一种电梯运行质量测试仪论文和设计-张伟

全文摘要

本实用新型提供一种电梯运行质量测试仪，其特征在于：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；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，电源隔离模块将外部电源进行隔离，且电源隔离模块与电源电路转换模块连接，本实用新型能实现电梯运行质量的数据采集，为电梯测试分析提供关键且精度高的数据。

主设计要求

1.一种电梯运行质量测试仪，其特征在于：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；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。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种电梯运行质量测试仪，其特征在于：所述机盒侧面设置有一抽屉，所述抽屉内开设有两个凹槽，所述凹槽内放置有振动识别装置，所述振动识别装置包括一桶状外壳，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；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。

3.根据权利要求1所述的一种电梯运行质量测试仪，其特征在于：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。

4.根据权利要求1所述的一种电梯运行质量测试仪，其特征在于：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。

5.根据权利要求4所述的一种电梯运行质量测试仪，其特征在于：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；

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。

6.根据权利要求5所述的一种电梯运行质量测试仪，其特征在于：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。

7.根据权利要求6所述的一种电梯运行质量测试仪，其特征在于：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。

8.根据权利要求7所述的一种电梯运行质量测试仪，其特征在于：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。

9.根据权利要求1所述的一种电梯运行质量测试仪，其特征在于：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。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及特种设备技术领域，特别是一种电梯运行质量测试仪。

背景技术

截止2017年底，我国电梯安装量达到562.7万部，占全球三分之一。据统计，全国城市每天110接到电梯求助电话超过1000起，约占特种设备投诉总量的80％，每年因电梯故障引发的人员伤亡事故超过100人，大量的故障和隐患仍未能有效控制，电梯安全已成为备受关注的民生问题。目前电梯的安全预警分析均是通过电梯乘运质量的检测实现；例如美国的EVA，其是电梯振动测试的常用工具，20年没有改进升级，存在局限如下：体积大而笨重、界面纯英文，携带使用不便且价格昂贵；加速度精度±0.6mg，位移精度2％，噪音精度0.1db；ISO滤波和频谱分析无法在测试仪实现，测量结果和数据分析依靠PC端，仪器本身在现场无法显示和打印测试结果，测试结果不具备智能判断，超标点数和位置无法统计和标记；无法实现远程在线监测监控和基于大数据的故障预警；现有的电梯振动数据采集后是发送给后端数据处理系统中的CPU进行后续的处理，但是后端数据处理系统中数字电路的噪声会比较大；这样将电梯振动数据采集电路直接与后端数据处理系统连接后，后端数据处理系统中数字电路的噪声会通过传导方式传输到数据采集电路上，这样导致电梯振动数据采集电路采集的数据精确度比较低。且现有的三轴加速度传感器难以实现3个方向传感器固定的问题，3个方向的三轴加速度传感器获得的差分信号灵敏度不高。

发明内容

为克服上述问题，本实用新型的目的是提供一种电梯运行质量测试仪，不仅便携，且实现了3个方向的数据采集，提升电梯振动数据采集电路的信噪比，具有降低噪声的作用。

本实用新型采用以下方案实现：一种电梯运行质量测试仪，其特征在于：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；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。

进一步的，所述机盒侧面设置有一抽屉，所述抽屉内开设有两个凹槽，所述凹槽内放置有振动识别装置，所述振动识别装置包括一桶状外壳，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；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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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；

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，对三轴加速度传感器获取的加速度数据进行滤波处理，来减少外界的干扰信号的干扰，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：

y_{50<\/sub>(k)＝-A(1,2)*y_{50<\/sub>(k-1)-A(1,3)*y_{50<\/sub>(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，y_{50<\/sub>(k)为50hz陷波滤波后的加速度数据；}

设计图

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