人行自动平开门开合速度测试方法探究

殷国山 王星龙 黄天岐 于小艳

（嘉兴威凯检测技术有限公司 嘉兴 314000）

引言

人行自动平开门开合速度是衡量自动门性能的一个重要指标，速度过慢，将直接影响通行效率，造成不必要的等待和时间浪费，速度过快，将会存在安全隐患，甚至会导致自动门撞人的情况发生。因此速度测试为改进自动门设计方案、提升自动门性能提供了重要参数。本文介绍光电测速计和频闪仪两种测速方法，通过试验比较，根据试验数据提出个人观点。

1 人行自动平开门的介绍

结构：人行自动平开门主要由门板、门机、轨道、支架、皮带和其他机构组成；门板一般由玻璃材料制成；门机就是驱动电动机，负责开关自动门的动力输出，内部有减速器，能提供大扭矩并控制自动门的速度；轨道就是控制自动门移动轨迹的铁轨；支架用于支撑自动门；皮带就用于连接发动机和自动门之间的动力传递。

速度测试方法：测试人行自动平开门开合速度的方法有两种：第一种方法是直接测试门板移动速度，可以通过位移时间比求得，也可以借助光电测速计求得；第二种方法是测试门机转速，通过传动比求得自动门的开合速度，也同样可通过光电测速计或用频闪仪测试门机转速。

2 光电测速计和频闪仪

转速表分为接触式和非接触式两种，非接触式转速表又分为光电式转速计和频闪式转速仪等；光电测速计和频闪仪是测试技术中常用到的两种测转速的仪表，其工作原理及测试方法介绍如下。

2.1 光电式转速计

光电式转速计是通过LED光源或激光光源照射粘贴有反光片的轴，轴转动时反光片反射的光源被转化为脉冲信号，脉冲信号通过电子计数器计数并显示其转速值的仪器[1]。

2.1.1 工作原理

光电式转速计采用红外线反射式探头，发光管（LED）和受光管（光电传感器）并排安装在探头同侧，探头接近贴有反光片的被测物体，反光片每经过一次发光管便会反射一束红外线光，被反射的红外线光信号被受光管接收，并产生一个脉冲信号，脉冲信号经过大电路、滤波电路、整形电路后传入到单片机，单片机通过算法实现对转速的实时测量与计算，从单位时间内收到脉冲信号的次数便可测出转速，红外线转速计具有转速最大值、最小值、平均值的数字显示功能[3]。

光电传感器可以接收到物体上反射回来的光线，由于黑色物体会吸收光源，因此光电传感器对于所有黑色物体的接收灵敏度低，而对反光物体和白色物体的体接收灵敏度最高，对其他颜色物体的检测灵敏度介于两者之间，缩短检测距离可以提高灵敏度。

红外线发射器和接收器都安装在探头上，根据光学原理，红外线信号经过透镜折射到被测旋转物体上，被反射回来的红外线信号用过透镜又被折射回红外线接受器。为了提高红外线的接收率，减少外界无关光源的干扰，透镜可采用只能透过单色波长的滤色玻璃制作，或者透镜上涂覆一层只能透过特定光色和波长的材料。为了增强红外线信号的反射强度，需在被测旋转物体上粘贴一张反光片，有时用铝箔或者白色的纸片做反光片效果也很好，当被测物体转动时反光片正对红外线发射器时，红外线信号被反射回接收器，根据单位时间内接收信号的频率便可推算出被测物体的转速[2]。

在实际测量中，光电传感器传入的脉冲信号中，不可避免会夹杂着干扰脉冲，为了实现使脉冲信号更为准确，必须对脉冲信号进行筛选整形，除去干扰脉冲加强信号脉冲，所以，光电计数计的电路中会设计滤波电路、限幅电路、整形电路以及放大电路，被过率筛选和加强的脉冲信号便可传至微处理器进行处理和运算。

2.1.2 技术指标

以本实验用到的FT3450数字转速计为例，主要的测速指标：测速精度、测速距离、测速范围。

测速精度：FT3450数字转速计9 999 rad/min以下时理论误差是±1 dgt，经实际测量发现，测量精度受反光纸反光效果和反光纸数量影响，若贴上更多反光纸，理论上测量误差更小，但是实际操作起来考虑多种干扰因素影响误差不一定减小，又考虑到自动推拉门门机齿轮转数转速为60～80 rad/min，转速低，且转动采用齿形带，传动进度不高，因此用测速计测量转数间接测平移门移速的方法不妥，应该使用光电式转速计直接测量平移门的移速。

检测距离：由于贴了一个反光纸，分辨率较低，其可以测量的最佳距离为50～500 mm。

测速范围：考虑到只贴了一个反光纸，也就是转一圈产生一个脉冲，以及实际需要和测量条件的限制，可限定最高转速为 99 990 r/min，若只贴一个反光纸，分辨率较低，其可以测量的最低转速较低为30 r/min。

FT3450数字转速计主要技术参数指标如表1所示。

表1 FT3450数字转速计主要技术参数指标

2.2 频闪式转速仪

频闪仪是一种光学测量仪器，它可以控制光源在不同的频率闪烁发光，现代工业对高速运转设备精度要求高，而通过肉眼难以观察是高速运动的物体，因此对高速旋转物体的检测一直是一个难题，但是有了频闪仪我们就能有效的检测和观察高速旋转物体，再频闪仪的照射下，当物体的旋转速度和频闪仪的闪烁频率接近或成倍数关系时，被测的高速旋转物体显示为静止状态，便可轻易的观测旋转物体，也可以很容易的推算出物体的转速和频率。

2.2.1 工作原理

频闪仪的工作原理可以看做一个负反馈系统，它由闪光控制系统、闪光调节系统，闪光灯和人眼反馈系统四个部分组成，闪光控制系统通过外触发频率或设定的频率控制闪光灯以一定的频率闪烁，人眼接收到旋转物体的反光信息，如果闪光频率小于物体转动频率，则控制闪光调节系统加大闪烁频率，反之如果闪光频率大于物体转动频率，则控制闪光调节系统减小闪烁频率，通过不断的反馈调节，闪光频率讲趋近物体的转动频率或其转动频率的倍数，此时人眼会观察到运动物体处于不移动状态，便可以得出所测对象的转速值或者频率值[1]。

频闪监测仪的控制：闪光灯的闪光频率是由电子脉冲控制的，脉冲的控制方式有两种，一种是内部控制另一种是外部控制，内部控制器的原理是人通过为调节按键或者旋钮控来制震荡发生器发出特定频率的电子脉冲，外部控制的优点是可以做到频闪仪发射器与被测物体分离，仪器方便携带便于使用。外部控制的原理是在被测物体上安装一个同步发射器，同步发射器发射出与被测物体频率相同的电子脉冲，使频闪灯的频率与被测物体同步。

闪光灯管的结构：闪光灯管由石英玻璃或者特制玻璃等材料制作，内部充满了高纯度的惰性气体氙气，加上内部的有正负极的放电结构便构成了一个气体放电灯，频闪仪工作时，高压脉冲使灯管内的惰性气体电离，被电离的氙气在正负极之间形成电离通道，从而产生电弧放电，形成强烈的闪光，放电的脉冲电源由电容器提供，电容器内根据需要可以储存400一n×1 000 V的电压，电离放电时强大的电流可高达1 000 A，使管内氙气瞬间电离，产生强光，当电容的放电量达到到一定值之后，电容两端电压下降不能继续维持惰性气体电离，此时频闪灯熄灭，频闪仪完成一次闪光。图1为常见的频闪仪电路原理图。

图1 原理电路

C(N)为闪光电容在， C(N)由升压电路为其充电，为频闪灯的工作储存电源。发生器发出的电子脉冲经过点火可控硅为点火电容C(Z)充电，C(Z)通过线圈与频闪灯相连，为频闪灯提供电离所需的高压电源，当开关闭合时，电容C(Z)放电，电压经过变压器的初级线圈升压，再经过次级线圈感应升压至上千伏，高压传至频闪灯电结构，此时正负极之间的惰性气体放电完成一次闪光形成电弧完成一次闪烁。

2.2.2 技术指标

测量精度：测量误差小于测量数值的0.1 %，频闪仪测量回路的时间基准是通过英晶体脉冲控制的，数值由数子显示。

频闪照明强度：通常频闪仪的照明强度范围在500～6 000 lux之间，而且功率越大的频闪仪照明强度就越大，普通的照明强度测量仪器测不了，所以规定频闪仪频率3 000 min-1时距离频闪灯0.5 m处的照明强度为频闪仪的照明强度，

频率范围：频闪监测仪的频率范围同仪器型号有关。例如德国DRELLO（德雷罗）Drelloscop1015数码手持式频闪仪的闪光频率1 min在40～12 500闪光之间，特殊型号频闪仪1 min可达60 000闪光。 最低频率是这样给定的，即当被测目标的周期运动低于40次以下，已经可以可在普通光源下观察了，这时的频闪照明已无意义[4]。

考虑到自动推拉门门机齿轮转数转速为60～80 rad/min，转速低，因此推拉门门机转速通过频闪仪观察十分困难，不考虑使用频闪仪进行测量。

3 电动门移速测量实验

3.1 试验要求

运行速度应符合JG/T 305-2011《人行自动门安全要求》中有关规定：人行自动门运行速度应符合表2的规定。

表2 人行自动门运行速度

检测方法应符合JG/T 177-2005中有关规定：试验项目、性能指标试验内容及适用门的种类见表3。

表3 性能项目、试验项目及适用门的种类

3.2 试验方法

3.2.1 利用秒表测速度

实验一步骤如下:

①用卷尺测量推拉门从全闭状态到开口600 mm时的位置，做标记，记全闭状态门板距标记点的距离为S1，记全开状态门板距标记点的距离为S2；

②开启自动门，待自动推拉门运行平稳后恢复闭合状态；

③触发传感器，用秒表记录自动推拉门从全闭状态到标记点时的时间记为T1，推拉自动门从全开到标记点的时间记为T2；

④重复步骤③，并记录5组测量值。

实验二步骤如下:

①用卷尺测量推拉门从全闭状态到开口600 mm时的位置，做标记，记全闭状态门板距标记点的距离为S1，记全开状态门板距标记点的距离为S2；

②在自动门上每隔30 mm贴一片反光片，贴两排，第一拍长度为S1，第二排长度为S2；

③开启自动门，待自动推拉门运行平稳后恢复闭合状态；

④触发传感器,用测速计对准第一排反光片记录自动推拉门从全闭状态到标记点时的转速n1，用测速计对准第二排反光片记录自动推拉门从全开到标记点转速n2；

⑤重复步骤④5次，并记录测量值。

实验一和实验二同时进行。

3.3 试验数据分析

实验时，启动自动门，待自动门运行平稳，恢复闭合状态后进行实验，实验一和实验二同时进行，重复5次，经过计算，开启速度测量值如表4和图2所示，闭合速度测量值如表5和图3所示。

图2 开启速度

图3 闭合速度

表4 推拉门开启时的移速

表5 推拉门闭合时的移速

3.3.1 试验数据分析

比较秒表测得的速度值与测速计测量求得的速度值即可得自动门的现场测速误差，基于非接触式速度计的光电工作原理，反光片的距离和数量会影响测量结果；光电传感器的距离和倾斜角度也会影响测量结果。多次实验测量的结果表测速计的现场测开启速误平均差偏15.4 %闭合速误平均差偏5.6 %，试验数据及误差见表4、表5，从图2、图3的试验数据可以得到测量速度值偏大，主要原因是自动门启动时的速度慢，通过秒表测量的是开启和闭合的平均速度，而测速计测量的速度是标记点附近的速度并不是平均值，因此测量速度偏大。

4 结语

本文从自动推拉门的结构、光电式转速计和频闪仪的工作原理、自动推拉门移速的测试方法、自动推拉门的速度测试试验及误差分析四个方面介绍了自动推拉门速度测试试验的相关知识，根据JG 305-2011《人行自动门安全要求》中4.4章运行速度与GB/T 177-2005中第7章实验方法，测得了自动推拉门的开启速度和闭合速度，测试中我们需注意到测速计测量的速度值与真实值之间有一定误差，还要对测试方法进行改进。