： 垂直测量：静态校准0-980cm/s2，动态测量0-500cm/s2； 水平测量：静态校准0-98cm/s2，动态测量0-50cm/s2精度：整机动
14、态标定精度2%基线噪声：垂直5cm/s2，水平1.0cm/s2频响：根据不同测量要求分为030Hz，0100Hz电源：AC220(110%)V，50(12%)Hz机内自备电池供电：使用时间2小时；充电时间812小时体积：360335165mm34 4、结构及工作原理：、结构及工作原理： 本本仪仪器器由由加加速速度度传传感感器器、低低通通滤滤波波器器、放放大大电电路路、A/DA/D变变换换器器、计计算算机机处处理理系系统统、液液晶晶显显示示屏屏、微微型型打打印印机机等等组组成成，其其结结构构原原理理如如图图（1 1）所所示示。由由传传感感器器获获取取的的加加速速度度信信号号，经经滤滤波波、放放大
15、大和和A/DA/D变变换换后后，送送入入计计算算机机系系统统，由由计计算算机机信信息息处处理理将将运运行行曲曲线线实实时时地地在在液液晶晶屏屏上上显显示示出出来来，同同时时对对数数据据进进行行实实时时处处理理，自自动动识识别别电电梯梯运运行行的的各各个个过过程程，并并得得出出相相应应参参数数。测测试试完完毕毕后后，根根据据用用户户的的不不同同要要求求，可可以以将将曲曲线线及及参参数数在在液液晶晶屏屏上上显显示示出出来来或或通通过过打打印印机机打打印印出出来，也可将曲线数据存储并进行频谱分析。来，也可将曲线数据存储并进行频谱分析。4 4、结构及工作原理：、结构及工作原理：图（1）5 5、硬件设计
16、及关键技术的解决：、硬件设计及关键技术的解决： 传传感感器器：一一般般来来说说，电电梯梯轿轿厢厢加加速速度度的的频频率率范范围围为为01000100HzHz，加加速速度度值值为为200200cm/scm/s2 2（垂垂直直测测量量）或或5050cm/scm/s2 2（水水平平测测量量）以以下下。由由于于这这是是一一个个低低频频低低加加速速度度的的测测量量，加加之之测测量量时时采采用用9090静静态态翻翻转转，以以重重力力加加速速度度作作现现场场校校准准的的方方法法，因因此此传传感感器器应应选选择择具具有有零零频频响响应应，低低频频响响应应好好、分分辨辨率率高高的的压压阻阻式式或或差差容容式式加
17、加速速度度计计。本本系系统统选选择择了了美美国国IC IC SENSORSSENSORS公公司司原原装装进进口口的的31403140型型传传感感器器，量量程程为为22g g，频频响响为为02500250HzHz，精精度度为为0.2%0.2%量量程程。经经实实践践证证明明，该该传感器能很好地满足电梯加速度的测量要求。传感器能很好地满足电梯加速度的测量要求。 计算机处理系统及液晶显示屏：计算机处理系统及液晶显示屏： 计计算算机机处处理理系系统统我我们们选选择择的的是是嵌嵌入入式式PC/104PC/104模模块块，它它实实际际上上相相当当于于1 1个个486486计计算算机机，具具有有486486计
18、计算算机机的的全全部部功功能能及及接接口口，但但同同时时又又具具备备嵌嵌入入式式控控制制的的特特殊殊功功能能要要求求，即即超超小小尺尺寸寸，超超低低功功耗耗，宽宽温温度度范范围围以以及及工工业业级级、高高品品质质、长长寿寿命命的的器器件件选选择择，该该计计算算机机系系统统与与传传统统的的单单片片机机系系统统相相比比，具具有有功功能能强强大大、运运算算速速度度快快，易易于于编程，以及极高的可靠性。编程，以及极高的可靠性。 显示屏我们选择的是显示屏我们选择的是5.45.4英寸英寸LCDLCD点阵图形平板显示屏，为单点阵图形平板显示屏，为单色色320240320240，显示效果非常理想。，显示效果非
19、常理想。 其它器件：其它器件： a.a.低通滤波器：低通滤波器：由于在国标中要求获得信号的频率分两由于在国标中要求获得信号的频率分两种情况：在测量起制动加速度时为种情况：在测量起制动加速度时为0 03030HzHz；在测量振动加速度在测量振动加速度时（分垂直振动和水平振动）为时（分垂直振动和水平振动）为0 0100100HzHz，因此我们选择了美因此我们选择了美国美信公司的滤波器芯片，该芯片为单路国美信公司的滤波器芯片，该芯片为单路8 8阶低通滤波器，可通阶低通滤波器，可通过时钟编程确定截止频率，使用非常方便，各项指标亦能达到过时钟编程确定截止频率，使用非常方便，各项指标亦能达到设计要求。设计
20、要求。 b.A/Db.A/D变换器：变换器： 根据设计要求根据设计要求A/DA/D变换器必须要有较高的分辨变换器必须要有较高的分辨率和较快的转换速度，为此我们选择了美国美信率和较快的转换速度，为此我们选择了美国美信公司的公司的A/DA/D芯片，该芯片为芯片，该芯片为1414位转换精度，转换位转换精度，转换时间为时间为9.49.4ss，封装为封装为1616脚双列直插，串行数据脚双列直插，串行数据输出，体积小巧，使用方便。输出，体积小巧，使用方便。 6 6、软件设计及关键技术的解决：、软件设计及关键技术的解决：图（图（2 2）本系统软件采用本系统软件采用高级语言编程，程高级语言编程，程序设计采用结
21、构化序设计采用结构化和模块化相结合的和模块化相结合的方式，具体软件框方式，具体软件框图见图（图见图（2 2）。）。小波分析功能的应用：小波分析功能的应用： 小波分析做为一种有效的信号处理方法，在信息获取中受到小波分析做为一种有效的信号处理方法，在信息获取中受到越来越广泛的重视。它能将由各种不同频率成分组成的混合信号越来越广泛的重视。它能将由各种不同频率成分组成的混合信号分解到不同的频率段上，有效地用于滤波和信噪分离。本仪器基分解到不同的频率段上，有效地用于滤波和信噪分离。本仪器基于小波分解与重构理论，对电梯加速度信号进行滤波处理。结果于小波分解与重构理论，对电梯加速度信号进行滤波处理。结果表明
22、小波去噪法能很好地完成滤波功能，并且滤波的效果优于传表明小波去噪法能很好地完成滤波功能，并且滤波的效果优于传统的方法。通过对轿厢运行加速度曲线的分析，可得到电梯起动、统的方法。通过对轿厢运行加速度曲线的分析，可得到电梯起动、制动及振动特性，进而分析电梯的驱动系统性能及安装质量，从制动及振动特性，进而分析电梯的驱动系统性能及安装质量，从而可以判断电梯故障以及寻找故障源而可以判断电梯故障以及寻找故障源。小波分析功能的应用（续）小波分析功能的应用（续）使使用用本本公公司司的的电电梯梯加加速速度度测测试试仪仪对对试试验验电电梯梯进进行行轻轻载载荷荷起起制制动动试试验验，采采样样取取频频率率fs=250
23、Hz，所所得得到到的的加加速速度度信信号号曲曲线线如如图图（3）所所示示。从从图图中中可可见见所所测测得得的的原原始始信信号号中中含含有有大大量量高高频频噪噪声声，我我们们必必须须对对其其进进行行滤滤波处理，以获得我们所关心的低频信号。波处理，以获得我们所关心的低频信号。图（3） 由加速度测试仪所测得的原始加速度信号 小波分析功能的应用（续）小波分析功能的应用（续） 根据离散小波的滤波特性，对原始信号进行多级分解，分解出根据离散小波的滤波特性，对原始信号进行多级分解，分解出的平滑逼近信号就能很好的描述轿厢运行的加速度。按照离散小的平滑逼近信号就能很好的描述轿厢运行的加速度。按照离散小波变换对信
24、号频带的划分特点，对采样频率为波变换对信号频带的划分特点，对采样频率为250250HzHz的原始信号进的原始信号进行分解，当分解到第三层时，其平滑逼近信号占有的频带为行分解，当分解到第三层时，其平滑逼近信号占有的频带为0 031.2531.25HzHz，这正是我们感兴趣的低频信号。选取这正是我们感兴趣的低频信号。选取db10db10小波，对原始小波，对原始加速度信号进行三层离散小波变换，然后把反映干扰和噪声频率加速度信号进行三层离散小波变换，然后把反映干扰和噪声频率的那些尺度低的小波变换系数去掉，根据的那些尺度低的小波变换系数去掉，根据MallatMallat的重构算法得到的重构算法得到的重构
25、信号用第三层的离散逼近系数重构信号，可以得到清晰的的重构信号用第三层的离散逼近系数重构信号，可以得到清晰的加速度曲线，如图（加速度曲线，如图（4 4）所示。）所示。 小波分析功能的应用（续）小波分析功能的应用（续）图（4） 经由小波方法滤波后所获得的信号 在本仪器中模糊信息处理方法主要应用于加速度在本仪器中模糊信息处理方法主要应用于加速度图谱处理中的图谱处理中的“编辑编辑”功能，该功能是目前所有国功能，该功能是目前所有国内外同类产品中所没有的。所谓内外同类产品中所没有的。所谓“编辑编辑”功能，即功能，即只绘制加、减速和抱闸三个过程的波形图，而匀速只绘制加、减速和抱闸三个过程的波形图，而匀速阶段
26、将仅记录最初的阶段将仅记录最初的0.4s行程，作为各行程间隔的行程，作为各行程间隔的过渡段，该功能的最大特点是将图谱中不参与运算过渡段，该功能的最大特点是将图谱中不参与运算的部分剔除掉，突出主要部分并将其放大，以利于的部分剔除掉，突出主要部分并将其放大，以利于测试人员进行分析处理。测试人员进行分析处理。模糊处理：模糊处理： 实现该功能的最大难点在于仪器要自动判断电梯的起动时实现该功能的最大难点在于仪器要自动判断电梯的起动时刻，进入匀速段的时刻，开始制动时刻和运行结束时刻。由于刻，进入匀速段的时刻，开始制动时刻和运行结束时刻。由于电梯的种类繁多，速度各不相同，因而上述功能的实现显得尤电梯的种类繁
27、多，速度各不相同，因而上述功能的实现显得尤为困难。在本仪器的开发过程中，我们做了大量的现场实验，为困难。在本仪器的开发过程中，我们做了大量的现场实验，获得了大量的第一手资料，在此基础上我们运用模糊信息处理获得了大量的第一手资料，在此基础上我们运用模糊信息处理方法进行判断，找出相关的隶属度函数，确定模糊规则和模糊方法进行判断，找出相关的隶属度函数，确定模糊规则和模糊推理方法。实践证明，采用模糊处理方法可以很好的实现上述推理方法。实践证明，采用模糊处理方法可以很好的实现上述功能。功能。模糊处理（续）模糊处理（续）7 7、准确度标定：、准确度标定：该仪器送至国家法定计量部门进行动态标定和测试，主要性
28、能指标如下：a）线性度实验：线性度实验： 在10.5Hz频率下,测试 2m/s2,1.5 m/s2,1 m/s2,0.5 m/s2四点，其最大相对误差不大于2%，为合格；b）频响实验：频响实验： 在测试振幅为2 m/s2下，检测21Hz,10.5Hz,5.2 Hz, 2.6 Hz四个频试点，频带内不平度：0.5db。一台编号为01030701-18的DT-3电梯加速度测试仪，送中国计量科学研究院进行标定测试，主要计量器具设备为低频振动台（国家计量副基准，不确定度1%），证书编号：LXv12003-0123，测试结果如下：标准（标准（m/s2 2）200150100050示值示值（m/s2 2）
29、201150100050 线性 频率：10.50Hz 频率响应加速度：2.00 m/s2 频率频率（Hz）21001050520260示示值值（m/s2 2）201201201201 该台仪器的线性度实验和频响实验均为合格。 （二）（二）XCXC系列电梯限速器测试系列电梯限速器测试仪仪1、前言：、前言： 限速器是电梯的一个重要安全部件，当轿厢超速运行达到规定的速度范围后，由限速器先动作，后启动安全钳，把轿厢夹紧在导轨上，从而实现可靠的安全保护。因此，限速器的现场检测，尤其对于使用多年的老电梯则是一个事关人身安全的必检项目。1 1、概述（续）、概述（续） 根据我们对电梯行业的了解，这种便携式的现
30、场测试仪器以前是没有的，只能用转速表测量，不精确，也不方便。往往事倍功半，许多人为因素无法排除。个别单位有自制的方式检测设备，但因设计笨重而无法在现场使用。国外有极少数国家有类似仪器，但一般属大马拉小车，非专用仪器，且价格昂贵，因而使用者甚少。 XC系列限速器测试仪正是根据技术监督检测的系列限速器测试仪正是根据技术监督检测的普遍要求而研制的一种便携式的现场测试仪器，该普遍要求而研制的一种便携式的现场测试仪器，该仪器为国内首创，目前已广泛应用于各级技术监督仪器为国内首创，目前已广泛应用于各级技术监督检测部门对限速器的校验，上海东方明珠电视塔的检测部门对限速器的校验，上海东方明珠电视塔的6 6m/
31、sm/s的限速器即是用该仪器测试的，并获得一致好的限速器即是用该仪器测试的，并获得一致好评。评。 1、概述（续）、概述（续）2 2、性能指标：、性能指标： （1 1） 主要功能：主要功能： 可测量动作速度为可测量动作速度为0.50.5m/sm/s10m/s 10m/s 的各种限速器。的各种限速器。 可测含有电触点开关的限速器在其开关动作时的轮盘线速度。可测含有电触点开关的限速器在其开关动作时的轮盘线速度。 可跟踪显示限速器轮盘旋转线速度。可跟踪显示限速器轮盘旋转线速度。 能自动捕捉限速器的动作速度，并立即停止电机的转动。能自动捕捉限速器的动作速度，并立即停止电机的转动。 可自动打印出限速器的动
32、作速度及触点动作时的轮盘线速度，可自动打印出限速器的动作速度及触点动作时的轮盘线速度， 并可重复打印。并可重复打印。 （2 2）技术指标：）技术指标：调速范围：调速范围：0.510m/s(分段设定分段设定)测试时测试时伺服伺服加速度：加速度：0.02m/s2速度测量误差：速度测量误差：1%电机的额定驱动力距（三种可选）：电机的额定驱动力距（三种可选）：1800克克厘厘米米，3000克克厘厘米米，6500克克厘厘米米电源：AC220(110%)V，50(12%)Hz体积：330270155重量：8.5Kg3 3、设计原理：、设计原理： 本本仪仪器器设设计计主主要要依依据据上上面面列列出出的的功功
33、能能指指标标和和技技术术指指标标，考考虑虑到到限限速速器器均均安安装装在在楼楼顶顶及及其其不不可可移移动动性性，该该仪仪器器整整机机设设计计为为小小型型便便携携式式结结构构，系系统统以以MCS51MCS51单单片片机机系系统统为为核核心心，配配有有数数码码管管显显示示和和小小型型打打印印机机，以以小小型型直直流流电电机机作作为为限限速速器器轮轮盘盘的的驱驱动动，用用霍霍尔尔传传感感器器对对限限速速器器轮轮盘盘线线速速度度进进行行直直接接检检测测，以以光光电电码码盘盘传传感感器器对对电电机机速速度度进进行行反反馈馈，实实现现对对电电机机速速度度的的闭环闭环PIDPID控制。其原理框图如图（控制。
34、其原理框图如图（5 5）所示。）所示。 3 3、设计原理（续）、设计原理（续）图5原理框图4 4、技术实施及关键技术的解决：、技术实施及关键技术的解决： 硬件设计：硬件设计： 本仪器选用的是本仪器选用的是MCS-51MCS-51单片机系统，单片机系统，CPUCPU选用的是选用的是87518751芯片，内带芯片，内带4 4K K程序存储器。系统时钟频率为程序存储器。系统时钟频率为1212MHzMHz，每条指每条指令的的执行时间均在令的的执行时间均在4 4ss之内，故能满足实时控制的需要。之内，故能满足实时控制的需要。键盘显示芯片为键盘显示芯片为MAX7219MAX7219，该芯片可以驱动该芯片可
35、以驱动1616个个8 8段数码管。段数码管。D/AD/A选用的是选用的是MAX515MAX515，为为1010位转换精度，用于控制直流电机位转换精度，用于控制直流电机驱动电路中可控硅的触发角度，继而控制驱动电路的直流驱动电路中可控硅的触发角度，继而控制驱动电路的直流输出电压。输出电压。 采用小功率伺服采用小功率伺服直流电机进行调压直流电机进行调压调速，调压线路为调速，调压线路为单相桥式整流线路。单相桥式整流线路。伺服直流电机调速伺服直流电机调速性能好运转稳定可性能好运转稳定可靠。其基本线路如靠。其基本线路如图（图（6 6）所示。）所示。图（6） 直流电机驱动直流电机驱动软件设计：软件设计：本系
36、统软件主要完成以下本系统软件主要完成以下3个主要任务：个主要任务：a、对键盘进行监控，接受预置参数和键盘命令。接受霍尔传感器和光电码盘传感器传来的2路速度信号，经换算后送MAX7219芯片，在数码管显示器上双通道显示。b、以光电码盘传感器做为速度反馈，完成速度闭环的PID运算，然后通过D/A芯片向直流电机驱动电路输出控制信号。c、监测限速器的运行情况，自动捕捉限速器的动作速度，并自动打印出限速器的动作速度及触点动作时的轮盘线速度。n主要技术特点主要技术特点 （1 1）仪器设计的最突出的特点就是由）仪器设计的最突出的特点就是由MCS51MCS51单片计单片计算机系统来实现对电机转速的闭环算机系统
37、来实现对电机转速的闭环PIDPID控制，从而确保了控制，从而确保了电机调速的精度以及全数字化输入界面。用户可以通过电机调速的精度以及全数字化输入界面。用户可以通过仪器的按键送入精确的限速器转动线速度，其数值可以仪器的按键送入精确的限速器转动线速度，其数值可以精确到精确到0.0010.001m/sm/s，然后按动然后按动“启动启动”键，即可由单片机键，即可由单片机系统启动电机的转动，并自动保持在预置的线速度；系统启动电机的转动，并自动保持在预置的线速度； 另外，通过单片机的控制，可以实现电机精确的匀加速另外，通过单片机的控制，可以实现电机精确的匀加速度转动，其匀加速度值可以任意确定，在本仪器中该
38、值内定度转动，其匀加速度值可以任意确定，在本仪器中该值内定为为0.010.01m/sm/s2 2，因为根据国家标准因为根据国家标准GB75882003GB75882003电梯制造与电梯制造与安装安全规范中有关限速器特性检查的安装安全规范中有关限速器特性检查的F4.2F4.2中所述：中所述：“应应以尽可能低的加速度来达到限速器的动作速度，以便消除惯以尽可能低的加速度来达到限速器的动作速度，以便消除惯性的影响性的影响”。目前，许多国内外大电梯公司对该加速度值的。目前，许多国内外大电梯公司对该加速度值的要求为要求为0.020.02m/sm/s2 2，因此，本仪器的因此，本仪器的0.010.01m/s
39、m/s2 2的加速度值可的加速度值可以确保对限速器的精确测量。以确保对限速器的精确测量。 （2 2）限速器轮盘旋转线速度的非接触测量，这也是本仪器的突）限速器轮盘旋转线速度的非接触测量，这也是本仪器的突出特点之一。本仪器采用的方法是用小磁钢贴在限速器的轮盘上，出特点之一。本仪器采用的方法是用小磁钢贴在限速器的轮盘上，通过霍尔传感器，将相关信息输入单片计算机，由单片机对相关通过霍尔传感器，将相关信息输入单片计算机，由单片机对相关信息进行数据处理，即可得到该限速器的最终动作速度。用该方信息进行数据处理，即可得到该限速器的最终动作速度。用该方法测试，与通常的用数字转速表测量进行比对，我们发现其具有法
40、测试，与通常的用数字转速表测量进行比对，我们发现其具有测试结果准确，稳定可靠，一致性好，直接给出最终的线速度值测试结果准确，稳定可靠，一致性好，直接给出最终的线速度值而无需换算；特别是在现场测量时，操作更加简便。而无需换算；特别是在现场测量时，操作更加简便。5 5、 准确度检定：准确度检定：该该仪仪器器每每台台均均送送至至国国家家法法定定计计量量部部门门进进行行检检定定，须检定的主要性能指标如下：须检定的主要性能指标如下：a)速度测量误差：1%；b)伺服加速度：0.02m/s2。n例例如如，一一台台编编号号为为03030702-54的的XC系系列列电电梯梯限限速速器器测测试试仪仪，送送安安徽徽
41、省省计计量量测测试试研研究究所所进进行行测测试试，主主要要计计量量器器具具为为CN3165B频频率率计计、飞飞亚亚达达电电子子秒秒表表、GPC3030D直直流流稳稳压压电电源源，证证书编号：书编号：DC2004-3-020370，测试结果如下：测试结果如下： 速度检测速度检测：在在L=0.628mL=0.628m，V V0 0=1m/s=1m/s下检测下检测检测检测序号序号i i周期实际周期实际值值B Bi i(s)(s)被检速度显示被检速度显示值值V Vi i(m/s)(m/s)速度实际值速度实际值V Vi i(m/s)(m/s)VVi i(m/s)(m/s)VVi i/V/Vi i实际值（
42、实际值（% %）VVi i/V/Vi i允许值（允许值（% %）单次检单次检测结果测结果1 11.2141.2141.031.031.0351.0350.0050.0050.50.51%1%合格合格2 21.2131.2131.031.031.0351.0350.0050.0050.50.5合格合格3 31.2131.2131.031.031.0351.0350.0050.0050.50.5合格合格4 41.2131.2131.031.031.0351.0350.0050.0050.50.5合格合格5 51.2131.2131.031.031.0351.0350.0050.0050.50.5合
43、格合格6 61.2121.2121.031.031.0361.0360.0060.0060.60.6合格合格7 71.2131.2131.031.031.0351.0350.0050.0050.50.5合格合格8 81.2111.2111.031.031.0371.0370.0070.0070.70.7合格合格上表中速度实际值上表中速度实际值 当当V V0 0=1m/s=1m/s时时, 1% , 1% 为合格为合格 伺服加速度检测伺服加速度检测：检测序号检测序号i i周期周期B Bi i实际值实际值( (s)s)速度实际值速度实际值V Vi i(m/s)(m/s)实际值实际值( (m/sm/s
44、2 2) )a=(Va=(V2 2-V-V1 1)/t(%)/t(%)允许值允许值a=(Va=(V2 2-V-V1 1)/t(%)/t(%)结论结论1 11.2101.2101.0381.0381.0331.033 2 2m/sm/s2 2合格合格2 21.0531.0531.1931.193速度实际值 伺服加速度 当a0.02m/s2 为合格 在L=0.628m，V0=1m/s, t=15s 下检测四、国内外同类产品比较四、国内外同类产品比较 型号型号性能性能DT-2JDT-3DT-4珠海啊尔法珠海啊尔法EVA-625（美国）美国）系统系统单片机系单片机系统统嵌入式计算机嵌入式计算机PC/1
45、04单片机系统，单片机系统，与计算机与计算机USB接口连接接口连接单片机系统，单片机系统，与计算机串口与计算机串口连接连接单片机系统，单片机系统，与计算机串口与计算机串口连接连接传感器传感器美国进口美国进口单轴向单轴向美国进口美国进口单轴向单轴向美国进口美国进口三轴向三轴向美国进口美国进口单轴向单轴向三轴向三轴向显示显示数码管数码管5.4英寸液晶显示英寸液晶显示屏屏实时动态波形显示实时动态波形显示点阵式液晶显点阵式液晶显示屏示屏无无字符式液晶显字符式液晶显示屏示屏打印打印针式微打针式微打针式微打针式微打无无无无无无频谱分析频谱分析无无有有有有有有有有小波分析小波分析无无有有有有无无无无模糊处理
46、模糊处理有有有有有有无无无无电梯加速度测试仪电梯加速度测试仪专用便携式电梯限速器测试仪目前市场上未见到同类产品。专用便携式电梯限速器测试仪目前市场上未见到同类产品。 型号型号 性能性能DT-2JDT-3DT-4珠海啊尔法珠海啊尔法EVA-625（美国）美国）存储情况存储情况不能存储不能存储100分钟的测试曲线分钟的测试曲线12分钟的测试曲分钟的测试曲线线不能存储（无不能存储（无法单独使用）法单独使用）700秒秒滤波滤波30Hz 100Hz低通滤波器低通滤波器30Hz、100Hz低通滤波器低通滤波器数字滤波数字滤波滤波频率可选滤波频率可选数字滤波数字滤波滤波频率可选滤波频率可选80Hz、160H
47、z低通滤波低通滤波电源电源自带电池自带电池自带电池自带电池自带锂电池自带锂电池自带电池自带电池自带酸铅电池自带酸铅电池体积体积45034015036033516530024011025015060273247127重量重量8Kg8Kg4Kg3 Kg4.3Kg电梯加速度测试仪电梯加速度测试仪 电梯运行安全智能检测仪器运用了人工智能模糊电梯运行安全智能检测仪器运用了人工智能模糊检测技术、多传感器信号获取技术、高性能嵌入式计检测技术、多传感器信号获取技术、高性能嵌入式计算机等技术，实现了对电梯加速度、安全钳等电梯安算机等技术，实现了对电梯加速度、安全钳等电梯安全运行的动态参数及限速器动作速度等多项关键指标全运行的动态参数及限速器动作速度等多项关键指标进行准确的综合在线检测，进行准确的综合在线检测，为保障电梯设施安全与电为保障电梯设施安全与电梯综合使用性能提供了先进的科学仪器。伴随着我国梯综合使用性能提供了先进的科学仪器。伴随着我国电梯业的高速发展，该仪器将具有广阔的市场前景。电梯业的高速发展，该仪器将具有广阔的市场前景。 五、结束语五、结束语
