楊文睿 譚 凱

（湖北特種設(shè)備檢驗檢測研究院 湖北武漢 430000）

1 前言

電梯導(dǎo)軌作為安裝在電梯井與樓層之間的剛性軌道，是保證電梯轎廂正常上下運行的基礎(chǔ)，能夠為電梯的梯級、重裝置以及轎廂提供導(dǎo)向，是電梯十分重要的基準部件，控制著電梯安全運行，因此，需要對電梯導(dǎo)軌檢測系統(tǒng)進行合理的設(shè)計，并開展檢測。當前我國關(guān)于電梯導(dǎo)軌系統(tǒng)相關(guān)功能項目的檢測都是采用鉛錘、卷尺等簡單工具對電梯進行定期檢驗的方式。結(jié)合日常電梯導(dǎo)軌檢測中出現(xiàn)明顯誤差的問題，人們需要考慮定性檢驗的一些定量測量數(shù)據(jù)，只有這樣，才能提高電梯導(dǎo)軌檢測相關(guān)數(shù)據(jù)的有效性。

2 電梯導(dǎo)軌檢測誤差概述

電梯作為城市高層建筑的標配，對安全性和舒適性都有著較高的要求。電梯導(dǎo)軌作為電梯的導(dǎo)向裝置，在電梯的運行系統(tǒng)中發(fā)揮著十分重要的作用。通常情況下，電梯導(dǎo)軌在應(yīng)用前都進行了嚴格的檢測，將誤差控制在嚴格的規(guī)定范圍內(nèi)。同時，電梯導(dǎo)軌相關(guān)數(shù)據(jù)的誤差也成為影響電梯整體運行質(zhì)量的重要因素。電梯導(dǎo)軌的安裝誤差作為導(dǎo)軌安裝驗收的重要環(huán)節(jié)，更是直接關(guān)系著電梯的正常運行。但是，當前的導(dǎo)軌測量方法很多都是沿用過去吊線尺量的方式，以重垂線作為直線的基準，同時進行多點分段的人工測量方式，開展測量的點數(shù)少，還容易受測量人員的經(jīng)驗與能力影響。

通常情況下，激光垂準儀也是電梯檢測導(dǎo)軌的一種方法。這種方法是利用高精度的鉛直激光束代替重錘線，將二維數(shù)的顯光靶在導(dǎo)軌上進行固定，測量的位置就是激光射在光靶上的顯示的X、Y值，這種方法和傳統(tǒng)的吊線測量相比，精度有了較大的提高，但是也離不開人工手動，也會導(dǎo)致人工手動操作的一些誤差。

近年來，隨著自動化檢測設(shè)備的不斷發(fā)展，很多機構(gòu)都研發(fā)了自動檢測技術(shù)。本文介紹的電梯導(dǎo)軌檢測儀用于現(xiàn)場進行電梯導(dǎo)軌檢測，可按照輸入常量數(shù)據(jù)進行自動檢測，滿足電梯導(dǎo)軌檢測現(xiàn)場性能參數(shù)的數(shù)據(jù)化要求，即可準確地判斷出問題部位與部件。

3 電梯導(dǎo)軌檢測技術(shù)發(fā)展狀況

國家標準GB 7588—2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》[1]與 GB/T 10058—2009《電梯技術(shù)條件》[2]中對電梯導(dǎo)軌的安裝、調(diào)整中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)做出了數(shù)值化規(guī)定，給出了定量測試的數(shù)值化評價依據(jù)。但是，由于一些數(shù)據(jù)化的專門測試儀和數(shù)字化測試方法的缺乏，目前現(xiàn)有電梯導(dǎo)軌檢測系統(tǒng)主要是通過一般的定性式檢驗以及個別物理量的定量測定，檢測判定的準確性和可靠性仍不能滿足實際要求。因此，開展電梯導(dǎo)軌智能檢測系統(tǒng)及檢測方法研究，對解決電梯安全問題具有重要意義。

4 電梯導(dǎo)軌智能檢測系統(tǒng)

電梯導(dǎo)軌智能檢測系統(tǒng)裝置包括：伺服電機、曳引線纜架和檢測小車；曳引線纜架設(shè)有線纜、固定架和活動軸，曳引線纜架的活動軸相連，活動軸在所述轉(zhuǎn)軸的帶動下進行旋轉(zhuǎn)，線纜的端部與所述檢測小車相連，將檢測小車設(shè)于待檢測電梯導(dǎo)軌上[3]。在進行電梯導(dǎo)軌檢測的過程中，小車不再采用自身攜帶的電動機來提供動力，而是通過伺服電機的轉(zhuǎn)軸來帶動曳引線纜架的活動軸旋轉(zhuǎn)，從而為檢測小車提供動力，避免了由于檢測小車自身攜帶電動機產(chǎn)生的振動，提高了測量精度。

4.1 基站系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用微型計算機控制整個測試系統(tǒng)的測量工作，需要編寫控制軟件、信號處理軟件、測量小車單片機嵌入式軟件系統(tǒng)?；鞠到y(tǒng)主要由一臺微型計算機及一套信號收發(fā)裝置構(gòu)成，微型計算機上安裝本系統(tǒng)中開發(fā)的控制軟件及信號處理軟件。導(dǎo)軌檢測工作人員通過微型計算機上的控制軟件向測量平臺發(fā)出指令，并實時監(jiān)測測量平臺的狀態(tài)，防止出現(xiàn)沖頂、脫落的情況，信號處理軟件處理傳感器測得的原始信號，得到電梯導(dǎo)軌3個待測平面的誤差并以曲線的形式顯示在屏幕上，以表格的形式存儲在硬盤中，以備復(fù)查。控制軟件安裝在地面基站系統(tǒng)的微型計算機上，用于控制與監(jiān)測整個測量系統(tǒng)的狀態(tài)?？刂栖浖缑嬷饕y量小車監(jiān)控界面，曳引系統(tǒng)監(jiān)控界面2個主要界面，控制軟件后臺需要與用于信號收發(fā)的單片機系統(tǒng)通信，本系統(tǒng)擬基于微軟的基礎(chǔ)類庫（MFC）完成控制軟件的編寫。信號處理軟件用于處理測量平臺回傳的信號，界面主要顯示電梯導(dǎo)軌多項誤差的曲線，后臺的數(shù)據(jù)處理方法擬采用小波變換的方法，通過對原始數(shù)據(jù)的小波變換，得到電梯導(dǎo)軌的接頭處的臺階、接縫等誤差。

4.2 測量平臺

直線導(dǎo)軌、測量平臺骨架、滾輪、磁性輪、傳感器以及彈簧構(gòu)成是測量平臺的重要組成部分。測量平臺在進行測量應(yīng)用中，需要借助磁性輪的作用，吸附在導(dǎo)軌上面，同時還需要去除摩擦力。測量平臺的骨架是直線導(dǎo)軌的安裝區(qū)域，利用彈簧可以將導(dǎo)軌兩邊傳感器的基座牢固，從而使傳感器貼在導(dǎo)軌上，使不同尺寸的導(dǎo)軌可以適應(yīng)測量平臺。傳感器通過直立軸可以實現(xiàn)繞軸運轉(zhuǎn)，直立軸固定在導(dǎo)軌上，來助推導(dǎo)軌實現(xiàn)滑動。在測量中，一般臺階誤差和直線度誤差都不大[4]，都在0.1 mm范圍內(nèi)，不會讓測量小車產(chǎn)生大幅度的震動，能夠保證測量小車順利展開導(dǎo)軌測量。測量平臺結(jié)構(gòu)詳見圖1。

圖1 測量平臺結(jié)構(gòu)

通過線纜曳引方式來實現(xiàn)控制測量平臺的檢測裝置，是利用可折疊支架固定運動控制力箱，保持其可以在導(dǎo)軌的上部，通過曳引繩的牽引，在移動測量平臺產(chǎn)生相應(yīng)的動力，實現(xiàn)測量。運動控制動力箱在工作當中不用移動，也能確定電梯導(dǎo)軌，在夾緊機構(gòu)影響下，可以避免安全隱患，如墜落事故等。操作人員通過運動控制動力箱發(fā)出指令，然后傳輸?shù)娇烧郫B支架，將其固定在軌道上面，為系統(tǒng)的運行提供可以使用的動力。電梯導(dǎo)軌檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖詳見圖2。

4.3 可控制曳引機構(gòu)

電梯導(dǎo)軌檢測系統(tǒng)采用的是線纜曳引的方式對測量平臺展開控制，這種檢測裝置是由控制電路、伺服電機、曳引線纜以及滑輪組組成，當?shù)孛婊景l(fā)出的信號反饋到控制電路時，會對伺服電機進行驅(qū)動，使其開始運動。利用線纜牽引測量平臺沿導(dǎo)軌的運動對測量平臺的速度展開控制，也可以對誤差實行有效的測量。

5 檢測方法

現(xiàn)有技術(shù)中，通常是采用一個檢測小車在電梯導(dǎo)軌上運動對電梯導(dǎo)軌進行檢測，檢測小車通常是采用自身攜帶的電動機來提供動力，但自身攜帶的電動機會產(chǎn)生振動，對測量精度造成影響。本文主要從放大電路、源低通濾波電路、高速采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換（AD轉(zhuǎn)換）電路、中央處理器（CPU）的選型和設(shè)計、軟件控制設(shè)計來介紹具體的檢測方法。

圖2 電梯導(dǎo)軌檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖

5.1 放大電路

差分放大器能夠放大微弱的電信號，同時根據(jù)限速器繩產(chǎn)生的提拉力范圍，來選擇適合的放大芯片，產(chǎn)生的信號可以反映在線性放大區(qū)域。

5.2 源低通濾波電路

在檢測過程中，可以選用高精度有源低通濾波器，抑制無用頻率信號，防止電磁干擾的影響，在具體設(shè)計中，采用先進的Multisim 8仿真軟件和歸一化方法結(jié)合，設(shè)計出有源低通濾波器的電路，根據(jù)設(shè)計實際需要，選擇合適的電阻、電容和集成運算放大器。

5.3 高速采樣和AD轉(zhuǎn)換電路

高速采樣和AD轉(zhuǎn)換電路是系統(tǒng)設(shè)計的重要內(nèi)容，其中，采用高速FET輸入儀器運算放大器和四輸入高速16位AD轉(zhuǎn)換器作為高速輸入通道，可以保證在過程中采集到足夠的樣本數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)計需要，選擇高精度合適的AD轉(zhuǎn)換芯片。

5.4 CPU的選型和設(shè)計

CPU的選型和設(shè)計也是不可忽視的重要因素。這是由于實時運算處理量，要求有一個高速、高容量的中央處理器在系統(tǒng)主控CPU運行，同時需要獨立地進行動態(tài)小波分析計算，并適時與主控CPU進行數(shù)據(jù)交換。因此，在此項技術(shù)使用過程中，采用40 MHz時鐘頻率微處理器作為主控CPU，采用144 kB內(nèi)存高速微處理器作為運算CPU，雙CPU結(jié)構(gòu)并行工作以保證測量數(shù)據(jù)處理的高速實時性。

5.5 軟件控制設(shè)計

軟件控制設(shè)計采用系統(tǒng)集成化設(shè)計，采用Labview進行整體控制系統(tǒng)設(shè)計，根據(jù)測試需要，控制測試系統(tǒng)在限速器繩提拉力達到35 N時，即開始記錄測試數(shù)據(jù)。運用Labview，根據(jù)自己的需要靈活地進行各個功能模塊的組合，能夠在軟件模塊中，將所有涉及控制的信息進行集中，同時這些信息和數(shù)據(jù)亦可采用多種形式進行顯示和分析，數(shù)據(jù)編輯也能夠直接、實時開展，利用計算機總線把數(shù)據(jù)發(fā)送到存儲器，最后，計算機能夠直接讀數(shù)。相關(guān)工作人員也需要立足實際發(fā)展要求，利用現(xiàn)有的軟件分析技術(shù)或者軟件編程對數(shù)據(jù)展開處理。

6 結(jié)語

通過對測試結(jié)果的數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)合收集拉壓力傳感器在不同安裝未知的檢測可以確認最佳的導(dǎo)軌安裝位置。安裝過程中，通過固定扭力值的設(shè)定，來固定拉壓力的傳感器的位置，能夠保證所有部件的安裝減少誤差[5]。拉壓力傳感器數(shù)據(jù)傳遞過程中，電磁干擾也會對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。在拉壓力傳感器和數(shù)據(jù)接收器之間，采用高可靠的電磁屏蔽線進行連接，可較好地消除電磁干擾的影響。

在電梯導(dǎo)軌檢測的研究實踐中，一定要從電梯檢測行業(yè)面臨的實際問題出發(fā)，這樣不僅可以有效地減少電梯故障的發(fā)生，為電梯的穩(wěn)定運行提供保證，還可以保障人們的生活出行安全，對推動電梯檢測行業(yè)向更便捷、更安全的方向發(fā)展有積極作用。