可实时标记的自动扶梯扶手带内嵌钢丝监测系统及方法

技术领域

本发明属于自动扶梯监测技术领域，更具体地，涉及自动扶梯扶手带内嵌钢丝监测系统及方法。

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。

自动扶梯扶手带是与梯级同步运动，乘客可以抓扶以增加站立稳定性的部件，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。为增加自动扶梯扶手带的耐拉强度，其内部嵌入有钢丝，其内部的钢丝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扶手带内嵌钢丝的状态监测中去。目前，公开的专利中有关于磁场监测技术方面的，如，CN201910811217.3监测自动扶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内嵌钢丝带状态的方法，但是该专利所述为开环磁通量传感器，检测的精度低，并且只能检测内嵌钢丝带的一面，检测范围没有实现内嵌钢丝带的径向全覆盖，无法对内嵌钢丝带缺陷进行径向检测区域定位，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内嵌钢丝的一侧，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，本发明提供了可实时标记的自动扶梯扶手带内嵌钢丝监测系统及方法，其对自动扶梯的内嵌钢丝进行监测，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，能够准确定位缺陷位置、在线实时监测高可靠性、检测精度高、安装与检修方便的目的。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供可实时标记的自动扶梯扶手带内嵌钢丝监测系统，其特征在于，包括夹持式电磁监测装置、运动定位装置和数据采集处理模块，其中：

所述夹持式电磁监测装置包括夹持支架和安装在该夹持支架上的三个电磁模块，该夹持支架具有作为内嵌钢丝转动通道的槽口；

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型磁芯的横截面为E形，所述E型磁芯包括轭部及从该轭部朝所述槽口的方向伸出的三根极臂，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内嵌钢丝，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，所述E型磁芯的横截面所在平面截得的扶手带断面为扶手带的横截面；

这三个电磁模块依次布置在一矩形的三条边上，矩形的其中两条相对边上的电磁模块左右对称设置在扶手带的两侧，以各自检测对应侧的扶手带的弧形部分内的内嵌钢丝，另一条边上的电磁模块用于检测扶手带的平面部分内的内嵌钢丝；

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，对内嵌钢丝的缺陷进行检测；

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夹持支架上而另一端安装所述滚轮，所述滚轮压紧在扶手带上，以随着扶手带的运动而转动，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扶手带的定位。

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夹持支架上而另一端安装在所述支杆上，以使滚轮始终压紧在扶手带上；

所述支杆的一端通过铰轴铰接在所述电磁模块安装架上。

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夹持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，得到扶手带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内嵌钢丝的状态，并定位缺陷在断面中所处的检测区域，从而获得缺陷在扶手带断面上的位置信息，远程监测终端还可根据运动定位装置的反馈获得缺陷在内嵌钢丝移动方向上的位置信息。

优选地，夹持式电磁监测装置还包括设置在夹持支架上的安装支架，所述安装支架安装在自动扶梯的桁架上，所述夹持式电磁监测装置设置在扶手带的边缘。

优选地，所述夹持式电磁监测装置设置有多个，并且它们沿着扶手带的移动方向布置。

优选地，所述E型磁芯上设置有安装凸台，以便于将所述E型磁芯安装在夹持支架上。

按照本发明的另一个方面，还提供了采用所述的可实时标记的自动扶梯扶手带内嵌钢丝监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)夹持式电磁监测装置的三个电磁模块分别采集对应检测区域内的磁通量，运动定位装置随着扶手带的运动采集扶手带的检测点沿扶手带移动方向的位置信息；

(2)采集得到磁通量及扶手带的检测点沿扶手带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扶手带的所有磁通量及扶手带的检测点沿扶手带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)远程监测终端对夹持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，并得到扶手带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，来分析判断扶手带的检测点的状态，具体如下：

远程监测终端通过对比，如果同电磁模块的两个感应线圈采集到的磁通量不一致，则判定扶手带的该检测点有缺陷；

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，来判断扶手带的该检测点缺陷的严重程度；

(7)远程监测终端生成扶手带的检测点的分析结果并附加有问题的扶手带内嵌钢丝部位所在检测区域信息和沿扶手带移动方向的位置信息，定位缺陷在扶手带断面上的位置及沿扶手带移动方向的位置。

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内嵌钢丝移动方向的位置信息合并保存，正常的断面点云图与其沿内嵌钢丝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内嵌钢丝状态进行预警，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。

优选地，还包括：(9)远程监测终端控制夹持支架上的荧光标记装置向扶手带的缺陷所在部位喷射荧光剂，以提醒维修人员缺陷所在位置。

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)本发明提出可实时标记的自动扶梯扶手带内嵌钢丝监测系统，该监测系统利用磁弹效应，通过夹持式电磁检测装置的三个电磁模块，按照三个检测区域来监测扶手带内嵌钢丝的磁通量变化，通过磁通量的变化来判断扶手带内嵌钢丝的缺陷，并定位出缺陷钢丝所在扶手带断面中的检测区域，通过运动定位装置来记录扶手带的检测点沿扶手带移动方向的位置，结合断面中的检测区域定位与移动方向上的定位，即可精确定位出缺陷在扶手带上的位置，实现二维精确定位，并且可以实时对缺陷在扶手带上的位置进行标记，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，方便维修人员寻找故障点。

2)本发明的可实时标记的自动扶梯扶手带内嵌钢丝监测系统，多个夹持式电磁模块组合成夹持式传感器装置，可靠性高，检测精度高，缺陷定位准确，可以同时内嵌钢丝不同位置进行监测，检测效率高，监测装置安装及维保方便，可以实现自动扶梯内嵌钢丝状态的有效监测，具有较好的应用前景和推广价值。

附图说明

图1是本发明的一种自动扶梯扶手带内嵌钢丝状态监测系统监测内嵌钢丝时的示意图；

图2是本发明的一种自动扶梯扶手带内嵌钢丝状态监测系统监测时的截面示意图；

图3是本发明的一种自动扶梯扶手带内嵌钢丝状态监测系统监测时的爆炸示意图；

图4是本发明中电磁模块的示意图；

图5是其中一个电磁模块的磁力线示意图；

图6是自动扶梯扶手带内嵌钢丝状态监测系统的夹持支架的示意图；

图7是本发明中运动定位装置检测时的结构示意图

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7，可实时标记的自动扶梯扶手带内嵌钢丝监测系统，包括夹持式电磁监测装置1、运动定位装置2和数据采集处理模块，其中：

所述夹持式电磁监测装置1包括夹持支架104和安装在该夹持支架104上的三个电磁模块，该夹持支架104具有作为内嵌钢丝401转动通道的槽口；扶手带4具有扶手带橡胶402和嵌在扶手带橡胶402内的内嵌钢丝401，扶手带4可以穿过槽口，扶手带4与夹持式电磁监测装置1之间留有空隙，两者无接触，不影响扶手带4运动，可实现电磁模块对扶手带4不同面的监测。

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型磁芯的横截面为E形，所述E型磁芯包括轭部及从该轭部朝所述槽口的方向伸出的三根极臂，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106经过内嵌钢丝401，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，所述E型磁芯的横截面所在平面截得的扶手带4断面为扶手带4的横截面；优选地，所述E型磁芯上设置有安装凸台，以便于将所述E型磁芯安装在夹持支架104上。

参照图2、图3，这三个电磁模块依次布置在一矩形的三条边上，分别对应三个检测区域，检测范围全覆盖扶手带4的整个断面，三个电磁模块分别为第一电磁模块101、第二电磁模块102和第三电磁模块103，它们通过固定扣锁105安装在夹持支架104的卡槽中。夹持支架104为一U形架，以便于这三个电磁模块的安装；矩形的其中两条相对边上的电磁模块((第二电磁模块102和第三电磁模块103)左右对称设置在扶手带4的两侧，以各自检测对应侧的扶手带4的弧形部分内的内嵌钢丝401，另一条边上的电磁模块(第一电磁模块101)用于检测扶手带4的平面部分内的内嵌钢丝401；

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，对内嵌钢丝401的缺陷进行检测；通过磁通量检测，用于分析扶手带4的内嵌钢丝401的受力，通过同电磁模块检测的磁通量数据对比，以及不同电磁模块检测的磁通量数据对比，来分析判断扶手带4的检测点处的状态。

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的一端安装在所述夹持支架104上而另一端安装所述滚轮203，所述滚轮203压紧在扶手带4上，以随着扶手带4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的转动实现对所述扶手带的定位。

进一步，所述运动定位装置2还包括拉簧201，所述拉簧201的一端安装在所述夹持支架104上而另一端安装在所述支杆202上，以使滚轮203始终压紧在扶手带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。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，定位扶手带4的检测点沿扶手带4移动方向的位置，实现缺陷沿扶手带4移动方向的定位。其中，扶手带4的检测点指扶手带4上被夹持式电磁监测装置1所检测的位置，更具体地，是扶手带内嵌钢丝401上被夹持式电磁监测装置1所检测的位置。

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连接，所述远程监测终端对所述夹持式电磁监测装置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，得到内嵌钢丝401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的内嵌钢丝401的状态，并定位缺陷在断面中所处的检测区域，从而获得缺陷在扶手带4断面上的位置信息，远程监测终端还可根据运动定位装置2的反馈获得缺陷在内嵌钢丝401移动方向上的位置信息。

夹持式电磁监测装置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扶手带内嵌钢丝401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，夹持式电磁监测装置1还包括设置在夹持支架104上的安装支架6，所述安装支架6安装在自动扶梯的桁架机房5的桁架上，所述夹持式电磁监测装置1设置在扶手带4的边缘。

进一步，所述夹持式电磁监测装置1设置有多个，并且它们沿着扶手带4的移动方向布置。它们分别单独分别进行监测，然后相互结合进行比较，从而提高监测的准确度。

所述夹持式电磁监测装置1的夹持支架104上设置有荧光标记装置107，当检测到扶手带4钢丝有缺陷时，荧光标记装置107可以实时向扶手带4上喷射荧光剂，提醒维修人员故障位置。

按照本发明的另一个方面，还提供了可实时标记的自动扶梯扶手带内嵌钢丝监测系统的监测方法，包括以下步骤：

(1)夹持式电磁监测装置1的三个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随着扶手带4的运动采集扶手带4的检测点沿扶手带4移动方向的位置信息；

(2)采集得到磁通量及扶手带4的检测点沿扶手带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扶手带4的所有磁通量及扶手带4的检测点沿扶手带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)远程监测终端对夹持式电磁监测装置1采集的磁通量按照不同电磁模块的检测区域进行分组，并得到扶手带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主驱动轮4的同一部位的三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内嵌钢丝401移动方向的位置信息合并保存，正常的断面点云图与其沿内嵌钢丝401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，来分析判断扶手带4的检测点的状态，具体如下：

远程监测终端通过对比，如果同电磁模块的两个感应线圈采集到的磁通量不一致，则判定扶手带4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，来判断扶手带4的该检测点缺陷的严重程度；

(7)远程监测终端生成扶手带4的检测点的分析结果并附加有问题的扶手带内嵌钢丝401部位所在检测区域信息和沿扶手带4移动方向的位置信息，定位缺陷在扶手带4断面上的位置及沿扶手带4移动方向的位置。

(8)所述远程监测终端对分析得出的内嵌钢丝401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。

(9)远程监测终端控制夹持支架104上的荧光标记装置107向扶手带4的缺陷所在部位喷射荧光剂，以提醒维修人员缺陷所在位置。

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。