基于语音实时播报的电梯限速器测试装置及测试方法

摘要

本发明的一种基于语音实时播报的电梯限速器测试装置及测试方法，包括检测与驱动总成和移动终端；所述检测与驱动总成包括驱动轮、联轴器、电机、电机驱动模块、检测控制模块；还包括霍尔传感器组件安装于限速器上，霍尔传感器组件与检测控制模块电连接，所述霍尔传感器组件用于检测限速器轮盘的转速；所述检测控制模块与移动终端无线通信连接，所述移动终端包括语音播报模块。本发明通过移动终端语音实时播报测试状态和实时速度，使得测试时仅需握持电机驱动限速器轮盘，无需分心查看测试状态和测试数据，单人即可完成限速器的检测，节省了人工；采用自适应卡尔曼滤波的限速器测速算法，解决了轮盘速度信号采样频率低的缺点，提高了检测精度。

说明书

技术领域

本发明涉及电梯安全技术领域，具体涉及一种基于语音实时播报的电梯限速器测试装置及测试方法。

背景技术

限速器是每台电梯必备的安全保护装置，当轿厢超速运行达到规定的速度范围后，限速器动作，进而触发安全钳动作，将轿厢卡紧在导轨上，能够有效制停轿厢。因此，限速器的检测是一个关乎电梯上乘客和货物安全的重要检验项目。安全技术规范《电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯》实施以来，限速器由受检电梯的维护保养单位按规定进行校验，对校验结果的准确性、检验方法的高效性、校验过程的可追溯性提出了更高要求。

目前市场上的限速器测试仪主要有以下两类：(1)传统的限速器测试仪：采用专用电机驱动绳轮，电机的速度和加速度由测试主机控制，同时通过霍尔或者光电传感器测量轮盘速度，如申请号为201820387352.3的实用新型专利。此类设备测试过程中需要观察数字显示器，操作比较繁琐；检测时连接电缆多，耗时长；体积和重量都比较大，携带不方便。

(2)转速表和调速手电钻结合的设备：使用调速手电钻驱动绳轮，转速表与绳轮接触测量轮缘速度。此类设备因调速手电钻为手动无级调速，调速不够平稳，无法做到缓慢匀加速到限速器超速状态；且转速表与轮缘存在打滑现象，测速存在较大误差。

此外，近年来行业内对便携式一体化的限速器测试仪的探索越来越多。申请号为201110155994.0的发明专利公开了“便携式电梯限速器检测装置及其对电梯限速器的检测方法”，包括电机总成、驱动轮以及电源系统，通过电机总成驱动限速器轮盘转动，霍尔传感器测量轮盘的速度。该装置存在以下不足：1)电机总成集成了交流伺服电机、单片机、显示系统以及输入系统，装置的体积和重量较传统的限速器测试仪虽有所减小，但对于手持操作仍有所不便；2)由于限速器轮盘转动一圈才能获取一个转速数据，信号采样频率低，该装置介绍的数据处理方法相对粗略，检测结果一致性差，检测精度低。

申请号为201620211533.9的实用新型公开了“一种电梯限速器测试仪”，包括检测主机，检测主机集成了步进电机、驱动轮、转速传感器以及控制器，通过手持终端控制检测主机的驱动和测速。该装置存在以下不足：1)显示系统与驱动装置分离，操作时需要分心查看手持终端上的测试数据，这会导致驱动加速不稳，难以做到单人独自完成整个测试，需要两个人协同作业；2)限速器轮盘转动一圈速度感应器才检测一次，信号采样频率低，该仪器没有相应的数据处理方法，检测结果一致性差，检测精度低。

申请号为201820293798.7的实用新型公开了“一种限速器测试仪”，集操作、显示、驱动、测速手持一体式设计。该装置存在以下不足：该装置只是简单地将霍尔传感器测得的轮盘速度和磁传感器测得的电机速度相互验证，没有通过合适的算法对数据进行分析修正，检测结果不准确。

发明内容

本发明提出的一种基于语音实时播报的电梯限速器测试装置及测试方法，可解决上述技术缺陷。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于语音实时播报的电梯限速器测试装置，包括检测与驱动总成和移动终端；

所述检测与驱动总成包括驱动轮、联轴器、电机、电机驱动模块、检测控制模块；

所述驱动轮通过联轴器安装在电机的输出轴上；

所述电机驱动模块安装在电机输出轴另一端的机壳内部；所述检测控制模块安装在电机的尾部；电机驱动模块与检测控制模块电连接；

还包括霍尔传感器组件安装于限速器上，霍尔传感器组件与检测控制模块电连接，所述霍尔传感器组件用于检测限速器轮盘的转速；

所述检测控制模块与移动终端无线通信连接，所述移动终端包括语音播报模块。

进一步的，还包括电机尾罩，所述电机尾罩通过螺钉安装于电机的尾部。

进一步的，所述电机为直流无刷电机。

进一步的，所述无线通信为蓝牙或WiFi。

另一方面，本发明还公开一种电梯限速器测试方法，基于自适应卡尔曼滤波的限速器测速算法包括以下步骤：

1)使用运动学定律，构建限速器转动的系统模型

限速器在t-1时刻的速度为v

v

2)构建系统状态方程

x

x

其中A为状态转移矩阵[1]，B为控制矩阵[Δt]，u

3)构建系统观测方程

z

υ

4)预估状态变量

x

x

5)预估误差协方差

P

6)测量误差协方差

S

7)计算卡尔曼增益

8)估算t时刻限速器状态变量

x

9)估算t时刻限速器误差协方差

P

上述公式(1)中的Δt(t-1→t)为限速器前值转速获取时刻与限速器当前转速获取时刻的时间间隔；当限速器前值转速被检测控制模块捕获，限速器转动一圈只捕获一次，此时时刻记作t

由上所述公式(8)、公式(9)得到当前限速器卡尔曼滤波估算后的状态变量x

限速器随着转速的增加首先触发电气开关动作，电气开关的动作信号使检测控制模块产生外部中断；

此时，用检测控制模块定时器记下外部中断时刻t

v

当限速器产生机械动作时，限速器轮盘会被刹车钳抱死，此时限速器驱动电机受到的摩擦阻力会骤然增加，致使驱动电机扭矩急剧变化；检测控制模块会侦测到电机扭矩的变化，并通过定时器记下扭矩变化的时刻t

v

与现有技术相比，本发明的基于语音实时播报的电梯限速器测试装置，具有以下有益效果：

1)移动终端语音实时播报测试状态和实时速度，使得测试时仅需握持电机驱动限速器轮盘，无需分心查看测试状态和测试数据，单人即可完成限速器的检测，节省了人工；

2)采用自适应卡尔曼滤波的限速器测速算法，解决了轮盘速度信号采样频率低的缺点，提高了检测精度；

3)采用手持式、驱动与控制一体化设计，实现了限速器测试仪的小型化、轻量化，携带和手持测试更加方便、省力。

附图说明

图1是本发明限速器测试示意图；

图2是本发明检测与驱动总成结构示意图；

图3是本发明自适应卡尔曼滤波的限速器测速算法框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本实施例所述的基于语音实时播报的电梯限速器测试装置，包括检测与驱动总成1和移动终端3；所述移动终端3为手机或平板电脑；

所述移动终端3在测试过程中实时语音播报检测与驱动总成1的测试状态和限速器轮盘7的实时速度；

所述检测与驱动总成1包括驱动轮101、联轴器102、电机103、电机驱动模块104、检测控制模块105以及电机尾罩106；

所述驱动轮101通过联轴器102安装在电机103的输出轴上；所述电机103为直流无刷电机；所述电机驱动模块104安装在电机103输出轴另一端的机壳内部；所述检测控制模块105安装在电机103的尾部，并用电机尾罩106覆盖保护；所述电机尾罩106通过螺钉安装于电机103的尾部；

所述检测与驱动总成1与安装于限速器上的霍尔传感器组件2电连接，所述霍尔传感器组件2用于检测限速器轮盘7的转速；

所述检测与驱动总成1与移动终端3无线通信，所述无线通信为蓝牙或WiFi；

另一方面，本发明还公开一种电梯限速器测试方法，基于自适应卡尔曼滤波的限速器测速算法；

具体算法步骤如下：

1)使用运动学定律，构建限速器转动的系统模型

限速器在t-1时刻的速度为v

v

2)构建系统状态方程

x

x

其中A为状态转移矩阵[1]，B为控制矩阵[Δt]，u

3)构建系统观测方程

z

υ

4)预估状态变量

x

x

5)预估误差协方差

P

6)测量误差协方差

S

7)计算卡尔曼增益

8)估算t时刻限速器状态变量

x

9)估算t时刻限速器误差协方差

P

上述公式1)中的Δt(t-1→t)为限速器前值转速获取时刻与限速器当前转速获取时刻的时间间隔。当限速器前值转速被检测控制模块(105)捕获(限速器转动一圈只捕获一次)，此时时刻记作t

由上所述公式8)、公式9)得到当前限速器卡尔曼滤波估算后的状态变量x

限速器随着转速的增加首先触发电气开关动作，电气开关的动作信号使检测控制模块(105)产生外部中断。此时，用(105)定时器记下外部中断时刻t

v

当限速器产生机械动作时，限速器轮盘会被刹车钳抱死，此时限速器驱动电机受到的摩擦阻力会骤然增加，致使驱动电机扭矩急剧变化。检测控制模块(105)会侦测到电机扭矩的变化，并通过定时器记下扭矩变化的时刻t

v

以下举例说明：

如图1至图3所示，本发明实施例的一种基于语音实时播报的电梯限速器测试装置和方法，包括检测与驱动总成1和移动终端3；

所述检测与驱动总成1外形为圆柱形，最大外径为57mm，全长230mm，重量1.5Kg；

所述移动终端3为手机或平板电脑，所述移动终端3在测试过程中实时语音播报测试的状态和实时速度，具体地说：

1)在移动终端3上设置好测试参数后，点击“开始”按钮，语音播报“参数已发送，开始测试”；

2)限速器轮盘速度稳定在初设速度后，电机开始匀加速，语音播报“开始匀加速，请保持握持稳定”；

3)电机加速过程中，语音播报当前轮盘的实时速度；

4)电气开关动作后，语音播报电气动作速度；

5)机械动作后，语音播报机械动作速度和判定结果；

6)若驱动过程中，检测与驱动总成的驱动轮与轮盘脱离，则语音播报“电机脱机，请检查”，电机停转；

7)若始终未接受到超速动作信号，则语音播报“超速未动作，请检查”。

所述检测与驱动总成1包括驱动轮101、联轴器102、电机103、电机驱动模块104、检测控制模块105以及电机尾罩106；

所述驱动轮101通过联轴器102安装在电机103的输出轴上；所述电机103为直流无刷电机；所述电机驱动模块104安装在电机103输出轴另一端的机壳内部；所述检测控制模块105安装在电机103的尾部，并用电机尾罩106覆盖保护；所述电机尾罩106通过螺钉安装于电机103的尾部；

所述检测与驱动总成1与安装于限速器上的霍尔传感器组件2通过霍尔信号线5电连接，所述霍尔传感器组件2用于检测限速器轮盘的转速；

所述霍尔信号线5与电气动作检测线4通过同一个航空插座与检测与驱动总成1电连接；

所述检测与驱动总成1与移动终端3无线通信。

采用本发明实施例检测电梯限速器的测试方法如图3所示。

本发明实施例的一种基于语音实时播报的电梯限速器测试装置的主要功能和主要技术参数：

主要功能：

1)语音实时播报测试状态和实时速度；

2)智能算法处理测试数据，得到准确的电气和机械动作速度；

3)在移动终端上生成测试数据报表，进行手写签名认证，并可通过蓝牙打印机打印报表。

主要技术参数：

1)测速范围：0.5～6m/s

2)测试加速度(可调)：(0.01～0.05)m/s

3)测量误差：≤1％；

4)电机最高转速：3000r/min；

5)检测与驱动总成的重量：1.5Kg。

综上所述，本发明通过设置移动终端语音实时播报测试状态和实时速度，使得测试时仅需握持电机驱动限速器轮盘，无需分心查看测试状态和测试数据，单人即可完成限速器的检测，节省了人工。同时采用自适应卡尔曼滤波的限速器测速算法，解决了轮盘速度信号采样频率低的缺点，提高了检测精度；采用手持式、驱动与控制一体化设计，实现了限速器测试仪的小型化、轻量化，携带和手持测试更加方便、省力。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。