一种自动扶梯梯级链环抱式分布监测系统及方法

技术领域

本发明属于自动扶梯监测技术领域，更具体地，涉及一种自动扶梯梯级链环抱式分布监测系统及方法。

背景技术

自动扶梯作为特种设备，担负着铁路以及城市轨道交通运输乘客的重要任务，其安全性至关重要。为保证乘客安全，减少事故的发生概率，需对自动扶梯进行定期检测与维修，从而保证设备处于良好的运行状态。然而，目前自动扶梯的检修主要采用人工周期修和故障修，即未出现故障时通过工作人员进行周期性检查，出现故障时再进行维修，此方式属于事后行为，无法有效预防故障的发生，不利于避免重大事故的发生；同时周期性的检修可能造成过度修或者维修不及时，导致耗费大量时间、人力、物力，效果不佳，运营的难度与成本较高。

自动扶梯梯级链是连接梯级与驱动，为自动扶梯升降传递动力的部件，是自动扶梯的关键组成部分，对自动扶梯的运行安全至关重要。自动扶梯梯级链由上百个圆柱滚子和链板，由于其数量众多，其内部发生缺陷时很难通过人工检查出来，因此会遗留隐患，影响自动扶梯运行状态，对乘客的生命及财产安全产生威胁。磁场检测作为一种无损检测方法，可以被应用到自动扶梯梯级链的状态监测中去。目前，公开的专利中有关于磁场监测技术方面的，如， CN201910811217.3监测电梯曳引钢带状态的电磁传感器及监测方法，该专利公开了一种通过电磁传感器检测钢丝带状态的方法，但是该专利所述为开环磁通量传感器，检测的精度低，并且只能检测钢丝带的一面，检测范围没有实现钢丝带的周向全覆盖，无法对钢丝带缺陷的周向位置进行定位，该专利传感器中只有一组电磁铁模块，模块一旦发生故障就无法进行正常工作，传感器的可靠性较低。专利CN201910170006.6一种夹持式磁通量传感器及其使用方法，公开了一种通过夹持式的磁通量传感器检测已有结构中外露钢索的拉力，该专利只能检测一根钢索的内部拉力，并且无法定位检测点的位置，该专利传感器中只有一组电磁铁模块，模块一旦发生故障就无法进行正常工作，传感器的可靠性较低。

综上所述，现有的自动扶梯的监测存在以下不足：(1)一个电磁传感器只监测一个对象，检测的能力及范围较小；(2)开环传感器测量精度低，闭环传感器本身的维修无法拆解不方便；(3)E型的电磁传感器结构只能检测梯级链的一侧，无法实现被检测对象的全覆盖；(4)检测点缺陷的定位措施不足，无法准确定位缺陷的准确位置。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种自动扶梯梯级链环抱式分布监测系统及方法，其对自动扶梯的梯级链进行监测，采集状态数据，用于故障分析、定位于预测，为自动扶梯的及时检修提供可靠的数据支持，为保障自动扶梯的运行安全提供有效的技术手段。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种自动扶梯梯级链环抱式分布监测系统，所述梯级链包括并排设置的两排梯级链板及设置在这两排梯级链板之间的多个梯级滚子，其特征在于，该监测系统包括环抱式电磁监测装置、运动定位装置和数据采集处理模块，其中：

所述环抱式电磁监测装置包括电磁模块安装架和安装在该电磁模块安装架上的四个电磁模块，该电磁模块安装架具有作为梯级链移动通道的贯通孔；

对于每个所述电磁模块而言，其各自包括E型磁芯、激励线圈和两个感应线圈，所述E型磁芯包括轭部及从该轭部朝所述贯通孔的方向伸出的三根极臂，并且该E型磁芯的横截面呈E形，三根所述极臂分别为两根侧极臂和位于这两根侧极臂之间的中间极臂，所述中间极臂上安装所述激励线圈，每根所述侧极臂上分别安装一所述感应线圈，激励线圈发射的磁力线经过梯级链，再穿过两侧的感应线圈形成闭合回路，从而形成一个检测区域来检测磁通量；其中，梯级链上与E型铁芯相应的部位的移动方向和E型磁芯的所述横截面垂直；

这四个电磁模块依次布置在一矩形的四条边上，以围住梯级链，矩形的其中两条相对边上的电磁模块的检测区域用于覆盖梯级滚子，矩形的另两条相对边上的电磁模块的检测区域分别用于覆盖对应侧的梯级链板；

所述数据采集处理模块与各所述电磁模块的感应线圈分别连接，以通过各电磁模块测得的磁通量情况，对梯级链板和梯级滚子的缺陷进行检测；

所述运动定位装置包括支杆、滚轮和编码器，所述支杆的一端安装在所述电磁模块安装架上而另一端安装所述滚轮，所述滚轮压紧在梯级链板上，以随着梯级链板的运动而转动，所述编码器安装在所述滚轮上，以通过所述滚轮的转动实现对所述梯级链的定位。

优选地，所述运动定位装置还包括拉簧，所述拉簧的一端安装在所述电磁模块安装架上而另一端安装在所述支杆上，以使滚轮始终压紧在梯级链上；

所述支杆的一端通过铰轴铰接在所述电磁模块安装架上，所述铰轴的中心线与所述轭部的内弧面的中心线垂直。

优选地，所述电磁模块安装架包括第一环抱支架和第二环抱支架，所述第一环抱支架和第二环抱支架均为直角架，所述第一环抱支架和第二环抱支架上分别安装两个电磁模块，所述第一环抱支架和第二环抱支架的一端通过环抱转轴铰接在一起而另一端通过环抱扣锁连接。

优选地，所述第一环抱支架上的闭合回路经过梯级滚子的电磁模块设置有多个并且它们布置在矩形的同一条边上；

所述第二环抱支架上的闭合回路经过梯级滚子的电磁模块也设置有多个并且它们也布置在矩形的同一条边上，从而使得所述电磁模块安装架可供多条梯级链穿过，进而实现对多条梯级链的同时监测。

优选地，所述数据采集处理模块包括现场采集装置和可与所述现场采集装置通信的远程监测终端，所述现场采集装置通过集成信号线分别与各所述电磁模块的感应线圈连接，所述远程监测终端对所述环抱式电磁监测装置采集的磁通量进行处理，按照不同电磁模块的检测区域进行分组，得到梯级链的断面的磁通量检测数据形成的断面点云图，通过异常的断面点云图分析判断对应检测区域内梯级链的状态，并定位缺陷在梯级链断面中所处的检测区域，从而获得缺陷在梯级链断面上的位置信息，远程监测终端还可根据编码器的反馈获得缺陷在梯级链移动方向上的位置信息。

优选地，所述环抱式电磁监测装置上设置固定支架，所述固定支架安装在自动扶梯的桁架上，所述环抱式电磁监测装置位于倾斜的桁架中的梯级链所在区域。

按照本发明的另一个方面，还提供了采用所述的自动扶梯梯级链环抱式分布监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)所述环抱式电磁监测装置的各电磁模块分别采集对应检测区域内的磁通量，运动定位装置随着梯级链的运动采集梯级链的检测点沿梯级链移动方向的位置信息；

(2)采集得到磁通量及梯级链的检测点沿梯级链移动方向的位置信息并通过集成信号线上传至数据采集处理模块的现场采集装置；

(3)现场采集装置将接收的一台自动扶梯的梯级链的所有磁通量及梯级链的检测点沿梯级链移动方向的位置信息传输给数据采集处理模块的远程监测终端；

(4)远程监测终端对环抱式电磁监测装置采集的磁通量按照不同电磁模块的检测区域进行分组，并得到梯级链的断面的磁通量检测数据形成的断面点云图；

(5)远程监测终端筛选异常的断面点云图；

(6)远程监测终端对异常的断面点云图进行分析，首先对同一电磁模块的两个感应线圈采集到的磁通量进行对比，其次对不同电磁模块检测的磁通量进行对比，来分析判断梯级链的检测点的状态，具体如下：

远程监测终端通过对比，如果同一电磁模块的两个感应线圈采集到的磁通量不一致，则判定梯级链的该检测点有缺陷；

远程监测终端通过对比不同电磁模块检测的磁通量差异程度，来判断梯级链的该检测点的缺陷的严重程度；

(7)远程监测终端生成梯级链的检测点的分析结果并附加有问题的梯级链部位所在梯级链断面的检测区域信息和沿梯级链移动方向的位置信息，定位缺陷沿梯级链周向的位置及沿梯级链移动方向的位置。

优选地，步骤(5)中，远程监测终端将异常的断面点云图与其对应的沿梯级链移动方向的位置信息合并保存，正常的断面点云图与其沿梯级链移动方向的位置信息不合并，分开压缩后保存，并在一段时间后自动删除。

优选地，还包括：(8)所述远程监测终端对分析得出的梯级链状态进行预警，并根据不良状态的严重程度分为多个层级，不同层级使用不同的方式进行预警。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明提出了一种自动扶梯梯级链环抱式分布监测系统，该系统利用磁弹效应通过旋转开合环抱式的电磁检测装置内四组电磁模块在长方形的四条边上分布，分四个区域监测梯级链的梯级滚子和梯级链板的磁通量变化，通过磁通量的变化来判断梯级滚子和梯级链板的缺陷，并定位出有缺陷的梯级滚子和梯级链板所在梯级链断面中的位置，通过运动定位装置来记录梯级链的检测点沿梯级链移动方向的位置，并结合断面的定位即可精确定位出缺陷在梯级链上的位置，实现断面和移动方向上的二维精确定位，为自动扶梯的及时检修提供可靠的数据支持，保障自动扶梯的运行安全。

2)本发明的一种自动扶梯梯级链环抱式分布监测系统，四个电磁模块环抱在一起形成闭合传感器装置，可围绕和覆盖梯级链进行检测，可靠性高，检测精度高，缺陷定位准确；此外还可以同时对多根梯级链进行监测，检测效率高，装置安装及维保方便，可以实现电梯梯级链状态的有效监测。

附图说明

图1是本发明的一种自动扶梯梯级链环抱式分布监测系统的示意图；

图2是本发明中环抱式电磁监测装置的结构示意图；

图3是本发明中环抱式电磁监测装置的爆炸示意图；

图4是本发明中电磁模块的示意图；

图5是本发明中环抱式电磁监测装置的电磁模块安装架展开后的示意图；

图6是本发明中运动定位装置的结构示意图；

图7是本发明中闭合回路经过梯级滚子的电磁模块设置有多个的环抱式电磁监测装置闭合的结构示意图；

图8是本发明中闭合回路经过梯级滚子的电磁模块设置有多个的环抱式电磁监测装置展开的结构示意图；

图9是本发明的一种自动扶梯梯级链环抱式分布监测系统安装在自动扶梯上的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1～图9，一种自动扶梯梯级链4环抱式分布监测系统，所述梯级链 4包括并排设置的两排梯级链4板及设置在这两排梯级链4板之间的多个梯级滚子，该监测系统包括环抱式电磁监测装置1、运动定位装置2和数据采集处理模块，其中：

所述环抱式电磁监测装置1包括电磁模块安装架和安装在该电磁模块安装架上的四个电磁模块，该电磁模块安装架具有作为梯级链4移动通道的贯通孔；梯级链4可以穿过贯通孔，梯级链4与环抱式电磁监测装置1之间留有空隙，两者无接触，不影响梯级链4运动，实现梯级链4不同位置的监测。

对于每个所述电磁模块而言，其各自包括E型磁芯11、激励线圈12和两个感应线圈13，所述E型磁芯11包括轭部11及从该轭部11朝所述贯通孔的方向伸出的三根极臂，并且该E型磁芯11的横截面呈E形，三根所述极臂分别为两根侧极臂113和位于这两根侧极臂113之间的中间极臂112，所述中间极臂112上安装所述激励线圈12，每根所述侧极臂113上分别安装一所述感应线圈13，激励线圈12发射的磁力线经过梯级链4，再穿过两侧的感应线圈13形成闭合回路，从而形成一个检测区域来检测磁通量；E型磁芯11的轭部11的两端可以设置安装凸台14，安装凸台14超出两个侧臂，便于E型磁芯11安装到电磁模块安装架上。其中，梯级链4上与E型铁芯11相应的部位的移动方向和E型磁芯11的所述横截面垂直；

这四个电磁模块依次布置在一矩形的四条边上，以围住梯级链4；四个电磁模块分别为第一电磁模块101、第二电磁模块102、第三电磁模块103和第四电磁模块104，矩形的其中两条相对边上的电磁模块的检测区域用于覆盖梯级滚子(其中一条边上的矩形的电磁模块的检测区域用于覆盖梯级滚子的上半部分，另一条边上的矩形的电磁模块的检测区域用于覆盖梯级滚子的下半部分)，另两条相对边上的电磁模块的检测区域分别覆盖对应侧的梯级链4板。

环抱式电磁监测装置1的四块电磁模块，每块电磁模块分别具有一个检测区域，则共有四个检测区域，每个检测区域分别检测梯级链4的一个部位，这四个检测区域可以覆盖梯级链4的检测点；通过电磁模块检测的磁通量，通过同检测区域数据对比，以及不同检测区域数据对比，来分析判断梯级链4的检测点的梯级链4状态。

所述数据采集处理模块与各所述电磁模块的感应线圈13分别连接，以通过各电磁模块测得的磁通量情况，分析梯级链的受力，以及对梯级链4板和梯级滚子的缺陷进行检测。

所述运动定位装置2包括支杆202、滚轮203和编码器，所述支杆202的一端安装在所述电磁模块安装架上而另一端安装所述滚轮203，所述滚轮203 压紧在梯级链4板上，以随着梯级链4板的运动而转动，所述编码器安装在所述滚轮203上，以通过所述滚轮203的转动实现对所述梯级链4的定位。

进一步，所述运动定位装置2还包括拉簧201，所述拉簧201的一端安装在所述电磁模块安装架上而另一端安装在所述支杆202上，以使滚轮203始终压紧在梯级链4上；

所述支杆202的一端通过铰轴铰接在所述电磁模块安装架上，所述铰轴的中心线与所述轭部11的内弧面的中心线垂直。拉簧201为运动定位装置2提供压紧力，可以使滚轮203转动时不易脱轨，编码器用于记录滚轮203转动的圈数，定位梯级链4的检测点沿梯级链4轴线的位置，实现缺陷轴线定位。梯级链4的检测点指梯级链上被环抱式电磁监测装置1所检测的位置。

进一步，所述电磁模块安装架包括第一环抱支架105和第二环抱支架106，所述第一环抱支架105和第二环抱支架106均为直角架，所述第一环抱支架105 和第二环抱支架106上分别安装两个电磁模块，所述第一环抱支架105和第二环抱支架106的一端通过环抱转轴108铰接在一起，可以使第一环抱支架105 和第二环抱支架106进行相对转动开合，而另一端通过环抱扣锁107连接，可对第一环抱支架105和第二环抱支架106的端部进行锁闭。环抱式电磁监测装置1中的第一电磁模块101和第四电磁模块104分别通过固定扣锁109安装在第一环抱支架105的卡槽中，第三电磁模块103和第四电磁模块104分别通过固定扣锁109安装在第二环抱支架106的卡槽中。

进一步，所述第一环抱支架105上的闭合回路经过梯级滚子的电磁模块设置有多个并且它们布置在矩形的同一条边上；参照图7、图8，第一电磁模块 101设置有多个。

所述第二环抱支架106上的闭合回路经过梯级滚子的电磁模块也设置有多个并且它们也布置在矩形的同一条边上，从而使得所述电磁模块安装架可供多条梯级链4穿过，进而实现对多条梯级链4的同时监测，提高检测的效率。参照图7、图8，第三电磁模块103设置有多个。

进一步，所述数据采集处理模块包括现场采集装置和可与所述现场采集装置通信的远程监测终端，所述现场采集装置通过集成信号线3分别与各所述电磁模块的感应线圈13连接，所述远程监测终端对所述环抱式电磁监测装置1 采集的磁通量进行处理，按照不同电磁模块的检测区域进行分组，得到梯级链4的断面的磁通量检测数据形成的断面点云图，通过异常的断面点云图分析判断对应检测区域内梯级链4的状态，并定位缺陷在梯级链4断面中所处的检测区域，从而获得缺陷在梯级链4断面上的位置信息，远程监测终端还可根据编码器的反馈获得缺陷在梯级链4移动方向上的位置信息，即可精确定位出缺陷在梯级链4上的位置。环抱式电磁监测装置1的电磁模块采用通用模块化设计，连接标准化的集成信号线3，集成信号线3通过标准化接头与现场采集装置连接，电磁模块出现故障时直接拔掉信号线接头进行整体更换，现场采集装置接收一台自动扶梯的所有梯级链4磁场数据，并进行初步处理，再通过5G等无线网络或有线方式传输给远程监测终端。

进一步，所述环抱式电磁监测装置1上设置固定支架，所述固定支架安装在自动扶梯的桁架5上，所述环抱式电磁监测装置1位于倾斜的桁架5中的梯级链4所在区域。

按照本发明的另一个方面，还提供了采用所述的自动扶梯梯级链环抱式分布监测系统的监测方法，包括以下步骤：

(1)所述环抱式电磁监测装置1的各电磁模块分别采集对应检测区域内的磁通量，运动定位装置2随着梯级链4的运动采集梯级链4的检测点沿梯级链 4移动方向的位置信息；

(2)采集得到磁通量及梯级链4的检测点沿梯级链4移动方向的位置信息并通过集成信号线3上传至数据采集处理模块的现场采集装置；

(3)现场采集装置将接收的一台自动扶梯的梯级链4的所有磁通量及梯级链4的检测点沿梯级链4移动方向的位置信息传输给数据采集处理模块的远程监测终端；

(4)远程监测终端对环抱式电磁监测装置1采集的磁通量按照不同电磁模块的检测区域进行分组，并得到梯级链4的断面的磁通量检测数据形成的断面点云图，一个断面点云图是由梯级链4的同一部位的四个检测区域的磁通量检测数据形成，则沿着梯级链4的移动方向上有很多个断面点云图；

(5)远程监测终端筛选异常的断面点云图；其中，远程监测终端将异常的断面点云图与其对应的沿梯级链4移动方向的位置信息合并保存，正常的断面点云图与其沿梯级链4移动方向的位置信息不合并，分开压缩后保存，并在一段时间后自动删除。

(6)远程监测终端对异常的断面点云图进行分析，首先对同一电磁模块的两个感应线圈13采集到的磁通量进行对比，其次对不同电磁模块检测的磁通量进行对比，来分析判断梯级链4的检测点的状态，具体如下：

远程监测终端通过对比，如果同一电磁模块的两个感应线圈13采集到的磁通量不一致，则判定梯级链4的该检测点有缺陷，即可获得该电磁模块形成的检测区域对应检测的梯级链的部位存在缺陷；

远程监测终端通过对比不同电磁模块检测的磁通量差异程度，来判断梯级链4的该检测点的缺陷的严重程度；

(7)远程监测终端生成梯级链4的检测点的分析结果并附加有问题的梯级链4部位所在梯级链断面的检测区域信息和沿梯级链4移动方向的位置信息，定位缺陷沿梯级链4的周向的位置及沿梯级链4的移动方向的位置；

(8)所述远程监测终端对分析得出的梯级链4状态进行预警，并根据不良状态的严重程度分为多个层级，不同层级使用不同的方式进行预警。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。