[发明专利]基于电梯乘运质量测试仪的扶手梯同步检测的方法

权利要求书

1.一种基于电梯乘运质量测试仪的扶手梯同步检测的方法，包括具备三轴加速传感器的电梯乘运质量测试仪以及与该电梯乘运质量测试仪通讯的第一加速度传感器单元和第二加速度传感器单元；其特征在于按照以下步骤实现：

步骤S01：在手扶梯停止状态，将第一加速度传感器固定在左侧手扶带上，将第二加速度传感器固定在右侧手扶带上；

步骤S02：将所述电梯乘运质量测试仪放在所述手扶梯的阶梯上，使其与所述第一加速传感器和第二加速传感器保持在同一垂直面上；

步骤S03：启动手扶梯，所述电梯乘运质量测试仪获取所处阶梯的移动速度以及第一加速度传感器和第二加速度传感器的速度；

步骤S04：所述阶梯到达顶端后，停止所述手扶梯，所述电梯乘运质量测试仪将分析结果进行显示；

所述步骤S03前还包括设定测试时间节点，即在手扶梯运行过程中，每隔时间T计算一次当前速度；

利用加速度在时间T内的速度计算公式：v＝∫adt获得速度值；

所述电梯乘运质量测试仪对采集计算的数据通过图形坐标进行显示，其图形坐标以时间为X轴，以速度为Y轴；

所述第一加速度传感器单元和第二加速度传感器单元均包括一桶状外壳，所述桶状外壳上具有一收纳槽，所述收纳槽内设置有一旋转柱，所述旋转柱上对称设置有弹性拉伸固定绳，所述弹性拉伸固定绳的末端设置有一用于勾住自动扶梯扶手带的钩子；所述旋转柱上设置有旋转手柄；所述桶状外壳内设置有一充电电池和由该充电电池供电的电路板；所述电路板上设置有MCU，所述MCU连接有三轴加速传感器以及蓝牙通讯模块；所述的电路板上还设置有充放电电路，所述桶状外壳上还设置有充电接口，所述充电接口与所述充放电电路连接；

所述电梯乘运质量测试仪获取所述第一加速度传感器单元和第二加速度传感器单元的加速度数据后，形成加速度变化曲线图，以利于用户判断扶手带的运行振动状态；

所述电梯乘运质量测试仪经无线网络与特种设备检验监察一体化平台通讯，以实现数据集中存储、处理；

所述的电梯乘运质量测试仪，包括矩形铝合金机壳，所述矩形铝合金机壳包括机盒和机盖，所述机盒上开口设置有嵌入触摸显示屏的凹槽；所述机盒内设置有电路板、三轴加速度传感器以及为所述电路板供电的充电电池；所述电路板上设置有电梯振动数据采集电路、后端数据处理系统、接口电路以及无线通讯电路；所述的机盒侧面设置有一提手；所述电梯振动数据采集电路与后端数据处理系统连接，所述电梯振动数据采集电路包括电源隔离模块、电源电路转换模块、三轴加速度传感器、模拟和数字信号隔离模块、以及模数转换模块，所述电源隔离模块将外部电源进行隔离，且电源隔离模块与所述电源电路转换模块连接，所述电源电路转换模块将12V电源转换为三轴加速度传感器所需的电源电压和模数转换模块所需的电源电压，所述三轴加速度传感器将采集的模拟信号数据通过所述模数转换模块转换为数字信号数据，所述模拟和数字信号隔离模块分别与所述模数转换模块和后端数据处理系统连接，所述模拟和数字信号隔离模块防止后端数据处理系统的噪声通过传导方式传输到电梯振动数据采集电路上，降低了电梯振动数据采集电路的噪声干扰；整个电路分为左侧和右侧两个部分；即左侧为电梯振动数据采集电路，右侧为后端数据处理系统；左侧和右侧两个部分，外部电源通过电源隔离模块实现隔离；而左侧和右侧两个部分的通信信号通过模拟和数字信号隔离模块中的ADUM3151A芯片以及ACPL-M61芯片实现隔离；

所述三轴加速度传感器包括底板和盖于底板上的壳体，所述底板的x轴方向上固定设置有一第一电路板，所述底板的y轴方向上固定设置有一第二电路板，所述底板的z轴方向上固定设置有一第三电路板，所述第一电路板、第二电路板、第三电路板形成两两互相垂直结构，所述第一电路板、第二电路板以及第三电路板上均安装加速度传感器模块和用于调整传感器数据精度的调理电路，所述调理电路与所述加速度传感器模块连接，所述第一电路板上的加速度传感器模块、第二电路板上的加速度传感器模块、第三电路板上的加速度传感器模块形成能测量x轴、y轴、z轴三个方向的加速度信号；从而制作一个高精度的加速度传感器固定盒；

其中，以所述底板的中心点作为0点形成一坐标系，从而底板形成x轴、y轴、z轴方向；该后端数据处理系统采用嵌入式AM3358处理器，嵌入式系统处理器是检测仪的核心元件，需要实现Linux操作系统的运行环境，运行测试仪应用程序，完成与信号采集模块的数据通信，信号数据处理与分析，数据存储与管理，支持TCP/IP数据通信协议等功能；该处理器低功耗、外设接口丰富，并集成ARMCortex-A8内核的AM3358处理器为开发板，其长度86.36inm，宽度54.61mm，工作电流为0.35A；

所述机盒侧面设置有一抽屉，所述抽屉内开设有两个凹槽，所述凹槽内放置有第一加速度传感器单元和第二加速度传感器单元，两个加速度传感器单元包括一桶状外壳，所述桶状外壳上具有一收纳槽，所述收纳槽内设置有一旋转柱，所述旋转柱上对称设置有弹性拉伸固定绳，所述弹性拉伸固定绳的末端设置有一用于勾住自动扶梯扶手带的钩子；所述旋转柱上设置有旋转手柄；所述桶状外壳内设置有一充电电池和由该充电电池供电的电路板；所述电路板上设置有MCU，所述MCU连接有振动传感器以及蓝牙通讯模块；本实施例中，该MCU通过蓝牙通讯模块与测试仪进行数据交互；所述的电路板上还设置有充放电电路，所述充放电电路的供电端与设置在所述桶状外壳侧壁上的正负电极连接；所述桶状外壳上还设置有一开关按钮；所述桶状外壳具有一限位凸部，与所述凹槽侧壁上的限位槽道对应；所述凹槽内设置有正负电极柱，该正负电极柱与所述正负电极对应；所述抽屉侧壁上设置有卡件，用于抽屉抽拉卡合；所述的机盒底部与所述抽屉对应位置设置有与所述卡件相配合的卡合部，所述卡件的截面由圆形和矩形构成，所述卡合部为一弧形凹槽；所述机盒上位于抽屉的底部位置设置有与所述充电电池连接的充电柱，用于在抽屉闭合时，电性连接为所述振动识别装置提供电源；本实施例中，通过振动识别装置还能测试扶梯扶手的振动数据，在使用时，只要将振动识别装置分别通过弹性拉伸固定绳上的钩子勾住自动扶手带两侧，在运行的过程中，振动识别装置会将检测的数据头弄过蓝牙传送给测试仪，在没测的状态下，用户旋转所述旋转柱，将弹性拉伸固定绳收纳入收纳槽内，并将振动识别装置放在凹槽上，抽屉闭合，测试仪就会自动为振动识别装置充电；

所述电源隔离模块包括电源模块URB2412YMD-10WR3、电容C87、电容C88，电解电容CD17、电容C86、电容C85、以及电解电容CD16，所述电容C87、电容C88、电解电容CD17并联，所述电解电容CD17的一端与内部电源连接，电解电容CD17的另一端与模拟信号地线GND连接，所述电容C87一端与电源模块URB2412YMD-10WR3的VOUT引脚连接，所述电容C87另一端与电源模块URB2412YMD-10WR3的VGND引脚连接，所述电容C86、电容C85、电解电容CD16并联，所述电解电容CD16的一端与外部电源连接，电解电容CD16的另一端与数字信号地线DGND连接，所述电容C85一端与电源模块URB2412YMD-10WR3的VIN引脚连接，所述电容C85另一端与电源模块URB2412YMD-10WR3的EARTH引脚连接；

所述电源电路转换模块包括12V电源转9V电源电路、9V电源转3.3V电源电路、9V电源转2.5V电源电路以及9V电源转5V电源电路，所述12V电源转9V电源电路与所述电源隔离模块连接，所述9V电源转3.3V电源电路、9V电源转2.5V电源电路、9V电源转5V电源电路一端均与所述12V电源转9V电源电路连接，所述9V电源转3.3V电源电路、9V电源转2.5V电源电路、9V电源转5V电源电路另一端均与所述模数转换模块连接，所述三轴加速度传感器与所述9V电源转3.3V电源电路连接；

所述12V电源转9V电源电路包括LM317DCY芯片、电容C8、贴片电感B2、电解电容CD3、电容C9、电阻R14、电容C12、电阻R11、二极管D3、电阻R9、电解电容CD2、电容C6、电容C7、以及电阻R953；所述电解电容CD3、电容C9并联后一端与所述电容C8、贴片电感B2串联，另一端与LM317DCY芯片的VIN引脚连接；所述电容C8与所述电源隔离模块的内部电源连接，所述电阻R14与电容C12并联后一端与LM317DCY芯片的ADJ引脚连接，另一端与模拟信号地线GND连接；所述电阻R11、二极管D3并联后一端与LM317DCY芯片的OUT引脚连接，另一端与电容C12连接；所述电解电容CD2、电容C6、电容C7、以及电阻R953并联后一端与电阻R9一端连接，另一端与模拟信号地线GND连接；所述电阻R9另一端与所述二极管D3连接；该12V电源转9V电源电路为三轴加速度传感器提供电源，也为9V电源转3.3V电源电路、9V电源转2.5V电源电路、9V电源转5V电源电路提供电源；

所述9V电源转3.3V电源电路包括：AZ1117H-3.3TRG1芯片、电容C17、电容C18、电容C19、电容C20、电阻R51，所述电容C17、电容C18并联后一端与所述12V电源转9V电源电路的电容C7连接，另一端与所述AZ1117H-3.3TRG1芯片的IN引脚连接，所述AZ1117H-3.3TRG1芯片的VOUT引脚和OUT引脚并联，所述电容C19、电容C20、电阻R51并联后一端与AZ1117H-3.3TRG1芯片的VOUT引脚连接，另一端与模拟信号地线GND连接；

所述9V电源转2.5V电源电路包括：AZ1117EHADJ芯片、电容C26、电容C27、电阻R19、电阻R20、电容C22、电容C23、电阻R50，所述电容C26、电容C27并联后一端与所述12V电源转9V电源电路的电容C7连接，另一端与AZ1117EHADJ芯片的VIN引脚连接；所述电阻R19、电阻R20串联，所述电阻R20一端与所述AZ1117EHADJ芯片的ADJ引脚连接，另一端与所述AZ1117EHADJ芯片的OUT引脚连接；所述电容C22、电容C23、电阻R50并联后一端与所述AZ1117EHADJ芯片的OUT引脚连接，另一端与模拟信号地线GND连接；

所述9V电源转5V电源电路包括：ADR4533ARZ芯片、电容C50、贴片电感B9、电解电容CD13、电容C51、电阻R34、电解电容CD14、电容C52、电容C53，所述电解电容CD13、电容C51并联后一端与所述电容C50、贴片电感B9串联，另一端与ADR4533ARZ芯片的Vin引脚连接；所述电解电容CD14、电容C52、电容C53并联后一端与电阻R34连接，另一端与模拟信号地线GND连接，所述电阻R34与所述ADR4533ARZ芯片的VOUT引脚连接；

由于AD7766芯片需要用到3路电源，设置了9V电源转3.3V电源电路、9V电源转2.5V电源电路、9V电源转5V电源电路，该些电源电路分别为3.3V，2.5V,以及5V的参考电压；用AZ1117-3.3TRG1实现9V转换到3.3V；用AZ1117EHADJ实现9V到2.5v的电源转换；用ADR4533ARZ芯片的超低噪声，其中，9V电源转3.3V电源电路也为三轴加速度传感器中的传感器供电，9V电源转5V电源电路为三轴加速度传感器中的调理电路供电；

所述加速度传感器模块包括J39插座和传感器，所述传感器与所述J39插座连接，所述传感器包括E6308芯片、电容C3、电容C4、电容C10、电阻R6、电阻R7，所述电容C4与电容C10串联后与所述电容C3并联，所述电容C3与所述AZ1117H-3.3TRG1芯片的电容C20连接，所述J39插座的第5引脚与所述E6308芯片的ST引脚连接，所述电容C4一端与所述E6308芯片的VDD引脚连接，另一端与所述E6308芯片的VMID引脚连接；所述电阻R6与所述E6308芯片的OUTN引脚连接、所述电阻R7与所述E6308芯片的OUTP引脚连接；

所述用于调整传感器数据精度的调理电路包括ADA4528-2TCPZ芯片、电容C11，所述电容C11一端与ADA4528-2TCPZ芯片的V+引脚连接，另一端与所述9V电源转5V电源电路的电容C53连接，所述ADA4528-2TCPZ芯片的OUTA引脚和-INA引脚并联，所述ADA4528-2TCPZ芯片的+INA引脚经过所述电阻R7与所述E6308芯片的OUTP引脚连接，所述ADA4528-2TCPZ芯片的+INB引脚经过所述电阻R76与所述E6308芯片的OUTN引脚连接；其中，E6308芯片第4引脚和第5引脚为加速度传感器的模拟电压差分输出信号的正端和负端；该差分信号连接到超低噪声、零点漂移单通道高精度运算放大器芯片作为该差分电压输出的调理芯片方案ADA4528-2TCPZ；该ADA4528-2TCPZ芯片的第1引脚和第7引脚为经过运放调理后的差分输出的正负极；

所述模数转换模块包括AD7766芯片、电阻R41、电阻R45、电容C71、电容C80、电容C57、电容C72、电容C73，所述J39插座的第1引脚与所述12V电源转9V电源电路的电容C7连接，所述J39插座的第2引脚经过所述电阻R41与所述AD7766芯片的VIN+引脚连接，所述J39插座的第3引脚经过所述电阻R45与所述AD7766芯片的VIN-引脚连接，所述J39插座的第4引脚与模拟信号地线GND连接，所述AD7766芯片的VRef+引脚分别与电容C71和所述9V电源转5V电源电路的电容C53连接，所述电容C80和电容C57并联后一端与所述AD7766芯片的AVdd引脚连接，另一端与模拟信号地线GND连接；所述AD7766芯片的AVdd引脚与所述9V电源转2.5V电源电路的电容C23连接，所述AD7766芯片的DVdd引脚分别与所述9V电源转2.5V电源电路的电容C23和电容C72连接，所述AD7766芯片的Vdrive引脚分别与所述9V电源转3.3V电源电路的电容C20和电容C73连接；

其中，J39插座为连接到三轴加速度传感器的模拟信号差分输出的插座；该三轴加速度传感器采用9V电源供电；然后三轴加速度传感器数据通过模拟差分信号传输出来；将传感器模拟差分信号连接到24bit ADC转换芯片AD7766；从而实现将模拟差分信号转换为SPI接口的数字信号的目的；J39插座的第5个管脚ST3.3V为预留的加速度传感器自检信号，直接连接到加速度传感器相应的自检功能管脚；

所述模拟和数字信号隔离模块包括ADUM3151A芯片、ACPL_M61芯片、电容C89、电阻R70、电阻R71、电阻R72、电阻R73、电阻R79、电容C95、电阻R48、电阻R74、电阻R77、电阻R78以及电容C96，所述ACPL_M61芯片的VDD引脚与所述ADUM3151A芯片的VDD1引脚连接，所述电阻R74与所述ACPL_M61芯片的Anode引脚连接，所述电阻R77与所述ACPL_M61芯片的Cathode引脚连接，所述电阻R78与所述ACPL_M61芯片的VO引脚连接，所述ADUM3151A芯片的VDD2引脚与所述AD7766芯片的Vdrive引脚连接，所述电容C89与所述ADUM3151A芯片的VDD2引脚连接，所述电阻R70与所述ADUM3151A芯片的SCLK引脚连接，所述电阻R71与所述ADUM3151A芯片的SO引脚连接，所述电阻R72与所述ADUM3151A芯片的nSSS引脚连接，所述电阻R73与所述ADUM3151A芯片的VOA引脚连接，所述电阻R79与所述ADUM3151A芯片的VOB引脚连接，所述电容C95与所述ADUM3151A芯片的VDD1引脚连接，所述电阻R48与所述ADUM3151A芯片的VIB引脚连接；

所述底板右侧垂直设置有两个第一固定板，且两个第一固定板并排设置，所述底板的下侧垂直设置有两个第二固定板，且两个第二固定板并排设置，所述第一电路板固定于两个第二固定板上，所述第二电路板固定于两个第一固定板上，所述第三电路板固定于底板的表面，且第三电路板与第一电路板、第二电路板均相互垂直；所述壳体上开设有一线路孔，所述第一电路板、第二电路板、第三电路板上的线路拧成一团后从所述线路孔穿出；

对三轴加速度传感器获取的加速度数据进行滤波处理，该滤波处理具体为：该滤波处理具体为：通过2000hz采样率，先对获取的加速度原始数据进行50hz陷波滤波算法：

y₅₀(k)＝-A(1,2)*y₅₀(k-1)-A(1,3)*y₅₀(k-2)+B(1,1)*x(k)+B(1,2)*x(k-1)+B(1,3)*x(k-2)，其中x(k)为k时刻的加速度采样原始值，y₅₀(k)为50hz陷波滤波后的加速度数据；

A(i,j)表示矩阵A第i行j列数据；B(i,j)表示矩阵B第i行j列数据；ω₀为陷波器陷波频率，取50hz，ω_f为信号采样频率，α为陷波器系数，取0.9；即A(1,3)＝α²；B(1,1)＝1；B(1,3)＝1；

再对50hz陷波滤波算法后的加速度数据进行100hz陷波滤波算法：

y₁₀₀(k)＝-C(1,2)*y₁₀₀(k-1)-C(1,3)*y₁₀₀(k-2)+D(1,1)*y₅₀(k)+D(1,2)*y₅₀(k-1)+D(1,3)*y₅₀(k-2)其中y₁₀₀(k)为100hz陷波滤波后的加速度数据；

C(i,j)表示矩阵C第i行j列数据；D(i,j)表示矩阵D第i行j列数据；ω₁为陷波器陷波频率，取100hz，ω_f为信号采样频率，α为陷波器系数，取0.9；

最后，100hz陷波滤波后加速度数据再通过截止频率为120hz的二阶切比雪夫低通滤波，并将该二阶切比雪夫低通滤波的加速度数据用于一次时间积分得到三轴速度数据，该二阶切比雪夫低通滤波的加速度数据用于二次时间积分得电梯的位置信息。