专利名称：电梯轿厢速度的检测装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种电梯速度的检测和监视装置和方法。更具体地说，本发明涉及一种用来检测电梯轿厢的超速状态并提供一相应的电信号的装置和方法。
目前，电梯设有多个制动装置，它们被设计用于在电梯的正常运行中，例如使电梯保持在它在平台的停靠处，并被设计成用在紧急状态，例如止动电梯轿厢的自由下落运动。
设置一个这种制动装置用来使超过预定速率运行的超速电梯轿厢慢下来。这种制动装置一般应用一触发安全装置运作的调速装置。在这种电梯系统中设有一调速绳索，它绕过井道顶部的滑轮和井道底部的拉紧轮，并固定在电梯轿厢上。当调速绳索超过电梯轿厢的预定速率时，调速装置抓紧调速绳索，拉紧与轿厢连接的两根杆。这两根杆拉动楔形安全器，后者夹紧上面运行着电梯轿厢的导轨，从而制动和使电梯轿厢减慢。
用来检测电梯轿厢超速的装置和方法对于安全制动系统的正确工作很重要。在传统的系统中，电梯轿厢的超速可通过调速绳索、调速轮、拉紧轮或操作安全装置的机械连杆监测。例如，上述的调速轮应用一离心装置，当达到超速状态时，后者接合一制动器而在调速绳索上产生阻力，从而触发安全装置。调速绳索使调速轮按与电梯轿厢的直线速度相关联的旋转速度旋转。调速器具有离心配重，它随增加的速度向外运动，结果增加了离心力。当电梯超过预定速度时，离心配重拨动一超速开关，后者使一组爪抓住绳索并使安全器动作。在其它的系统中，将一转速表安装在固定在轮上的辅绳上并用来监测电梯轿厢的超速状态和使安全器动作。
现有系统的缺点是绳索和调速系统会出现磨损。这种磨损的最大问题是不能用肉眼检测。此外，当出现超速状态时，需要电梯不服务，直至一机构用来重新设置调速装置和释放安全器。
调速绳索组件的另一缺点是需要维修和需要井道空间。调速绳索、轮和连杆必须周期性地清洁、润滑和更换。所有维修要求对于本领域技术人员而言是烦人的，因而是不希望的性能。这样需要一种去除调速绳索组件并需要监视和检测电梯轿厢超速状态的精确装置和方法，而不需要调速绳索组件。根据这一需要，还需要一检测电梯超速状态的精确的、非接触的、连续和瞬发的装置和方法。
因此，本发明的一个目的是提出一种检测电梯轿厢的超速状态的改进的方法和装置。
按照本发明，电梯的超速状态是利用一雷达速度传感器通过确定电梯的速度来检测的。速度传感器按精确的、非接触连接和瞬发的方式连续地监视电梯的速度和方向，而不使用现有技术的绳索调速系统。在本发明的实施例中，速度传感器安装在电梯轿厢上并将发送的信号指向井道的一部分或导轨。在另一实施例中，速度传感器安装在井道的天花板或底部并将发送的信号指向电梯轿厢。速度传感器接收返回信号并产生一表示电梯轿厢的速度和方向的速度信号。速度信号被一微处理器接收，后者将该速度信号与对应于超速状态的预定阈值比较。当存在超速状态时，微处理器产生一超速信号而能够使安全制动器减慢电梯。
根据下面对本发明的详细描述将更加明了本发明的上述的和其它的目的，特征和优点；附图所示为
图1表示在井道中采用本发明传感器的电梯的局剖立体图；图2表示采用本发明的速度传感器的电梯的示意侧视图；图3表示按照本发明的速度传感器和处理器的示意图；图4表示按照本发明的速度传感器和处理器的另一实施例的示意图；图5表示按照本发明的速度传感器和处理器的又一实施例的示意图；图6表示按照本发明的结构带片段的透视图。
图1表示一位于框架4上的本发明的电梯轿厢2，该框架由绳索6悬挂并由其运动。电梯框架4包括一块安放电梯轿厢2的安全板8、两个在轿厢框架4各侧的立柱12和一直接固定电梯绳索6的横梁10。轿厢框架4的每一侧均有导轨14，轿厢框架4在导轨14上在滚轮16内移动。电梯轿厢2在由壁部18、底部20和天花板22所界定的井道内通过电机(未示出)而竖直移动。
本发明的电梯轿厢2不采用现有技术的调速器绳索组件来在超速状态出现时触发安全制动系统。按照本发明，一雷达速度传感器30安装在电梯轿厢2的顶面32并向井道17的天花板22发射。如下文还要更全面解释的，雷达速度传感器30连续发出电磁信号，这些信号被天花板22反射。传感器30连续检测返回的信号。该传感器包括一无线电收发机，该收发机连同处理装置计算电梯轿厢2运行的速度和方向。当出现超速时，传感器30发出一输出信号，该信号最终被用来触发安全制动系统。在图1所示的实施例中，输出信号触发致动器34并通过位于电梯轿厢2每一侧的连杆系统36、传递杆38而启动对导轨14施加制动力的安全制动器26。致动器34可以包括一气缸、一液压缸、一电机、一电制动器或一可以变换连杆系统36的等效装置。速度传感器30在检测出轿厢2沿向上运行和朝下运行两个方向的超速状态时允许起动安全制动系统，为此，一组安全制动系统安装在电梯轿厢2的顶部，以便沿朝下方向止动轿厢，一组安全制动器26安装在轿厢底部，以便沿向上方向止动轿厢。
下面参见图2所示的本发明的三个不同的实施例。在第一实施例中，速度传感器30安装在电梯轿厢2的顶部，并由一雷达振荡收发机例如多普勒雷达或类似物组成，该收发机包括一天线40和一连接在其上的振荡接收机42。如图所示，无线40是一喇叭型天线，但也可以包括一平面天线阵，或接线板、天线或者其它类型的天线。振荡接收机42可以包括一市售类型的振荡接收机例如，由M/A公司提供的与天线40连接的MA 86849-M01或MA86843-M05型。双通道振荡接收机的使用允许测量运行的电梯轿厢2的速度和方向，以便沿向上方向和向下方向作超速控制。虽然所示的速度传感器30是一整体式多普勒雷达装置，但它是作为例示而不是限制。当然，速度传感器30可以包括一独立的发送机、天线和接收机以及类似的装置，这些都属于本发明的范畴。此外，在本发明范围的还有，速度传感器30可以包括其它类型的雷达，例如由Eaton公司制造的VORAD ETV-200传感器、无反射雷达和转发机装置。
如上所述，速度传感器30是一雷达装置，它通过天线40不断发出由44表示的电磁信号。发送的信号44被天花板22反射，由46表示的返回信号被天线40接收。反射的信号46载有轿厢2相对于反射面(天花板22)的速度的信息。
在图2所示的第二实施例中，速度传感器30a相对于用50表示的电梯轿厢2的速度矢量按用48表示的角度θ倾斜地安装在电梯轿厢2上。速度传感器30a被定位成朝导轨14或壁18连续发送磁信号并由它们反射。类似于速度传感器30，速度传感器30b安装在天花板22上，朝电梯轿厢2不断发送磁信号并被其反射。此外，属于本发明范围的有，速度传感器30可以安装在电梯轿厢2的地板上，朝井道17的底部20、导轨14或壁18不断发送磁信号并被其反射，此外，速度传感器30可以安装在井道17的底部20上，朝轿厢底部不断发送磁信号并被其反射。
一旦返回信号46被速度传感器30接收，振荡收发机42就输出一在图3、4和5中用68表示的速度信号fout，该信号包括按照下列公式与电梯轿厢2的速度Vca.成正比的频率fout＝COS(θ)*2*Vcar*frad/VLight其中VLight＝光速＝3×108米/秒frad=辐射频率＝24.125GHZθ＝传感器轴线和速度矢量之间的夹角48。
上述公式简化为fout＝160.8*Vca*COS(θ)速度传感器30和30b的角度θ为0.0，该角度使得振荡收发机42的输出信号的换算系数等于160.8HZ/(m/s)。速度传感器30a的换算系统取决于安装角48的值。
返回信号46含有一些认为是散射和噪音以及多普勒最大频率的不希望的频率，这些频率的平均值相应于电梯轿厢2的速度。一些不希望的频率是当信号44从天线40按扩散(被称为视角)发射时，发射的信号44发散的结果产生的。上述视角引起返回信号46中频率的相应发散。已发送信号44中其它不希望的频率可能由安装的速度传感器30的振动或者由于障碍物中止了信号而引起，上述信号又转换成返回信46中的不希望的频率。此外，一小部分发射的信号44在反射之前直接被天线40接收并与反射面(22，14或18)中的变量一起可引起噪音或返回信号46中的其它不希望的信号。
用54表示的振荡接收机42的输出信号(图3，4，5)以返回信号46为基础并由连接有振荡接收机42的处理器52处理。输出信号54由变宽的重叠频率的谱线组成，如上关于返回信号46所述。在信号54的频率中有一直流偏压和一载有关于电梯轿厢2的速度以及噪音和其它不同频率的信息的交流电(AC)。处理器52阻挡输出信号的直流部分并用来确定有关电梯轿厢2速度的输出信号54的平均频率。本发明的一个变型实施例示于图6中，其中的结构条27设置在导轨14或壁18上并用来与速度传感器30a(图2)相结合。结构条27包括一作为简单线条为例子示出的突起部28的均匀构造。结构条27产生具有增加反向反射量的返回信号46，从而增加反射和提高本发明的工作精度。结构条27可以用任何适当的方法固定在导轨14或壁18上。在另一变型实施例中，突起部的均匀构造可以在导轨的制造过程中直接压印入导轨14或直接加工在壁18上。
现在参照图3，图中示出了一个适合于与速度传感器30一起使用的处理器的实施例。处理器52由一消除高频噪音的低通滤波器56和一稳定输出信号54幅值的限幅器58组成。输出信号54的频率使用市售的频率-电压变换器60例如由松下半导体公司提供的LM2907或10LM2917估算。
现在参照图4，所示的又一实施例的处理器52由滤波器56、限幅器58和锁相环路(PLL)62组成。锁相环路由一电压控制振荡器和一相位检测器组成。上述振荡器向相位检测器提供一已知的信号，输出信号54同样供给相位检测器。当上述两个信号在另一信号的某一预定频率内时，振荡器频率将锁定输入频率54。这一技术允许实现窄带跟踪滤波器。供给振荡器的控制电压与其频率成正比，该频率本身直接与电梯轿厢2的速度成正比。初始的电压供给相应于电梯轿厢超速状态的振荡器。当电梯轿厢2的速度达到超速状态时，锁相环路将锁定输入频率54。一种市售的芯片例如由松下公司提供的LN565型可用于实现上述锁相环路的功能。
处理器52的又一实施例表示在图5中，其包括一滤波器56和一使输出信号54数字化的模拟-数字转换器64(A/D)。处理器52还包括一数字信号处理器(DSP)66，利用输出信号54的数字化型式用快速傅里叶变换来确定对应于电梯轿厢2的超速状态的多普勒信号。
处理器52产生一输出速度信号68，如本文所述，该信号涉及电梯轿厢2的速度和方向。输出速度信号68被速度检测模块70用来用软件、一比较器或其它等效装置检测是否存在超速状态。在本发明的一个实施例中，速度检测模块70包括一微处理器，该微处理器可以作为处理器52的一个元件、一个单独的处理器或可以包括在电梯的主处理器(未示出)中。速度检测模块70将速度信号与对应于超速状态的电压阈值作比较。例如，电梯可以具有15米/秒的额定速度，超速状态一般为额定速度的120％ +/-5％。利用上文建立的关系，当信号68的电压对应于大于2773.8HZ的阈值频率时，速度检测模块70输出信号72来触发致动器34(图1)和上文所述的安全制动系统的动作。
虽然已经表示和描述了优选实施例，但可对其作各种变更和替换，而不脱离本发明的精神和范围。当然，应当理解，本发明已经用示例作了说明而不是限制。
权利要求
1.一种电梯速度检测系统，包括一种检测电梯轿厢速度和产生一速度信号的速度传感器系统；和一比较产生的对应于电梯轿厢速度的输出信号的速度检测模块。
2.如权利要求1的电梯速度检测系统，其中，该速度传感器系统包括一定向发送信号的发送器；一接收返回信号的接收器；和一从接收器接收返回信号并产生一速度信号的处理器。
3.如权利要求2的电梯速度检测系统，其中，发送器和接收器包括一雷达装置，还包括一天线。
4.如权利要求2的电梯速度检测系统，其中，处理器包括一滤波器，一限幅器和一频率-电压变换器或一锁相环路。
5.如权利要求2的电梯速度检测系统，其中，处理器包括一滤波器、一模拟-数字转换器和一数字信号处理器。
6.如权利要求2的电梯速度检测系统，其中，发送器和接收器安装在井道内电梯轿厢的顶部或底部。
7.如权利要求6的电梯速度检测系统，其中，井道包括壁和导轨，发送的信号指向壁或导轨。
8.如权利要求6的电梯速度检测系统，其中，还包括一安置在壁或导轨上的均匀结构，发送的信号指向上述均匀的结构。
9.如权利要求6的电梯速度检测系统，其中，井道包括一天花板和一底部，发送的信号指向天花板或底部。
10.如权利要求2的电梯速度检测系统，其中，电梯轿厢安置在井道内，发送器和接收机安装在井道内，发送的信号指向电梯轿厢。
11.如权利要求2的电梯速度检测系统，其中，还包括速度检测模块，将速度信号与一速度阈值比较并产生一对应于超速状态的超速信号。
12.一种电梯系统，具有一电梯轿厢和一安全制动系统，该电梯系统包括一检测电梯轿厢速度和产生一速度信号的速度传感器系统；一将速度信号与一速度阈值比较并产生一对应于超速状态的超速信号的速度检测模块；一接收超速信号并触发安全制动系统的致动器。
13.如权利要求12的电梯系统，其中，速度传感器系统包括一定向发送信号的发送器；一接收返回信号的接收器；和一接收从接收器的返回信号并产生一超速信号的处理器。
14.如权利要求13的电梯系统，其中，发送器和接收器包括一雷达装置和还包括一天线。
15.如权利要求13的电梯系统，其中，处理器包括一滤波器；一限幅器；和一频率-电压变换器或一锁相环路。
16.如权利要求13的电梯系统，其中，处理器包括一滤波器；一模拟-数字转换器；和一数字信号处理器。
17.如权利要求13的电梯系统，其中，发送器和接收器安装在井道内的电梯轿厢的顶部或底部。
18.如权利要求17的电梯系统，其中，井道包括壁和导轨，发送的信号指向壁或导轨。
19.如权利要求18的电梯系统，其中，还包括安置在壁或导轨中的均匀的结构，发送信号指向均匀的结构。
20.如权利要求17的电梯系统，其中，井道包括一天花板和底部，发送的信号指向天花板或底部。
21.如权利要求13的电梯系统，其中，电梯轿厢安置在井道内，发送器和接收器安装在井道内，发送的信号指向电梯轿厢。
22.一种检测电梯轿厢的超速状态的方法，包括检测电梯轿厢的速度；产生一速度信号；比较速度信号与速度阈值；产生一超速信号。
23.如权利要求22的检测方法，其中，电梯轿厢具有顶部和底部并安置在一具有天花板、底部、壁和导轨的井道内，上述的检测包括将发送的信号指向天花板、底部、壁、导轨、顶部或底部；和接收返回信号。
全文摘要
本发明涉及电梯轿厢速度的检测设备和方法。设有一雷达速度传感器(30)来确定电梯轿厢(2)的速度。速度传感器产生一信号,由处理器(52)处理并经由速度检测模块(70)与速度阈值比较。速度检测模块产生一超速信号(72)触发致动器(34)和安全制动器(26)动作。
文档编号B66B5/04GK1261048SQ9912691
公开日2000年7月26日 申请日期1999年12月21日 优先权日1998年12月22日
发明者C·A·斯卡尔斯基, A·韦基奥蒂 申请人:奥蒂斯电梯公司