基于虚拟仪器的电梯振动评估系统研究

黄自鑫,薛 勇

（武汉纺织大学机械工程与自动化学院，湖北武汉，430200）

基于虚拟仪器的电梯振动评估系统研究

黄自鑫,薛 勇

（武汉纺织大学机械工程与自动化学院，湖北武汉，430200）

电梯在运行过程中产生的振动不仅影响其舒适度，而且影响电梯零件使用寿命，增加安全故障发生的概率。本文根据电梯的运行规律，借助虚拟仪器的信号处理能力，设计出一种电梯振动测试评估系统，旨在促进电梯行业质量的提升和发展。

虚拟仪器；电梯振动；评估系统

1 评估系统

电梯振动评估系统主要是根据电梯启动以及停止前后的振动加速度的变化进行的，而电梯振动出现的原因是电梯箱体加速度变化太快所致。因此，对于振动的评估可以转化为对加速度的测量，这一过程可通过加速度传感器来实现，即检测并采集被测电梯的各个方向加速度。由于虚拟仪器只能识别电信号，所以在传感器采集到加速度信号之后，还需要相关电路来将信号进行转化和过滤，即调理电路和A/D转换，实现将所采集的信号转换成计算机能识别的数字信号，最后将前面的输出作为输入送给PC机虚拟电梯振动系统进行评估，最终得出被测电梯的质量参数。其评估系统模块设计如下图1所示。

图1 评估系统模块图

2 振动计算方法和评价

影响电梯振动的因素众多，在对电梯进行具体评估时应该选取什么量来进行计算目前国内外都还没有明确的评价方法。但是在比电梯行业更早兴起的交通行业对于振动舒适度有比较完善的评价体系。交通行业涉及的振动舒适度在水平及竖直方向上区别不大，但对于电梯而言，其振动主要来源是竖直方向上启动与停止前后短时间内加速度的变化，所以交通行业对舒适度研究的评价方法仍然使用于本文的研究主题。电梯振动评估系统示意图如下图2所示。

图2 电样振动评估系统

虽然交通行业的振动舒适度在采集数据时会涉及到X、Y、Z三个方向，而且电梯振动主要来源于Z轴方向上加速度的变化，在X与Y方向上其振动可以忽略不计，但从数学角度分析这并不影响UIC标准应用于电梯，即在研究电梯振动舒适度时完全可以借鉴现存的比较成熟的评价方法，也就是目前普遍应用于交通领域的UIC标准。UIC标准是一个复杂的计算方法，根据需要，本文仅仅选取与主要内容相关的最终简化计算公式：

其中，为三向加速度值，X、Y、Z为三个测量方向；地面Wd标准中规定的频率加权系数。

根据电梯的性质，公式（1）抽取测试样本的测量段为电梯上下运行一次。在信号采集上，每隔1s记录一个数据，这样，根据每台电梯不同的运行工况，测量段（运行时间t）一般由30～90个时间段（1s）组成。其后便是计算有效峰值，方法为将每个时间段内的加速度平方根值与频率加权系数进行加权计算。然后按计算均方根的方法计算出上下行舒适度，最后由上下行舒适度进行算术平均得出总振动舒适度,如下式（2）所示：

3 软件实现

从传感器采集信号到最后PC机输出一些测试数据中，振动评估VI主要用来评估振动的一些参数，包括三个轴的最大振动、振动位移以及最终要得出振动评价。在这三个参数中，前两个比较容易得出，、方向最大振动使用数组最值函数节点，同时获得最大索引位置。最大振动位移通过初试索引位置到最大索引位置之间的二重积分求得。由于计算机智能识别数字信号，所以不能通过直接获得的波形图来进行数据分析，在进行分析之前需要将波形图所反映的信息转换为数组。振动评价是这三个参数中最难求出的一个量。

在整个算法程序中，振动评价在整个计算过程中要占据大部分时间，其基本思路是首先计算各个轴振动的功率谱，这里取的是单边功率谱，下一步计算1/3分频倍频加权值，然后根据频率范围不同计算各个三分之一倍频系数，最后相加即可得出所要求的振动评价。

4 结语

基于虚拟仪器的电梯振动评估系统能通过传感器将引起电梯振动的物理信号进行采集，然后借助一定的电路逻辑运算滤除干扰信号，并通过转换装置将待检测波转换成虚拟样机能识别的数字信号，进而借助软件工具计算出待测数据，得出被测物理量。此系统能对引起电梯振动的各因素进行统一分析，建立结果与各因素之间的关系，使在电梯振动的研究上有据可依，为具体提升电梯振动评估系统研究提供方向。

[1]李江全，任玲.LabVIEW虚拟仪器——从入门到测控应用130例[M].北京:电子工业出版社，2014.

[2]梁永乐.浅谈电梯振动的影响因素[M].日立电梯（中国）有限公司.2012，11.

[3]何强,李斌,葛勇.环境振动舒适度评价指标及方法研究进展[J].重庆工商大学学报(自然科学版),2012.29（6）：71-77.

黄自鑫（1988-）武汉纺织大学机械工程与自动化学院研究生，研究方向：检测技术与系统；

薛勇（1968-）武汉纺织大学机械工程与自动化学院副教授，研究方向：检测技术。

图5 第二组实验曝光时间测定结果示意图

参考文献

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[2]王煜，李平，吴厚平，刘子龙，冯国进等,数码相机曝光时间标定方法研究[J].感光科学与光化学.2007,2（4）,306-310.

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[4]邓伟,阮群生,基于CCD的球状物体运动轨迹的追踪方法[J].长春工程学院学报,2012.13（4）,111-113.

Research on the elevator vibration evaluation system based on virtual instrument

Huang Zixin,Xue Yong
（WuHan Textile University School of Mechanical Engineering and Automation,Hubei Wuhan,430200）

The vibration of the elevator in the operation process not only affects its comfort, but also affects the service life of the elevator parts, and increases the probability of the occurrence of the safety failure. In this paper, according to the laws of the operation of the elevator, with the aid of virtual instrument signal processing ability, design a kind of elevator vibration test evaluation system, aimed at promoting the elevator industry development and the improvement of quality.

virtual instrument; The elevator vibration; Evaluation system