一种电梯复合曳引钢带断丝检测装置和方法

技术领域

本发明涉及了一种钢带断裂检测装置和方法，尤其是涉及了一种电梯复合曳引钢带断丝检测装置和方法。

背景技术

电梯复合曳引钢带由若干根平行布置的细钢丝绳外敷高分子材料包裹融合而成，它以更高的安全性、更强的节能性和便于维护等优点正在取代传统的曳引钢丝绳，越来越多地应用在电梯中，因此对电梯复合曳引钢带的周期性例行检验和运行时在线安全监测的无损检测成为一个必须重视的技术问题。然而，目前电梯复合曳引钢带检测技术不尽完善，电梯复合曳引钢带的特殊结构和内部钢丝绳的钢丝细微程度都给无损检测技术带来了难度和挑战。

当前电梯复合曳引钢带无损检测方法只有两种：漏磁检测法和电阻值检测法，然而目前的漏磁检测法和电阻值检测法都只能判断出电梯复合曳引钢带钢丝绳断绳，对于断丝检不出来。

但是，电梯复合曳引钢带断丝是引发电梯复合曳引钢带断带故障(断丝→断股→断绳→断带)的起步，即断丝是电梯复合曳引钢带断带事故的第一块“多米诺骨牌”，能及时检测出钢丝绳断丝是保障电梯运行安全、将钢带断带事故扼杀在萌芽状态的最好技术手段。

现有技术缺少了能够在钢带断带事故最原始阶段检测出断丝的装置和方法。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供一种电梯复合曳引钢带断丝检测装置和方法，能够快速有效地在钢带断带事故最原始阶段检测出断丝情况。

本发明采用的技术方案是：

一、一种电梯复合曳引钢带断丝检测装置：

装置包括测量传感线圈和电感测量差动电桥电路，电梯复合曳引钢带中内嵌有多根钢丝绳，各根钢丝绳沿排列方向间隔布置，每根钢丝绳是由钢丝绞绕制成。测量传感线圈阵列中的每个测量传感线圈经各自的电感测量差动电桥电路和外部的检测采集电路连接；电梯复合曳引钢带中内嵌的每个钢丝绳的上下两侧均布置有测量传感线圈，钢丝绳的两侧的测量传感线圈构成一对测量传感线圈，所有钢丝绳两侧的测量传感线圈构成了测量传感线圈阵列；

所述的电感测量差动电桥电路包括两个电阻和电源，每个钢丝绳的两个测量传感线圈分别和各自的一个电阻串联后再同时并联到电源的两端，每个测量传感线圈和各自串联的电阻之间引出作为输出端，输出端连接到检测采集电路。

所述的电源为频率可调的交流电源。

每个钢丝绳上下两侧布置的测量传感线圈同轴位于同一上下直线上，相邻钢丝绳对应的测量传感线圈沿钢丝绳轴向方向处于不同位置。

各个钢丝绳对应的测量传感线圈沿钢丝绳轴向方向上的位置沿钢丝绳的排列方向交错排列布置。

对于每个钢丝绳，钢丝绳上下两侧的测量传感线圈的匝数、结构、电梯复合曳引钢带的距离均相同。

所述的检测采集电路包括光电编码器、MCU、功率放大器、DDS信号发生器、AD转换器、有效值获取电路、二级放大器、差模放大器和无线信号发送器；N个钢丝绳对应的测量传感线圈所连接的N个电感测量差动电桥电路的输出端连接到差模放大器的输入端，差模放大器的输出端依次经二级放大器、有效值获取电路、AD转换器后连接到MCU，MCU经无线信号发送器和计算机连接通信，同时MCU依次经DDS信号发生器、功率放大器和N个电感测量差动电桥电路的电源连接。

DDS信号发生电路产生正弦交流信号输入到功率放大电路，通过功率放大电路产生电感测量差动电桥电路的电源u

还包括光电编码器和橡胶滚轮，光电编码器和钢丝绳上下两侧的测量传感线圈固定连接，光电编码器的轴上装有一个橡胶滚轮，橡胶滚轮压在电梯复合曳引钢带上可沿钢丝绳方向滚动，同时光电编码器和MCU连接通信。

具体实施中，测量传感线圈阵列整体可与一个光电编码器一起通过橡胶滚轮在电梯复合曳引钢带上沿钢丝绳方向滚动，这样可一次性同时测量所有钢丝绳的断丝。

二、电梯复合曳引钢带断丝检测方法：

方法是通过对测量钢丝绳上下两侧的两个测量传感线圈和各自串联的电阻组成的电感测量差动电桥电路的输出电压，输出电压代入样本标准差S函数，进而通过样本标准差S函数分析处理获得钢丝绳内部钢丝的断丝情况，提高了曳引钢带内钢丝绳钢丝的断丝情况检测准确性。

方法还包括：带动光电编码器和测量传感线圈的整体通过橡胶滚轮在电梯复合曳引钢带上沿钢丝绳移动，使得测量传感线圈和电梯复合曳引钢带发生相对移动，在移动过程中统计实时测量的电压压代入样本标准差S函数获得标准差，在移动过程中橡胶滚轮转动带动光电编码器的轴，光电编码器检测发出橡胶滚轮转动时的脉冲数，根据脉冲数获得测量传感线圈相对于电梯复合曳引钢带沿钢丝绳移动的相对位移值，从中找到高于移动过程所有标准差的平均值2倍以上的标准差值及其对应的相对位移值为断丝处，根据断丝处的相对位移值找到电梯复合曳引钢带上的位置作为断丝的位置。

本发明的有益效果是：

本发明解决了现有技术无法能快速有效地在钢带断带事故最原始阶段检测出断丝的问题，为保障正在全面实施和推广的电梯曳引系统中复合曳引钢带替代曳引钢丝绳的电梯系统的安全运行，提供了一种有效全新和实用的技术。

附图说明

图1是电梯复合曳引钢带横截面和其内嵌钢丝绳径向断面的示意图；

图2为从电梯复合曳引钢带横断面和从电梯复合曳引钢带上方的N对测量传感线圈布置形成测量传感线圈阵列示意图；

图3是从电梯复合曳引钢带内嵌钢丝绳的轴向看测量传感线圈的放置示意图；

图4是电感测量差动电桥电路图；

图5是微机化电子电路系统的检测采集电路图；

图6是实施例检测获得的相对位移值和标准差之间的关系曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1是电梯复合曳引钢带横截面和其内嵌钢丝绳径向断面的示意图，电梯复合曳引钢带厚3.00mm，内嵌的钢丝绳的直径为1.61mm，内嵌钢丝绳的数量最多的有24根(如奥的斯公司型号为AAA717AD1的钢带，其宽60.00mm、厚3.00mm，内嵌24根钢丝绳)，每根钢丝绳由7根钢丝绞成钢丝股，再由7根钢丝股绞成钢丝绳，而钢丝的直径仅为0.20mm。

为了测出钢丝绳的断丝，本发明提出了图2上半图所示(从电梯复合曳引钢带横断面看)的N对测量传感线圈(即有N根钢丝绳就有N对)布置在电梯复合曳引钢带中内嵌钢丝绳位置的上下两侧，形成测量传感线圈阵列，可对每根钢丝绳的断丝状态进行检测。

由于内嵌钢丝绳间的间距小，测量传感线圈阵列采用交错排列的方式(见图2下半图所示)，此方式也减少了各组线圈之间的互感影响。

从电梯复合曳引钢带内嵌钢丝绳的轴向看，测量传感线圈的放置见图3。设放在钢丝绳上部的测量传感线圈的阻抗为Z

具体实施设计的电感测量差动电桥电路见图4，其中

从上式可见，在没有断丝时

实际电梯复合曳引钢带中有N根钢丝绳，因此要有N对上下测量传感线圈构成N个图4所示的电感测量差动电桥电路，得出反映断丝的N个电压

为了测出U

图5中，DDS信号发生电路用于产生500Hz-3000Hz的交流信号，DDS信号发生电路输出的正弦交流信号通过功率放大电路产生电感测量差动电桥电路的电源u

MCU(单片机)控制电子模拟开关实现N根钢丝绳的是否有断丝的检测，即

根据实际检测试验，因电梯复合曳引钢带实际制造过程中，钢丝绳外层包裹的高分子材料不是理想的均匀状态，实际检测到在没有断丝时“KU

这样为了准确识别断丝，具体实施还设置了“样本标准差”信号处理方法，样本标准差函数计算公式：

上式中M是样本数(即，

将实际获得的“KU

光电编码器轴上装有一个橡胶滚轮，该滚轮压在电梯复合曳引钢带上，当曳引钢带与测量传感线圈发生相对移动时，橡胶滚轮转动带动光电编码器的轴，光电编码器发出计数脉冲，即脉冲数。

图5中MCU随时接收“光电编码器”的脉冲信号，并计数，脉冲数记下了曳引钢带与测量传感线圈发生的相对位移值，这样可以根据脉冲数和样本标准差之间的关系建立出相对位移值和标准差之间的关系。

检测结果如图6所示，最后根据图6的检测曲线找到有最高峰值的样本标准差及其对应的脉冲数、相对位移值，由脉冲数对应的相对位移值找到曳引钢带的实际对应位置，从而知晓断丝的位置。