人行自動平開門開合速度測試方法探究

殷國山 王星龍 黃天岐 于小艷

（嘉興威凱檢測技術(shù)有限公司 嘉興 314000）

引言

人行自動平開門開合速度是衡量自動門性能的一個重要指標，速度過慢，將直接影響通行效率，造成不必要的等待和時間浪費，速度過快，將會存在安全隱患，甚至會導(dǎo)致自動門撞人的情況發(fā)生。因此速度測試為改進自動門設(shè)計方案、提升自動門性能提供了重要參數(shù)。本文介紹光電測速計和頻閃儀兩種測速方法，通過試驗比較，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)提出個人觀點。

1 人行自動平開門的介紹

結(jié)構(gòu)：人行自動平開門主要由門板、門機、軌道、支架、皮帶和其他機構(gòu)組成；門板一般由玻璃材料制成；門機就是驅(qū)動電動機，負責開關(guān)自動門的動力輸出，內(nèi)部有減速器，能提供大扭矩并控制自動門的速度；軌道就是控制自動門移動軌跡的鐵軌；支架用于支撐自動門；皮帶就用于連接發(fā)動機和自動門之間的動力傳遞。

速度測試方法：測試人行自動平開門開合速度的方法有兩種：第一種方法是直接測試門板移動速度，可以通過位移時間比求得，也可以借助光電測速計求得；第二種方法是測試門機轉(zhuǎn)速，通過傳動比求得自動門的開合速度，也同樣可通過光電測速計或用頻閃儀測試門機轉(zhuǎn)速。

2 光電測速計和頻閃儀

轉(zhuǎn)速表分為接觸式和非接觸式兩種，非接觸式轉(zhuǎn)速表又分為光電式轉(zhuǎn)速計和頻閃式轉(zhuǎn)速儀等；光電測速計和頻閃儀是測試技術(shù)中常用到的兩種測轉(zhuǎn)速的儀表，其工作原理及測試方法介紹如下。

2.1 光電式轉(zhuǎn)速計

光電式轉(zhuǎn)速計是通過LED光源或激光光源照射粘貼有反光片的軸，軸轉(zhuǎn)動時反光片反射的光源被轉(zhuǎn)化為脈沖信號，脈沖信號通過電子計數(shù)器計數(shù)并顯示其轉(zhuǎn)速值的儀器[1]。

2.1.1 工作原理

光電式轉(zhuǎn)速計采用紅外線反射式探頭，發(fā)光管（LED）和受光管（光電傳感器）并排安裝在探頭同側(cè)，探頭接近貼有反光片的被測物體，反光片每經(jīng)過一次發(fā)光管便會反射一束紅外線光，被反射的紅外線光信號被受光管接收，并產(chǎn)生一個脈沖信號，脈沖信號經(jīng)過大電路、濾波電路、整形電路后傳入到單片機，單片機通過算法實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的實時測量與計算，從單位時間內(nèi)收到脈沖信號的次數(shù)便可測出轉(zhuǎn)速，紅外線轉(zhuǎn)速計具有轉(zhuǎn)速最大值、最小值、平均值的數(shù)字顯示功能[3]。

光電傳感器可以接收到物體上反射回來的光線，由于黑色物體會吸收光源，因此光電傳感器對于所有黑色物體的接收靈敏度低，而對反光物體和白色物體的體接收靈敏度最高，對其他顏色物體的檢測靈敏度介于兩者之間，縮短檢測距離可以提高靈敏度。

紅外線發(fā)射器和接收器都安裝在探頭上，根據(jù)光學原理，紅外線信號經(jīng)過透鏡折射到被測旋轉(zhuǎn)物體上，被反射回來的紅外線信號用過透鏡又被折射回紅外線接受器。為了提高紅外線的接收率，減少外界無關(guān)光源的干擾，透鏡可采用只能透過單色波長的濾色玻璃制作，或者透鏡上涂覆一層只能透過特定光色和波長的材料。為了增強紅外線信號的反射強度，需在被測旋轉(zhuǎn)物體上粘貼一張反光片，有時用鋁箔或者白色的紙片做反光片效果也很好，當被測物體轉(zhuǎn)動時反光片正對紅外線發(fā)射器時，紅外線信號被反射回接收器，根據(jù)單位時間內(nèi)接收信號的頻率便可推算出被測物體的轉(zhuǎn)速[2]。

在實際測量中，光電傳感器傳入的脈沖信號中，不可避免會夾雜著干擾脈沖，為了實現(xiàn)使脈沖信號更為準確，必須對脈沖信號進行篩選整形，除去干擾脈沖加強信號脈沖，所以，光電計數(shù)計的電路中會設(shè)計濾波電路、限幅電路、整形電路以及放大電路，被過率篩選和加強的脈沖信號便可傳至微處理器進行處理和運算。

2.1.2 技術(shù)指標

以本實驗用到的FT3450數(shù)字轉(zhuǎn)速計為例，主要的測速指標：測速精度、測速距離、測速范圍。

測速精度：FT3450數(shù)字轉(zhuǎn)速計9 999 rad/min以下時理論誤差是±1 dgt，經(jīng)實際測量發(fā)現(xiàn)，測量精度受反光紙反光效果和反光紙數(shù)量影響，若貼上更多反光紙，理論上測量誤差更小，但是實際操作起來考慮多種干擾因素影響誤差不一定減小，又考慮到自動推拉門門機齒輪轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)速為60～80 rad/min，轉(zhuǎn)速低，且轉(zhuǎn)動采用齒形帶，傳動進度不高，因此用測速計測量轉(zhuǎn)數(shù)間接測平移門移速的方法不妥，應(yīng)該使用光電式轉(zhuǎn)速計直接測量平移門的移速。

檢測距離：由于貼了一個反光紙，分辨率較低，其可以測量的最佳距離為50～500 mm。

測速范圍：考慮到只貼了一個反光紙，也就是轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個脈沖，以及實際需要和測量條件的限制，可限定最高轉(zhuǎn)速為 99 990 r/min，若只貼一個反光紙，分辨率較低，其可以測量的最低轉(zhuǎn)速較低為30 r/min。

FT3450數(shù)字轉(zhuǎn)速計主要技術(shù)參數(shù)指標如表1所示。

表1 FT3450數(shù)字轉(zhuǎn)速計主要技術(shù)參數(shù)指標

2.2 頻閃式轉(zhuǎn)速儀

頻閃儀是一種光學測量儀器，它可以控制光源在不同的頻率閃爍發(fā)光，現(xiàn)代工業(yè)對高速運轉(zhuǎn)設(shè)備精度要求高，而通過肉眼難以觀察是高速運動的物體，因此對高速旋轉(zhuǎn)物體的檢測一直是一個難題，但是有了頻閃儀我們就能有效的檢測和觀察高速旋轉(zhuǎn)物體，再頻閃儀的照射下，當物體的旋轉(zhuǎn)速度和頻閃儀的閃爍頻率接近或成倍數(shù)關(guān)系時，被測的高速旋轉(zhuǎn)物體顯示為靜止狀態(tài)，便可輕易的觀測旋轉(zhuǎn)物體，也可以很容易的推算出物體的轉(zhuǎn)速和頻率。

2.2.1 工作原理

頻閃儀的工作原理可以看做一個負反饋系統(tǒng)，它由閃光控制系統(tǒng)、閃光調(diào)節(jié)系統(tǒng)，閃光燈和人眼反饋系統(tǒng)四個部分組成，閃光控制系統(tǒng)通過外觸發(fā)頻率或設(shè)定的頻率控制閃光燈以一定的頻率閃爍，人眼接收到旋轉(zhuǎn)物體的反光信息，如果閃光頻率小于物體轉(zhuǎn)動頻率，則控制閃光調(diào)節(jié)系統(tǒng)加大閃爍頻率，反之如果閃光頻率大于物體轉(zhuǎn)動頻率，則控制閃光調(diào)節(jié)系統(tǒng)減小閃爍頻率，通過不斷的反饋調(diào)節(jié)，閃光頻率講趨近物體的轉(zhuǎn)動頻率或其轉(zhuǎn)動頻率的倍數(shù)，此時人眼會觀察到運動物體處于不移動狀態(tài)，便可以得出所測對象的轉(zhuǎn)速值或者頻率值[1]。

頻閃監(jiān)測儀的控制：閃光燈的閃光頻率是由電子脈沖控制的，脈沖的控制方式有兩種，一種是內(nèi)部控制另一種是外部控制，內(nèi)部控制器的原理是人通過為調(diào)節(jié)按鍵或者旋鈕控來制震蕩發(fā)生器發(fā)出特定頻率的電子脈沖，外部控制的優(yōu)點是可以做到頻閃儀發(fā)射器與被測物體分離，儀器方便攜帶便于使用。外部控制的原理是在被測物體上安裝一個同步發(fā)射器，同步發(fā)射器發(fā)射出與被測物體頻率相同的電子脈沖，使頻閃燈的頻率與被測物體同步。

閃光燈管的結(jié)構(gòu)：閃光燈管由石英玻璃或者特制玻璃等材料制作，內(nèi)部充滿了高純度的惰性氣體氙氣，加上內(nèi)部的有正負極的放電結(jié)構(gòu)便構(gòu)成了一個氣體放電燈，頻閃儀工作時，高壓脈沖使燈管內(nèi)的惰性氣體電離，被電離的氙氣在正負極之間形成電離通道，從而產(chǎn)生電弧放電，形成強烈的閃光，放電的脈沖電源由電容器提供，電容器內(nèi)根據(jù)需要可以儲存400一n×1 000 V的電壓，電離放電時強大的電流可高達1 000 A，使管內(nèi)氙氣瞬間電離，產(chǎn)生強光，當電容的放電量達到到一定值之后，電容兩端電壓下降不能繼續(xù)維持惰性氣體電離，此時頻閃燈熄滅，頻閃儀完成一次閃光。圖1為常見的頻閃儀電路原理圖。

圖1 原理電路

C(N)為閃光電容在， C(N)由升壓電路為其充電，為頻閃燈的工作儲存電源。發(fā)生器發(fā)出的電子脈沖經(jīng)過點火可控硅為點火電容C(Z)充電，C(Z)通過線圈與頻閃燈相連，為頻閃燈提供電離所需的高壓電源，當開關(guān)閉合時，電容C(Z)放電，電壓經(jīng)過變壓器的初級線圈升壓，再經(jīng)過次級線圈感應(yīng)升壓至上千伏，高壓傳至頻閃燈電結(jié)構(gòu)，此時正負極之間的惰性氣體放電完成一次閃光形成電弧完成一次閃爍。

2.2.2 技術(shù)指標

測量精度：測量誤差小于測量數(shù)值的0.1 %，頻閃儀測量回路的時間基準是通過英晶體脈沖控制的，數(shù)值由數(shù)子顯示。

頻閃照明強度：通常頻閃儀的照明強度范圍在500～6 000 lux之間，而且功率越大的頻閃儀照明強度就越大，普通的照明強度測量儀器測不了，所以規(guī)定頻閃儀頻率3 000 min-1時距離頻閃燈0.5 m處的照明強度為頻閃儀的照明強度，

頻率范圍：頻閃監(jiān)測儀的頻率范圍同儀器型號有關(guān)。例如德國DRELLO（德雷羅）Drelloscop1015數(shù)碼手持式頻閃儀的閃光頻率1 min在40～12 500閃光之間，特殊型號頻閃儀1 min可達60 000閃光。 最低頻率是這樣給定的，即當被測目標的周期運動低于40次以下，已經(jīng)可以可在普通光源下觀察了，這時的頻閃照明已無意義[4]。

考慮到自動推拉門門機齒輪轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)速為60～80 rad/min，轉(zhuǎn)速低，因此推拉門門機轉(zhuǎn)速通過頻閃儀觀察十分困難，不考慮使用頻閃儀進行測量。

3 電動門移速測量實驗

3.1 試驗要求

運行速度應(yīng)符合JG/T 305-2011《人行自動門安全要求》中有關(guān)規(guī)定：人行自動門運行速度應(yīng)符合表2的規(guī)定。

表2 人行自動門運行速度

檢測方法應(yīng)符合JG/T 177-2005中有關(guān)規(guī)定：試驗項目、性能指標試驗內(nèi)容及適用門的種類見表3。

表3 性能項目、試驗項目及適用門的種類

3.2 試驗方法

3.2.1 利用秒表測速度

實驗一步驟如下:

①用卷尺測量推拉門從全閉狀態(tài)到開口600 mm時的位置，做標記，記全閉狀態(tài)門板距標記點的距離為S1，記全開狀態(tài)門板距標記點的距離為S2；

②開啟自動門，待自動推拉門運行平穩(wěn)后恢復(fù)閉合狀態(tài)；

③觸發(fā)傳感器，用秒表記錄自動推拉門從全閉狀態(tài)到標記點時的時間記為T1，推拉自動門從全開到標記點的時間記為T2；

④重復(fù)步驟③，并記錄5組測量值。

實驗二步驟如下:

①用卷尺測量推拉門從全閉狀態(tài)到開口600 mm時的位置，做標記，記全閉狀態(tài)門板距標記點的距離為S1，記全開狀態(tài)門板距標記點的距離為S2；

②在自動門上每隔30 mm貼一片反光片，貼兩排，第一拍長度為S1，第二排長度為S2；

③開啟自動門，待自動推拉門運行平穩(wěn)后恢復(fù)閉合狀態(tài)；

④觸發(fā)傳感器,用測速計對準第一排反光片記錄自動推拉門從全閉狀態(tài)到標記點時的轉(zhuǎn)速n1，用測速計對準第二排反光片記錄自動推拉門從全開到標記點轉(zhuǎn)速n2；

⑤重復(fù)步驟④5次，并記錄測量值。

實驗一和實驗二同時進行。

3.3 試驗數(shù)據(jù)分析

實驗時，啟動自動門，待自動門運行平穩(wěn)，恢復(fù)閉合狀態(tài)后進行實驗，實驗一和實驗二同時進行，重復(fù)5次，經(jīng)過計算，開啟速度測量值如表4和圖2所示，閉合速度測量值如表5和圖3所示。

圖2 開啟速度

圖3 閉合速度

表4 推拉門開啟時的移速

表5 推拉門閉合時的移速

3.3.1 試驗數(shù)據(jù)分析

比較秒表測得的速度值與測速計測量求得的速度值即可得自動門的現(xiàn)場測速誤差，基于非接觸式速度計的光電工作原理，反光片的距離和數(shù)量會影響測量結(jié)果；光電傳感器的距離和傾斜角度也會影響測量結(jié)果。多次實驗測量的結(jié)果表測速計的現(xiàn)場測開啟速誤平均差偏15.4 %閉合速誤平均差偏5.6 %，試驗數(shù)據(jù)及誤差見表4、表5，從圖2、圖3的試驗數(shù)據(jù)可以得到測量速度值偏大，主要原因是自動門啟動時的速度慢，通過秒表測量的是開啟和閉合的平均速度，而測速計測量的速度是標記點附近的速度并不是平均值，因此測量速度偏大。

4 結(jié)語

本文從自動推拉門的結(jié)構(gòu)、光電式轉(zhuǎn)速計和頻閃儀的工作原理、自動推拉門移速的測試方法、自動推拉門的速度測試試驗及誤差分析四個方面介紹了自動推拉門速度測試試驗的相關(guān)知識，根據(jù)JG 305-2011《人行自動門安全要求》中4.4章運行速度與GB/T 177-2005中第7章實驗方法，測得了自動推拉門的開啟速度和閉合速度，測試中我們需注意到測速計測量的速度值與真實值之間有一定誤差，還要對測試方法進行改進。