一种自动扶梯运行状态及使用安全的检测装置的制作方法

本实用新型属于自动扶梯监控及报警领域，具体涉及一种自动扶梯运行状态及使用安全的检测装置。

背景技术：

在大量使用自动扶梯场所，如地铁(站)、机场、火车站、商场、办公楼、酒店、体育场馆，以当地为例，仅地铁（75个）站就有几百个扶梯，机场亦有几十个扶梯，许多商场、大商店至少有上千个扶梯，许多已运行了几十年，停止运行时有发生。一但停止,任何工具,如升降电梯,都无法取代其运能。高峰时，往往造成大量人员滞流，影响秩序,急需立刻通知调度进行应对并抓紧抢修。此外，绝大多数自动扶梯的维修都外包给了专业公司，现场并无专人监控、报警，因此,对其实时、有效监控并报警就非常重要。虽然自动扶梯有一定的自我检测及停机保护,但对其停机、安全使用的实时、有效监控及报警却是个空白,本发明就是针对自动扶梯运行状态进行实时、安全使用、有效监控及报警的方法和基于此方法的实施装置。

另外在对自动扶梯的监控中，几乎不需额外代价，处理检测信号顺便就可提供使用人数（计数）、身高的大数据，为维护、运营提供优化。例如在多数运行的自动扶梯上，一边站着基本不走动的人，另一边则是在扶梯上行走以加快到达的人。长期下来，造成两边磨损不平衡，这是需要维修的。借助这类数据，可帮助预测何时反方向运行以使磨损基本平衡，还可为现行采用的，但也是盲目的月、季、年度维护间隔提供客观数据、优化，从而节约成本、维护停运时间。对人数、身高的检测还可用于其他非自动扶梯的场合，如人（步）行楼梯、出入口、（自动）检票口等。若需方向信息，只需增加很少成本，即可实现。

还有，国外许多公共交通系统，有政府（资助）、慈善机构、第三方分别为弱者（如使用拐杖者）提供平价甚至免费的门到门汽车接送。尽管不少人能够自己使用公共交通系统，但转车须依靠自动扶梯，因此，给这些服务公司、此类使用者提供所有需用扶梯的实时运行状态信息，可以极大减低他们的等待时间、服务方的运营成本或提供更多服务，但这仍是个空白。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种自动扶梯运行状态及使用安全的检测装置，以解决对自动扶梯的自动、实时监控及报警的问题。

为解决存在的技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种自动扶梯运行状态及使用安全的检测装置，包括传感器和数字信号处理器，所述传感器安装在自动扶梯的待检测运动部件或使用人员的相应检测位置，传感器将检测收集的数字信号传送到数字信号处理器，或者将检测收集的模拟信号通过ad模数转换器转换成数字信号后，再将数字信号传送到数字信号处理器；所述数字信号处理器将接收的数字信号进行处理，判断动扶梯的运行状态及使用安全，并根据预设条件将处理结果信息直接或通过iot功能处理器机通过无线或有线网络发送到云端或发送给相关人员或单位。

本发明的ad模数转换器可以是多位的，也可是一位的，如电压比较器或是运算放大器。

一般，本发明的传感器可根据需要采用接触型和非接触型测速仪，如激光测速仪、单光速测速仪、测距仪或光电断续器及其它适合本发明的测速或测距的传感器。

特别地，本发明所述传感器采用测速仪，测速仪安装并对准自动扶梯的移动部位，直接测出移动部位的速度，速度为零表示停止，速度为正或负时则分别代表向上或向下移动方向。

特别地，本发明所述传感器采用测距仪或光电断续器，测距仪或光电断续器安装在自动扶梯底部的梯台间，对台阶的移动进行监测，并将监测的输出电压或转换数值传送到数字信号处理器，数字信号处理器通过输出电压或转换数值变化判断自动扶梯的停止或运行。

此外，当需要通过测距仪或光电断续器监测自动扶的运行方向时，本发明所述传感器一侧的相邻位置还可以安装有另一个相同的测距仪或光电断续器；数字信号处理器通过比较两个传感器的输出电压或转换数值的时间顺序来判断自动扶梯的运行方向。

特别地，本发明所述传感器采用长距离测距仪，长距离测距仪安装在自动扶梯台阶的上方，对台阶的移动或台阶上的人员进行监测，并将监测的输出电压或转换数值传送到数字信号处理器，数字信号处理器通过输出电压或转换数值变化判断自动扶梯的运行状态或台阶上的人员状态。

一般，可根据自动扶梯实际情况或监测需要选择合适精度的长距离测距仪，特别地，本发明所述长距离测距仪采用分辨率小于3厘米的高精度长距离测距仪。

一般，长距离测距仪可根据自动扶梯实际情况或监测需要安装在自动扶梯的适当位置，特别地，本发明所述长距离测距仪安装在在自动扶梯出入口上方的台阶高度变化最大的位置或附近。

特别地，本发明所述传感器安装在距扶手轮带几厘米至十几厘米的上方，对台阶上人员的胳膊/手腕位置进行监测，并将监测的输出电压或转换数值传送到数字信号处理器，数字信号处理器通过输出电压或转换的数值变化判断台阶上没扶扶手轮带的人员，并给出提醒信号。

本实用新型就是针对自动扶梯、安全使用进行实时、自动、有效监控及报警，如对没按安全要求扶住扶梯的使用者。

有益效果

本实用新型还可对自动扶梯自动、实时监控及报警、将通过人数、人员身高等大数据上传到云端，节约成本，具有以下方面的效益：

1.一旦停运，立即自动通知调度、抢修人员以应对、缩短人员滞流，尽快恢复秩序；

2.提供精准大数据，从而优化运营、维护，降低维修停运时间、运营成本；

3.为能自己借住自动扶梯的使用者、汽车上门接送方提供扶梯实时运行状态信息，减少不必要的汽车接送成本、等待时间；

4.实时提醒没按安全要求扶住扶梯的使用者，立刻扶住，提高安全性。

附图说明

图1自动扶梯自动监控及报警功能框图；

图2自动扶梯结构示意图，图中标识：1-扶手轮带，2-扶梯轨道，3-阶梯转动轮，4-扶梯驱动齿轮，5-电机；

图3方法1使用测速仪的自动扶梯自动监控装置，图中标识：6-测速仪，7-光束；

图4方法2使用测距仪或光电断续器的自动扶梯自动监控装置，图中标识：8-测距仪或光电断续器；

图5是按图4方法2测距仪或光电断续器对移动扶梯(除启动或停止瞬间)的输出电压或转换数值与时间的关系图，图中标识：t1和t2分别互为台阶或空隙对应的通过时间；

图6方法3使用高精度长距离测距仪的自动扶梯自动监控装置，图中标识：9-高精度长距离测距仪；

图7是按图6方法3高精度长距离测距仪对移动扶梯的输出电压或转换数值与时间的关系图，图中标识：t1为测试台阶竖直方向从最低到最高位置的时间，t2为测试台阶竖直方向从最高到最低位置的时间，v1为测试台阶竖直方向的最低位置的输出电压/转换数值，v2为测试台阶竖直方向的最高位置的输出电压/转换数值；

图8与图7基本相同，由扶梯运行方向、电路相位、检测位置不同而轴对称的高精度长距离测距仪对移动扶梯地板纵向变化的输出电压或转换数值与时间的关系图，图中标识：t1为测试台阶竖直方向从最高到最低位置的时间，t2为测试台阶竖直方向从最低到最高位置的时间，v1为测试台阶竖直方向的最低位置的输出电压/转换数值，v2为测试台阶竖直方向的最高位置的输出电压/转换数值；

图9高精度长距离测距仪对不同身高者只站在移动扶梯单一台阶上通过的输出电压或转换数值与时间的关系图，图中标识：t1、t2、v1、v2与图7或图8基本相同，是没有人通过高精度长距离测距仪时的情形(供参照目的)，vp3为测试台阶通过低身高人的输出电压/转换数值，vp2为测试台阶通过中等身高人的输出电压/转换数值，vp1为测试台阶通过高身高人的输出电压/转换数值；

图10高精度长距离测距仪在某一身高者站在移动扶梯相邻两台阶上通过的输出电压或转换数值与时间的关系图，图中标识：t1、t2、v1、v2与图7或图8基本相同，是没有人通过时的情形，vp为测试台阶通过者的输出电压/转换数值；

图11高精度长距离测距仪在某一身高者在移动扶梯沿扶梯运行方向行走通过传感器的输出电压或转换数值与时间的关系图，图中标识：t1、t2、v1、v2与图7或图8基本相同，差别是通过的时间t小于单台阶的时间t1，vp为测试台阶通过者的输出电压/转换数值；

图12检测有通过者时是否有手扶电梯扶手轮带的高精度长距离测距仪安装示意图，图中标识：10-测距传感器，11-胳膊/手腕；

图13检测手扶的测距传感器10与检测通过者或扶梯台阶高精度长距离测距仪9之间的关系，上部与图9基本相同，下部是检测扶手测距离传感器的输出电压或转换数值。

具体实施方式

以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是值得说明的是，本实用新型并不限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本实用新型。

此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本实用新型的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。

如附图1所示，是自动扶梯自动监控及报警的功能框图，主要由传感器、ad摸数转换器（电压比较器）、数字信号处理器（如可编程阵列、微处理器机）、iot-功能微处理机（单板/微处理机）组成。

传感器安装在自动扶梯相应位置对自动扶梯进行检测，如果输出是数字信号，可直接将数字信号送到数字信号处理器；如果是模拟信号，先将模拟信号送到ad模数转换器转换成数字信号后，再将数字信号送到数字信号处理器。ad模数转换器可用多位的，也可以是一位，即电压比较器。

数字信号处理器可用可编程阵列、单片、单板的微处理器机对对数字信号进行处理，甚至包括对传感器的控制，例如，用vhdl（硬件描述语言）编程fpga/epld,实现计数器、状态机，以固定频率的时钟对信号（脉冲宽度）计数的开始、停止、清零、比较，就可以实现需要的功能。

适用传感器有多种，例如测速传感器，测距传感器或光电断续器等。

数字信号处理器处理的结果提供给iot(物联网internetofthings)功能处理器机，经所连接的无线或有线网络将停运的报警信息或电邮发送至相关人员或组织，把运行状态、人头数、身高大数据送给所需用户、云端。报警信息或电邮中，给出停运自动扶梯的精确、详细信息，比如数百地铁站、几十机场中的自动扶梯的站名、候机楼、楼层、距入口的方位等。例如，使用树莓派（raspberrypi）、nodered调用iot、email等模块编程即可实现以上功能。

如附图2所示，是自动扶梯结构示意图，自动扶梯主要包括扶手轮带1，扶梯轨道2，阶梯转动轮3，扶梯驱动齿轮4和电机5等。

需要指出的是：本发明所描述的装置或方法中使用到其它技术，如测距、测速装置、可编程阵列(fpga,epld,cpld)、微处理器、iot(internetofthings)云计算、电子邮件,它们均为已有技术，不属于本文范围。发明仅限于对自动扶梯运行状态及使用安全检测的组成及对检测信号的处理方法和基于此方法的实施装置。

实施例1

方法1：使用测速仪的自动扶梯自动监控装置

如图3所示，测速仪安装在自动扶梯的移动部位，测速仪对准自动扶梯的移动部位进行测速，如扶手带1或扶梯轨道2可以直接测出速度，零速度表示停止，正负则分别代表移动方向，向上或向下。

测速仪有接触型和非接触型两类。接触型通过一个旋传轮接触到移动物体上来跟随其移动，但可靠性和寿命，都不理想。非接触型主要有(双束)激光相干（涉）测速仪、单光速测速仪(最简单的代表就是光学鼠标)。

激光测速仪的精确度、成本、体积都较高，自动扶梯检测根本用不到如此高的精度。虽然实施可行，但不是最佳方案。单光速测速仪的成本、体积都很小，但对与被侧物体检间的工作距离及震动极其敏感，稳定性差，且装在扶手带1的上端还会对使用者有一定影响。装在下端,则很不方便安装或维护，也不是最佳方案。

实施例2

方法2：使用测距仪或光电断续器的自动扶梯自动监控装置

如图4所示，测距仪或光电断续器8安装在自动扶梯底部的梯台间，对台阶的移动进行监测。

如图5所示，测距仪或光电断续器8对连续移动扶梯(除启动或停止瞬间)监测的输出电压或转换数值与时间的关系呈周期性；t1和t2分别互为台阶或空隙对应的通过时间，t1为台阶的通过时间时，t2即为空隙的通过时间，反应亦然。

扶梯连续运行时，测距仪或光电断续器8监测的输出电压或转换数值有较大幅度变化且呈周期性，停止时则没有此变化。根据这种变化特点，就能确定扶梯是否运行，但还无法确定运行方向。若需要方向信息，在相邻的位置再增加一个传感器，比较两个传感器装置输出信号的时间顺序即可检测出移动的方向。

此可行方案的最大优点是对传感器的精度、距离要求不高，有很多器件可供使用,如夏普(sharpelectronics)生产的光学传感器:gp2y0a02yk,gp2y0a51sk0f,gp2y0a21yk0f,厂商sparkfunelectronics、adafruitindustriesllc生产的超声波传感器hc-sr04等,但缺点是：安装和维护很不方便。

实施例3

方法3：使用高精度长距离测距仪的自动扶梯自动监控装置

如图6所示，分析自动扶梯，其移动时应存在可分解为水平和垂直两个分量方向上的变化，虽无法靠肉眼观察出垂直方向/分量上的距离变化及其范围，但借助高速、高精度测距仪/数据采集器不但可以验证，还能帮助找到理想安装位置。

如图6所示，高精度长距离测距仪9安装在自动扶梯的上部，主要对台阶高度变化进行监测，还可“顺便”对台阶上人的身高进行监测。自动扶梯台阶仅在移动时才会产生水平和垂直两个方向距离的变化，在有高度变化的位置使用高精度长距离测距仪传感器就能测出这种变化。

高精度长距离测距仪传感器的理想安装位置一般在距出入口的第3到第5台阶之间，原则是自动扶梯运行时此点的纵向高度变化最大，以向上运行为例，理想位置1是由平变高的点，理想位置2则是由高变平的点，它们的变化范围接近。向下运行时，理想位置2则是由平变底的点，理想位置1是由高变平上的点。一旦位置确定，其变化规律也确定，既从增加与减低的时间比例，就能确定自动扶梯是否运行及运行方向。尽管如此，高度变化范围仅有几厘米，传感器的精度/分辨率必须得远远小于几厘米，可测距离至少在250厘米或以上，采样频率在24赫兹或以上。就满足性能而言，如st生产的光学传感器vl53l1x，如北醒(北京)光子科技有限公司生产的光学传感器tfminipluslidar,夏普(sharpelectronics)生产的光学传感器gp2y0a710k0f，adfruitindustriesllc和sparkfunelectronics生产的超声传感器hc-sr04

对不同种传感器，如超声类、光学类，处理原理和方法基本相同。

综合而言,此解决方法（3）是最佳方案。

如图7所示，为高精度长距离测距仪传感器对移动(除启动或停止瞬间)自动扶梯地板纵向变化输出电压或转换数值与时间的关系图。一般情况下v1到v2的变化接近直线，但高采样速率时会呈现小的“阶梯”状。

自动扶梯正向运行时，即自动扶梯的地板是由低处向高处运行时，自动扶梯的地板纵向变化的输出电压或转换数值与时间的关系图如图7所示，δv1=|v2-v1|等价的变化距离绝对值可在几厘米左右，既扶梯纵向信号的幅度，且呈周期性（t1、t2），可由此判定扶梯运行。一般，t1>t2；当自动扶梯反向运行时，即自动扶梯的地板是由高处向低处运行时，自动扶梯的地板纵向变化的输出电压或转换数值与时间的关系正好是图7所示的图线的轴对称图线。

自动扶梯停止运行时，即地板纵向不变，则高精度长距离测距仪传感器输出电压或转换数值，是介于v1至v2间的某固定值，可由此判定扶梯停止运行。尽管v1、v2可能有所波动，但输出电压或转换数值在v1至v2的范围附近的某个值不变。不同扶梯运行速度的微小差别，也会反应在t1、t2上，对同一扶梯(除启动或停止瞬间)t1、t2基本固定不变。

如图8所示，为高精度长距离测距仪传感器对移动(除启动或停止瞬间)的自动扶梯的地板纵向变化的输出电压（或转换数值）与时间的关系。图8与图7是反相，可由电路相位、传感器位置、扶梯运行方向不同而造成。

如图9所示，高精度长距离测距仪传感器对不同身高者只站在移动(除启停瞬间)的自动扶梯单一台阶上通过高精度长距离测距仪的输出电压或转换数值与时间的关系图，与自动扶梯的监测信号不同，通过高精度长距离测距仪的人及其身高信号不具周期性、数值不固定、且远大于扶梯信号δv1=|v2-v1|的几厘米范围。

图9中，t1、t2、v1、v2与图7或图8基本相同，是没有人通过高精度长距离测距仪时的情形(供参照目的)，vp3为测试台阶通过低身高人的输出电压/转换数值，vp2为测试台阶通过中等身高人的输出电压/转换数值，vp1为测试台阶通过高身高人的输出电压/转换数值；身高=所安装传感器距台阶的高度-传感器测出的距离，

δv1=|v2-v1|等价的变化距离绝对值可在几厘米左右，既扶梯台阶纵向的变化幅度；

δvp1=|vp1-v1|等价的变化距离绝对值可在190厘米左右，既身高190厘米；

δvp2=|vp2-v1|等价的变化距离绝对值可在170厘米左右，既身高170厘米；

δvp3=|vp3-v1|等价的变化距离绝对值可在几十厘米左右，既身高几十厘米。

如图10所示，高精度长距离测距仪在某一身高者站在移动(除启停瞬间)的自动扶梯相邻两台阶上通过时的输出电压或转换数值与时间的关系图，与图9基本相同，差别是通过的时间t大于单台阶的时间t1+t2，但小于或等于两台阶的时间：t1+t2+t1+t2。

如图11所示，是高精度长距离测距仪传感器在某一身高者在移动(除启停瞬间)的自动扶梯沿扶梯运行方向行走通过高精度长距离测距仪传感器的输出电压或转换数值与时间的关系，与图10基本相同，差别是通过时间t小于单台阶的时间t1+t2。

正确、安全的使用方法是：上扶梯时，一定要扶住其轮带，避免极不安全的跌倒，尤其是后仰。虽入口处有文字提醒，但不扶者仍大有人在，跌倒，甚至法律诉讼也偶有发生。按图6方法3安（加）装测距传感器10在距扶手轮带上方l1处,l1一般在数厘至数十厘米范围，检测有通过者时是否有电梯扶手轮带的高度上的物体通过，最可能就是伸出的胳膊或手腕11，如图12所示。图13是检测手扶的测距传感器10与检测通过者或扶梯台阶高精度长距离测距仪9之间的关系，上部与图9基本相同，下部是检测扶手测距离传感器的输出电压或转换数值va1,va2,va3，其主要特征有：

（1）其值在电梯扶手轮带的高度或以上，但小于其身高值（如vp1~vp3）；

（2）持续时间（信号宽度）不超过其通过者信号的持续时间（信号宽度）；

（3）时间顺序上在通过者信号的范围，但可超前（如va1，扶在身体前方）、同时（如va2，扶在身体侧面）、落后（如va3，扶在身体后方）于其身高信号。

尽管这些无法确定通过者扶住了电梯，但若通过期间没有此信号，则能肯定通过者没扶电梯并发出提醒。

有些较新系统，具有自动启、停的功能，即只有在有人使用时才启动并全速运行，直到到达为止。如果没有后继的使用者，则进入停滞状态：有些是真的停止，有些则是漫速。如果能将此信号引入本系统，即可简化消除此类误报的实施，如果不能，亦可用本方法检测是否有新使用者到达。

以上所述实施例仅为表达本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本实用新型的保护范围。