一種精確測量電梯可乘坐餘量的方法

2023-05-17 06:10:56

專利名稱：一種精確測量電梯可乘坐餘量的方法
技術領域：
本發明涉及傳感測量技術領域，尤其是一種精確測量電梯可乘坐餘量的 方法。
背景技術：
經歷了百餘年歷史的電梯是早己被人們熟悉的重要樓宇設備，電梯技術的 飛速發展，使電梯從最原始的載重電梯到現今精美的載客電梯，當今時代隨著 城市的擴張，高層建築的日益增多和建築設計的檔次提高，無處不在的電梯是 人們生活中必不可少的工具。同時也使得人們對電梯的要求越來越高。
在我屆，近年來具有先進控制技術的電梯日趨普及，尤其在許多新建的智 能建築中更是選用了各種高檔電梯。但這些高檔電梯現階段均只提供了如電梯 上下行，所在樓層等基本信息。而且只是高檔在快速、舒適，安全及裝潢考究 等基礎方面。對於電梯內部人數及可再乘坐人數的探測方面，現今各電梯廠商 均沒有提出合理、可靠的解決方案。
對於趕時間的電梯乘客來說，確知正在等待的電梯的可乘坐餘量是至關 重要的。首先，如果在電梯乘滿並未到達等待樓層的情況下，趕時間乘客可選 擇前往同一樓層的其他電梯，或者走樓梯以節約時間。
其次，乘客可根據可乘坐餘量來大體判斷電梯到達時的乘坐狀態信息，可 以作為進一步選擇的參考條件。
目前，尚無如何具體解決電梯可乘坐餘量的方法。而且，現有的電梯超重報警機制都沒有充分考慮乘客對具體人數的確知需求，而電梯可乘坐餘量 的精確探測方法，將提高電梯產品的服務質量，並使得電梯總體效率大大提 高，最終為顧客提供一個價廉、安全、舒適的乘梯服務。它將成為電梯信息 系統的重要技術特徵。

發明內容
本發明提供了一種精確測量電梯可乘坐餘量的方法，該方法區別於傳統的 電梯超重報警的模式，較好地解決了乘客對於電梯乘坐信息的確知性問題。
本發明的技術方案是 一種精確測量電梯可乘坐餘量的方法，其特徵是所 述方法包括下列步驟
步驟l:在電梯轎廂與電梯牽引繩之間，或者在兩根電梯牽引繩之間安裝 剛性材料；
步驟2:在剛性材料表面貼上電阻式應變片；
步驟3:選擇與電阻式應變片標準電阻值一致的三個電阻，與電阻式應變
片搭成惠更斯電橋電路；
步驟4:用導線將惠更斯電橋與帶有A/D轉換晶片的微處理器MCU相連；
步驟5:在電梯門上安裝傳感器，檢測電梯是否達到穩定狀態；
步驟6:當傳感器檢測到電梯達到穩定狀態的時刻，由於剛性材料受力產
生形變，從而使電阻式應變片的電阻值發生變化，所以在惠更斯電橋產生電壓
差，將此電壓差通過A/D轉換晶片將模擬信號轉換為數位訊號後，利用微處理 器MCU主動讀取此數字量，並計算出可乘坐餘量。
所述步驟1中，剛性材料採用楊氏模量為2xl05MPa的剛性材料，楊氏模量
滿足線彈性材料公式"=&，式中a為正應力，f為正應變，E為彈性模量即楊 氏模量。
所述步驟l中，剛性材料的應力範圍大於等於電梯承重及自身重量之和的1.5倍。
所述步驟l中，剛性材料表面的光滑係數小於等於40戸。
所述步驟2中，電阻式應變片的標準電阻值是指電阻式應變片不受力時的
電阻值。
所述步驟2中，電阻式應變片採用標準電阻值為120Q、350Q、650Q、1000Q 或者3000Q的應變片；並且其材料應變係數應當在1.7-3.6範圍內，電阻式應 變片在受力情況下，其電阻值發生的變化最大不超過標準電阻值的2%。
所述步驟2中，電阻式應變片的厚度小於1毫米，用強力膠水將其貼牢在 剛性材料表面，其膠水厚度小於0.2毫米。
所述步驟2中，電阻式應變片沿著剛性材料的受力方向縱向或者橫向布置。
所述步驟2中，電阻式應變片的接口端，有兩個導線引出接口，導線連入 惠更斯電橋中。
所述步驟4中，A/D轉換器採用8位或者8位以上的A/D轉換器，A/D轉 換速度在毫秒級別。
所述步驟5中，電梯門上安裝的傳感器採用光電傳感器，在電梯的一個邊 門上方放置2個光電傳感器，組成光電傳感器組。
所述步驟5中，電梯的穩定狀態是指當光電傳感器組輸出一高一低電平時 的狀態。
所述步驟6中，微處理器MCU正常工作的環境溫度範圍大於電梯正常工 作的環境溫度範圍。
所述步驟6中，剛性材料受力產生形變，使電阻式應變片的電阻值發生變 化的公式為complex formula see original document page 7
其中M為電阻式應變片的電阻值的變化量，i 為電阻式應變片的標準電阻值， K。為電阻式應變片的材料應變係數，s為電阻式應變片的應變值；s與剛性材
料的楊式模量、剛性材料的受力面積和剛性材料的受力大小的關係公式為
complex formula see original document page 8
其中F為剛性材料受到的力，￡為剛性材料的楊式模量，X為剛性材料的受力 面積。
本發明的效果是，提出一種不同於傳統的精確探測電梯可乘坐餘量的方 法，利用貼在剛性材料上的電阻式應變片，通過惠更斯電橋電路，將電梯承重 變化引起的剛性材料產生的形變變化，轉換成電壓的變化，從而實現電梯的可 乘坐餘量的精確測量。


圖1是本發明精確測量電梯可乘坐餘量的方法的一種安裝方式示意圖。
圖2是本發明精確測量電梯可乘坐餘量的方法的另一種安裝方式示意圖。
圖3是本發明精確測量電梯可乘坐餘量的方法的工作流程圖。
圖4是本發明電阻式應變片組成的惠更斯電橋電路示意圖。
圖5是本發明精確測量電梯可乘坐餘量的方法的電阻式應變片結構圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖和實施例 對本發明作詳細描述。
圖l是本發明的一種安裝方式示意圖。圖1中，貼有電阻式應變片的剛 性材料101， 一端焊接在電梯轎廂103的頂部， 一端接電梯牽引繩102;帶有 A/D轉換晶片的微處理器MCU104，與電阻式應變片搭成的惠更斯電橋相連。
圖2是本發明的另一種安裝方式示意圖。圖2中，貼有電阻式應變片的剛性材料101， 一端與一根電梯牽引繩102的一端相連，這根電梯牽引繩102 的另一端與電梯轎廂103相連；貼有電阻式應變片的剛性材料101的另一端 與另一根電梯牽引繩102相連；帶有A/D轉換晶片的微處理器MCU 104， 與電阻式應變片搭成的惠更斯電橋相連。
圖3是本發明精確測量電梯可乘坐餘量的方法的工作流程圖。電阻式應變 片作為受力探測器長期處於監測狀態，實時感測電梯受力情況。2個光電傳感 器組成的光電傳感器組作為判斷電梯穩定時刻的感知工具，探測電梯是否處於 穩定狀態。當2個傳感器均輸出高電平或者低電平時，則說明電梯處於開門狀 態(即上下乘客狀態)或者關門狀態(即電梯處於上下行狀態)；當傳感器輸 出一高一低電平時，說明電梯門正在關閉之中(即乘客已經完成上下電梯的動 作)，此時電梯是處於一個相對靜止的穩定狀態，是所有狀態中最易於採集準 確數據的時刻。 一旦光電傳感器探測到電梯正處於穩定狀態時，隨即啟動數據 轉換處理機制，A/D將探測的模擬量轉換為數字量。 一般8位的A/D轉換器即 可滿足要求。但是，因為電梯處於穩定狀態的時間很短，所以A/D轉換速度應 在毫秒級別，這樣才能保證數據採集的精準性。之後，A/D轉換的數字量讀入 微處理器MCU進行數據處理，從而得到準確的電梯可乘坐餘量。
設定電梯自身重量和承載重量使剛性材料受到的力為F 。剛性材料的受力 面積設為^，根據公式
計算出應變片的應變值。
圖4中，若惠更斯電橋兩端電壓為f/， i l為電阻式應變片，其標準電阻值 為i ;則i 2、 i 3、 i 4為採用電阻值與電阻式應變片標準電阻值i 相同的電阻。 在電阻式應變片因剛性材料發生形變時，產生的電阻變化根據公式
complex formula see original document page 9(2)計算得出。
進一步還可以計算出，在圖4惠更斯電橋中，由於電阻式應變片產生的變 化引起的電壓變化AC7，計算公式為
complex formula see original document page 10
因為電阻式應變片變化最大不超過其標準電阻值的2%，所以電阻式應變片隨 剛性材料受力形變產生的電阻變化，比電阻式應變片本身的標準電阻值小很 多，因此上面公式分母中的M可以忽略不計，則上面公式可以表示為complex formula see original document page 10
將公式(1)和公式(2)代入，可以得到
可見，在電阻式應變片的變化不超過其標準電阻值的2%時，電阻式應變 片隨剛性材料受力形變，產生的電阻變化導致的惠更斯電橋電路發生的電壓變 化，與剛性材料受力成線性關係。由此，惠更斯電橋電壓的變化可以準確反應 電梯的受力變化。
假設電梯自重2000KG，額定載重量是1500KG。首先選擇楊氏模量是 2xl5Mi^的剛性材料，因鋼材的彈性模量(即楊氏模量)￡為206000N/平方 毫米，因此這裡選用鋼材作為剛性材料。因為應變片拉伸的準確性需要一個很 光滑的平面來保證，所以要求剛性材料(即鋼材)表面的光滑係數要小於等於
40戸。同時，選擇的剛性材料的受力面的截面積為IOO平方毫米，即選擇剛性
材料受力面的長和寬分別為IO毫米即可。
選擇金屬材料是康銅的電阻式應變片，此應變片的標準電阻值/ 為350Q，
電阻變化範圍是350Q (1±1%)，其材料應變係數K。為2.0，厚度小於l毫米。 將電阻式應變片貼在剛性材料表面。為確保電阻式應變片準確的反應剛性
材料的形變量，在粘貼時，應當將電阻式應變片沿著剛性材料的受力方向縱向
或者橫向布置。其中，縱向布置是指當圖5中，506表示的方向為受力(拉伸 力)的方向時，應變片相對於受力方向的位置；橫向布置是指當圖5中505表 示的方向為受力(拉伸力)的方向時，應變片相對於受力方向的位置。這裡用 膠水將作為電阻式應變片的康銅貼在作為剛性材料的鋼材上，為保證測量精 度，膠水厚度應小於0.2毫米。
圖5是電阻式應變片結構圖。圖5中，保護層501套在金屬電阻應變絲502 外面，對其起絕緣與保護作用；引線503即導線，將連入惠更斯電橋中，所以 必須把引線頭固定好，防止其拉伸。如果不將其引線503固定好，引線503的 拉伸將會拉伸到電阻式應變片，會對電阻式應變片的電阻值產生影響。保護層 501、金屬電阻應變絲502和引線503置於基體504上。
惠更斯電橋中其它三個電阻，應該選擇與電阻式應變片的標準電阻值i 一 致的電阻，可以選擇電阻值是350Q的固定電阻。惠更斯電橋電路如圖4所示， 在應變片處於初始狀態時(應變片未受力)，Af/ = 0。
如果電梯已承載IOOOKG重量，那剛性材料的正應力F為電梯本身重量及 電梯承載重量的累加，為3000《Gx9.8iV/《G二2940(W。剛性材料的受力面積，為 剛性材料受力面的截面積，則^為100平方毫米，根據公式
計算出A[/為0.735wr 。
通過A/D轉換，微處理器MCU讀取到的數字數據也為0.735mK的數字量。 由上面公式進一步可以計算出電梯滿載時(即電梯承載1500KG)時的At/為 0.8575wr。如果假設人體平均重量為70KG，則通過上面公式還可以計算出一 個乘客乘電梯產生的AC7 (惠更斯電橋電壓變化量)為0.01715mF。在微處理器
MCU中通過計算(0.8575mK-0.735wr)/0.01715wr = 7.1 ，得出還可乘坐的餘量為7
人；這與(1500KG-1000KG) /70KG=7.1的計算結果一致。從而說明本發明確 實可以精確測量出電梯的可乘坐餘量。
以上所述，僅為本發明優選的實施例，但本發明的保護範圍並不局限於 此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想 到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護 範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
權利要求
1.一種精確測量電梯可乘坐餘量的方法，其特徵是所述方法包括下列步驟步驟1在電梯轎廂與電梯牽引繩之間，或者在兩根電梯牽引繩之間安裝剛性材料；步驟2在剛性材料表面貼上電阻式應變片；步驟3選擇與電阻式應變片標準電阻值一致的三個電阻，與電阻式應變片搭成惠更斯電橋電路；步驟4用導線將惠更斯電橋與帶有A/D轉換晶片的微處理器MCU相連；步驟5在電梯門上安裝傳感器，檢測電梯是否達到穩定狀態；步驟6當傳感器檢測到電梯達到穩定狀態的時刻，由於剛性材料受力產生形變，從而使電阻式應變片的電阻值發生變化，所以在惠更斯電橋產生電壓差，將此電壓差通過A/D轉換晶片將模擬信號轉換為數位訊號後，利用微處理器MCU主動讀取此數字量，並計算出可乘坐餘量。
2. 根據權利要求1所述的精確測量電梯可乘坐餘量的方法，其特徵是所述步 驟l中，剛性材料採用楊氏模量為2xl05M/^的剛性材料，楊氏模量滿足線彈性材 料公式^ = &，式中C7為正應力，s為正應變，五為彈性模量即楊氏模量。
3. 根據權利要求1所述的精確測量電梯可乘坐餘量的方法，其特徵是所述 步驟1中，剛性材料的應力範圍大於等於電梯承重及自身重量之和的1.5倍。
4. 根據權利要求1所述的精確測量電梯可乘坐餘量的方法，其特徵是所述步驟1中，剛性材料表面的光滑係數小於等於40，。
5. 根據權利要求1所述的精確測量電梯可乘坐餘量的方法，其特徵是所述 步驟2中，電阻式應變片的標準電阻值是指電阻式應變片不受力時的電阻值。
6. 根據權利要求1所述的精確測量電梯可乘坐餘量的方法，其特徵是所述步驟2中，電阻式應變片採用標準電阻值為120Q、350n、650n、1000Q或者3000Q 的應變片；並且其材料應變係數應當在1.7-3.6範圍內，電阻式應變片在受力情 況下，其電阻值發生的變化最大不超過標準電阻值的2%。
7. 根據權利要求1所述的精確測量電梯可乘坐餘量的方法，其特徵是所述 步驟2屮，電阻式應變片的厚度小於1毫米，用強力膠水將其貼牢在剛性材料表 面，其膠水厚度小於0.2毫米。
8. 根據權利要求1所述的精確測量電梯可乘坐餘量的方法，其特徵是所述 步驟2中，電阻式應變片沿著剛性材料的受力方向縱向或者橫向布置。
9. 根據權利要求1所述的精確測量電梯可乘坐餘量的方法，其特徵是所述 步驟2中，電阻式應變片的接口端，有兩個導線引出接口，導線連入惠更斯電橋 中。
10. 根據權利要求1所述的精確測量電梯可乘坐餘量的方法，其特徵是所述 步驟4中，A/D轉換器採用8位或者8位以上的A/D轉換器，A/D轉換速度在毫 秒級別。
11. 根據權利要求1所述的精確測量電梯可乘坐餘量的方法，其特徵是所述 步驟5中，電梯門上安裝的傳感器採用光電傳感器，在電梯的一個邊門上方放置 2個光電傳感器，組成光電傳感器組。
12. 根據權利耍求1所述的精確測量電梯可乘坐餘量的方法，其特徵是所述 步驟5中，電梯的穩定狀態是指當光電傳感器組輸出一高一低電平時的狀態。
13. 根據權利要求1所述的精確測量電梯可乘坐餘量的方法，其特徵是所述 步驟6中，微處理器MCU正常工作的環境溫度範圍大於電梯正常工作的環境溫 度範圍。
14. 根據權利要求1所述的精確測量電梯可乘坐餘量的方法，其特徵是所述步驟6中，剛性材料受力產生形變，使電阻式應變片的電阻值發生變化的公式為see original document page 4其中M為電阻式應變片的電阻值的變化量，/ 為電阻式應變片的標準電阻值，&為電阻式應變片的材料應變係數，s為電阻式應變片的應變值；s與剛性材料的 楊式模量、剛性材料的受力面積和剛性材料的受力大小的關係公式為see original document page 4其中F為剛性材料受到的力，Z 為剛性材料的楊式模量，A為剛性材料的受力面 積。
全文摘要
本發明公開了一種精確測量電梯可乘坐餘量的方法，屬於傳感測量技術領域。其技術方案是，在電梯轎廂和電梯牽引繩之間，或者在兩根電梯牽引繩之間安裝楊氏模量適當的剛性材料，在剛性材料表面貼上電阻式應變片，並將電阻式應變片搭成惠更斯電橋電路。電梯承重引起剛性材料的形變，從而導致電阻式應變片電阻的變化，這一變化在惠更斯電橋中，轉化成電壓的變化，利用微處理器MCU將電壓變化進行讀取、處理和計算，從而實現電梯的可乘坐餘量的精確測量。本發明區別於傳統的電梯超重報警的模式，較好地解決了乘客對於電梯乘坐信息的確知性問題。
文檔編號B66B5/00GK101343008SQ20081011891
公開日2009年1月14日 申請日期2008年8月26日 優先權日2008年8月26日
發明者浩 黃 申請人:北京交通大學