自動扶梯中超聲波傳感器的應(yīng)用

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

　　在自動扶梯行業(yè)探測裝置，邦納公司解決方案推薦一款針對扶梯領(lǐng)域設(shè)計的超聲波傳感器產(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擴充產(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)檢測距離，并且其大范圍的操作溫度及內(nèi)置溫度補償電路，使其可應(yīng)用于各種惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(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)會有任何失誤。以下詳細(xì)地介紹這款產(chǎn)品在自動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：
　　1. 固定區(qū)域超聲波檢測，只對距離敏感，能可靠探測區(qū)域內(nèi)各種顏色（包括黑色）物體，同時屏蔽區(qū)域外物體，避免誤判斷。

　　2. 探測距離可按鍵設(shè)定，電路能自動識別和判斷，3次按鍵即可完成。

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

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

　　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時間可達(dá)10萬小時。

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

　　8. 發(fā)射接收一體化設(shè)計，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。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、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。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面。

　　T30UX超聲波傳感器工作原理：

　　在自動扶梯出入口每一側(cè)扶手帶的下面安裝一個超聲波傳感器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到乘客之后發(fā)出一個NPN/PNP或者繼電器信號。從而為扶梯執(zhí)行機構(gòu)（電機驅(qū)動系統(tǒng)）提供準(zhǔn)確的運行指令，達(dá)到有乘客時運行，無乘客時切換至節(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

　　停運節(jié)能狀態(tài) 0 米/秒 0 KW

　　為了確保每一個從不同方向走過來的乘客都能被探測到，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無盲區(qū)的探測帶。通過T30UX背部的按鍵調(diào)節(jié)，可以設(shè)定感應(yīng)范圍，并且會產(chǎn)生一個等腰三角形形狀的探測光束區(qū)域。一旦有行人朝扶梯入口處走來，如圖1所示，就可以被聲波感應(yīng)到。

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

　　其中，X為傳感器到乘客的距離，Y為乘客探測有效部位。

　　假設(shè)目前設(shè)定好超聲波傳感器的探測距離為1.5米（即屏蔽1.5米以外的物體），同時要考慮到有乘客從側(cè)面進(jìn)入電梯入口，這時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,可以計算出Y的同幅度范圍：0.87米>Y >0.17米，即對人體的腿部和腳部進(jìn)行探測，由于超聲波傳感器能可靠檢測深色物體，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的部位，現(xiàn)在有了超聲波就可以完全解決了。

　　現(xiàn)場安裝操作流程和注意事項：

　　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）離機構(gòu)開孔距離3-5mm.

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

　　4. 探測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，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)計尺寸根據(jù)不同的梯型來確定。

　　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