專利名稱：一種精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種精確測(cè)量電梯可乘坐余量的 方法。
背景技術(shù)：
經(jīng)歷了百余年歷史的電梯是早己被人們熟悉的重要樓宇設(shè)備，電梯技術(shù)的 飛速發(fā)展，使電梯從最原始的載重電梯到現(xiàn)今精美的載客電梯，當(dāng)今時(shí)代隨著 城市的擴(kuò)張，高層建筑的日益增多和建筑設(shè)計(jì)的檔次提高，無處不在的電梯是 人們生活中必不可少的工具。同時(shí)也使得人們對(duì)電梯的要求越來越高。
在我屆，近年來具有先進(jìn)控制技術(shù)的電梯日趨普及，尤其在許多新建的智 能建筑中更是選用了各種高檔電梯。但這些高檔電梯現(xiàn)階段均只提供了如電梯 上下行，所在樓層等基本信息。而且只是高檔在快速、舒適，安全及裝潢考究 等基礎(chǔ)方面。對(duì)于電梯內(nèi)部人數(shù)及可再乘坐人數(shù)的探測(cè)方面，現(xiàn)今各電梯廠商 均沒有提出合理、可靠的解決方案。
對(duì)于趕時(shí)間的電梯乘客來說，確知正在等待的電梯的可乘坐余量是至關(guān) 重要的。首先，如果在電梯乘滿并未到達(dá)等待樓層的情況下，趕時(shí)間乘客可選 擇前往同一樓層的其他電梯，或者走樓梯以節(jié)約時(shí)間。
其次，乘客可根據(jù)可乘坐余量來大體判斷電梯到達(dá)時(shí)的乘坐狀態(tài)信息，可 以作為進(jìn)一步選擇的參考條件。
目前，尚無如何具體解決電梯可乘坐余量的方法。而且，現(xiàn)有的電梯超重報(bào)警機(jī)制都沒有充分考慮乘客對(duì)具體人數(shù)的確知需求，而電梯可乘坐余量 的精確探測(cè)方法，將提高電梯產(chǎn)品的服務(wù)質(zhì)量，并使得電梯總體效率大大提 高，最終為顧客提供一個(gè)價(jià)廉、安全、舒適的乘梯服務(wù)。它將成為電梯信息 系統(tǒng)的重要技術(shù)特征。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法，該方法區(qū)別于傳統(tǒng)的 電梯超重報(bào)警的模式，較好地解決了乘客對(duì)于電梯乘坐信息的確知性問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法，其特征是所 述方法包括下列步驟
步驟l:在電梯轎廂與電梯牽引繩之間，或者在兩根電梯牽引繩之間安裝 剛性材料；
步驟2:在剛性材料表面貼上電阻式應(yīng)變片；
步驟3:選擇與電阻式應(yīng)變片標(biāo)準(zhǔn)電阻值一致的三個(gè)電阻，與電阻式應(yīng)變
片搭成惠更斯電橋電路；
步驟4:用導(dǎo)線將惠更斯電橋與帶有A/D轉(zhuǎn)換芯片的微處理器MCU相連；
步驟5:在電梯門上安裝傳感器，檢測(cè)電梯是否達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；
步驟6:當(dāng)傳感器檢測(cè)到電梯達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)刻，由于剛性材料受力產(chǎn)
生形變，從而使電阻式應(yīng)變片的電阻值發(fā)生變化，所以在惠更斯電橋產(chǎn)生電壓
差，將此電壓差通過A/D轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，利用微處理 器MCU主動(dòng)讀取此數(shù)字量，并計(jì)算出可乘坐余量。
所述步驟1中，剛性材料采用楊氏模量為2xl05MPa的剛性材料，楊氏模量
滿足線彈性材料公式"=&，式中a為正應(yīng)力，f為正應(yīng)變，E為彈性模量即楊 氏模量。
所述步驟l中，剛性材料的應(yīng)力范圍大于等于電梯承重及自身重量之和的1.5倍。
所述步驟l中，剛性材料表面的光滑系數(shù)小于等于40戸。
所述步驟2中，電阻式應(yīng)變片的標(biāo)準(zhǔn)電阻值是指電阻式應(yīng)變片不受力時(shí)的
電阻值。
所述步驟2中，電阻式應(yīng)變片采用標(biāo)準(zhǔn)電阻值為120Q、350Q、650Q、1000Q 或者3000Q的應(yīng)變片；并且其材料應(yīng)變系數(shù)應(yīng)當(dāng)在1.7-3.6范圍內(nèi)，電阻式應(yīng) 變片在受力情況下，其電阻值發(fā)生的變化最大不超過標(biāo)準(zhǔn)電阻值的2%。
所述步驟2中，電阻式應(yīng)變片的厚度小于1毫米，用強(qiáng)力膠水將其貼牢在 剛性材料表面，其膠水厚度小于0.2毫米。
所述步驟2中，電阻式應(yīng)變片沿著剛性材料的受力方向縱向或者橫向布置。
所述步驟2中，電阻式應(yīng)變片的接口端，有兩個(gè)導(dǎo)線引出接口，導(dǎo)線連入 惠更斯電橋中。
所述步驟4中，A/D轉(zhuǎn)換器采用8位或者8位以上的A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn) 換速度在毫秒級(jí)別。
所述步驟5中，電梯門上安裝的傳感器采用光電傳感器，在電梯的一個(gè)邊 門上方放置2個(gè)光電傳感器，組成光電傳感器組。
所述步驟5中，電梯的穩(wěn)定狀態(tài)是指當(dāng)光電傳感器組輸出一高一低電平時(shí) 的狀態(tài)。
所述步驟6中，微處理器MCU正常工作的環(huán)境溫度范圍大于電梯正常工 作的環(huán)境溫度范圍。
所述步驟6中，剛性材料受力產(chǎn)生形變，使電阻式應(yīng)變片的電阻值發(fā)生變 化的公式為<formula>complex formula see original document page 7</formula>
其中M為電阻式應(yīng)變片的電阻值的變化量，i 為電阻式應(yīng)變片的標(biāo)準(zhǔn)電阻值， K。為電阻式應(yīng)變片的材料應(yīng)變系數(shù)，s為電阻式應(yīng)變片的應(yīng)變值；s與剛性材
料的楊式模量、剛性材料的受力面積和剛性材料的受力大小的關(guān)系公式為
<formula>complex formula see original document page 8</formula>
其中F為剛性材料受到的力，￡為剛性材料的楊式模量，X為剛性材料的受力 面積。
本發(fā)明的效果是，提出一種不同于傳統(tǒng)的精確探測(cè)電梯可乘坐余量的方 法，利用貼在剛性材料上的電阻式應(yīng)變片，通過惠更斯電橋電路，將電梯承重 變化引起的剛性材料產(chǎn)生的形變變化，轉(zhuǎn)換成電壓的變化，從而實(shí)現(xiàn)電梯的可 乘坐余量的精確測(cè)量。


圖1是本發(fā)明精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法的一種安裝方式示意圖。
圖2是本發(fā)明精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法的另一種安裝方式示意圖。
圖3是本發(fā)明精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法的工作流程圖。
圖4是本發(fā)明電阻式應(yīng)變片組成的惠更斯電橋電路示意圖。
圖5是本發(fā)明精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法的電阻式應(yīng)變片結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例 對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。
圖l是本發(fā)明的一種安裝方式示意圖。圖1中，貼有電阻式應(yīng)變片的剛 性材料101， 一端焊接在電梯轎廂103的頂部， 一端接電梯牽引繩102;帶有 A/D轉(zhuǎn)換芯片的微處理器MCU104，與電阻式應(yīng)變片搭成的惠更斯電橋相連。
圖2是本發(fā)明的另一種安裝方式示意圖。圖2中，貼有電阻式應(yīng)變片的剛性材料101， 一端與一根電梯牽引繩102的一端相連，這根電梯牽引繩102 的另一端與電梯轎廂103相連；貼有電阻式應(yīng)變片的剛性材料101的另一端 與另一根電梯牽引繩102相連；帶有A/D轉(zhuǎn)換芯片的微處理器MCU 104， 與電阻式應(yīng)變片搭成的惠更斯電橋相連。
圖3是本發(fā)明精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法的工作流程圖。電阻式應(yīng)變 片作為受力探測(cè)器長(zhǎng)期處于監(jiān)測(cè)狀態(tài)，實(shí)時(shí)感測(cè)電梯受力情況。2個(gè)光電傳感 器組成的光電傳感器組作為判斷電梯穩(wěn)定時(shí)刻的感知工具，探測(cè)電梯是否處于 穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)2個(gè)傳感器均輸出高電平或者低電平時(shí)，則說明電梯處于開門狀 態(tài)(即上下乘客狀態(tài))或者關(guān)門狀態(tài)(即電梯處于上下行狀態(tài))；當(dāng)傳感器輸 出一高一低電平時(shí)，說明電梯門正在關(guān)閉之中(即乘客已經(jīng)完成上下電梯的動(dòng) 作)，此時(shí)電梯是處于一個(gè)相對(duì)靜止的穩(wěn)定狀態(tài)，是所有狀態(tài)中最易于采集準(zhǔn) 確數(shù)據(jù)的時(shí)刻。 一旦光電傳感器探測(cè)到電梯正處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，隨即啟動(dòng)數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換處理機(jī)制，A/D將探測(cè)的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。 一般8位的A/D轉(zhuǎn)換器即 可滿足要求。但是，因?yàn)殡娞萏幱诜€(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間很短，所以A/D轉(zhuǎn)換速度應(yīng) 在毫秒級(jí)別，這樣才能保證數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)性。之后，A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量讀入 微處理器MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而得到準(zhǔn)確的電梯可乘坐余量。
設(shè)定電梯自身重量和承載重量使剛性材料受到的力為F 。剛性材料的受力 面積設(shè)為^，根據(jù)公式
計(jì)算出應(yīng)變片的應(yīng)變值。
圖4中，若惠更斯電橋兩端電壓為f/， i l為電阻式應(yīng)變片，其標(biāo)準(zhǔn)電阻值 為i ;則i 2、 i 3、 i 4為采用電阻值與電阻式應(yīng)變片標(biāo)準(zhǔn)電阻值i 相同的電阻。 在電阻式應(yīng)變片因剛性材料發(fā)生形變時(shí)，產(chǎn)生的電阻變化根據(jù)公式
<formula>complex formula see original document page 9</formula>(2)計(jì)算得出。
進(jìn)一步還可以計(jì)算出，在圖4惠更斯電橋中，由于電阻式應(yīng)變片產(chǎn)生的變 化引起的電壓變化AC7，計(jì)算公式為
<formula>complex formula see original document page 10</formula>
因?yàn)殡娮枋綉?yīng)變片變化最大不超過其標(biāo)準(zhǔn)電阻值的2%，所以電阻式應(yīng)變片隨 剛性材料受力形變產(chǎn)生的電阻變化，比電阻式應(yīng)變片本身的標(biāo)準(zhǔn)電阻值小很 多，因此上面公式分母中的M可以忽略不計(jì)，則上面公式可以表示為<formula>complex formula see original document page 10</formula>
將公式(1)和公式(2)代入，可以得到
可見，在電阻式應(yīng)變片的變化不超過其標(biāo)準(zhǔn)電阻值的2%時(shí)，電阻式應(yīng)變 片隨剛性材料受力形變，產(chǎn)生的電阻變化導(dǎo)致的惠更斯電橋電路發(fā)生的電壓變 化，與剛性材料受力成線性關(guān)系。由此，惠更斯電橋電壓的變化可以準(zhǔn)確反應(yīng) 電梯的受力變化。
假設(shè)電梯自重2000KG，額定載重量是1500KG。首先選擇楊氏模量是 2xl()5Mi^的剛性材料，因鋼材的彈性模量(即楊氏模量)￡為206000N/平方 毫米，因此這里選用鋼材作為剛性材料。因?yàn)閼?yīng)變片拉伸的準(zhǔn)確性需要一個(gè)很 光滑的平面來保證，所以要求剛性材料(即鋼材)表面的光滑系數(shù)要小于等于
40戸。同時(shí)，選擇的剛性材料的受力面的截面積為IOO平方毫米，即選擇剛性
材料受力面的長(zhǎng)和寬分別為IO毫米即可。
選擇金屬材料是康銅的電阻式應(yīng)變片，此應(yīng)變片的標(biāo)準(zhǔn)電阻值/ 為350Q，
電阻變化范圍是350Q (1±1%)，其材料應(yīng)變系數(shù)K。為2.0，厚度小于l毫米。 將電阻式應(yīng)變片貼在剛性材料表面。為確保電阻式應(yīng)變片準(zhǔn)確的反應(yīng)剛性
材料的形變量，在粘貼時(shí)，應(yīng)當(dāng)將電阻式應(yīng)變片沿著剛性材料的受力方向縱向
或者橫向布置。其中，縱向布置是指當(dāng)圖5中，506表示的方向?yàn)槭芰?拉伸 力)的方向時(shí)，應(yīng)變片相對(duì)于受力方向的位置；橫向布置是指當(dāng)圖5中505表 示的方向?yàn)槭芰?拉伸力)的方向時(shí)，應(yīng)變片相對(duì)于受力方向的位置。這里用 膠水將作為電阻式應(yīng)變片的康銅貼在作為剛性材料的鋼材上，為保證測(cè)量精 度，膠水厚度應(yīng)小于0.2毫米。
圖5是電阻式應(yīng)變片結(jié)構(gòu)圖。圖5中，保護(hù)層501套在金屬電阻應(yīng)變絲502 外面，對(duì)其起絕緣與保護(hù)作用；引線503即導(dǎo)線，將連入惠更斯電橋中，所以 必須把引線頭固定好，防止其拉伸。如果不將其引線503固定好，引線503的 拉伸將會(huì)拉伸到電阻式應(yīng)變片，會(huì)對(duì)電阻式應(yīng)變片的電阻值產(chǎn)生影響。保護(hù)層 501、金屬電阻應(yīng)變絲502和引線503置于基體504上。
惠更斯電橋中其它三個(gè)電阻，應(yīng)該選擇與電阻式應(yīng)變片的標(biāo)準(zhǔn)電阻值i 一 致的電阻，可以選擇電阻值是350Q的固定電阻?；莞闺姌螂娐啡鐖D4所示， 在應(yīng)變片處于初始狀態(tài)時(shí)(應(yīng)變片未受力)，Af/ = 0。
如果電梯已承載IOOOKG重量，那剛性材料的正應(yīng)力F為電梯本身重量及 電梯承載重量的累加，為3000《Gx9.8iV/《G二2940(W。剛性材料的受力面積，為 剛性材料受力面的截面積，則^為100平方毫米，根據(jù)公式
計(jì)算出A[/為0.735wr 。
通過A/D轉(zhuǎn)換，微處理器MCU讀取到的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)也為0.735mK的數(shù)字量。 由上面公式進(jìn)一步可以計(jì)算出電梯滿載時(shí)(即電梯承載1500KG)時(shí)的At/為 0.8575wr。如果假設(shè)人體平均重量為70KG，則通過上面公式還可以計(jì)算出一 個(gè)乘客乘電梯產(chǎn)生的AC7 (惠更斯電橋電壓變化量)為0.01715mF。在微處理器
MCU中通過計(jì)算(0.8575mK-0.735wr)/0.01715wr = 7.1 ，得出還可乘坐的余量為7
人；這與(1500KG-1000KG) /70KG=7.1的計(jì)算結(jié)果一致。從而說明本發(fā)明確 實(shí)可以精確測(cè)量出電梯的可乘坐余量。
以上所述，僅為本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于 此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想 到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù) 范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法，其特征是所述方法包括下列步驟步驟1在電梯轎廂與電梯牽引繩之間，或者在兩根電梯牽引繩之間安裝剛性材料；步驟2在剛性材料表面貼上電阻式應(yīng)變片；步驟3選擇與電阻式應(yīng)變片標(biāo)準(zhǔn)電阻值一致的三個(gè)電阻，與電阻式應(yīng)變片搭成惠更斯電橋電路；步驟4用導(dǎo)線將惠更斯電橋與帶有A/D轉(zhuǎn)換芯片的微處理器MCU相連；步驟5在電梯門上安裝傳感器，檢測(cè)電梯是否達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；步驟6當(dāng)傳感器檢測(cè)到電梯達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)刻，由于剛性材料受力產(chǎn)生形變，從而使電阻式應(yīng)變片的電阻值發(fā)生變化，所以在惠更斯電橋產(chǎn)生電壓差，將此電壓差通過A/D轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，利用微處理器MCU主動(dòng)讀取此數(shù)字量，并計(jì)算出可乘坐余量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法，其特征是所述步 驟l中，剛性材料采用楊氏模量為2xl05M/^的剛性材料，楊氏模量滿足線彈性材 料公式^ = &，式中C7為正應(yīng)力，s為正應(yīng)變，五為彈性模量即楊氏模量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法，其特征是所述 步驟1中，剛性材料的應(yīng)力范圍大于等于電梯承重及自身重量之和的1.5倍。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法，其特征是所述步驟1中，剛性材料表面的光滑系數(shù)小于等于40，。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法，其特征是所述 步驟2中，電阻式應(yīng)變片的標(biāo)準(zhǔn)電阻值是指電阻式應(yīng)變片不受力時(shí)的電阻值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法，其特征是所述步驟2中，電阻式應(yīng)變片采用標(biāo)準(zhǔn)電阻值為120Q、350n、650n、1000Q或者3000Q 的應(yīng)變片；并且其材料應(yīng)變系數(shù)應(yīng)當(dāng)在1.7-3.6范圍內(nèi)，電阻式應(yīng)變片在受力情 況下，其電阻值發(fā)生的變化最大不超過標(biāo)準(zhǔn)電阻值的2%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法，其特征是所述 步驟2屮，電阻式應(yīng)變片的厚度小于1毫米，用強(qiáng)力膠水將其貼牢在剛性材料表 面，其膠水厚度小于0.2毫米。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法，其特征是所述 步驟2中，電阻式應(yīng)變片沿著剛性材料的受力方向縱向或者橫向布置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法，其特征是所述 步驟2中，電阻式應(yīng)變片的接口端，有兩個(gè)導(dǎo)線引出接口，導(dǎo)線連入惠更斯電橋 中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法，其特征是所述 步驟4中，A/D轉(zhuǎn)換器采用8位或者8位以上的A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換速度在毫 秒級(jí)別。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法，其特征是所述 步驟5中，電梯門上安裝的傳感器采用光電傳感器，在電梯的一個(gè)邊門上方放置 2個(gè)光電傳感器，組成光電傳感器組。
12. 根據(jù)權(quán)利耍求1所述的精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法，其特征是所述 步驟5中，電梯的穩(wěn)定狀態(tài)是指當(dāng)光電傳感器組輸出一高一低電平時(shí)的狀態(tài)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法，其特征是所述 步驟6中，微處理器MCU正常工作的環(huán)境溫度范圍大于電梯正常工作的環(huán)境溫 度范圍。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法，其特征是所述步驟6中，剛性材料受力產(chǎn)生形變，使電阻式應(yīng)變片的電阻值發(fā)生變化的公式為<formula>see original document page 4</formula>其中M為電阻式應(yīng)變片的電阻值的變化量，/ 為電阻式應(yīng)變片的標(biāo)準(zhǔn)電阻值，&為電阻式應(yīng)變片的材料應(yīng)變系數(shù)，s為電阻式應(yīng)變片的應(yīng)變值；s與剛性材料的 楊式模量、剛性材料的受力面積和剛性材料的受力大小的關(guān)系公式為<formula>see original document page 4</formula>其中F為剛性材料受到的力，Z 為剛性材料的楊式模量，A為剛性材料的受力面 積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種精確測(cè)量電梯可乘坐余量的方法，屬于傳感測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。其技術(shù)方案是，在電梯轎廂和電梯牽引繩之間，或者在兩根電梯牽引繩之間安裝楊氏模量適當(dāng)?shù)膭傂圆牧?，在剛性材料表面貼上電阻式應(yīng)變片，并將電阻式應(yīng)變片搭成惠更斯電橋電路。電梯承重引起剛性材料的形變，從而導(dǎo)致電阻式應(yīng)變片電阻的變化，這一變化在惠更斯電橋中，轉(zhuǎn)化成電壓的變化，利用微處理器MCU將電壓變化進(jìn)行讀取、處理和計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)電梯的可乘坐余量的精確測(cè)量。本發(fā)明區(qū)別于傳統(tǒng)的電梯超重報(bào)警的模式，較好地解決了乘客對(duì)于電梯乘坐信息的確知性問題。
文檔編號(hào)B66B5/00GK101343008SQ20081011891
公開日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月26日
發(fā)明者浩 黃 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)