实时在线的环抱式电梯钢丝绳分布象限监测系统的制作方法

本实用新型属于电梯安全监测技术领域，更具体地，涉及实时在线的环抱式电梯钢丝绳分布象限监测系统。

背景技术：

垂直电梯作为特种设备，担负着铁路以及城市轨道交通运输乘客的重要任务，其安全性至关重要。为保证乘客安全，减少事故的发生概率，需对垂直电梯进行定期检测与维修，从而保证设备处于良好的运行状态。然而，目前垂直电梯的检修主要采用人工周期修和故障修，即未出现故障时通过工作人员进行周期性检查，出现故障时再进行维修，此方式属于事后行为，无法有效预防故障的发生，不利于避免重大事故的发生；同时周期性的检修可能造成过度修或者维修不及时，导致耗费大量时间、人力、物力，效果不佳，运营的难度与成本较高。

电梯钢丝绳是连接对重与轿厢，为电梯升降传递动力的部件，是电梯的关键组成部分，对电梯的运行安全至关重要。电梯钢丝绳由上百根成股的钢丝按照一定的规则捻制在一起的螺旋状钢丝束，由于其结构复杂，组成的钢丝数量众多，其内部部分钢丝发生缺陷时很难通过人工检查出来，因此会遗留隐患，影响电梯运行状态，对乘客的生命及财产安全产生威胁。磁场检测作为一种无损检测方法，可以被应用到电梯钢丝绳的状态监测中去。目前，公开的专利中有关于电梯钢丝绳监测技术方面的，如，cn201910811217.3监测电梯曳引钢带状态的电磁传感器及监测方法，该专利公开了一种通过电磁传感器检测钢丝带状态的方法，但是该专利所述为开环磁通量传感器，检测的精度低，并且只能检测钢丝带的一面，检测范围没有实现钢丝带的周向全覆盖，无法对钢丝带缺陷进行周向象限定位，该专利传感器中只有一组电磁铁模块，模块一旦发生故障就无法进行正常工作，传感器的可靠性较低。专利cn201910170006.6一种夹持式磁通量传感器及其使用方法，公开了一种通过夹持式的磁通量传感器检测已有结构中外露钢索的拉力，该专利只能检测一根钢索的内部拉力，并且无法定位检测点的位置，该专利传感器中只有一组电磁铁模块，模块一旦发生故障就无法进行正常工作，传感器的可靠性较低。

综上所述，现有技术中对电梯钢丝绳的监测存在以下不足：(1)一个电磁传感器只监测一个对象，检测的能力及范围较小；(2)开环传感器测量精度低，闭环传感器本身的维修无法拆解不方便；(3)电磁传感器结构只能检测钢丝绳的一侧，无法实现被检测对象的全覆盖；(4)检测点缺陷的定位措施不足，无法准确定位缺陷的准确位置；(5)无法对钢丝绳的异常跳动进行监测。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了实时在线的环抱式电梯钢丝绳分布象限监测系统，其对垂直电梯的钢丝绳进行监测，采集钢丝绳的断面的磁通量数据，用于故障分析、定位于预测，为垂直电梯的及时检修提供可靠的支持，为保障垂直电梯的运行安全提供有效的技术手段。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了实时在线的环抱式电梯钢丝绳分布象限监测系统，其特征在于，包括环抱式电磁监测装置、运动定位装置和数据采集处理模块，其中：

所述环抱式电磁监测装置包括电磁模块安装架和安装在该电磁模块安装架上的四个电磁模块，该电磁模块安装架具有作为钢丝绳移动通道的贯通孔；

这四个电磁模块分别为一象限电磁模块、二象限电磁模块、三象限电磁模块和四象限电磁模块，并且它们分别布置在一笛卡尔坐标系的第一象限～第四象限中，四个电磁模环绕所述钢丝绳布置；

对于每个所述电磁模块而言，其各自包括e型磁芯、激励线圈和两个感应线圈，所述e型磁芯包括弧形的轭部以及从该轭部的内弧面伸出的三根极臂，从而使得e型磁芯的与所述轭部的内弧面的中心线垂直的截面呈弧状的e形，三根所述极臂分别为两根侧极臂和位于这两根侧极臂之间的中间极臂，所述中间极臂上安装所述激励线圈，每根所述侧极臂上分别安装一所述感应线圈；

四个电磁模块在钢丝绳周向形成的闭合回路360°全覆盖钢丝绳周向表面；

所述数据采集处理模块与各所述电磁模块的感应线圈分别连接；

所述运动定位装置包括支杆、滚轮和编码器，所述支杆的一端安装在所述电磁模块安装架上而另一端安装所述滚轮，所述滚轮压紧在钢丝绳上，所述编码器安装在所述滚轮上。

优选地，所述运动定位装置还包括拉簧，所述拉簧的一端安装在所述电磁模块安装架上而另一端安装在所述支杆上，以使滚轮始终压紧在钢丝绳上；

所述支杆的一端通过铰轴铰接在所述电磁模块安装架上，所述铰轴的中心线与所述轭部的内弧面的中心线垂直。

优选地，所述电磁模块安装架包括第一环抱支架和第二环抱支架，所述第一环抱支架上安装所述一象限电磁模块和二象限电磁模块，所述第二环抱支架上安装所述三象限电磁模块和四象限电磁模块，所述第一环抱支架和第二环抱支架的一端通过环抱转轴铰接在一起而另一端通过环抱扣锁连接，其中，所述环抱转轴的中心线与所述轭部的内弧面的中心线垂直平行。

优选地，所述电磁模块安装架包括多组支架单元；

对于每组所述支架单元而言，其各自包括第一环抱支架和第二环抱支架，所述第一环抱支架和第二环抱支架共同围成一个作为钢丝绳移动通道的贯通孔，从而使得所述电磁模块安装架可供多根钢丝绳穿过，所述第一环抱支架上安装所述一象限电磁模块和所述二象限电磁模块，所述第二环抱支架上安装所述三象限电磁模块和四象限电磁模块；

每组所述支架单元上的四个电磁模块分别布置在各自位置处的笛卡尔坐标系的四个象限中；

所有的第一环抱支架固定连接在一起并且所有的第二环抱支架也固定连接在一起，从而使这些第一环抱支架和第二支架组合在一起共同形成连环环抱支架；其中一端的所述第一环抱支架和第二环抱支架通过环抱转轴铰接在一起而另一端的所述第一环抱支架和第二环抱支架通过环抱扣锁连接，其中，所述环抱转轴的中心线与所述轭部的内弧面的中心线垂直平行。

优选地，所述数据采集处理模块包括现场采集装置和可与所述现场采集装置通信的远程监测终端，所述现场采集装置通过集成信号线分别与各所述电磁模块连接。

优选地，所述环抱式电磁监测装置上设置固定支架，所述固定支架安装在电梯的搁机梁、钢结构立柱或混凝土井道壁上，所述环抱式电磁监测装置安装在轿厢与电机之间的钢丝绳区域。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本实用新型提出一种实时在线的环抱式多股电梯钢丝绳分布象限监测系统，该系统利用磁弹效应通过环抱式电磁检测装置内四组电磁模块按照四个象限全周向监测钢丝绳中所有股钢丝的磁通量变化，通过磁通量的变化，分析钢丝的受力，通过同象限磁通量对比，以及不同象限的磁通量对比，来分析判断钢丝绳的检测点的状态，从而可判断钢丝的缺陷以及钢丝绳的跳动量，并可定位出缺陷钢丝所在钢丝绳断面中的象限区域，通过运动定位装置来记录检测点沿钢丝绳轴向的位置信息，结合象限定位与运动定位即可精确定位出缺陷在钢丝绳上的位置，实现钢丝绳上的周向和轴向的二维精确定位，为垂直电梯的及时检修提供可靠的数据支持，保障垂直电梯的运行安全；同时根据四个象限监测得到磁通量变化来分析钢丝绳的跳动量及跳动的方向，进而判断钢丝绳的张紧程度与拉长情况，为钢丝绳的松紧调整提供指导。

2)本实用新型的环抱式电磁检测装置的四个电磁模块组合分别对应四象限，呈周向均匀分布，环抱在一起形成闭合传感器装置，检测范围360°全覆盖钢丝绳，可靠性高，检测精度高，缺陷定位准确，可以同时对多根钢丝绳进行监测，检测效率高，装置安装及维保方便，可以实现电梯钢丝绳状态的有效监测。

附图说明

图1是本实用新型的实时在线的环抱式多股电梯钢丝绳分布象限监测系统的示意图；

图2是本实用新型中环抱式电磁监测装置的示意图；

图3是本实用新型中环抱式电磁监测装置的爆炸示意图；

图4是本实用新型中其中一个电磁模块的示意图；

图5是本实用新型中电磁模块安装架闭合时的示意图；

图6是本实用新型中电磁模块安装架打开时的示意图；

图7是本实用新型中运动定位装置的示意图；

图8是本实用新型中连环环抱支架闭合时的示意图；

图9是本实用新型中连环环抱支架打开时的示意图；

图10是本实用新型的实时在线的环抱式多股电梯钢丝绳分布象限监测系统在电梯上的安装布置示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1～图7，实时在线的环抱式电梯钢丝绳4分布象限监测系统，包括环抱式电磁监测装置1、运动定位装置2和数据采集处理模块，其中：

所述环抱式电磁监测装置1包括电磁模块安装架和安装在该电磁模块安装架上的四个电磁模块，所述电磁模块安装架具有作为钢丝绳4移动通道的贯通孔；钢丝绳4可以穿过贯通孔，钢丝绳4与环抱式电磁监测装置1之间具有空隙，两者无接触，环抱式电磁监测装置1不影响钢丝绳4运动，以实现钢丝绳4不同轴向位置的监测。

这四个电磁模块周向均匀分布，分别为一象限电磁模块101、二象限电磁模块102、三象限电磁模块103和四象限电磁模块104，并且它们分别布置在一笛卡尔坐标系的第一象限～第四象限中；钢丝绳4的轴线穿过笛卡尔坐标系的原点。

作为一种优选的结构，所述电磁模块安装架包括第一环抱支架106和第二环抱支架105，所述第一环抱支架106上安装所述一象限电磁模块101和二象限电磁模块102，所述第二环抱支架105上安装所述三象限电磁模块103和四象限电磁模块104，所述第一环抱支架106和第二环抱支架105的一端通过环抱转轴108铰接在一起，可以进行转动开合，而另一端通过环抱扣锁连接，实现两者的锁闭；其中，所述环抱转轴108的中心线与所述轭部111的内弧面的中心线垂直平行。一象限电磁模块101和二象限电磁模块102通过固定扣锁109安装在第一环抱支架106的卡槽中，三象限电磁模块103和四象限电磁模块104通过固定扣锁109安装在第二环抱支架105的卡槽中。

对于每个所述电磁模块而言，其各自包括e型磁芯11、激励线圈12和两个感应线圈13，所述e型磁芯11包括弧形的轭部111以及从该轭部111的内弧面伸出的三根极臂，从而使得e型磁芯11的与所述轭部111的内弧面的中心线垂直的截面呈弧状的e形，因此，本实用新型的e型磁芯11相当于是常规的轭部与极臂垂直的e型磁芯整体弯曲成弧状，三根所述极臂分别为两根侧极臂113和位于这两根侧极臂113之间的中间极臂112，所述中间极臂112上安装所述激励线圈12，每根所述侧极臂113上分别安装一所述感应线圈13，激励线圈12发射的磁力线经过电磁模块所在象限内的多股钢丝，再穿过两侧的感应线圈13形成闭合回路，也即各电磁模块的磁力线可单独形成一个闭合回路，四个电磁模环绕所述钢丝绳4布置；其中，该e型磁芯11的横截面是指与所述轭部111的内弧面的中心线垂直的截面；

四个电磁模块在钢丝绳4周向形成的闭合回路组合在一起，可360°全覆盖钢丝绳4周向表面。

所述数据采集处理模块与各所述电磁模块的感应线圈13分别连接，以通过磁通量情况对各象限内的多股钢丝的状态进行监测，用于分析钢丝绳4的受力，通过同象限的磁通量对比，以及不同象限的磁通量对比，来分析判断钢丝绳4的检测点的状态，通过磁通量情况来对钢丝绳的跳动及各象限的多股钢丝的内部缺陷进行监测。其中，检测点指钢丝绳4上被环抱式电磁监测装置1所检测的部位。通过磁通量可以分析知晓钢丝绳4的两方面状态：1.跳动异常，异常跳动时不同象限磁通量会有变化；2.钢丝绳内部缺陷时，钢丝绳内部发生断丝等缺陷时也会反映到磁通量的变化中，通过分析四个象限的磁通量，以及同一象限内不同轴向位置的磁通量变化就可以判断该象限对应的钢丝绳表面及内部区域是否有缺陷，进而为维修人员的定点检修提供指导，定点是根据轴向位置以及周向的象限来精确定位的。

所述运动定位装置2包括支杆202、滚轮203和编码器，所述支杆202的一端安装在所述电磁模块安装架上而另一端安装所述滚轮203，所述滚轮203压紧在钢丝绳4上，以随着钢丝绳4的运动而转动，所述编码器安装在所述滚轮203上，以通过所述滚轮203的转动实现对所述钢丝绳4的定位，编码器用于记录滚轮203转动的圈数，定位检测点沿钢丝绳4轴向的位置信息，实现缺陷沿钢丝绳轴向的定位。本实用新型的滚轮203优选采用凹槽滚轮，其外圆具有一圈凹槽，钢丝绳4位于滚轮203的凹槽内，不容易从滚轮203内脱落。

进一步，所述运动定位装置2还包括拉簧201，所述拉簧201的一端安装在所述电磁模块安装架上而另一端安装在所述支杆202上，拉簧201为运动定位装置2提供压紧力，以使滚轮203始终压紧在钢丝绳4上。

所述支杆202的一端通过铰轴铰接在所述电磁模块安装架上，所述铰轴的中心线与所述轭部111的内弧面的中心线垂直。铰轴与拉簧201配合，进一步保证滚轮203可一直压在钢丝绳4上。

参照图8、图9，进一步，环抱式电磁监测装置1的电磁模块安装架可以扩展为多环(每个第一环抱支架106和对应位置的第二环抱支架105共同形成一环)，所述电磁模块安装架包括多组支架单元；

对于每组所述支架单元而言，其各自包括第一环抱支架106和第二环抱支架105，所述第一环抱支架106和第二环抱支架105共同围成一个作为钢丝绳4移动通道的贯通孔，从而使得所述电磁模块安装架可供多根钢丝绳4穿过，本监测系统可同时监测多股钢丝绳4的状态，所述第一环抱支架106上安装所述一象限电磁模块101和所述二象限电磁模块102，所述第二环抱支架105上安装所述三象限电磁模块103和四象限电磁模块104；

每组所述支架单元上的四个电磁模块分别布置在各自位置处的笛卡尔坐标系的四个象限中；

所有的第一环抱支架106固定连接在一起并且所有的第二环抱支架105也固定连接在一起，从而使这些第一环抱支架106和第二支架组合在一起共同形成连环环抱支架；其中一端的所述第一环抱支架106和第二环抱支架105通过环抱转轴108铰接在一起而另一端的所述第一环抱支架106和第二环抱支架105通过环抱扣锁连接，其中，所述环抱转轴108的中心线与所述轭部111的内弧面的中心线垂直平行。

参照图10，所述环抱式电磁监测装置1上设置固定支架，所述固定支架安装在电梯的搁机梁、钢结构立柱或混凝土井道壁上，所述环抱式电磁监测装置1安装在轿厢5与电机之间的钢丝绳4区域。

进一步，所述数据采集处理模块包括现场采集装置和可与所述现场采集装置通信的远程监测终端，所述现场采集装置通过集成信号线3分别与各所述电磁模块连接，所述远程监测终端对所述环抱式电磁监测装置1采集的磁通量进行处理，按照不同电磁模块所处的象限位置进行分组，得到钢丝绳4的断面的磁通量检测数据形成的圆周象限点云图，通过异常的圆周象限点云图分析判断对应象限内钢丝的状态，并定位缺陷在钢丝绳4断面中所处的象限，从而获得缺陷在钢丝绳周向的位置信息，远程监测终端还可根据编码器的反馈获得缺陷沿钢丝绳轴向的位置信息，以及通过各象限磁通量的变化情况获得钢丝绳的跳动情况。其中，圆周象限点云图是由四个象限电磁模块采集的磁通量数据组成。远程监测终端根据四个象限监测得到磁通量变化来分析钢丝绳4的跳动量及跳动的方向，得出钢丝绳4的张紧程度与拉长情况。本实用新型可以测单根钢丝绳的跳动，如果钢丝绳总是在某个方向跳动，则对应的电磁模块所测磁场与其他的就不同。譬如，如果钢丝绳总是在一、三象限跳动，即钢丝绳与一象限电磁模块101、三象限电磁模块103的距离时远时近，则一象限电磁模块101、三象限电磁模块103监测的磁通量数据会周期间隔性的变化(大或小)，而二象限电磁模块102、四象限电磁模块104基本不变，根据四个象限的磁通量情况就可以判断钢丝绳跳动的方向，然后拿出调整的对策。同理，本实用新型也可以用于多跟钢丝绳跳动量的监测。

远程监测终端还会对分析得出的钢丝绳4状态进行预警，可以根据不良状态的严重程度分为多个层级，不同层级使用不同的方式进行预警。

本实用新型的环抱式电磁监测装置1的电磁模块采用通用模块化设计，连接标准化的集成信号线3，集成信号线3通过标准化接头与现场采集装置连接，电磁模块出现故障时直接拔掉信号线接头进行整体更换，现场采集装置接收一台电梯的所有钢丝绳4磁通量，并进行初步处理，再通过5g等无线网络或有线方式传输给远程监测终端。

按照本实用新型的另一个方面，还提供了采用所述环抱式电梯钢丝绳4分布象限监测系统的监测方法，包括以下步骤：

(1)所述环抱式电磁监测装置1的一象限电磁模块101、二象限电磁模块102、三象限电磁模块103、四象限电磁模块104分别采集对应象限内的钢丝的磁通量，运动定位装置2随着钢丝绳4运动采集检测点沿钢丝绳4轴向的位置信息；

(2)采集得到的磁通量及检测点沿钢丝绳4轴向的位置信息并通过集成信号线3上传至数据采集处理模块的现场采集装置；

(3)现场采集装置将接收的一台电梯的所有钢丝绳4的磁通量及检测点沿钢丝绳4轴向的位置信息传输给数据采集处理模块的远程监测终端；

(4)远程监测终端对环抱式电磁监测装置1采集的磁通量按照不同电磁模块所处的象限位置进行分组，并得到钢丝绳4的断面的磁通量检测数据形成的圆周象限点云图；

(5)远程监测终端筛选异常的圆周象限点云图；优选地，远程监测终端将异常的圆周象限点云图与其对应的沿钢丝绳4轴向的位置信息合并保存，正常的圆周象限点云图与其沿钢丝绳4轴向的位置信息不合并，分开压缩后保存，并在一段时间后自动删除；

(6)远程监测终端对异常的圆周象限点云图进行分析，首先与同象限电磁模块两个感应线圈13采集到的磁通量进行对比，其次对不同象限的磁通量进行对比，来分析判断钢丝绳4的检测点的状态；

(7)远程监测终端通过对比，如果同象限电磁模块的两个感应线圈13采集到的磁通量不一致，则判定该检测点有缺陷；

(8)远程监测终端通过对比不同象限的磁通量差异程度，来判断该检测点缺陷的严重程度；

(9)远程监测终端生成钢丝绳4检测点的分析结果并附加有问题的钢丝绳部位所在象限信息和沿钢丝绳轴向的位置信息，定位缺陷沿钢丝绳周向的位置及沿钢丝绳4轴向的位置。

(10)所述远程监测终端对分析得出的钢丝绳4状态进行预警，并根据不良状态的严重程度分为多个层级，不同层级使用不同的方式进行预警。

(11)所述远程监测终端还根据四个象限监测得到磁通量变化来分析钢丝绳4的跳动量及跳动的方向，得出钢丝绳4的张紧程度与拉长情况，生成钢丝绳4的松紧调整提供建议。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。