缓冲器复位时间测试装置的制作方法

本实用新型涉及电梯技术领域，尤其涉及缓冲器复位时间测试装置。

背景技术：

电梯缓冲器是电梯非常重要的一个安全部件，通常是设置在电梯轿厢和对重装置的行程底部。当电梯超越底层或顶层时，轿厢或对重撞击缓冲器，有缓冲器吸收或消耗电梯的动能，从而使轿厢或对重安全减速直至停止。为了保证电梯运行的安全性，对电梯缓冲器复位时间进行检测是十分必要的。

针对采取人员蹲在底坑观察计时的方式对电梯缓冲器复位时间进行检测，存在肉眼观察人工计时主观性大的问题，现有常采用加速度传感器来检测电梯缓冲器的复位时间，其中，电容式加速度传感器是最常用的传感器。由于电容式加速度传感器输出电容信号微弱且不稳定，通常使用放大电路放大微弱的电容信号，但是存在电容信号容易受差分放大电路热噪声以及电子元器件误差影响，导致输出信号线性度低。

因此，为了解决上述问题，本实用新型提出了缓冲器复位时间测试装置，通过优化现有的差分放大电路的结构，消除电路热噪声及元器件误差影响，提高输出信号的线性度。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提出了缓冲器复位时间测试装置，通过优化现有的差分放大电路的结构，消除电路热噪声及元器件误差影响，提高输出信号的线性度。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了缓冲器复位时间测试装置，其包括电容式加速度传感器、cpu芯片和放大电路，放大电路包括第一t型网络放大电路、第二t型网络放大电路和减法器；

电容式加速度传感器的正极输出端通过第一t型网络放大电路与减法器的第一输入端电性连接，电容式加速度传感器的负极输出端通过第二t型网络放大电路与减法器的第二输入端电性连接，减法器的输出端与cpu芯片的模拟输入端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，放大电路还包括带通滤波器；

带通滤波器串联在减法器的输出端与cpu芯片的模拟输入端之间的线路中。

更进一步优选的，第一t型网络放大电路包括电阻r1-r5、电容c102和第一运算放大器lm224；

电容式加速度传感器的正极输出端通过电阻r1分别与电容c102的一端、第一运算放大器lm224的反相输入端和电阻r2的一端电性连接，电阻r2的另一端分别与电阻r4的一端和电阻r3的一端电性连接，电阻r3的另一端接地，电容c102的另一端和电阻r4的另一端均与第一运算放大器lm224的输出端电性连接，第一运算放大器lm224的同相输入端通过电阻r5接地，第一运算放大器lm224的输出端与减法器的第一输入端电性连接。

更进一步优选的，减法器包括电阻r6、电阻r7、电阻r9、电阻r14和第二运算放大器lm224；

第一运算放大器lm224的输出端通过电阻r6与第二运算放大器lm224的反相输入端电性连接，电阻r7并联在第二运算放大器lm224的反相输入端及其输出端之间，第二t型网络放大电路的输出端分别与电阻r9的一端和电阻r14的一端电性连接，电阻r14的另一端接地，电阻r9的另一端与第二运算放大器lm224的同相输入端电性连接，第二运算放大器lm224的输出端通过带通滤波器与cpu芯片的模拟输入端电性连接。

更进一步优选的，带通滤波器包括电阻r15-r18、电容c34、电容c35和第三运算放大器lm224；

第二运算放大器lm224的输出端通过电阻r15分别与电阻r16的一端、电容c35的一端和电容c34的一端电性连接，电阻r16的另一端接地，电容c35的另一端分别与电阻r17的一端和第三运算放大器lm224的反相输入端电性连接，电容c34的另一端和电阻r17的另一端均与第三运算放大器lm224的输出端电性连接，第三运算放大器lm224的同相输入端通过电阻r18接地，第三运算放大器lm224的输出端与cpu芯片的模拟输入端电性连接。

更进一步优选的，放大电路还包括相干解调电路；

相干解调电路串联在带通滤波器的输出端与cpu芯片的模拟输入端之间的线路中。

更进一步优选的，放大电路还包括低通滤波器；

低通滤波器串联在相干解调电路的输出端与cpu芯片的模拟输入端之间的线路中。

本实用新型的缓冲器复位时间测试装置相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过设置第一t型网络放大电路和第二t型网络放大电路，具有三个方面的作用，第一，将电容式加速度传感器输出的电容信号转换为电压信号，并对电压信号进行放大处理；第二，通过使用t型网络电阻代替现有放大电路使用大阻值的负反馈电阻，在放大电路得到同等增益的情况下，电阻热噪声大幅度降低，消除电路存在的噪声误差，提高输出电压信号的线性度；第三，通过设置平衡电阻和防振电容来消除寄生电阻和寄生电容的影响，减小电路电压漂移，进一步提高输出电压信号的线性度；

(2)通过设置带通滤波器，滤除减法器输出电压信号中存在的谐波和噪声干扰信号，并补偿减法器输出电压信号的电压相位偏移，降低电路的功率损耗，更进一步提高输出电压信号的线性度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的缓冲器复位时间测试装置的系统结构图；

图2为本实用新型的缓冲器复位时间测试装置中第一t型网络放大电路、第二t型网络放大电路和减法器的电路图；

图3为本实用新型的缓冲器复位时间测试装置中带通滤波器的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的缓冲器复位时间测试装置，其包括电容式加速度传感器、cpu芯片和放大电路。

电容式加速度传感器，当轿厢或对重撞击缓冲器时，电容式加速度传感器用于测量缓冲器被压缩以及恢复过程中的加速度，并转换为电容信号输入至放大电路进行放大处理，放大电路放大处理后的信号输入至cpu芯片处理得出缓冲器的复位时间。具体的，电容式加速度传感器的正极输出端和负极输出端均通过放大电路与cpu芯片的模拟输入端电性连接。本实施中，不涉及对电容式加速度传感器内部结构的改进，因此，在此不再累述电容式加速度传感器的内部结构。本实施例，不限定电容式加速度传感器的型号，优选的，可以选用ms9002.d。

放大电路，将电容式加速度传感器输出的电容信号转换为电压信号并进行放大滤波处理。优选的，本实施例中，放大电路包括第一t型网络放大电路、第二t型网络放大电路、减法器、带通滤波器、相干解调电路和低通滤波器。

第一t型网络放大电路和第二t型网络放大电路，具有三个方面的作用，第一，将电容式加速度传感器输出的电容信号转换为电压信号，并对电压信号进行放大处理；第二，通过使用t型网络电阻代替现有放大电路使用大阻值的负反馈电阻，在放大电路得到同等增益的情况下，电阻热噪声大幅度降低，消除电路存在的噪声误差，提高输出电压信号的线性度；第三，通过设置平衡电阻和防振电容来消除寄生电阻和寄生电容的影响，减小电路电压漂移，进一步提高输出电压信号的线性度。具体的，第一t型网络放大电路的输入端与电容式加速度传感器的正极输出端电性连接，第一t型网络放大电路的输出端与减法器的第一输入端电性连接，第二t型网络放大电路的输入端与电容式加速度传感器的负极输出端电性连接，第二t型网络放大电路的输出端与减法器的第二输入端电性连接。

本实施例中，设置第一t型网络放大电路和第二t型网络放大电路的电路结构相同，因此，在此只介绍第一t型网络放大电路，不再累述第二t型网络放大电路的结构。优选的，本实施例中，如图2所示，第一t型网络放大电路包括电阻r1-r5、电容c102和第一运算放大器lm224；具体的，电容式加速度传感器的正极输出端通过电阻r1分别与电容c102的一端、第一运算放大器lm224的反相输入端和电阻r2的一端电性连接，电阻r2的另一端分别与电阻r4的一端和电阻r3的一端电性连接，电阻r3的另一端接地，电容c102的另一端和电阻r4的另一端均与第一运算放大器lm224的输出端电性连接，第一运算放大器lm224的同相输入端通过电阻r5接地，第一运算放大器lm224的输出端与减法器的第一输入端电性连接。如图2所示，vi1表示电容式加速度传感器的正极输出端输出的电容信号；vi2表示电容式加速度传感器的负极输出端输出的电容信号；u1对应表示第一运算放大器lm224。

其中，电阻r1为负载电阻，用于防止电路电压过大击穿第一运算放大器lm224；电阻r2、电阻r3和电阻r4为负反馈电阻，一方面用于减小第一运算放大器lm224的失调电压以及信号非线性失真，提高电路输出电压信号的线性度；另一方面电阻r2、电阻r3和电阻r4组成t型网络电阻，在放大电路得到同等增益的情况下，电阻热噪声大幅度降低，消除电路存在的噪声误差，提高输出电压信号的线性度；电阻r5为平衡电阻，用于消除第一运算放大器lm224的电压漂移，提高电路输出电压信号的线性度；电容c102为防振电容，用于防止第一运算放大器lm224自激振荡；电阻r1-r5、电容c102和第一运算放大器lm224构成第一t型网络放大电路，具有三个方面的作用，第一，将电容式加速度传感器输出的电容信号转换为电压信号，并对电压信号进行放大处理；第二，通过使用t型网络电阻代替现有放大电路使用大阻值的负反馈电阻，在放大电路得到同等增益的情况下，电阻热噪声大幅度降低，消除电路存在的噪声误差，提高输出电压信号的线性度；第三，通过设置平衡电阻和防振电容来消除寄生电阻和寄生电容的影响，减小电路电压漂移，进一步提高输出电压信号的线性度。

减法器，一方面对第一t型网络放大电路和第二t型网络放大电路的输出电压信号进行差分处理，并输出代表电容式加速度传感器电容变化量的电压信号，从而得到代表加速度的变化量的电压信号；另一方面，进一步放大第一t型网络放大电路和第二t型网络放大电路输出的电压信号。具体的，减法器的第一输入端与第一t型网络放大电路的输出端电性连接，减法器的第二输入端与第二t型网络放大电路的输出端电性连接，减法器的输出端通过依次串联的带通滤波器、相干解调电路和低通滤波器与cpu芯片的模拟输入端电性连接。

优选的，本实施例中，如图2所示，减法器包括电阻r6、电阻r7、电阻r9、电阻r14和第二运算放大器lm224；具体的，第一运算放大器lm224的输出端通过电阻r6与第二运算放大器lm224的反相输入端电性连接，电阻r7并联在第二运算放大器lm224的反相输入端及其输出端之间，第二t型网络放大电路的输出端分别与电阻r9的一端和电阻r14的一端电性连接，电阻r14的另一端接地，电阻r9的另一端与第二运算放大器lm224的同相输入端电性连接，第二运算放大器lm224的输出端通过依次串联的带通滤波器、相干解调电路和低通滤波器与cpu芯片的模拟输入端电性连接。如图2所示，vo1表示减法器输出的电压信号；u3对应表示第二运算放大器lm224。

其中，电阻r6和电阻r9为负载电阻，用于防止电路电压过大击穿第二运算放大器lm224；电阻r7为负反馈电阻，用于减小第二运算放大器lm224的失调电压以及信号非线性失真，提高电路输出电压信号的线性度；电阻r14为平衡电阻，用于消除第二运算放大器lm224的电压漂移，提高电路输出电压信号的线性度；电阻r6、电阻r7、电阻r9、电阻r14和第二运算放大器lm224构成减法器，一方面，对第一t型网络放大电路和第二t型网络放大电路的输出电压信号进行差分处理，并输出代表电容式加速度传感器电容的变化量的电压信号，从而得到代表加速度的变化量的电压信号；另一方面，进一步放大第一t型网络放大电路和第二t型网络放大电路的输出电压信号。

带通滤波器，滤除减法器输出电压信号中存在的谐波和噪声干扰信号，并补偿减法器输出电压信号的电压相位偏移，降低电路的功率损耗，更进一步提高输出电压信号的线性度。具体的，带通滤波器串联在减法器的输出端与相干解调电路的输入端之间的线路中。优选的，本实施例中，如图3所示，带通滤波器包括电阻r15-r18、电容c34、电容c35和第三运算放大器lm224；具体的，第二运算放大器lm224的输出端通过电阻r15分别与电阻r16的一端、电容c35的一端和电容c34的一端电性连接，电阻r16的另一端接地，电容c35的另一端分别与电阻r17的一端和第三运算放大器lm224的反相输入端电性连接，电容c34的另一端和电阻r17的另一端均与第三运算放大器lm224的输出端电性连接，第三运算放大器lm224的同相输入端通过电阻r18接地，第三运算放大器lm224的输出端通过依次串联的相干解调电路和低通滤波器与cpu芯片的模拟输入端电性连接。如图3所示，vo表示带通滤波器输出的电压信号；u4对应表示第三运算放大器lm224。

其中，电阻r15为限流电阻，防止电路电压过大击穿第三运算放大器lm224；电阻r16与电容c35构成rc滤波电路，用于滤除减法器输出信号中的干扰信号；电阻r18为平衡电阻，用于消除第三运算放大器lm224的电压漂移，提高信号线性度；电阻r17为负反馈电阻，用于减小第三运算放大器lm224的失调电压以及信号非线性失真；电容c34为负反馈电容，用于补偿减法器输出电压信号的电压相位偏移，降低电路的功率损耗，进一步提高输出电压信号的线性度；电阻r15-r18、电容c34、电容c35和第三运算放大器lm224构成带通滤波器，用于滤除减法器输出电压信号中的干扰信号，减法器输出电压信号的电压相位偏移，降低电路的功率损耗，更进一步提高输出电压信号的线性度。

相干解调电路，电容式加速度传感器内部集成接口电路，该接口电路将电容信号进行调制后输出高频交流信号，使电容信号具有较强抗干扰能力，该高频交流信号经过差分放大器放大后可以直接输入至cpu芯片的模拟输入端进行解调，也可以通过硬件搭建的相干解调电路进行解调，解调后再输入至cpu芯片的模拟输入端。采用硬件搭建相干解调电路进行解调的方法，一方面，可以降低cpu芯片的工作负担，提高cpu芯片的处理速度；另一方面，可以提高信号调理电路输出信号与加速度的线性相关度。因此，本实施例中，采用硬件搭建的相干解调电路进行解调，可以方便信号调理电路检测到电容式加速度传感器的电容信号的变化量。具体的，相干解调电路串联在带通滤波器的输出端与低通滤波器的输入端之间的线路中。本实施例中，不涉及对相干解调电路结构的改进，因此，在此不再累述相干解调电路的结构。

低通滤波器，滤除相干解调电路输出的直流信号中存在的高频干扰信号和高频载波信号。具体的，低通滤波器串联在相干解调电路的输出端与cpu芯片的模拟输入端之间的线路中。本实施例中，不涉及对低通滤波器结构的改进，因此，在此不再累述低通滤波器的结构。优选的，可以选用二阶巴特沃斯低通滤波器。

cpu芯片，接收低通滤波器滤波后输出的直流电压信号，并进行处理得出缓冲器的复位时间。具体的，cpu芯片的模拟输入端与低通滤波器的输出端电性连接。本实施例中，不涉及对cpu芯片计算缓冲器的复位时间算法的改进，也不涉及对cpu芯片内部算法的改进，因此，在此不再累述cpu芯片的计算缓冲器复位时间的算法及其内部算法。本实施例不限定cpu芯片的型号，优选的，选用msp430f149；p1.1引脚对应表示cpu芯片的模拟输入端。

本实用新型的工作原理是：当轿厢或对重撞击缓冲器时，电容式加速度传感器测量缓冲器被压缩以及恢复过程中的加速度，并转化为电容信号，电容信号经电容式加速度传感器的正极输出端和负极输出端分别输入至第一t型网络放大电路和第二t型网络放大电路进行处理，第一t型网络放大电路和第二t型网络放大电路，一方面，将电容信号转化为电压信号并进行放大处理，另一方面，消除电路存在的噪声误差并降低电阻热噪声，经第一t型网络放大电路和第二t型网络放大电路处理后的电压信号输入至减法器进行差分处理，减法器处理后输出代表电容式加速度传感器电容变化量的电压信号到带通滤波器，带通滤波器滤除输出电压信号中存在的谐波和噪声干扰信号，并补偿输出电压信号的电压相位偏移，将电压信号输入至相干解调电路进行解调，解调后输出直流信号至低通滤波器，低通滤波器滤除直流信号中存在的高频干扰信号和高频载波信号后，将直流信号输入至cpu芯片进行处理，得出缓冲器的复位时间。

本实施例的有益效果为：通过设置第一t型网络放大电路和第二t型网络放大电路，具有三个方面的作用，第一，将电容式加速度传感器输出的电容信号转换为电压信号，并对电压信号进行放大处理；第二，通过使用t型网络电阻代替现有放大电路使用大阻值的负反馈电阻，在放大电路得到同等增益的情况下，电阻热噪声大幅度降低，消除电路存在的噪声误差，提高输出电压信号的线性度；第三，通过设置平衡电阻和防振电容来消除寄生电阻和寄生电容的影响，减小电路电压漂移，进一步提高输出电压信号的线性度；

通过设置带通滤波器，滤除减法器输出电压信号中存在的谐波和噪声干扰信号，并补偿减法器输出电压信号的电压相位偏移，降低电路的功率损耗，更进一步提高输出电压信号的线性度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。