自動扶梯中超聲波傳感器的應用

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，未進行調速控制的自動扶梯只能以額定速度空轉， 這樣運行很不經濟，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。因此對自動扶梯進行變頻調速改造，在無人乘坐時降低速度運轉，有人乘坐時再平穩地加速到額定速度運轉。這樣，可減低鏈條、皮帶的磨損；轉速降低后，電機的輸出功率大幅度減少，帶來了一定的節能效果。無人乘坐的時間越長，節能的效果越顯著。

　　在自動扶梯行業探測裝置，邦納公司解決方案推薦一款針對扶梯領域設計的超聲波傳感器產品-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品，全新的T30UX超聲波傳感器具有T型緊湊型結構，抗電磁及射頻干擾，更小的盲區和更遠檢測距離，并且其大范圍的操作溫度及內置溫度補償電路，使其可應用于各種惡劣的工業現場環境。其卓越的性能參數足以讓用戶再也不用擔心該環節會有任何失誤。以下詳細地介紹這款產品在自動扶梯上的安裝使用說明以及調試方法。

　　這款產品的特點：
　　1. 固定區域超聲波檢測，只對距離敏感，能可靠探測區域內各種顏色（包括黑色）物體，同時屏蔽區域外物體，避免誤判斷。

　　2. 探測距離可按鍵設定，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，開關量和模擬量型號可選。

　　5. 大范圍操作，發散角可達30度，可靠覆蓋人體有效部位，盲區小，最小距離100mm.

　　6. 不受灰塵和雨水影響，MTBF時間可達10萬小時。

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

　　8. 發射接收一體化設計，不需要額外安裝控制器，直徑30的圓柱式螺紋，安裝調試更加方便。

　　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生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現象小，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。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。因此超聲波檢測廣泛應用在工業、國防、生物醫學等方面。

　　T30UX超聲波傳感器工作原理：

　　在自動扶梯出入口每一側扶手帶的下面安裝一個超聲波傳感器T30UX,利用發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出一個NPN/PNP或者繼電器信號。從而為扶梯執行機構（電機驅動系統）提供準確的運行指令，達到有乘客時運行，無乘客時切換至節能狀態：

　　以標準型標稱功率11.7KW 扶梯為例 運行速度 功耗

　　滿速空載狀態 0.5 米/秒 3.2KW

　　低速節能狀態 0.2 米/秒 1.1KW

　　停運節能狀態 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側，這樣就可以使兩道超聲波產生交匯，扶梯入口前方形成一個無盲區的探測帶。通過T30UX背部的按鍵調節，可以設定感應范圍，并且會產生一個等腰三角形形狀的探測光束區域。一旦有行人朝扶梯入口處走來，如圖1所示，就可以被聲波感應到。

　　通常國家規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。

　　假設目前設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面進入電梯入口，這時候乘客距離傳感器才30mm.

　　所以設定X的取值范圍：1.5米 >X >0.3米，傳感器發射角為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，現在有了超聲波就可以完全解決了。

　　現場安裝操作流程和注意事項：

　　1. 根據扶梯的結構尺寸，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）離機構開孔距離3-5mm.

　　3. 調整并安裝信號電源接線（標準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次按鍵設定，建議設定最大距離1.5m,最小距離30mm.

　　5. 安裝時，可根據具體環境適當向上調整仰角15-20度，向內傾斜10-15度，具體見圖1和圖2的角度說明

　　6. 現場安裝完畢后可離線遠程調試，方便維修人員操作，具體見說明書遠程示教功能。

　　以上數據僅供參考，具體的支架設計尺寸根據不同的梯型來確定。

　　邦納第二代超聲波傳感器T30UX技術參數及尺寸圖：

T30UX產品參數表