电梯导轨检测系统及检测方法研究

杨文睿 谭 凯

（湖北特种设备检验检测研究院 湖北武汉 430000）

1 前言

电梯导轨作为安装在电梯井与楼层之间的刚性轨道，是保证电梯轿厢正常上下运行的基础，能够为电梯的梯级、重装置以及轿厢提供导向，是电梯十分重要的基准部件，控制着电梯安全运行，因此，需要对电梯导轨检测系统进行合理的设计，并开展检测。当前我国关于电梯导轨系统相关功能项目的检测都是采用铅锤、卷尺等简单工具对电梯进行定期检验的方式。结合日常电梯导轨检测中出现明显误差的问题，人们需要考虑定性检验的一些定量测量数据，只有这样，才能提高电梯导轨检测相关数据的有效性。

2 电梯导轨检测误差概述

电梯作为城市高层建筑的标配，对安全性和舒适性都有着较高的要求。电梯导轨作为电梯的导向装置，在电梯的运行系统中发挥着十分重要的作用。通常情况下，电梯导轨在应用前都进行了严格的检测，将误差控制在严格的规定范围内。同时，电梯导轨相关数据的误差也成为影响电梯整体运行质量的重要因素。电梯导轨的安装误差作为导轨安装验收的重要环节，更是直接关系着电梯的正常运行。但是，当前的导轨测量方法很多都是沿用过去吊线尺量的方式，以重垂线作为直线的基准，同时进行多点分段的人工测量方式，开展测量的点数少，还容易受测量人员的经验与能力影响。

通常情况下，激光垂准仪也是电梯检测导轨的一种方法。这种方法是利用高精度的铅直激光束代替重锤线，将二维数的显光靶在导轨上进行固定，测量的位置就是激光射在光靶上的显示的X、Y值，这种方法和传统的吊线测量相比，精度有了较大的提高，但是也离不开人工手动，也会导致人工手动操作的一些误差。

近年来，随着自动化检测设备的不断发展，很多机构都研发了自动检测技术。本文介绍的电梯导轨检测仪用于现场进行电梯导轨检测，可按照输入常量数据进行自动检测，满足电梯导轨检测现场性能参数的数据化要求，即可准确地判断出问题部位与部件。

3 电梯导轨检测技术发展状况

国家标准GB 7588—2003《电梯制造与安装安全规范》[1]与 GB/T 10058—2009《电梯技术条件》[2]中对电梯导轨的安装、调整中的关键数据做出了数值化规定，给出了定量测试的数值化评价依据。但是，由于一些数据化的专门测试仪和数字化测试方法的缺乏，目前现有电梯导轨检测系统主要是通过一般的定性式检验以及个别物理量的定量测定，检测判定的准确性和可靠性仍不能满足实际要求。因此，开展电梯导轨智能检测系统及检测方法研究，对解决电梯安全问题具有重要意义。

4 电梯导轨智能检测系统

电梯导轨智能检测系统装置包括：伺服电机、曳引线缆架和检测小车；曳引线缆架设有线缆、固定架和活动轴，曳引线缆架的活动轴相连，活动轴在所述转轴的带动下进行旋转，线缆的端部与所述检测小车相连，将检测小车设于待检测电梯导轨上[3]。在进行电梯导轨检测的过程中，小车不再采用自身携带的电动机来提供动力，而是通过伺服电机的转轴来带动曳引线缆架的活动轴旋转，从而为检测小车提供动力，避免了由于检测小车自身携带电动机产生的振动，提高了测量精度。

4.1 基站系统

本系统采用微型计算机控制整个测试系统的测量工作，需要编写控制软件、信号处理软件、测量小车单片机嵌入式软件系统。基站系统主要由一台微型计算机及一套信号收发装置构成，微型计算机上安装本系统中开发的控制软件及信号处理软件。导轨检测工作人员通过微型计算机上的控制软件向测量平台发出指令，并实时监测测量平台的状态，防止出现冲顶、脱落的情况，信号处理软件处理传感器测得的原始信号，得到电梯导轨3个待测平面的误差并以曲线的形式显示在屏幕上，以表格的形式存储在硬盘中，以备复查。控制软件安装在地面基站系统的微型计算机上，用于控制与监测整个测量系统的状态。控制软件界面主要包括测量小车监控界面，曳引系统监控界面2个主要界面，控制软件后台需要与用于信号收发的单片机系统通信，本系统拟基于微软的基础类库（MFC）完成控制软件的编写。信号处理软件用于处理测量平台回传的信号，界面主要显示电梯导轨多项误差的曲线，后台的数据处理方法拟采用小波变换的方法，通过对原始数据的小波变换，得到电梯导轨的接头处的台阶、接缝等误差。

4.2 测量平台

直线导轨、测量平台骨架、滚轮、磁性轮、传感器以及弹簧构成是测量平台的重要组成部分。测量平台在进行测量应用中，需要借助磁性轮的作用，吸附在导轨上面，同时还需要去除摩擦力。测量平台的骨架是直线导轨的安装区域，利用弹簧可以将导轨两边传感器的基座牢固，从而使传感器贴在导轨上，使不同尺寸的导轨可以适应测量平台。传感器通过直立轴可以实现绕轴运转，直立轴固定在导轨上，来助推导轨实现滑动。在测量中，一般台阶误差和直线度误差都不大[4]，都在0.1 mm范围内，不会让测量小车产生大幅度的震动，能够保证测量小车顺利展开导轨测量。测量平台结构详见图1。

图1 测量平台结构

通过线缆曳引方式来实现控制测量平台的检测装置，是利用可折叠支架固定运动控制力箱，保持其可以在导轨的上部，通过曳引绳的牵引，在移动测量平台产生相应的动力，实现测量。运动控制动力箱在工作当中不用移动，也能确定电梯导轨，在夹紧机构影响下，可以避免安全隐患，如坠落事故等。操作人员通过运动控制动力箱发出指令，然后传输到可折叠支架，将其固定在轨道上面，为系统的运行提供可以使用的动力。电梯导轨检测装置结构示意图详见图2。

4.3 可控制曳引机构

电梯导轨检测系统采用的是线缆曳引的方式对测量平台展开控制，这种检测装置是由控制电路、伺服电机、曳引线缆以及滑轮组组成，当地面基站发出的信号反馈到控制电路时，会对伺服电机进行驱动，使其开始运动。利用线缆牵引测量平台沿导轨的运动对测量平台的速度展开控制，也可以对误差实行有效的测量。

5 检测方法

现有技术中，通常是采用一个检测小车在电梯导轨上运动对电梯导轨进行检测，检测小车通常是采用自身携带的电动机来提供动力，但自身携带的电动机会产生振动，对测量精度造成影响。本文主要从放大电路、源低通滤波电路、高速采样和模数转换（AD转换）电路、中央处理器（CPU）的选型和设计、软件控制设计来介绍具体的检测方法。

图2 电梯导轨检测装置结构示意图

5.1 放大电路

差分放大器能够放大微弱的电信号，同时根据限速器绳产生的提拉力范围，来选择适合的放大芯片，产生的信号可以反映在线性放大区域。

5.2 源低通滤波电路

在检测过程中，可以选用高精度有源低通滤波器，抑制无用频率信号，防止电磁干扰的影响，在具体设计中，采用先进的Multisim 8仿真软件和归一化方法结合，设计出有源低通滤波器的电路，根据设计实际需要，选择合适的电阻、电容和集成运算放大器。

5.3 高速采样和AD转换电路

高速采样和AD转换电路是系统设计的重要内容，其中，采用高速FET输入仪器运算放大器和四输入高速16位AD转换器作为高速输入通道，可以保证在过程中采集到足够的样本数据，根据设计需要，选择高精度合适的AD转换芯片。

5.4 CPU的选型和设计

CPU的选型和设计也是不可忽视的重要因素。这是由于实时运算处理量，要求有一个高速、高容量的中央处理器在系统主控CPU运行，同时需要独立地进行动态小波分析计算，并适时与主控CPU进行数据交换。因此，在此项技术使用过程中，采用40 MHz时钟频率微处理器作为主控CPU，采用144 kB内存高速微处理器作为运算CPU，双CPU结构并行工作以保证测量数据处理的高速实时性。

5.5 软件控制设计

软件控制设计采用系统集成化设计，采用Labview进行整体控制系统设计，根据测试需要，控制测试系统在限速器绳提拉力达到35 N时，即开始记录测试数据。运用Labview，根据自己的需要灵活地进行各个功能模块的组合，能够在软件模块中，将所有涉及控制的信息进行集中，同时这些信息和数据亦可采用多种形式进行显示和分析，数据编辑也能够直接、实时开展，利用计算机总线把数据发送到存储器，最后，计算机能够直接读数。相关工作人员也需要立足实际发展要求，利用现有的软件分析技术或者软件编程对数据展开处理。

6 结语

通过对测试结果的数据进行分析，结合收集拉压力传感器在不同安装未知的检测可以确认最佳的导轨安装位置。安装过程中，通过固定扭力值的设定，来固定拉压力的传感器的位置，能够保证所有部件的安装减少误差[5]。拉压力传感器数据传递过程中，电磁干扰也会对检测结果产生影响。在拉压力传感器和数据接收器之间，采用高可靠的电磁屏蔽线进行连接，可较好地消除电磁干扰的影响。

在电梯导轨检测的研究实践中，一定要从电梯检测行业面临的实际问题出发，这样不仅可以有效地减少电梯故障的发生，为电梯的稳定运行提供保证，还可以保障人们的生活出行安全，对推动电梯检测行业向更便捷、更安全的方向发展有积极作用。