《Sensors and Actuators A: Physical》：Non-contact Optical Vibration Sensing and Dual-Branch Deep Learning for Intelligent Elevator Fault Diagnosis
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本研究提出了一种基于激光反射配置和四通道线阵CCD传感器阵列的非接触式光学振动传感系统，用于电梯智能故障诊断。系统通过捕捉振动引起的斑点位置和强度变化实现实时三轴振动测量，并针对正常运行、导靴磨损、异常启停和双重故障四种典型工况进行振动特性分析。开发LSTM-CNN双分支网络提取时序依赖和局部特征，实验显示故障分类准确率达99.97%，验证了系统在电梯状态监测中的有效性和可靠性，为非接触振动传感与数据驱动预测性维护提供新方案。
罗嘉宇|郭宇森|冷洪杰|刘思灿|黄思思|霍鹏宇|戴青友|曾敏|李启亮
北京大学先进制造与机器人学院，中国北京100871
摘要
本研究提出了一种用于智能电梯故障诊断的非接触式光学振动传感系统。该系统采用激光反射配置和四通道线性CCD阵列来捕捉由电梯振动引起的光斑位置和强度变化，从而实现实时三轴振动测量。基于采集到的信号，分析了四种典型运行条件下的振动特性，包括正常运行、导靴磨损、异常启停行为以及双重故障状态，并利用这些特性进行故障识别。为了提高诊断性能，开发了一种LSTM-CNN双分支网络，以联合提取振动数据中的时间依赖性和局部特征。实验结果表明，所提出的方法故障分类准确率达到99.97%，证明了其在电梯状态监测方面的强大有效性和鲁棒性。该框架为电梯系统的非接触式振动传感和数据驱动的预测性维护提供了一种实用解决方案。
部分内容摘录
引言
随着城市化进程的加快和对垂直交通依赖程度的增加，电梯系统已成为住宅、商业和工业建筑中不可或缺的基础设施[1]。随着全球电梯安装基数的不断扩大，人们对电梯运行可靠性和安全性的关注也在日益增强[2]。在这种背景下，状态监测和故障诊断技术已成为实现预测性维护和故障预测的关键手段。
结论
本研究提出了一种新型的非接触式光学振动传感系统，用于电梯故障检测，该系统利用激光反射系统和四通道线性CCD传感器阵列实现实时三轴加速度监测。所提出的系统能够在多种电梯运行条件下实现高精度的故障检测，为电梯的预测性维护提供了可靠且可扩展的解决方案。
本研究的一个关键创新在于将基于激光的振动检测技术与其他技术无缝集成。
资助信息
作者衷心感谢国家市场监督管理总局电梯安全技术重点实验室开放项目的财政支持。项目编号：DTKF-2025-01-03 (202510-202609)
作者贡献声明
刘思灿：可视化、方法论。冷洪杰：可视化、软件、方法论、数据整理。郭宇森：撰写初稿、监督、方法论、调查、概念化。罗嘉宇：撰写初稿、方法论、调查、形式分析、数据整理、概念化。李启亮：监督、资金筹集、概念化。曾敏：监督、概念化。戴青友：监督、资金筹集。霍鹏宇：方法论。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
无
作者贡献
罗嘉宇和郭宇森提出了研究思路和项目概念；罗嘉宇在丁倩颖和何思思的协助下进行了数据测量；冷洪杰和何鹏宇负责数据处理与分析；刘思灿负责文稿的包装；丁倩颖对文稿提出了建议；丁倩颖和曾敏为项目提供了指导。
罗嘉宇出生于2000年，中国广州。2022年，他在河南省郑州市的河南工业大学获得了测量与控制技术及仪器专业的学士学位。目前，他正在华南师范大学攻读光电信息工程硕士学位。他的研究方向是故障诊断和辐射模拟。
