基于制造技术

一种基于

【技术实现步骤摘要】
基于MEMS三轴加速度传感器的电梯多参数测量方法


[0001]本专利技术涉及电梯或扶梯多参数综合检测
，尤其涉及一种基于
MEMS
三轴加速度传感器的电梯多参数测量方法
。

技术介绍

[0002]电梯作为一类垂直运输交通工具，在人们生产生活过程中发挥了重要作用，同时作为一类机电类特种设备，其安全性能也得到广泛关注
。
[0003]根据结构不同，电梯可分为垂直电梯
、
斜行电梯
、
自动扶梯和自动人行道
。
各类电梯在安装
、
维保
、
检验
、
抽查
、
事故调查等环节中均需涉及各类检测方法
、
检测工具和检测仪器
。
[0004]检测仪器中大量使用各类传感器对电梯机械部件和电气部件的物理参数进行现场测量
。
加速度传感器在电梯检测领域已经获得了大量应用，结合不同的加速度数据分析方法可实现不同电梯参数的测量
。
例如：根据加速度数据在平均值附近的上下波动特性可进行电梯振动舒适度分析；对加速度进行数值积分计算可测量电梯速度
、
运行距离等参数；加速度信号频域分析可得到主要振动频率构成，以对失效部件进行故障追溯；通过对重力加速度在传感器三个数据轴上的投影分量进行分析，可得到倾斜角数据
。
[0005]现有的基于三轴加速度传感器的电梯检测仪器通常采用传统的模拟量输出型加速度传感器，整机体积较大
、
功能较单一
、
集成度不高，较难实现电梯现场多参数检测需求
。
例如：行业内广泛应用的
EVA625
电梯综合性能检测仪体积较大，在电梯或扶梯中应用模式较多，但现场不能即时得到测试结果，需要用优盘拷贝数据文件后在电脑端手动操作分析；并且，
EVA625
检测仪数据文件对用户封闭，不便于进行自定义数据分析和二次绘图
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于
MEMS
三轴加速度传感器的电梯多参数测量方法，其能够综合应用于电梯或自动扶梯运动参数测量
、
振动舒适度评估
、
制动参数测量
、
机械部件失效分析
、
倾斜角测量等检测场合，充分发挥微机电系统加速度传感器的应用效能
。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种基于
MEMS
三轴加速度传感器的电梯多参数测量方法，包括以下步骤：
[0009]三轴加速度传感器用于测量垂直电梯的各参数：
[0010]测量装置的模块底部设置有三个锥形支脚，振动舒适度测量时将测量装置放置于轿厢地板上，并使
X
轴或
Y
轴与电梯门垂直，操纵者手持数据终端站立于轿厢内部，操作电梯从底层运行到顶层或从顶层运行至底层，记录电梯运行过程中的三轴振动加速度信号，且数据终端对数据进行分析，得出振动特征参数，以定量评估轿厢振动乘运质量；
[0011]制动性能测试时，测量装置的模块放于轿厢地板，数据采集过程中人员离开电梯轿厢，待制动结束且平层后结束测试，数据终端自动进行数据分析；
[0012]对电梯主机的铁磁性部件振动测试时，无需使用支脚，通过测量装置内部的磁铁
直接吸附于待测部件的金属表面，并对振动状况进行测试；或，通过在测量装置的模块底部安装圆形磁吸座的方式使传感器吸附于待测物体表面；
[0013]三轴加速度传感器用于测量自动扶梯或自动人行道的各参数：
[0014]将测量装置放置于梯级上，调节支脚位置，使三个支脚同时卡入梯级表面的凹槽中，操纵者站立于测量装置的模块所在梯级的附近梯级上，按开关按键，实现与数据终端的通讯，测试开始后，操作自动扶梯运行，运行过程中对梯级振动状况进行测试，实现对扶梯梯级的上行振动舒适度测试或下行振动舒适度测试，或测试扶梯平均制动减速度
、
制动距离的参数；
[0015]同理，对自动人行道踏板振动舒适度测试时，将测量装置放置于倾斜段和水平段处；
[0016]对自动扶梯或自动人行道扶手带振动测试时，操纵者站立于自动扶梯梯级或自动人行道踏板上，手握振动测量装置，并移除模块底部的三个支脚，使测量装置的
X
方向指向电梯运行方向，操作自动扶梯或自动人行道运行，在运行过程中测试扶手带振动状况；
[0017]测试时，测量两个扶手带上行或下行两个方向的振动状况，并对扶手带短时内的运行速度进行测量
。
[0018]其中，直梯振动舒适度分析时，受轿厢地板不平整及模块电路板装配误差的影响，振动舒适度计算前需进行模块水平倾斜角补偿并扣除重力加速度直流分量，获取到正交的三轴振动加速度数据序列；
[0019]根据模块静止时重力加速度在三个数据轴上的投影分量计算出
X
轴
、Y
轴
、Z
轴分别与水平面的夹角，计算原理为：
[0020][0021]式中：
α
为模块
X
轴与水平面间的夹角
rad
，
β
为模块
Y
轴与水平面间的夹角
rad
，
γ
为模块
Z
轴与水平面间的夹角
rad
，
a
x
为模块静止时重力加速度在
X
轴上的投影分量
m/s2，
a
y
为模块静止时重力加速度在
Y
轴上的投影分量
m/s2，
a
z
为模块静止时重力加速度在
Z
轴上的投影分量
m/s2。
[0022]具体地，计算时，
a
x
、a
y
和
a
z
取模块静止状态下
1s
内的平均加速度；根据重力加速度在三个测量轴上投影关系对原始加速度进行修正，以确保参与后续分析的加速度数据为绝对水平和竖直方向的数据，修正方法为：
[0023]A
x
＝
a
x
‑
A
z
sin
α
，
A
y
＝
a
y
‑
A
z
sin
β
；
[0024]式中：
A
z
为修正后
Z
轴加速度
m/s2，
A
x
为修正后
X
轴加速度
m/s2，
A
y
为修正后...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于
MEMS
三轴加速度传感器的电梯多参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：三轴加速度传感器用于测量垂直电梯的各参数：测量装置的模块底部设置有三个锥形支脚，振动舒适度测量时将测量装置放置于轿厢地板上，并使
X
轴或
Y
轴与电梯门垂直，操纵者手持数据终端站立于轿厢内部，操作电梯从底层运行到顶层或从顶层运行至底层，记录电梯运行过程中的三轴振动加速度信号，且数据终端对数据进行分析，得出振动特征参数，以定量评估轿厢振动乘运质量；制动性能测试时，测量装置的模块放于轿厢地板，数据采集过程中人员离开电梯轿厢，待制动结束且平层后结束测试，数据终端自动进行数据分析；对电梯主机的铁磁性部件振动测试时，无需使用支脚，通过测量装置内部的磁铁直接吸附于待测部件的金属表面，并对振动状况进行测试；或，通过在测量装置的模块底部安装圆形磁吸座的方式使传感器吸附于待测物体表面；三轴加速度传感器用于测量自动扶梯或自动人行道的各参数：将测量装置放置于梯级上，调节支脚位置，使三个支脚同时卡入梯级表面的凹槽中，操纵者站立于测量装置的模块所在梯级的附近梯级上，按开关按键，实现与数据终端的通讯，测试开始后，操作自动扶梯运行，运行过程中对梯级振动状况进行测试，实现对扶梯梯级的上行振动舒适度测试或下行振动舒适度测试，或测试扶梯平均制动减速度
、
制动距离的参数；同理，对自动人行道踏板振动舒适度测试时，将测量装置放置于倾斜段和水平段处；对自动扶梯或自动人行道扶手带振动测试时，操纵者站立于自动扶梯梯级或自动人行道踏板上，手握振动测量装置，并移除模块底部的三个支脚，使测量装置的
X
方向指向电梯运行方向，操作自动扶梯或自动人行道运行，在运行过程中测试扶手带振动状况；测试时，测量两个扶手带上行或下行两个方向的振动状况，并对扶手带短时内的运行速度进行测量
。2.
根据权利要求1所述的基于
MEMS
三轴加速度传感器的电梯多参数测量方法，其特征在于，直梯振动舒适度分析时，受轿厢地板不平整及模块电路板装配误差的影响，振动舒适度计算前需进行模块水平倾斜角补偿并扣除重力加速度直流分量，获取到正交的三轴振动加速度数据序列；根据模块静止时重力加速度在三个数据轴上的投影分量计算出
X
轴
、Y
轴
、Z
轴分别与水平面的夹角，计算原理为：式中：
α
为模块
X
轴与水平面间的夹角
rad
，
β
为模块
Y
轴与水平面间的夹角
rad
，
γ
为模块
Z
轴与水平面间的夹角
rad
，
a
x
为模块静止时重力加速度在
X
轴上的投影分量
m/s2，
a
y
为模块静止时重力加速度在
Y
轴上的投影分量
m/s2，
a
z
为模块静止时重力加速度在
Z
轴上的投影分量
m/s2。3.
根据权利要求2所述的基于
MEMS
三轴加速度传感器的电梯多参数测量方法，其特征在于，计算时，
a
x
、a
y
和
a
z
取模块静止状态下
1s
内的平均加速度；根据重力加速度在三个测量
轴上投影关系对原始加速度进行修正，以确保参与后续分析的加速度数据为绝对水平和竖直方向的数据，修正方法为：
A
x
＝
a
x
‑
A
z
sin
α
，
A
y
＝
a
y
‑
A
z
sin
β
；式中：
A
z
为修正后
Z
轴加速度
m/s2，
A
x
为修正后
X
轴加速度
m/s2，
A
y
为修正后
Y
轴加速度
m/s2。4.
根据权利要求3所述的基于
MEMS
三轴加速度传感器的电梯多参数测量方法，其特征在于，受人体生理结构影响，振动频率不同将导致乘客对振动幅度的感知存在差异，为使振动测试结果更符合人体乘梯舒适度感受，需对振动加速度进行频率计权；频率计权包括高通和低通二阶巴特沃斯滤波
、a
‑
v
变换滤波
、
高通滤波四个滤波过程，得到频率计权后三轴加速度时域曲线；并通过曲线分析得到三个轴的振动峰峰值序列，对振动峰峰值进行排序，求解出最大振动峰峰值和
A95
振动峰峰值，对振动舒适度进行定量评估
。5.
根据权利要求1所述的基于
MEMS
三轴加速度传感器的电梯多参数测量方法，其特征在于，扶梯振动舒适度分析时，总频率计权函数为高通和低通二阶巴特沃斯滤波
、a
‑
v
变换滤波
、
高阶滤波四个滤波器函数的乘积；各滤波过程数字滤波器
Z
变换传递函数为：其中，
H(z)
为
Z
变换输出值，
a
为数字滤波器分子向量：
a
＝
[1
，
a2，
a3]
，
b
为数字滤波器分母向量：
b
＝
[b1，
b2，
b3]
，
Z
向量为：
Z
＝
[1
，
z
‑1，
z
‑2]
T
。6.
根据权利要求5所述的基于<...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔靖昀，陈建勋，杨宁祥，苏宇航，戚政武，高伟，李继承，刘德阳，
申请(专利权)人：广东省特种设备检测研究院珠海检测院，
类型：发明
国别省市：