电梯平衡系数检测设备
阅读说明：本技术 电梯平衡系数检测设备 (Elevator balance coefficient detection equipment ) 是由 刘涛 李远斌 茅威杰 何斌 沈华强 于 2021-07-23 设计创作，主要内容包括：本申请涉及电梯平衡系数检测设备,包括前置放大处理电路、信号转换电路、检测输出电路。前置放大处理电路通过不同功率单元通道对电压电流信号进行采样,并对采集到的信号进行放大滤波,保证系统排除其他电磁信号的干扰。信号转换电路,利用电容的充放电改变信号电平,对信号进行初步处理,通过降压电路转换电源电压,减小输入输出电压波纹,抑制自激振荡对电路产生的影响。检测输出电路,使信号经过降压电路及变流电路,得到易于检测的稳定输出信号。(The application relates to elevator balance coefficient detection equipment, which comprises a pre-amplification processing circuit, a signal conversion circuit and a detection output circuit. The pre-amplification processing circuit samples voltage and current signals through different power unit channels, amplifies and filters the collected signals, and ensures that the system eliminates interference of other electromagnetic signals. The signal conversion circuit changes the signal level by utilizing the charge and discharge of the capacitor, performs primary processing on the signal, converts the power supply voltage through the voltage reduction circuit, reduces the input and output voltage ripple, and inhibits the influence of self-oscillation on the circuit. And the detection output circuit enables the signal to pass through the voltage reduction circuit and the current transformation circuit to obtain a stable output signal which is easy to detect.)
技术领域
本申请涉及电梯检测以及电子电路领域，具体涉及电梯平衡系数检测设备。
背景技术
随着经济及科学技术的不断发展,高层建筑在城市之中不断涌现,电梯作为高层建筑的高效运输工具,已成为人们日常出行必不可少的一部分。伴随着电梯的广泛使用,电梯安全问题日益成为人们关注的重点。电梯平衡系数作为电梯安全运营的重要因素之一,影响着电梯的安全和稳定运营,但在使用过程中却时常由于装修公司对轿厢内部进行装潢或对重丢失等原因,而导致电梯平衡系数发生改变,因此需要定期对平衡系数进行检测。目前来说,国内外最新文献所展示的研究方法及检测设备其原理仍与2016年之前的方法及设备相同。随着科学技术的不断发展,可利用与平衡系数检测的传感器种类和数量不断增多,各种新型技术和传感器不断涌现,比如大量程力学传感器、高精度的激光传感器、信息融合技术等等。现行的电梯平衡系数检测方法耗时长、劳动力大,随着电梯数量的不断增加,使平衡系数检测越发难以成为定期的检测项目,因此带来的电梯年久失修以及轿厢多次装修等安全隐患问题日益严峻。目前为止,永磁同步电机己作为电梯曳引机的主流曳引设备,从2006年起,永磁同步电机在新装电梯曳引机所占比例就已超过50％。因此电梯平衡系数的研究，应朝着低成本、无荷载、高效率的方向进行,随着永磁同步电机在电梯中的运用越来越广泛,开发出节能、高效、便捷的电梯平衡系数检测设备,满足平衡系数测量智能化、高效化的发展趋势。本设计在查阅了国内外电梯平衡系数检测相关文献的基础上,结合现有检测设备,根据电梯平衡系数检测需求设计了一套由测量主机和用户终端组成,且适用于由永磁同步电机驱动的电梯平衡系数快捷检测设备。
如图1所示，为现有技术的放大电路，电路整体采用互补的场效应晶体管对作为放大核心，同时采用差分输入方式，大大提高了共模输入范围，同时还有效的抑制了噪声，但信号放大能力弱，检测精度差。
如图2所示，为现有技术的稳压电路，主要利用基准电压以及负反馈方式，减少电压纹波，稳定信号，但基准电压调节范围小，信号转换效率低。
发明内容
(一)技术问题
1.在现有技术中，电梯运行速度检测精度差。
2.在现有技术中，电梯平衡系数检测效率低。
(二)技术方案
针对上述技术问题，本申请提出电梯平衡系数检测设备，包括前置放大处理电路、信号转换电路、检测输出电路。
前置放大处理电路，对传感器采集到的电梯平衡信号进行预处理，前置放大处理电路由6个功率场效应晶体管Q4、Q5、Q6、Q10、Q11、Q9组成第一条功率测量通道对输入信号稳定放大处理，输入信号通过双向钳位二极管D2，保护输入信号，通过电容C2对输入信号进行滤波，经过功率放大后的信号通过电感L1和电容C1耦合输出给后级，稳定信号，并且防止后级信号突变干扰前级信号，由4个功率场效应晶体管Q1、Q8、Q12、Q15组成第二条功率测量通道，通过中间级放大处理，将平衡系数信号分类处理，由4个功率场效应晶体管Q2、Q3、Q13、Q14组成第三条功率测量通道，将信号钳位输出，保证输出稳定不失真，输入信号通过三个测量单元进行采样滤波，保证信号采集的准确性，流经三极管Q7的基极，以及电容C4，电阻R3，保证系统排除其他电磁信号的干扰。提高电梯检测系统检测信号的准确率。
信号转换电路，经过滤波放大的信号流入信号转换电路，为提高电路工作效率，在信号转换电路中用三极管电流镜对信号首先进行处理，然后通过三极管Q20和三极管Q1构成的两级放大电路，减小信号传输损耗，然后通过双级联三极管Q22提高信号的电流增益，增加电流放大能力，电阻R10增大输入阻抗，组成降压电路，减小自激振荡对系统检测产生的影响。用电阻R6，二极管D5，二极管D7以及三极管Q25组成稳压电路，保证信号流入时电路稳定性，最后通过NPN三极管Q19和PNP三极管Q25的互补输出特性，提高了电路瞬时响应的性能。
检测输出电路，信号流过可变电阻和放大器组成的变流电路，保证了电流信号输出的稳定性，信号通过可变电阻R7调节输入信号范围，经过电阻R7限流后进入放大器的同相输入端，放大器U1的反相输入端通过电阻R12和电容C9组成的RC网络，以及电阻R11构成的反馈网络，保证了电路安全且具有抑制噪声的能力，信号流过电容C7和电阻R9组成的滤波电路，保证了电梯检测系统信号输出的准确性及稳定性，通过电容C6耦合输出，二极管D6能够保证处理后的输出信号稳定有效。最终将电梯内检测到的平衡信号处理为有效的平衡系数，对电梯进行高效控制。
通过对电梯多通道信号的采样监测，经过前置放大处理电路、信号转换电路及检测输出电路的处理，达到了精准监测处理分析电梯平衡系数的目的，提高了平衡系数检测的准确性，缩短了检测平衡系数时间，使电梯平衡系数检测系统高效稳定的运行。
(三)有益效果
电梯平衡系数检测设备，采用测量电流及电压的方法检测有功功率,利用对电梯运行全程加速度进行积分的方法得到运行速度，能够准确测量电梯平衡系数。测量主机采用嵌入式系统设计,检测时间与传统检测方法相比,从原本所需的80分钟缩短至10分钟以内,大幅度的提高了平衡系数检测的工作效率。
附图说明
图1为现有技术的放大电路.
图2为现有技术的稳压电路。
图3为本申请的前置放大处理电路原理图。
图4为本申请的信号转换电路原理图。
图5为本申请的检测输出电路原理图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
如图3、图4、图5所示，为本申请提出电梯平衡系数检测设备，包括前置放大处理电路、信号转换电路、检测输出电路。
前置放大处理电路，对传感器采集到的电梯平衡信号进行预处理，前置放大处理电路由6个功率场效应晶体管Q4、Q5、Q6、Q10、Q11、Q9组成第一条功率测量通道对输入信号稳定放大处理，输入信号通过双向钳位二极管D2，保护输入信号，通过电容C2对输入信号进行滤波，经过功率放大后的信号通过电感L1和电容C1耦合输出给后级，稳定信号，并且防止后级信号突变干扰前级信号，由4个功率场效应晶体管Q1、Q8、Q12、Q15组成第二条功率测量通道，通过中间级放大处理，将平衡系数信号分类处理，由4个功率场效应晶体管Q2、Q3、Q13、Q14组成第三条功率测量通道，将信号钳位输出，保证输出稳定不失真，输入信号通过三个测量单元进行采样滤波，保证信号采集的准确性，流经三极管Q7的基极，以及电容C4，电阻R3，保证系统排除其他电磁信号的干扰。提高电梯检测系统检测信号的准确率。
具体而言，所述前置放大处理电路包括输入端口INa，输入端口INb,输出端口Va，双向钳位二极管D2，3个二极管分别为D1、D3、D4，4个电阻分别为R1、R3、R2、R4，4个电容分别为C1、C2、C3、C4，4个电感分别为L1、L2、L3、L4，14个功率场效应晶体管分别为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14、Q15，所述前置放大处理电路中双向钳位二极管D2的一端与输入端口Ina连接，另一端与输入端口INb连接，电感L2的一端与输入端口Ina连接，另一端分别与电容C2的一端、电感L3的一端连接，电感L3的另一端与功率场效应晶体管Q4的漏端连接，电容C2的另一端分别与二极管D3的正极、电阻R4的一端、电感L4的一端连接，电阻R4的另一端与输入端口INb连接，电感L4的另一端接地，二极管D3的负极分别与功率场效应晶体管Q4的栅极、功率场效应晶体管Q10的栅极、功率场效应晶体管Q5的栅极、功率场效应晶体管Q11的栅极连接，功率场效应晶体管Q4的源端与功率场效应晶体管Q10的漏端连接，功率场效应晶体管Q10的源端接地。
具体而言，所述前置放大处理电路包括输入端口INa，输入端口INb,输出端口Va，双向钳位二极管D2，3个二极管分别为D1、D3、D4，4个电阻分别为R1、R3、R2、R4，4个电容分别为C1、C2、C3、C4，4个电感分别为L1、L2、L3、L4，14个功率场效应晶体管分别为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14、Q15，所述前置放大处理电路中功率场效应晶体管Q4的漏端与高电平VCC连接，功率场效应晶体管Q5的漏端与高电平VCC连接，功率场效应晶体管Q5的源端与功率场效应晶体管Q11的漏端连接，功率场效应晶体管Q11的源端接地，电容C3的一端与功率场效应晶体管Q6的栅极连接，另一端与功率场效应晶体管Q9的栅极连接，功率场效应晶体管Q6的漏端与高电平VCC连接，功率场效应晶体管Q6的源端与功率场效应晶体管Q9的漏端连接，功率场效应晶体管Q9的源端接地，电感L1的一端与功率场效应晶体管Q9的漏端连接，另一端分别与功率场效应晶体管Q8的漏端、电容C1的一端连接，电容C1的另一端分别与电阻R2的一端、功率场效应晶体管Q8的源端连接，电阻R2的另一端接地。
具体而言，所述前置放大处理电路包括输入端口INa，输入端口INb,输出端口Va，双向钳位二极管D2，3个二极管分别为D1、D3、D4，4个电阻分别为R1、R3、R2、R4，4个电容分别为C1、C2、C3、C4，4个电感分别为L1、L2、L3、L4，14个功率场效应晶体管分别为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14、Q15，所述前置放大处理电路中功率场效应晶体管Q1的漏端与高电平VCC连接，功率场效应晶体管Q1的源端与功率场效应晶体管Q8的漏端连接，二极管D1的负极与高电平VCC连接，二极管D1的正极分别与功率场效应晶体管Q12的栅极、功率场效应晶体管Q15的栅极、功率场效应晶体管Q3的源端、三极管Q7的基极、功率场效应晶体管Q14的漏端连接，功率场效应晶体管Q12的漏端分别与二极管D4的负极、功率场效应晶体管Q13的漏端、功率场效应晶体管Q2的源端、电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与三极管Q7的发射极连接。
具体而言，所述前置放大处理电路包括输入端口INa，输入端口INb,输出端口Va，双向钳位二极管D2，3个二极管分别为D1、D3、D4，4个电阻分别为R1、R3、R2、R4，4个电容分别为C1、C2、C3、C4，4个电感分别为L1、L2、L3、L4，14个功率场效应晶体管分别为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14、Q15，所述前置放大处理电路中功率场效应晶体管Q12的源端与功率场效应晶体管Q15的漏端连接，功率场效应晶体管Q15的源端接地，二极管D4的正极接地，功率场效应晶体管Q2的漏端与高电平VCC连接，功率场效应晶体管Q13的源端接地，功率场效应晶体管Q3的漏端与高电平VCC连接，功率场效应晶体管Q14的源端接地，电容C4的一端与功率场效应晶体管Q3的漏端连接，另一端功率场效应晶体管Q14的源端连接，电阻R1的一端与高电平VCC连接，另一端与三极管Q7的集电极连接，输出端口Va与三极管Q7的发射极连接。
信号转换电路，经过滤波放大的信号流入信号转换电路，为提高电路工作效率，在信号转换电路中用三极管电流镜对信号首先进行处理，然后通过三极管Q20和三极管Q1构成的两级放大电路，减小信号传输损耗，然后通过双级联三极管Q22提高信号的电流增益，增加电流放大能力，电阻R10增大输入阻抗，组成降压电路，减小自激振荡对系统检测产生的影响。用电阻R6，二极管D5，二极管D7以及三极管Q25组成稳压电路，保证信号流入时电路稳定性，最后通过NPN三极管Q19和PNP三极管Q25的互补输出特性，提高了电路瞬时响应的性能。
具体而言，所述信号转换电路包括输入端口Va，输出端口Vb，级联三极管Q22，8个三极管分别为Q16、Q17、Q21、Q23、Q18、Q19、Q24、Q25，5个电阻分别为R5、R6、R10、R13、R14，2个二极管D5、D7，所述信号转换电路中输入端口Va分别与三极管Q23的基极、三极管Q21的基极连接，电阻R13的一端接地，另一端分别与三极管Q23的发射极、三极管Q21的发射极连接，三极管Q23的集电极分别与三极管Q16的基极、三极管Q17的基极连接，三极管Q16的发射极与高电平VCC连接，三极管Q17的发射极与高电平VCC连接，三极管Q21的集电极分别与三极管Q17的集电极、三极管Q20的基极连接，电阻R5的一端与高电平VCC连接，另一端分别与三极管Q20的发射极、三极管Q18的基极连接，三极管Q20的集电极接地，三极管Q18的发射极与高电平VCC连接，电阻R10的一端接地，另一端分别与三极管Q18的集电极、双级联三极管Q22的基极连接，双级联三极管Q22的集电极与高电平VCC连接。
具体而言，所述信号转换电路包括输入端口Va，输出端口Vb，级联三极管Q22，8个三极管分别为Q16、Q17、Q21、Q23、Q18、Q19、Q24、Q25，5个电阻分别为R5、R6、R10、R13、R14，2个二极管D5、D7，所述信号转换电路中电阻R14的一端接地，另一端分别与三极管Q25的基极、双级联三极管Q22的发射极连接，三极管Q25的集电极接地，三极管Q25的发射极分别与三极管Q24的基极、二极管D7的负极连接，三极管Q24的集电极接地，二极管D7的正极与二极管D5的负极连接，二极管D5的正极分别与三极管Q19的基极、电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与高电平VCC连接，三极管Q19的集电极与高电平VCC连接，三极管Q19的发射极与三极管Q24的发射极连接，输出端口Vb与三极管Q24的发射极连接。
检测输出电路，信号流过可变电阻和放大器组成的变流电路，保证了电流信号输出的稳定性，信号通过可变电阻R7调节输入信号范围，经过电阻R7限流后进入放大器的同相输入端，放大器U1的反相输入端通过电阻R12和电容C9组成的RC网络，以及电阻R11构成的反馈网络，保证了电路安全且具有抑制噪声的能力，信号流过电容C7和电阻R9组成的滤波电路，保证了电梯检测系统信号输出的准确性及稳定性，通过电容C6耦合输出，二极管D6能够保证处理后的输出信号稳定有效。最终将电梯内检测到的平衡信号处理为有效的平衡系数，对电梯进行高效控制。
具体而言，所述检测输出电路包括输入端口Vb，输出端口OUTPUT，放大器U1，二极管D6，电位器R8，4个电阻分别为R7、R9、R12、R11，5个电容分别为C5、C6、C7、C8、C9，所述检测输出电路中输入端口Vb与电位器R8电阻的一端连接，电位器R8电阻的另一端接地，电位器R8的滑片端与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与放大器U1的1号接口连接，放大器U1的2号接口分别与电阻R12的一端、电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端语法大全U1的4号接口连接，电阻R12的另一端与电容C9的一端连接，电容C9的另一端接地，放大器U1的3号接口分别与电容C8的一端、高电平VCC连接，电容C8的另一端接地，放大器U1的4号接口分别与电容C6的一端、电容C7的正极、电阻R9的一端连接，电容C6的另一端与输出端口OUTPUT连接，电容C7的负极接地，电阻R9的另一端接地，放大器U1的5号接口分别与高电平VCC、电容C5的一端连接，电容C5的另一端接地，二极管D6的负极与输出端口OUTPUT连接，正极接地。
通过对电梯多通道信号的采样监测，经过前置放大处理电路、信号转换电路及检测输出电路的处理，达到了精准监测处理分析电梯平衡系数的目的，提高了平衡系数检测的准确性，缩短了检测平衡系数时间，使电梯平衡系数检测系统高效稳定的运行。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
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