一种基于传感器的人防门拉杆检测系统及方法与流程

1.本发明涉及人防门状态监测的技术领域，具体而言，涉及一种基于传感器的人防门拉杆检测系统及方法。


背景技术：

2.人防又称民防，民防是国际通用词，是政府动员和组织群众，采取防空袭，抗灾救灾措施，实施救援行动，防范和减轻灾害危害的活动。人防门是属于民防防护设备，其广泛应用于地下车库等地方。在地铁隧道内也会应用到人防门，其关闭时可以将隧道分隔成段。但是，地铁隧道的人防门仅在特殊时期才会关闭，其基本上处于打开的状态，以保证地铁的顺利通行。然而，地铁频繁的经过会形成较大的气流。如果不对人防门加以固定就可能导致门扇在气流的作用下摆动而侵入地铁运行区域，进而形成极大的安全隐患。而现有技术的地铁隧道人防门仅仅设置了拉杆装置将人防门拉紧于隧道两侧的墙壁，而没有针对拉杆拉紧状态的监测装置。这就使得拉杆在长时间的气流冲击下有可能松脱，进而导致人防门侵入地铁运行区域。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于传感器的人防门拉杆检测系统及方法，其能够有效的监测拉杆状态，进而有效的保证人防门的安全。
4.本发明的实施例通过以下技术方案实现：
5.一种基于传感器的人防门拉杆检测系统，配合于人防门使用；所述人防门包括门扇和拉杆；所述拉杆两端各连接于所述门扇和墙壁，以使所述拉杆将所述门扇拉紧于所述墙壁；所述检测系统包括陀螺仪和控制单元；所述陀螺仪设置于所述拉杆；所述陀螺仪电连接于所述控制单元，以使所述控制单元根据所述陀螺仪的检测数据判断所述拉杆的拉紧状态。
6.进一步地，所述检测系统还包括拉线传感器；所述拉线传感器固定于墙壁；所述拉线传感器的拉绳连接于所述拉杆，以使所述拉杆晃动时所述拉绳被拉动。
7.进一步地，所述检测系统还包括图像识别标识板和摄像机；所述图像识别标识板固定设置于所述拉杆；所述摄像机设置于墙壁并正对所述图像识别标识板，以使所述摄像机监测所述图像识别标识板的位移情况。
8.一种人防门拉杆检测方法，配合于上述的基于传感器的人防门拉杆检测系统使用；所述检测方法为：所述陀螺仪和拉线传感器安装完成后均进行清零校准；当陀螺仪监测到角度变化时，计算相对于基准的角度变化量；同时计算拉线传感器的拉绳变化长度；若陀螺仪的角度变化量和拉线传感器的拉绳变化长度均超过阈值则判定所述拉杆脱落；否则视为拉杆状态正常。
9.进一步地，所述拉线传感器对应所述陀螺仪的每个偏转方向都设置有一个变化长度阈值。
10.进一步地，所述拉杆相对于所述门扇的转轴竖直向下；所述拉杆相对于所述墙壁的转轴垂直于所述拉杆相对于所述门扇的转轴；所述陀螺仪的x轴与所述拉杆的长度方向平行；
11.设所述拉杆的长度为l；所述拉杆铰接处竖直方向的厚度为h；所述拉杆铰接处水平方向的厚度为l；所述陀螺仪绕y轴的偏转阈值角度为arcsin(h/l)，且所述陀螺仪绕y轴偏转角度达到阈值时所述拉线传感器的变化长度为所述拉线传感器绕y轴的偏转变化阈值；所述陀螺仪绕z轴的偏转阈值角度为arcsin(l/l)，且所述陀螺仪绕z轴偏转角度达到阈值时所述拉线传感器的变化长度为所述拉线传感器绕z轴的偏转变化阈值。
12.进一步地，所述陀螺仪绕y轴的偏转角度达到偏转阈值角度的一半且所述拉线传感器的变化长度达到其变化阈值一半时视为拉杆状态存在安全隐患；所述陀螺仪绕z轴的偏转角度达到偏转阈值角度的一半且所述拉线传感器的变化长度达到其变化阈值一半时视为拉杆状态存在安全隐患。
13.进一步地，根据地铁时速计算其过境时长；若陀螺仪和拉线传感器均往复动作且动作时长和过境时长相当，则判断为过境扰动。
14.进一步地，所述陀螺仪和拉线传感器均校零后取若干过境扰动并记录这些过境扰动过程中所述陀螺仪和拉线传感器的波动状态均值；将波动状态均值记录为基础波动状态；若过境干扰的波动值与基础波动状态的差值超过阈值则判定拉杆状态存在安全隐患。
15.进一步地，基础波动状态对应的过境干扰次数为10次。
16.本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
17.本发明的基于传感器的人防门拉杆检测系统使用时，通过陀螺仪即可监测拉杆的姿态。具体的，陀螺仪安装于拉杆。也就是说，拉杆摆动就会带动陀螺仪跟随摆动。陀螺仪具有x、y、z三轴，其能够监测拉杆绕这三轴偏转的角度大小。我们只需要根据拉杆和人防门的配合结构情况即可计算出拉杆允许的最大偏移量。将允许的最大偏移量设置为阈值。只要拉杆的偏移量超出阈值即可判定拉杆对门扇的拉紧状态不佳。
18.通过本发明的基于传感器的人防门拉杆检测系统即可实时的监测人防门状态，进而及时的对故障进行处理。有效的避免门扇侵限至地铁运行区域。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
20.图1为本发明拉杆与人防门在隧道的配合情况；
21.图2为基于传感器的人防门拉杆检测系统与拉杆的配合示意图；、
22.图3为图2中a处的放大图。
23.图标：1-门扇，2-拉杆，3-墙壁，4-陀螺仪，5-拉线传感器，6-图像识别标识，7-摄像机，8-隧道，9-轨道，11-转轴，12-拉绳，13-连接耳。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
25.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
28.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.实施例1
30.如图1-图3所示，本发明提供一种基于传感器的人防门拉杆检测系统，配合于人防门使用。人防门使用场景众多，例如地下车库、商场等。一般的人防门较重，其开关需要较大的力量来驱动。因此，一般的人防门无需专门的锁定装置。而地铁隧道的人防门安装于隧道8内，其关闭时能够将隧道8阻断。如果不对其进行较好的固定就极有可能使得门扇1在隧道8内强大的气流作用下关闭，进而将地铁的轨道9所在区域遮挡，威胁地铁的安全运行。
31.人防门包括门扇1和拉杆2。门扇1一侧铰接于隧道8一侧的墙壁3，以使门扇1转动即可使得其另一侧转动至隧道8相对的一侧，进而使得门扇1将隧道8隔断。同理，门扇1反向转动即可将隧道8打开，使得隧道8各处连通。
32.拉杆2两端各连接于门扇1和地铁隧道8的墙壁3，以使拉杆2将门扇1拉紧于墙壁3。具体的，隧道8的墙壁3设置有连接耳13，使得拉杆2的一端的连接耳13与之配合呈铁链式连接，进而使得拉杆2的一端与墙壁3之间为可摆动的连接。拉杆2的另一端铰接于门扇1。当需要关闭人防门时，将拉杆2取下即可驱动门扇1转动而关闭。检测系统包括陀螺仪4和控制单元。拉杆2的外壁设置有安装孔，使得陀螺仪4通过螺钉和安装孔的配合而固定于拉杆2。陀螺仪4可以选择市面常见的配件。例如厦门星纵物联科技有限公司型号为em310-tilt的三轴倾角传感器。
33.陀螺仪4电连接于控制单元，以使控制单元根据陀螺仪4的检测数据判断拉杆2的拉紧状态。控制单元可以是常见的控制器。例如plc控制器，其能够接收陀螺仪4的检测信号
并对信号进行一定的处理。
34.本发明的基于传感器的人防门拉杆检测系统使用时，通过陀螺仪4即可监测拉杆2的姿态。具体的，陀螺仪4安装于拉杆2。也就是说，拉杆2摆动就会带动陀螺仪4跟随摆动。陀螺仪4具有x、y、z三轴，其能够监测拉杆2绕这三轴偏转的角度大小。我们只需要根据拉杆2和人防门的配合结构情况即可计算出拉杆2允许的最大偏移量。将允许的最大偏移量设置为阈值。只要拉杆2的偏移量超出阈值即可判定拉杆2对门扇1的拉紧状态不佳。
35.通过本发明的基于传感器的人防门拉杆检测系统即可实时的监测人防门状态，进而及时的对故障进行处理。有效的避免门扇1侵限至地铁运行区域。
36.本实施例中，检测系统还包括拉线传感器5。拉线传感器5为常见的工控传感器。其设置有拉绳12且拉绳12拉出的长度能够被精准的检测到。拉线传感器5固定于墙壁3。拉线传感器5的拉绳12连接于拉杆2，拉杆2轻微晃动时拉绳12被拉动，进而使得拉线传感器5监测到拉杆2的姿态变化。
37.由于陀螺仪4只能监测到拉杆2在各个方向上的偏转，但是监测不到拉杆2的平移。然而，拉杆2无论是偏转还是平移都会带动拉绳12动作。因此，拉线传感器5能够监测到拉杆2的所有动态。但是，拉线传感器5无法得知当前拉绳12的动作对应于拉杆2的哪种变动。因此设置了拉线传感器5来监测拉杆2的动作，而陀螺仪4判断这一动作的类型。例如，拉线传感器5监测到拉绳12被拉动，其拉动量对应于拉杆2的偏转量；同时，陀螺仪4检测到拉杆2沿x轴转动；两个传感器的检测数据结合即可判断出当前拉杆2的偏转方向和偏转量。另外，当拉杆2平移时，虽然陀螺仪4无法监测到，但是其能够被拉线传感器5监测到。
38.由此可见，陀螺仪4和拉线传感器5两者能够相互弥补短处。进而使得两者配合能够更加准确的判断出拉杆2的偏转方向和偏转量，进而更加准确的监测拉杆2的状态。
39.本实施例中，检测系统还包括图像识别标识6板和摄像机7。图像识别标识6板固定设置于拉杆2，其跟随拉杆2移动。摄像机7设置于墙壁3并正对图像识别标识6板，以使摄像机7监测图像识别标识6板的位移情况。摄像机7连接于计算机系统。计算机系统内置有图像识别软件，其能够对摄像机7拍摄到的画面进行分析，进而对图像识别标识6板不同时刻所处的位置进行比对，进而判断出拉杆2的移动情况。这也就能够判断出拉杆2的位置是否异常，进而得知门扇1的状态是否正常。
40.实际中，可将摄像机7、拉线传感器5和陀螺仪4三者的检测结果单独进行分析，进而得出拉杆2状态。也就是说，只采用其中一种方式也能够监测到拉杆2的状态。但是，单独一种的检测方式存在缺陷。我们也可以将摄像机7、拉线传感器5和陀螺仪4三者的检测结果进行综合分析，以使三种方式相互弥补不足，进而相互促进，以得到更加精准的拉杆2状态。
41.本发明还提供一种人防门拉杆检测方法，配合于上述的基于传感器的人防门拉杆检测系统使用。检测方法为：陀螺仪4和拉线传感器5安装完成后均进行清零校准。通过校准使得控制单元将传感器安装上的误差消除掉。进而对整个系统校零。当陀螺仪4监测到角度变化时，计算相对于基准的角度变化量。同时计算拉线传感器5的拉绳12变化长度。若陀螺仪4的角度变化量和拉线传感器5的拉绳12变化长度均超过阈值则判定拉杆2脱落。否则视为拉杆2状态正常。
42.由于拉线传感器5相对于拉杆2的位置不同，拉杆2同种变动使得拉绳12所产生的拉伸量就不同。因此，拉绳12传感器相对于拉杆2的位置固定下来后即可根据相对位置来计
算拉杆2各种变化对应于拉绳12的拉伸阈值。因此，拉线传感器5对应陀螺仪4的每个偏转方向都设置有一个变化长度阈值。为了便于阈值设置，可以提前将拉杆2与拉线传感器5的位置关系锁定。安装时按照锁定的位置关系进行安装即可。
43.本实施例中，拉杆2相对于门扇1的转轴11竖直向下。拉杆2相对于墙壁3的转轴11垂直于拉杆2相对于门扇1的转轴11。这就使得拉杆2水平方向摆动过大一般是因为拉杆2与墙壁3之间的连接出现故障导致；同理，拉杆2竖直方向摆动过大一般是因为拉杆2与门扇1之间的连接出现故障导致。这种连接方式就能够根据偏转角度初步的确定故障位置，进而更加全面的进行监测。
44.陀螺仪4的x轴与拉杆2的长度方向平行。如果拉杆2正常状态下水平。则y轴垂直于拉杆2的轴线方向并水平。同时，z轴沿竖直方向。
45.一般的，拉杆2本身就够较为结实，其不容易损坏。但是，地铁每次高速经过人防门时，其产生的强大气流会带动门扇1晃动。这也就使得拉杆2与门扇1的铰接处产生相对运动，进而磨损拉杆2。长年累月的磨损会使得拉杆2与门扇1的连接处逐渐变薄。变薄可能是竖直方向的变薄，也可能是拉杆2与门扇1上的转轴11处磨损使得水平方向的变薄。
46.设拉杆2的长度为l；拉杆2铰接处竖直方向的厚度为h。拉杆2铰接处水平方向的厚度为l。陀螺仪4绕y轴的偏转阈值角度为arcsin(h/l)，且陀螺仪4绕y轴偏转角度达到阈值时拉线传感器5的变化长度为拉线传感器5绕y轴的偏转变化阈值。也就是说，如果拉杆2向下偏转且其与门扇1的连接处向下偏转量为其与门扇1的连接处的厚度时，证明拉杆2的连接处已经完全磨损。如果不加以处理就可能导致门扇1侵入地铁正常运行区域。因此将此时拉杆2向下偏转的角度设置为阈值。经过分析，此时拉杆2向下偏转的角度即为arcsin(h/l)。同时，此时拉绳12的变化长度也就应该设置为拉杆2竖直方向偏转的阈值。
47.同理，陀螺仪4绕z轴的偏转阈值角度为arcsin(l/l)，且陀螺仪4绕z轴偏转角度达到阈值时拉线传感器5的变化长度为拉线传感器5绕z轴的偏转变化阈值。也就是说，陀螺仪4绕z轴的偏转阈值角度为arcsin(l/l)时，拉杆2与门扇1的连接处水平方向的偏转量达到其与门扇1的连接处的水平方向厚度，同样证明拉杆2的连接处已经完全磨损。同时，此时拉绳12的变化长度也就应该设置为拉杆2水平方向偏转的阈值。
48.通过这种方式即可明确阈值的设置方式。实际中，拉杆2铰接处已经完全被磨损是非常危险的情况。因此，阈值不应该设置在其完全被磨损的时候，而是应该将阈值提前。
49.本实施例中，陀螺仪4绕y轴的偏转角度达到偏转阈值角度的一半且拉线传感器5的变化长度达到其变化阈值一半时视为拉杆2状态存在安全隐患。陀螺仪4绕z轴的偏转角度达到偏转阈值角度的一半且拉线传感器5的变化长度达到其变化阈值一半时视为拉杆2状态存在安全隐患。
50.也就是说，拉杆2的铰接处已经磨损掉一半，其对门扇1的固定作用已经受到较大的威胁。此时控制系统即可发出报警，进而提醒相关人员及时进行问题处理。通过这种方式也可变向的判断拉杆2的磨损情况，进而更有利于监测拉杆2状态。
51.实施例2
52.本实施例中，根据地铁时速计算其过境时长。地铁时速可以通过传感器实时监测得到。也可以直接利用地铁的设计时速。为了更加准确，建议实时检测得到。根据时速和车长即可计算出列车经过人防门处所需的时长。若陀螺仪4和拉线传感器5均往复动作且动作
时长和过境时长相当，则判断为过境扰动。
53.也就是说，如果门扇1在某一时间段突然不断地晃动起来，且晃动的时长与列车过境时长相当，则可以判定刚才的晃动为列车过境产生的扰动。
54.本实施例中，陀螺仪4和拉线传感器5均校零后取若干过境扰动并记录这些过境扰动过程中陀螺仪4和拉线传感器5的波动状态均值。将波动状态均值记录为基础波动状态。基础波动状态里面可以包含拉杆2朝各个方向的晃动幅度和晃动频率等参数。若过境干扰的波动值与基础波动状态的差值超过阈值则判定拉杆2状态存在安全隐患。也就是说，拉杆2刚装好时，其与门扇1之间连接较为紧密，此时受列车过境扰动产生的晃动比较轻微。随着拉杆2逐渐被磨损，其间隙逐渐增大，受列车过境扰动产生的晃动越来越强烈。当晃动较大并达到阈值时就判定拉杆2磨损严重。此时控制系统即可发出报警，进而提醒相关人员及时进行问题处理。
55.可见，本实施例也能够监测拉杆2的磨损情况，进而检测拉杆2的拉紧状况。
56.对于基础波动状态对应的过境干扰次数可以根据需要进行设置。设置为10次，20次或者更多次数均可。
57.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于传感器的人防门拉杆检测系统，其特征在于：配合于人防门使用；所述人防门包括门扇(1)和拉杆(2)；所述拉杆(2)两端各连接于所述门扇(1)和墙壁(3)，以使所述拉杆(2)将所述门扇(1)拉紧于所述墙壁(3)；所述检测系统包括陀螺仪(4)和控制单元；所述陀螺仪(4)设置于所述拉杆(2)；所述陀螺仪(4)电连接于所述控制单元，以使所述控制单元根据所述陀螺仪(4)的检测数据判断所述拉杆(2)的拉紧状态。2.根据权利要求1所述的基于传感器的人防门拉杆检测系统，其特征在于：所述检测系统还包括拉线传感器(5)；所述拉线传感器(5)固定于墙壁(3)；所述拉线传感器(5)的拉绳(12)连接于所述拉杆(2)，以使所述拉杆(2)晃动时所述拉绳(12)被拉动。3.根据权利要求2所述的基于传感器的人防门拉杆检测系统，其特征在于：所述检测系统还包括图像识别标识(6)板和摄像机(7)；所述图像识别标识(6)板固定设置于所述拉杆(2)；所述摄像机(7)设置于墙壁(3)并正对所述图像识别标识(6)板，以使所述摄像机(7)监测所述图像识别标识(6)板的位移情况。4.一种人防门拉杆检测方法，其特征在于：配合于权利要求2和3任意一项所述的基于传感器的人防门拉杆检测系统使用；所述检测方法为：所述陀螺仪(4)和拉线传感器(5)安装完成后均进行清零校准；当陀螺仪(4)监测到角度变化时，计算相对于基准的角度变化量；同时计算拉线传感器(5)的拉绳(12)变化长度；若陀螺仪(4)的角度变化量和拉线传感器(5)的拉绳(12)变化长度均超过阈值则判定所述拉杆(2)脱落；否则视为拉杆(2)状态正常。5.根据权利要求4所述的人防门拉杆检测方法，其特征在于：所述拉线传感器(5)对应所述陀螺仪(4)的每个偏转方向都设置有一个变化长度阈值。6.根据权利要求5所述的人防门拉杆检测方法，其特征在于：所述拉杆(2)相对于所述门扇(1)的转轴(11)竖直向下；所述拉杆(2)相对于所述墙壁(3)的转轴(11)垂直于所述拉杆(2)相对于所述门扇(1)的转轴(11)；所述陀螺仪(4)的x轴与所述拉杆(2)的长度方向平行；设所述拉杆(2)的长度为l；所述拉杆(2)铰接处竖直方向的厚度为h；所述拉杆(2)铰接处水平方向的厚度为l；所述陀螺仪(4)绕y轴的偏转阈值角度为arcsin(h/l)，且所述陀螺仪(4)绕y轴偏转角度达到阈值时所述拉线传感器(5)的变化长度为所述拉线传感器(5)绕y轴的偏转变化阈值；所述陀螺仪(4)绕z轴的偏转阈值角度为arcsin(l/l)，且所述陀螺仪(4)绕z轴偏转角度达到阈值时所述拉线传感器(5)的变化长度为所述拉线传感器(5)绕z轴的偏转变化阈值。7.根据权利要求6所述的人防门拉杆检测方法，其特征在于：所述陀螺仪(4)绕y轴的偏转角度达到偏转阈值角度的一半且所述拉线传感器(5)的变化长度达到其变化阈值一半时视为拉杆(2)状态存在安全隐患；所述陀螺仪(4)绕z轴的偏转角度达到偏转阈值角度的一半且所述拉线传感器(5)的变化长度达到其变化阈值一半时视为拉杆(2)状态存在安全隐患。8.根据权利要求7所述的人防门拉杆检测方法，其特征在于：根据地铁时速计算其过境时长；若陀螺仪(4)和拉线传感器(5)均往复动作且动作时长和过境时长相当，则判断为过境扰动。9.根据权利要求8所述的人防门拉杆检测方法，其特征在于：所述陀螺仪(4)和拉线传
感器(5)均校零后取若干过境扰动并记录这些过境扰动过程中所述陀螺仪(4)和拉线传感器(5)的波动状态均值；将波动状态均值记录为基础波动状态；若过境干扰的波动值与基础波动状态的差值超过阈值则判定拉杆(2)状态存在安全隐患。10.根据权利要求9所述的人防门拉杆检测方法，其特征在于：基础波动状态对应的过境干扰次数为10次。

技术总结
本发明提供了一种基于传感器的人防门拉杆检测系统及方法，配合于人防门使用。人防门包括门扇和拉杆。拉杆两端各连接于门扇和墙壁，以使拉杆将门扇拉紧于墙壁。检测系统包括陀螺仪和控制单元。陀螺仪设置于拉杆。陀螺仪电连接于控制单元，以使控制单元根据陀螺仪的检测数据判断拉杆的拉紧状态。本发明的基于传感器的人防门拉杆检测系统使用时，通过陀螺仪即可监测拉杆的姿态。只要拉杆的偏移量超出阈值即可判定拉杆对门扇的拉紧状态不佳。通过本发明的基于传感器的人防门拉杆检测系统即可实时的监测人防门状态，进而及时的对故障进行处理。有效的避免门扇侵限至地铁运行区域。处理。有效的避免门扇侵限至地铁运行区域。处理。有效的避免门扇侵限至地铁运行区域。


技术研发人员：秦启平 舒军
受保护的技术使用者：四川迈铁龙科技有限公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/9/20