自動(dòng)扶梯中超聲波傳感器的應(yīng)用

????????自動(dòng)扶梯在運(yùn)行過程中，顧客的流量在不同時(shí)段有較大的差別，有時(shí)乘自動(dòng)扶梯可能一個(gè)人也沒有，由于顧客到來(lái)具有隨機(jī)性，也不可能在無(wú)人乘坐時(shí)將自動(dòng)扶梯停止運(yùn)轉(zhuǎn)，未進(jìn)行調(diào)速控制的自動(dòng)扶梯只能以額定速度空轉(zhuǎn)， 這樣運(yùn)行很不經(jīng)濟(jì)，浪費(fèi)大量的電能，而且，鏈條、皮帶磨損大、維修周期短，給正常使用帶來(lái)了不少麻煩。因此對(duì)自動(dòng)扶梯進(jìn)行變頻調(diào)速改造，在無(wú)人乘坐時(shí)降低速度運(yùn)轉(zhuǎn)，有人乘坐時(shí)再平穩(wěn)地加速到額定速度運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣，可減低鏈條、皮帶的磨損；轉(zhuǎn)速降低后，電機(jī)的輸出功率大幅度減少，帶來(lái)了一定的節(jié)能效果。無(wú)人乘坐的時(shí)間越長(zhǎng)，節(jié)能的效果越顯著。

　　在自動(dòng)扶梯行業(yè)探測(cè)裝置，邦納公司解決方案推薦一款針對(duì)扶梯領(lǐng)域設(shè)計(jì)的超聲波傳感器產(chǎn)品-邦納T30UX超聲波傳感器。該超聲波傳感器系列是邦納T30U 超聲波傳感器系列的一個(gè)擴(kuò)充產(chǎn)品，全新的T30UX超聲波傳感器具有T型緊湊型結(jié)構(gòu)，抗電磁及射頻干擾，更小的盲區(qū)和更遠(yuǎn)檢測(cè)距離，并且其大范圍的操作溫度及內(nèi)置溫度補(bǔ)償電路，使其可應(yīng)用于各種惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。其卓越的性能參數(shù)足以讓用戶再也不用擔(dān)心該環(huán)節(jié)會(huì)有任何失誤。以下詳細(xì)地介紹這款產(chǎn)品在自動(dòng)扶梯上的安裝使用說明以及調(diào)試方法。

　　這款產(chǎn)品的特點(diǎn)：

　　1. 固定區(qū)域超聲波檢測(cè)，只對(duì)距離敏感，能可靠探測(cè)區(qū)域內(nèi)各種顏色（包括黑色）物體，同時(shí)屏蔽區(qū)域外物體，避免誤判斷。

　　2. 探測(cè)距離可按鍵設(shè)定，電路能自動(dòng)識(shí)別和判斷，3次按鍵即可完成。

　　3. 工作溫度：-40°C ~70°C,并內(nèi)置溫度補(bǔ)償電路，減少溫度梯度變化影響傳感器測(cè)量。

　　4. 最大檢測(cè)距離有1,2,3 米，開關(guān)量和模擬量型號(hào)可選。

　　5. 大范圍操作，發(fā)散角可達(dá)30度，可靠覆蓋人體有效部位，盲區(qū)小，最小距離100mm.

　　6. 不受灰塵和雨水影響，MTBF時(shí)間可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)。

　　7. 增強(qiáng)EMC 及RFI,抗干擾強(qiáng)；IP67 防護(hù)等級(jí)，抗沖擊，抗振動(dòng)。

　　8. 發(fā)射接收一體化設(shè)計(jì)，不需要額外安裝控制器，直徑30的圓柱式螺紋，安裝調(diào)試更加方便。

　　9. 按鍵鎖定及指示燈功能；遙控Teach-in 示教功能，并有流程表指導(dǎo)操作。

　　超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。

　　T30UX超聲波傳感器工作原理：

　　在自動(dòng)扶梯出入口每一側(cè)扶手帶的下面安裝一個(gè)超聲波傳感器T30UX,利用發(fā)射的超聲波照到人體身上，并接受到反射的聲波，就可以在扶梯入口處探測(cè)到乘客之后發(fā)出一個(gè)NPN/PNP或者繼電器信號(hào)。從而為扶梯執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）提供準(zhǔn)確的運(yùn)行指令，達(dá)到有乘客時(shí)運(yùn)行，無(wú)乘客時(shí)切換至節(jié)能狀態(tài)：

　　以標(biāo)準(zhǔn)型標(biāo)稱功率11.7KW 扶梯為例 運(yùn)行速度 功耗

　　滿速空載狀態(tài) 0.5 米/秒 3.2KW

　　低速節(jié)能狀態(tài) 0.2 米/秒 1.1KW

　　停運(yùn)節(jié)能狀態(tài) 0 米/秒 0 KW

　　為了確保每一個(gè)從不同方向走過來(lái)的乘客都能被探測(cè)到，需要將傳感器的安裝位置朝向扶梯的內(nèi)側(cè)，這樣就可以使兩道超聲波產(chǎn)生交匯，扶梯入口前方形成一個(gè)無(wú)盲區(qū)的探測(cè)帶。通過T30UX背部的按鍵調(diào)節(jié)，可以設(shè)定感應(yīng)范圍，并且會(huì)產(chǎn)生一個(gè)等腰三角形形狀的探測(cè)光束區(qū)域。一旦有行人朝扶梯入口處走來(lái)，如圖1所示，就可以被聲波感應(yīng)到。

　　通常國(guó)家規(guī)定了自動(dòng)扶梯入口檢測(cè)的最小距離為1.3米（即電梯梯級(jí)到乘客的直線距離），本方案選擇超聲波量程為2米的型號(hào)，圖2是簡(jiǎn)單的安裝示意圖：

　　其中，X為傳感器到乘客的距離，Y為乘客探測(cè)有效部位。

　　假設(shè)目前設(shè)定好超聲波傳感器的探測(cè)距離為1.5米（即屏蔽1.5米以外的物體），同時(shí)要考慮到有乘客從側(cè)面進(jìn)入電梯入口，這時(shí)候乘客距離傳感器才30mm.

　　所以設(shè)定X的取值范圍：1.5米 >X >0.3米，傳感器發(fā)射角為30度，Y=X * tan30,可以計(jì)算出Y的同幅度范圍：0.87米>Y >0.17米，即對(duì)人體的腿部和腳部進(jìn)行探測(cè)，由于超聲波傳感器能可靠檢測(cè)深色物體，而乘客的褲子和鞋子通常都以深色為主，以前采用光電傳感器不能可靠檢測(cè)的部位，現(xiàn)在有了超聲波就可以完全解決了。

　　現(xiàn)場(chǎng)安裝操作流程和注意事項(xiàng)：

　　1. 根據(jù)扶梯的結(jié)構(gòu)尺寸，開25mm直徑圓孔并固定，不需要額外安裝支架。

　　2. 確保傳感器前沒有遮擋物體，建議超聲波探頭（陶瓷壓片）離機(jī)構(gòu)開孔距離3-5mm.

　　3. 調(diào)整并安裝信號(hào)電源接線（標(biāo)準(zhǔn)2米長(zhǎng)），避免陶瓷片和連接線有損傷。

　　4. 探測(cè)距離可按照說明書的步驟3次按鍵設(shè)定，建議設(shè)定最大距離1.5m,最小距離30mm.

　　5. 安裝時(shí)，可根據(jù)具體環(huán)境適當(dāng)向上調(diào)整仰角15-20度，向內(nèi)傾斜10-15度，具體見圖1和圖2的角度說明

　　6. 現(xiàn)場(chǎng)安裝完畢后可離線遠(yuǎn)程調(diào)試，方便維修人員操作，具體見說明書遠(yuǎn)程示教功能。

　　以上數(shù)據(jù)僅供參考，具體的支架設(shè)計(jì)尺寸根據(jù)不同的梯型來(lái)確定。

　　邦納第二代超聲波傳感器T30UX技術(shù)參數(shù)及尺寸圖：

T30UX產(chǎn)品參數(shù)表

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　　總結(jié)：

　　超聲波傳感器在工業(yè)上和民用上的應(yīng)用正快速發(fā)展，這項(xiàng)曾經(jīng)十分昂貴而且精準(zhǔn)度不高的技術(shù)如今已經(jīng)變得簡(jiǎn)單易用，精度高且費(fèi)用低廉。而如今，超聲波傳感器已經(jīng)成了一個(gè)常規(guī)設(shè)備在過程控制中提高產(chǎn)品的質(zhì)量，應(yīng)用在檢測(cè)次品，確認(rèn)出現(xiàn)或者消失和其他一些領(lǐng)域。這種傳感器同樣可以提高生產(chǎn)力，它可以減少?gòu)U料，避免由于零件損壞造成的停工。未來(lái)在此項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)此類產(chǎn)品的發(fā)展仍將延續(xù)這種趨勢(shì)，這是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)達(dá)成共識(shí)，那就是超聲波傳感器不光光在所有的制造領(lǐng)域內(nèi)（包括質(zhì)量控制，過程控制和檢測(cè)），而且在相當(dāng)一部分民用設(shè)備上俱有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

　　附：超聲波傳感器選型要點(diǎn)：

　　范圍和尺寸

　　被檢測(cè)的物體的尺寸大小會(huì)影響超聲波傳感器的最大有效范圍，傳感器必須探測(cè)到一定級(jí)別的聲波才能被激勵(lì)輸出信號(hào)，一個(gè)較大的物體可以將大部分聲波反射給傳感器，所以傳感器可以在它的最大限度內(nèi)對(duì)此物體進(jìn)行感應(yīng)，而一個(gè)小物體只能反射很少的聲波，這樣就明顯地減小了感應(yīng)的范圍。

　　被測(cè)物

　　能運(yùn)用超聲波傳感器進(jìn)行檢測(cè)的最理想的物體應(yīng)該是大型、平坦、高密度的物體，垂直放置面對(duì)著傳感器感應(yīng)面。最難檢測(cè)的是那些面積非常小，或者是可以吸收聲波的材料制作的，比如泡沫塑料，或者是傾斜面對(duì)著傳感器的。一些比較困難被檢測(cè)的物體可以先對(duì)物體的背景表面進(jìn)行示教，再對(duì)放在傳感器和背景之間的物體作出反應(yīng)。用于液體測(cè)量時(shí)需要要液體的表面垂直面對(duì)超聲波傳感器，如果液體的表面非常不平整，那么傳感器的響應(yīng)時(shí)間要調(diào)的更長(zhǎng)一些，它會(huì)將這些變化做個(gè)平均，可以比較固定的讀取。

　　在Retrosonic模式下使用超聲波傳感器使得探測(cè)不規(guī)則物體也成為可能，在retrosonic模式下，超聲波傳感器可以先探測(cè)一個(gè)平整的背景，如一面墻，當(dāng)任何物體通過傳感器和墻之間的時(shí)候，就會(huì)阻礙聲波，傳感器感應(yīng)到了中斷，便會(huì)意識(shí)到出現(xiàn)了物體。

　　振動(dòng)

　　無(wú)論是傳感器本身還是周圍機(jī)械的振動(dòng)，都會(huì)影響距離測(cè)量的精確度，這時(shí)可以考慮采取一些減震措施，例如：用橡膠的抗震設(shè)備給傳感器做一個(gè)底座，可以減少振動(dòng)，用固定桿也可以消除或者最大程度的減少振動(dòng)。

　　衰減

　　當(dāng)周圍環(huán)境溫度緩慢變化的時(shí)候，有溫度補(bǔ)償?shù)某暡▊鞲衅骺梢宰龀稣{(diào)整，但是如果溫度變化過快，傳感器將無(wú)法做出調(diào)整。

　　誤判

　　聲波可能會(huì)被附近的一些物體反射，比如導(dǎo)軌或者固定夾具，為了確保檢測(cè)的可靠性，必須減少或者排除周圍物體對(duì)聲波反射的影響，為了避免對(duì)周圍物體的錯(cuò)誤檢測(cè)，許多超聲波傳感器都有一個(gè)LED指示器來(lái)引到操作人員進(jìn)行安裝，來(lái)確保這個(gè)傳感器被正確的裝好，減少出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)。

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