一种多功能的电梯乘运质量测试仪

付震宇 廖禹帆 刘 勇 杨付龙 先本均 潘 洋 谭凌峰 罗 可

（乐山市特种设备监督检验所，四川 乐山 614000）

0 引言

据国家质检总局提供的数据显示，截至2016年我国已拥有电梯493.69万台，且每年仍以近百万台的速度增长，在高增长速度的同时，电梯事故屡见不鲜。因电梯乘运质量相关参数的测量既能评定电梯的乘坐舒适感又能根据测得的轿厢振动情况及时发现电梯潜在的安全隐患，现已成为电梯验收、检测和维护工作中重要的检测项目。因国内企业对电梯乘运质量检测仪器的研发起步较晚，软硬件操作过程较为烦琐，仪器包含的功能有限。鉴于上述情况，市场上急需一种即小巧轻便价格合理又功能齐全操作简单的专门用于电梯乘运质量测量的仪器。

1 新型多功能电梯乘运质量检测仪器

新型多功能电梯乘运质量检测仪器是一种将噪声、照度、加速度和振动测量功能融为一体的电梯乘运质量测试仪，其特征在于该仪器可以在电梯轿厢单次运行过程中对速度、加减速度、噪声、照度等多种信号同时进行采样，测量结束后可对加减速度、速度、振动、噪声和照度数据进行处理并当场显示、打印测量结果,其系统结构如图1所示。仪器主要由测量主机、噪声传感器、照度传感器、脚架和蓝牙打印机组成。其中测量主机主要由加速度传感器、信号处理电路、微处理器单元、显示单元、存储单元和蓝牙单元等组成。测量过程中测量主机的微处理器单元控制信号处理电路采集加速度传感器、噪声传感器和照度传感器的原始数据，微处理器对原始数据进行计算处理，将结果通过显示单元显示出来，通过储存单元保存，通过蓝牙单元输出到蓝牙打印机打印。

1.1 电梯乘运质量测量仪的组成

电梯乘运质量测量仪，其特征一在于其由数据采集单元、信号处理单元、微处理器单元、Rom单元、输入单元和输出单元组成。

其中数据采集单元，由噪声传感器、照度传感器、加减速度传感器组成，其中噪声传感器用于测量电梯运行过程中的噪声信号；照度传感器用于检测轿厢内的光线信号；三轴加速度传感器用于测量轿厢启制动及运行过程中的垂直方向的加速度信号和水平方向的振动信号。

图1 仪器系统结构

信号处理单元，由放大、滤波、隔离和A/D转换电路组成，对噪声、照度和加减速度传感器输入的电信号做滤波处理后，经A/D转化为数字信号后传输到微处理器单元。

微处理器单元，由高速微处理器芯片及其周边电路组成，采集信号处理单元输入的噪声、照度和加减速度数字信号，既可将实时测量值和测量结果传输到显示单元，又可将测量结果经输出单口输出，还可将测量结果保存至Rom单元中。

Rom单元，由SD卡及其辅助功能电路组成，用于保存系统文件，保存及读取测量结果。

输入单元，由按键电路组成，用于参数录入及系统操作。

输出单元，由显示屏和输出端口组成，显示屏用于显示实时测量值、曲线和测量结果，输出端口有蓝牙电路和USB电路两部分组成，蓝牙电路用于向蓝牙打印机传输测量结果，USB电路用于导出保存在SD中的测量文件。

1.2 电梯乘运质量测量仪的主机系统

电梯乘运质量测量仪的特征二在于其主机采用嵌入式系统设计，使用专门为该仪器设计的软件系统，具有低功耗、体积小、集成度高等特点，将加速度传感器集成到主机当中，大幅度降低仪器体积和重量，使单独1台主机即可完成测量、显示、保存、输出等所有功能。

1.3 电梯乘运质量测量仪的主机电池

电梯乘运质量测量装置，其特征三在于主机使用大容量可充电锂电池，配合低功耗电路设计从而大幅度提高续航使用时间，充满电的情况下可满足全天工作的需要（约8 h），并且配备2.4英寸高清彩色液晶屏，全中文操作界面，操作简单使用方便。可以实时显示电梯运行过程中的速度、加速度曲线，测量结束时不必借助任何外部设备既可以当场显示测量结果又可利用蓝牙打印机进行现场打印，测量结果还能保存在主机存储装置中，可随意查看。

1.4 电梯乘运质量测量仪的外置信号采样

电梯乘运质量测量装置，其特征四在于采用外置有线连接的噪声和照度穿管器，在不影响加速度信号采样的同时，使其更符合检测规程的要求。

这个测试系统由数据采单元、信号处理单元、微处理器单元、Rom单元、输入单元和输出单元组成。数据采集单元的噪声、照度和三轴加速度传感器分别将声音、光线、加速度转为电压信号后传输至信号处理单元，由信号处理单元进行放大、滤波后进行A/D转换，将电压模拟量转换为数字量传输至微处理器单元，在微处理器单元做信号采集的同时实时采样值通过显示单元显示出来，测量结束后微处理器单元分析计算测量结果，通过显示单元显示测量结果并将结果保存至Rom单元中。根据用户需要可将测量结果通过输出单元发送至蓝牙打印机或导出测量结果文件。

乘运质量测量时，首先在轿厢中间区域架设三脚架，三脚架高度在1.5 m左右以此来模仿人耳、人眼高度，将噪声传感器和照度传感器固定在三脚架上方的卡具中，测试现场如图2所示。将2个传感器通过数据线与主机相连接，主机放置在轿厢地面中心半径约0.1 m的范围内。主机面板上X轴方面与轿厢门平行，Y轴方向垂直于轿厢门。测试时需保证轿厢内不超过2人。如测量时轿厢内有2人，其站立位置应保持轿厢平衡，且在测量过程中，每个人均应保持静止和安静。为避免因轿底和地板表面的局部变形而影响测量，人员不应将脚放在距主机1.5 m范围内。

受设备的加工精度和电梯地板的水平度的影响，传感器的测量平面与实际的平面间会存在一个夹角，测量前须计算出此夹角从而修正测量误差。电梯运行前将主机放置于轿厢地板上，启动测量功能，测量功能启动后，不能再移动主机，测量界面会显示倒计时时间，第一个2s，主机启动加速度传感器，等待数据稳定，之后3 s采集加速度值，由于存在重力加速度和倾角，X、Y、Z 3个方向都会有值，基于这3 s统计的数据进行平均并计算倾角，3 s后继续采集数据，然后基于倾角对实际测量的重力加速度值进行修正，倒计时完成后再启动电梯开始测量。

开始测量后，数据采集计算装置通过加速度传感器采集三轴加速度原始信号，经角度修正后，保存至加速度原始链表中并在显示屏上显示三轴加速度实时值和加速度曲线；通过噪声传感器采集噪声信号，将噪声信号原始值保存至噪声原始链表中，并在显示屏上显示噪声实时值和噪声曲线。

测量结束时，对原始Z轴加速度链表进行二阶10 Hz巴特沃斯低通滤波器滤波处理。对处理后得出的Z轴加速度链表进行分析得出Z轴最大加速度、Z轴最大减速度、A95加速度、A95减速度。

对滤波处理后的Z轴加速度链表进行积分计算，从而得出速度值链表并显示速度曲线。对Z轴速度链表进行分析得出Z轴最大速度、和V95速度。

对三轴加速度信息做计权处理得出三轴振动峰峰值、最大振动峰峰值和A95振动峰峰值。

对噪声数据链表做处理，得出最大声压级和LAeq声压级。

显示屏可显示上述噪声、照度、三轴加速度的测量结果及曲线，Rom单元可将测量结果保存至SD卡中。

2 结论

图2 仪器测试现场

该文基于传统电梯乘运质量测试仪的缺陷提出了一种新型多功能的电梯乘运质量测试仪，尽管在《GB 24474—2009—T电梯乘运质量测量》中对照度未做要求，但在《GB 24474—2003电梯制造与安装安全规范》中对轿厢内的照度却有明确要求，对此该检测仪将照度测量功能纳入其中，新型多功能电梯乘运质量检测仪器采用的技术与现有技术相比具有诸多优点，这使得电梯的检测效率大幅提高。