專利名稱：風(fēng)力渦輪機(jī)葉片位置確定系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片位置的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
關(guān)于對風(fēng)力渦輪機(jī)運行的優(yōu)化，已經(jīng)公開了許多監(jiān)控技術(shù)來預(yù)測差 錯并且對風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的能量產(chǎn)生進(jìn)行優(yōu)化。
國際專利申請WO2005/068834涉及一種方法，用于利用位置指示器 對放置在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上的位置指示器的位置進(jìn)行確定，位置指示器 可以是從三個GPS衛(wèi)星接收信號的GPS接收機(jī)，從而可以確定位置?？?br> 以根據(jù)來自本地發(fā)射機(jī)(比如放置在風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)部和/或風(fēng)力渦輪機(jī)附 近的固定位置處的發(fā)射機(jī))的信號來確定位置。
與現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)的問題是GPS接收機(jī)必須安裝在葉片上，因此導(dǎo)致 安裝和維護(hù)可能變得非常復(fù)雜和耗費成本。上述現(xiàn)有技術(shù)的另一個問題 是需要在葉片內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)和/或信號處理，以便確定葉片或者葉片的葉片 部分的相對或者絕對位置。與在葉片內(nèi)安裝相對靈敏的電子器件(如GPS 接收機(jī))有關(guān)的另一個問題是設(shè)備需要非常強(qiáng)壯，以便例如抵抗溫度差 異和葉片的振動和轉(zhuǎn)動所引起的機(jī)械應(yīng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于通過對信號進(jìn)行無線發(fā)射來確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉 片的至少一部分的位置的系統(tǒng)，其包括
附接到風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)， 接收結(jié)構(gòu)，
和至少一個位置計算計算機(jī)，
其中所述信號從所述至少一個發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)無線發(fā)射到所述接收結(jié)構(gòu)，并且其中所述位置計算計算機(jī)根據(jù)所述接收結(jié)構(gòu)接收到的所述信號
來計算位置指示數(shù)據(jù)，并且其中所述位置指示數(shù)據(jù)指示了所述風(fēng)力渦輪
機(jī)葉片的至少一部分的位置。
在本發(fā)明的一個實施方式中，所述被動位置信號不含位置指示數(shù)據(jù)。 在本發(fā)明的一個實施方式中，所述發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)包括優(yōu)選地安裝在該
風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的彼此不同的位置處的至少兩個發(fā)射機(jī)。
在本發(fā)明的一個實施方式中，所述接收結(jié)構(gòu)包括至少兩個接收機(jī)。 在本發(fā)明的一個實施方式中，所述信號是來自于借助三角計算而計
算出的位置的信號。
在本發(fā)明的一個實施方式中，所述信號是來自于借助多邊計算而計
算出的位置的信號。
在本發(fā)明的一個實施方式中，所述發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)至少部分地通過安裝
在所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片內(nèi)/上的RFID (RFID:射頻識別)標(biāo)簽來實現(xiàn)。
在本發(fā)明的一個實施方式中，所述發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)包括用于向所述接收 結(jié)構(gòu)發(fā)射信號，進(jìn)而確定所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的多個點位的位置的多個 發(fā)射機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的特征非常有利 一個風(fēng)力渦輪機(jī)葉片可 以包括幾個發(fā)射機(jī)。通過確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的多個點的位置，能夠完 全或者部分地了解該葉片，進(jìn)而確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的可能扭曲或者偏移。
此外，本發(fā)明涉及一種用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的至少一部分的位 置的方法，該方法包括以下步驟從位于相對于所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的
預(yù)定位置處的至少一個發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)送預(yù)定信號；在至少三個接收機(jī)中 接收所述信號；根據(jù)結(jié)合位置計算計算機(jī)而進(jìn)行的計算來創(chuàng)建位置指示數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的一個實施方式中，所述信號不含位置指示數(shù)據(jù)。 在本發(fā)明的一個實施方式中，按照基于所述接收信號的三角、三邊 和/或多邊測量來執(zhí)行所述計算。
在本本發(fā)明的一個實施方式中，所述信號是由發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)創(chuàng)建的，所述發(fā)射器結(jié)構(gòu)至少部分地通過安裝在所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片內(nèi)/上的RFID標(biāo)簽來形成。此外，發(fā)明涉及一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片包括用 于無線發(fā)射至少一個信號的至少一個發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)，其中所述發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)至少部分地通過RFID標(biāo)簽來形成。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述信號被用來在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的 外部確定所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片和/和其一部分的位置。在本發(fā)明的一個實施方式中，創(chuàng)建所述信號來確定所述發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)、 所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片或者所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的一部分的絕對或者相對 位置。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)整合到所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片內(nèi)部，或者安裝在所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述至少兩個發(fā)射機(jī)包括電磁發(fā)射機(jī)。 在本發(fā)明的一個實施方式中，所述信號沒有用位置指示數(shù)據(jù)來編碼。 在本發(fā)明的一個實施方式中，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。 此外，本發(fā)明涉及利用無線信號來確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的至少一部分的位置，其中所述無線信號是從風(fēng)力渦輪機(jī)葉片無線發(fā)射的，并且其中所述信號沒有用位置指示數(shù)據(jù)來編碼。在本發(fā)明的一個實施方式中，使用根據(jù)權(quán)利要求19所述的無線信號，其中所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片是根據(jù)權(quán)利要求12-17中任意一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。在本發(fā)明的一個實施方式中，利用所述信號在所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片 的外部確定所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片和/或其一部分的位置。在本發(fā)明的一個實施方式中，創(chuàng)建所述信號來確定所述發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)、 所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片或者所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的一部分的外部絕對或者 相對位置。根據(jù)本發(fā)明，將被動(passive)位置指示數(shù)據(jù)理解為本身沒有包含 位置指示數(shù)據(jù)的信號，但是當(dāng)在接收機(jī)處被接收后，所述信號變得指示 了位置，也就是說，根據(jù)從發(fā)射機(jī)發(fā)送來的信號，在接收機(jī)處確定位置。該信號可以是非常簡單且短暫的脈沖，比如射頻信號或超聲波信號。根據(jù)本發(fā)明一個實施方式非常有利的特征是所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片 僅僅包括簡單的發(fā)射機(jī)。這意味著不必將復(fù)雜電路、接收單元等設(shè)置在 風(fēng)力渦輪機(jī)葉片內(nèi)(現(xiàn)有系統(tǒng)就是這樣)。這必須同時具有用于接收信號 的裝置、用于處理的裝置和用于重新發(fā)射位置指示數(shù)據(jù)的裝置。此外， 能夠容易并且成本低廉地將發(fā)射機(jī)改裝到現(xiàn)有的風(fēng)力渦輪機(jī)上。本發(fā)明的位置確定可用于對風(fēng)力渦輪機(jī)的使用能量產(chǎn)生進(jìn)行優(yōu)化。 此外，根據(jù)發(fā)明的位置確定還可以用作風(fēng)力渦輪機(jī)葉片位置的等同確定， 用于對傳統(tǒng)的葉片位置數(shù)據(jù)(如葉片角)進(jìn)行復(fù)查。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)整合在所述風(fēng)力渦輪 機(jī)葉片內(nèi)。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)安裝在所述風(fēng)力渦輪 機(jī)葉片上。根據(jù)本發(fā)明的有益實施方式，可以將所述發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)改裝到風(fēng)力渦 輪機(jī)葉片上。此外，還可以容易地替換有缺陷或者陳舊的發(fā)射機(jī)。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述信號被用于通過位置計算計算機(jī) 所執(zhí)行的計算來產(chǎn)生位置指示數(shù)據(jù)，所述位置指示數(shù)據(jù)至少部分地確定 了所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的位置。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述至少兩個發(fā)射機(jī)包括電磁發(fā)射機(jī)。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述至少兩個發(fā)射機(jī)包括超聲波發(fā)射機(jī)。在本發(fā)明的一個實施方式中，獨立于所述風(fēng)力渦輪機(jī)的方位角來進(jìn) 行所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片和/其一部分的位置的所述確定。此外，本發(fā)明涉及一種用于對信號進(jìn)行無線發(fā)射的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括與風(fēng)力渦輪機(jī)相關(guān)聯(lián)的至少一個發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)， 接收結(jié)構(gòu)，和至少一個位置計算計算機(jī)，其中將所述信號從所述至少一個發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)無線發(fā)射到所述至少三8算機(jī)可以根據(jù)所述信號來產(chǎn)生位置 指示數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明，將位置指示數(shù)據(jù)理解為至少部分地指示了風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的絕對或者相對位置的數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述信號不包含位置指示數(shù)據(jù)。 在本發(fā)明的一個實施方式中，所述發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)包括優(yōu)選地安裝在所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片內(nèi)彼此不同的位置處的至少兩個發(fā)射機(jī)。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述接收結(jié)構(gòu)包括至少三個接收機(jī)。 在本發(fā)明的一個實施方式中，所述無線發(fā)射優(yōu)選地為電磁發(fā)射。 在本發(fā)明的一個實施方式中，所述無線發(fā)射優(yōu)選地為超聲波發(fā)射。 在本發(fā)明的一個實施方式中，所述信號部分地表示所述風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片位置。根據(jù)發(fā)明的備選實施方式，所述信號可以部分地表示葉片的位置， 比如，如果將數(shù)據(jù)和可能來自相對于所述發(fā)射機(jī)而言的外部源的位置指 示數(shù)據(jù)組合起來的話。此外，所述信號可以包括發(fā)射機(jī)或者風(fēng)力渦輪機(jī) 葉片的標(biāo)識，或者伴隨有發(fā)射機(jī)或者風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的標(biāo)識。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述接收結(jié)構(gòu)和/和所述發(fā)射機(jī)至少部分地通過RFID標(biāo)簽來實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，發(fā)射機(jī)T和接收機(jī)R通過RFID標(biāo)簽 來實現(xiàn)。將RFID (射頻識別標(biāo)簽)理解為能夠通過無線信號來發(fā)射數(shù)據(jù) 的識別標(biāo)記或標(biāo)簽。使用存儲有可用于例如對貼有此種標(biāo)簽的物品進(jìn)行 識別的信息的電子發(fā)射應(yīng)答器的過程類似于標(biāo)簽上存儲有可用于對其上 貼有該標(biāo)簽的物品進(jìn)行識別的信息的條形碼的使用方式。RFID標(biāo)簽可以 包含天線，從而能夠讓它們接收和應(yīng)答來自發(fā)射機(jī)(比如RFID發(fā)射機(jī)或 者收發(fā)器)的射頻詢問。非常有利的是可以通過利用有源RFID標(biāo)簽來 實現(xiàn)發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)，因為這些有源RFID標(biāo)簽非常便宜且消耗非常 少的能量。接收結(jié)構(gòu)中的接收機(jī)R可以通過所謂的讀取器來實現(xiàn)，將所 述讀取器理解為使用一個或者多個天線來發(fā)射無線電波并且接收來自 RFID標(biāo)簽的響應(yīng)信號的裝置。讀取器可以對來自發(fā)射機(jī)的信號進(jìn)行解碼，并且將該信息以數(shù)字形式傳遞給位置計算計算機(jī)。此外，這些RFID 標(biāo)簽非常小并且是平面狀的，從而非常適于以與葉片表面平齊的方式安 裝到風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)包括至少一個定向發(fā) 射機(jī)。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)包括至少一個有向接 收機(jī)。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)包括至少一個有向發(fā) 射應(yīng)答器。將發(fā)射應(yīng)答器理解為可以被遠(yuǎn)程啟動和遠(yuǎn)程激勵的裝置。 此外，本發(fā)明還涉及使用無線信號來確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的至少一 部分的位置。在本發(fā)明的一個實施方式中，利用表示所述信號的發(fā)射與接收之間 的信號時延的數(shù)據(jù)來進(jìn)行所述計算。在本發(fā)明的一個實施方式中，利用表示所述信號在所述至少三個接 收機(jī)中被接收之間的信號時間差的數(shù)據(jù)來進(jìn)行所述計算。此外，本發(fā)明還涉及一種用于確定包括至少一個風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的 系統(tǒng)的至少一個風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的偏移的方法，其中，至少一個發(fā)射機(jī)T 放置在與所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片和至少一個接收機(jī)有關(guān)的預(yù)定位置處，其中所述發(fā)射機(jī)T適于發(fā)射信號，其中所述接收機(jī)適于接收所述信號，其中通過測量所述信號在接收機(jī)端的到達(dá)時間來計算所述發(fā)射機(jī)與 所述接收機(jī)之間的距離(Dl， D2)，進(jìn)而確定所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的偏移。通過將測量到的距離與預(yù)定的基準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行比較，可以確定所述風(fēng) 力渦輪機(jī)葉片是否彎曲或者偏移得太多，彎曲或者偏移太多可能涉及與 比如塔之間的碰撞。通過這種方式獲得了有利的特征。此外，本發(fā)明還涉及一種風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)包括根據(jù)權(quán)利 要求12-17中的任意一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。


下面將參考附圖來描述本發(fā)明，其中 圖l例示了現(xiàn)代風(fēng)力渦輪機(jī)l，圖2例示了根據(jù)發(fā)明一個實施方式的用于對被動位置信號PPS進(jìn)行 無線發(fā)射的系統(tǒng)，圖3例示了根據(jù)發(fā)明一個實施方式的用于對被動位置信號PPS進(jìn)行無線發(fā)射的系統(tǒng)，圖4a和4b例示了根據(jù)發(fā)明一個備選實施方式的用于確定風(fēng)力渦輪 機(jī)葉片的位置的系統(tǒng)。
具體實施方式
圖1例示了現(xiàn)代風(fēng)力渦輪機(jī)1。風(fēng)力渦輪機(jī)1包括放置在地基上的 塔架2。具有偏航機(jī)構(gòu)的風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙罩3放置在塔架2的頂部。低速軸從機(jī)艙罩的前部延伸出去，并且通過風(fēng)力渦輪機(jī)輪轂4連接 到風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子。風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子包括至少一個轉(zhuǎn)子葉片，比如圖中 所示的三個轉(zhuǎn)子葉片5。圖2例示了根據(jù)發(fā)明一個實施方式的用于對所謂的被動位置信號 PPS進(jìn)行無線發(fā)射的系統(tǒng)。引入了術(shù)語被動位置信號PPS，以避免反映風(fēng)力渦輪機(jī)葉片在幾何 空間中的位置的信號與本申請中提到的其他信號之間發(fā)生混淆。因此， 在詳細(xì)說明書的剩余部分中，被動位置信號PPS定義了從附接到風(fēng)力渦 輪機(jī)葉片的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)TA發(fā)射出的信號。附圖例示了風(fēng)力渦輪機(jī)葉片WTB和與位置計算計算機(jī)PCC有關(guān)的 接收結(jié)構(gòu)RA。 一個或者多個發(fā)射機(jī)T位于發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)TA中，而該發(fā)射 機(jī)結(jié)構(gòu)TA位于與風(fēng)力渦輪機(jī)葉片WTB有關(guān)的預(yù)定位置處。發(fā)射機(jī)T包 括用于發(fā)射無線信號的裝置。將被無線發(fā)射的信號可以為不同類型，比 如無線電通信信號、超聲波信號、光信號等。所謂的被動位置信號PPS 的含義是該信號不包含可以作為計算位置的基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)例如可以為時間戳、衛(wèi)星信息等。
在一個實施方式中，包含在被動位置信號pps當(dāng)中的信息為發(fā)射了 該被動位置信號pps的發(fā)射機(jī)的標(biāo)識。
被動位置信號pps被接收結(jié)構(gòu)接收到，并且由于通常由位置計算計
算機(jī)pcc進(jìn)行的計算而變成對位置進(jìn)行了指示，也就是基于一個或者典 型地多個從發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)ta發(fā)送的信號來確定位置。換句話說，根據(jù)發(fā)明 的一個實施方式，可通過相對穩(wěn)健的原始方法來建立被動位置信號pps， 而主信號處理可以在外部進(jìn)行。
接收結(jié)構(gòu)ra通?？梢园ㄒ粋€或者多個接收機(jī)r，用于接收發(fā)射 機(jī)結(jié)構(gòu)ta所發(fā)送的信號。根據(jù)發(fā)明的實施方式，在發(fā)明范圍之內(nèi)，接收 器r可位于與塔架t有關(guān)的多個位置上，比如地面上、風(fēng)力電廠的其他 渦輪機(jī)上等。
與發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)ta有關(guān)的發(fā)射機(jī)可以是包括用于發(fā)射根據(jù)上述例子 的信號的任何裝置或者簡單電路。
由于發(fā)射機(jī)簡單，所以這些發(fā)射機(jī)的功耗可以非常低，這意味著可 以通過本地產(chǎn)生的能量比如太陽能等對與風(fēng)力渦輪機(jī)葉片wtb有關(guān)的 分布式發(fā)射機(jī)進(jìn)行供電?；蛘?，能量可以來自電池，比如壽命較長的電 池單元或者另 一種能量存儲裝置。
上述有源發(fā)射機(jī)的另一種替換方案是在外部對其提供能量的無源發(fā) 射機(jī)?？梢愿鶕?jù)發(fā)明的一個實施方式得到應(yīng)用的一種無源發(fā)射機(jī)為發(fā)射 應(yīng)答器或者可以在外部對其提供能量的任意種類的發(fā)射機(jī)。
從發(fā)射機(jī)t發(fā)射的信號可以是非常簡單并且短暫的脈沖，比如射頻。
位置計算計算機(jī)pcc可以通過測量發(fā)射機(jī)t與三個或者多個接收機(jī) r之間的距離來計算出與風(fēng)力渦輪機(jī)葉片wtb相關(guān)定位的發(fā)射機(jī)t的位 置。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，能夠通過測量信號的發(fā)射與接收之間 的時延來計算出發(fā)射機(jī)t與接收機(jī)r之間的距離，因為信號是按已知速 度行進(jìn)的。
本發(fā)明的一個顯著優(yōu)點是，位置計算計算機(jī)pcc可位于風(fēng)力渦輪機(jī) 葉片wtb的外部。這意味著位置計算計算機(jī)pcc可以容易地維護(hù)并且
12比如可以進(jìn)行軟件升級。
位置計算計算機(jī)PCC可以通過軟件來實現(xiàn)，也可以通過典型地相對
于風(fēng)力渦輪機(jī)WT定位的風(fēng)力渦輪機(jī)控制器WTC的集成部分的硬件來實 現(xiàn)。這是有利的，因為數(shù)據(jù)不需要重新定向，重新定向可能導(dǎo)致嚴(yán)重延 遲?；蛘撸恢糜嬎阌嬎銠C(jī)PCC可以為獨立的單獨裝置，所述裝置可以 根據(jù)需要連續(xù)地或者在發(fā)生特定事件的情況下向適當(dāng)?shù)慕邮辗桨l(fā)送消 息。
可以通過許多不同的方式來建立風(fēng)力渦輪機(jī)葉片WTB或者葉片部 分的絕對或者相對位置。下面提到了本發(fā)明范圍內(nèi)的幾個可應(yīng)用的實施 方式。
通過確定至少三個接收機(jī)的位置和相對于這至少三個接收機(jī)的距 離，位置計算計算機(jī)PCC能夠計算出發(fā)射機(jī)的位置，進(jìn)而借助比如多邊 測量、三邊測量或者三角測量來計算出風(fēng)力渦輪機(jī)葉片WTB的位置。在 此基礎(chǔ)上，如果風(fēng)力渦輪機(jī)葉片WTB位置臨界(critical)的話，風(fēng)力渦 輪機(jī)就可以通過比如停止風(fēng)力渦輪機(jī)而進(jìn)行反應(yīng)(react)。
將三邊測量理解為這樣一種方法，借助三角幾何形狀以類似于三角 測量的方式來確定目標(biāo)的相對位置。并不像使用角度測量(以及至少一 個已知距離)來計算目標(biāo)位置的三角測量，三邊測量使用兩個或者多個 參考點的已知位置和測得的對象與每個參考點之間的距離。可以通過利 用包括RSSI (RSSI:接收信號強(qiáng)度指示符)和ToA (ToA:到達(dá)時間) 在內(nèi)的不同技術(shù)來測量該距離。將RSSI理解為一種測量接收機(jī)端信號功 率的技術(shù)。因此可以將發(fā)射功率損失轉(zhuǎn)化為距離。將ToA理解為一種記 錄傳播時間的技術(shù)，通過獲得信號速度，可以將傳播時間轉(zhuǎn)換為距離。 為了僅僅借助三邊計算精確地并且唯一地確定2D平面內(nèi)的點的相對位 置，通常需要至少三個參考點。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，將這些參 考點理解為接收機(jī)R或者理解為發(fā)射機(jī)T。三邊測量需要四個共面參考 (接收機(jī)R)來計算出3D位置。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，基于多邊測量來計算風(fēng)力渦輪機(jī)葉 片的位置。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，將多邊測量(也稱為雙曲線定位)理 解為這樣一種處理，通過精確計算從發(fā)射機(jī)T發(fā)射到三個或者多個接收
機(jī)R的信號的TDoA(TDoA:到達(dá)時間差)來確定發(fā)射機(jī)T的位置。它還 指通過測量從三個或者多個同步發(fā)射機(jī)T發(fā)射的信號的到達(dá)時間差來對 接收機(jī)R進(jìn)行定位的情況。如果從平臺發(fā)射了脈沖，則脈沖會以稍微不 同的時刻到達(dá)兩個在空間上分開的接收機(jī)R站點，到達(dá)時間差是由每個 接收機(jī)R與平臺之間的距離不同而引起的。實際上，對于兩個接收機(jī)R 的給定位置， 一系列發(fā)射機(jī)位置將會產(chǎn)生相同的到達(dá)時間差測量值。在 給定兩個接收機(jī)位置并且到達(dá)時間差已知的情況下，可能的發(fā)射機(jī)T位 置的軌跡為雙曲面。換句話說，對于在已知位置的兩個接收機(jī)R，發(fā)射 機(jī)可位于雙曲面上。注意接收機(jī)R不需要知道發(fā)射脈沖的絕對時間， 僅僅需要知道時間差?，F(xiàn)在考慮第三個位置處的第三接收機(jī)R。這將提 供第二個到達(dá)時間差測量值，并且因此將發(fā)射機(jī)T定位于第二雙曲面上。 這兩個雙曲面的交線表示了發(fā)射機(jī)位于其上的曲線。如果現(xiàn)在引入第四 接收機(jī)R，則可以得到第三到達(dá)時間差測量值，并且所得第三雙曲面與 通過其他三個接收機(jī)R已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的曲線之間的交點限定了空間內(nèi)的唯一 點。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，基于三角測量來計算風(fēng)力渦輪機(jī)葉 片的位置。將三角測量理解為在給定角度測量值和由一個點與兩個其他 已知參考點形成的三角形的邊長的情況下，利用正弦定理計算該三角形 一個邊長的長度來發(fā)現(xiàn)該點的坐標(biāo)和相對于該點的距離。可以借助AoA (AoA:到達(dá)角度)技術(shù)來確定角度，這種技術(shù)用于確定入射到天線陣 列上的射頻的傳播方向。該技術(shù)通過測量天線陣列的各個元件處的 TDoA(TDoA:到達(dá)時間差)來計算方向，根據(jù)這些延遲可以計算出AoA。 一般地，通過測量天線陣列內(nèi)的每個元件的接收相位差來進(jìn)行這種TDoA
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，基于多邊測量、三邊測量或者三角測 量的任意組合來計算風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的位置。還能夠使用其他更多的原 始計算或預(yù)定方法來計算葉片的相對位置，比如將葉片的位置幾何投影
14到空間內(nèi)的平面上，比如水平X-Y平面上。
根據(jù)本發(fā)明，在多個發(fā)射機(jī)T和接收機(jī)R的安裝過程中，優(yōu)選地對 裝備進(jìn)行校準(zhǔn)處理?？梢酝ㄟ^建立一些參考信號以便將其與相對于計算 計算機(jī)PCC的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較而實現(xiàn)這種校準(zhǔn)。通過這種方法，可以 對風(fēng)力渦輪機(jī)葉片WTB是否處于臨界狀態(tài)的計算進(jìn)行優(yōu)化，從而避免重 大錯誤，比如葉片與塔架碰撞。
根據(jù)發(fā)明的一個實施方式，利用無源或者有源RFID標(biāo)簽來實現(xiàn)發(fā) 射機(jī)T和接收機(jī)R。將RFID (射頻識別標(biāo)簽)理解為一種能夠通過無線 信號來發(fā)送數(shù)據(jù)的標(biāo)簽。將RFID標(biāo)簽理解為存儲有可用于比如對貼有發(fā) 射應(yīng)答器的物品進(jìn)行識別的信息的電子發(fā)射應(yīng)答器，類似于標(biāo)簽上存儲 有可用于對其上貼有標(biāo)簽的物品進(jìn)行識別的信息的條形碼。RFID標(biāo)簽可 以包含天線，從而能夠讓它們接收和應(yīng)答來自發(fā)射機(jī)(比如RFID發(fā)射機(jī) 或者收發(fā)器)的射頻詢問?？梢詫o源RFID標(biāo)簽理解為不具有永久能量 供應(yīng)的標(biāo)簽，這些RFID標(biāo)簽從外部源接收電磁波形式的能量。因此，將 無源射頻識別標(biāo)簽理解為在放置于天線所產(chǎn)生的電磁場內(nèi)時被啟動的發(fā) 射應(yīng)答器。線圈內(nèi)的感應(yīng)電流又對位于標(biāo)簽內(nèi)的電容器進(jìn)行充電。與無 源射頻識別標(biāo)簽不同，有源RFID標(biāo)簽內(nèi)部有自身的電源，該電源用于對 產(chǎn)生外傳信號的任何集成電路進(jìn)行供電。
此外，根據(jù)借助稱為RFID標(biāo)簽或者發(fā)射應(yīng)答器的裝置存儲以及遠(yuǎn) 程檢索數(shù)據(jù)的情況，將RFID理解為自動識別方法。
RFID標(biāo)簽是一種可以用于比如產(chǎn)品上、借助比如電磁波進(jìn)行識別的 物體。
RFID標(biāo)簽可以包含至少兩個部件。第一個部件為集成電路，用于比 如存儲和處理信息，對(射頻)信號進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)或者用于其他專用 功能。第二個部件為用于接收和發(fā)射信號的天線結(jié)構(gòu)。
無芯片式RFID允許在沒有集成電路的情況下對標(biāo)簽進(jìn)行離散識別， 從而能夠以低于傳統(tǒng)標(biāo)簽的成本將標(biāo)簽直接打印在資產(chǎn)上。
在本發(fā)明中，將發(fā)射應(yīng)答器理解為無線通信、監(jiān)視或者控制裝置拾 取傳入信號并且對傳入信號進(jìn)行自動應(yīng)答。術(shù)語發(fā)射應(yīng)答器為詞語發(fā)射機(jī)和應(yīng)答器的縮寫，并且可以是無源或有源的。
無源發(fā)射應(yīng)答器允許比如計算機(jī)對物體進(jìn)行識別。無源發(fā)射應(yīng)答器 可以和有源傳感器一起使用，所述有源傳感器對發(fā)射應(yīng)答器所包含的數(shù) 據(jù)進(jìn)行解碼和轉(zhuǎn)錄。
簡單的有源發(fā)射應(yīng)答器可以在識別系統(tǒng)中使用。 一個例子為RFID 裝置，所述RFID裝置在接收到來自監(jiān)視或者控制點的請求之后發(fā)射編碼 信號。對發(fā)射應(yīng)答器輸出的信號進(jìn)行跟蹤，因此可以不斷地監(jiān)視發(fā)射應(yīng) 答器的位置。預(yù)先分配了輸入(接收機(jī))和輸出(發(fā)射機(jī))頻率。
在將RFID標(biāo)簽應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射機(jī)的情況下，它們可以為 具有標(biāo)簽標(biāo)識的RF(RF:射頻)消息以及UWB(超寬帶)脈沖序列，所述脈 沖序列可用于使位置計算計算機(jī)進(jìn)行更好的位置計算。
將被動位置信號理解為這樣的數(shù)據(jù)信號，其本身不包含位置指示數(shù) 據(jù)，但是在通常利用位置計算計算機(jī)PCC對接收到的信號進(jìn)行處理的時 候，該信號變得可以指示位置，其中根據(jù)從發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)TA發(fā)送的信號在 接收機(jī)端確定發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)TA的位置。
位置指示數(shù)據(jù)可以為相對位置或者絕對位置，比如空間內(nèi)的唯一點。
根據(jù)本發(fā)明一個實施方式非常有利的特征是風(fēng)力渦輪機(jī)葉片僅僅 包括簡單的發(fā)射機(jī)。這意味著不需要將復(fù)雜電路、天線等設(shè)置在風(fēng)力渦 輪機(jī)葉片內(nèi)(現(xiàn)有系統(tǒng)就是這樣，其必須同時具有用于接收信號的裝置 和用于重新發(fā)射位置指示數(shù)據(jù)的裝置)。
圖3例示了根據(jù)發(fā)明一個實施方式的用于對被動位置信號PPS進(jìn)行 無線發(fā)射的系統(tǒng)。該圖例示了包括發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)TA的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片 WTB，發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)TA將被動位置信號PPS發(fā)射到接收結(jié)構(gòu)RA，根據(jù)所 述例子，接收結(jié)構(gòu)RA包括三個不同的接收機(jī)R1、 R2…RN。接收機(jī)R可 位于任何位置，但是必須位于三個不同的位置。可以將接收機(jī)連接到可 以計算出發(fā)射機(jī)T的位置(進(jìn)而計算出風(fēng)力渦輪機(jī)葉片WTB的位置)的 位置計算計算機(jī)PCC上。在本發(fā)明的實施方式中，可以利用四個接收機(jī)， 如上所述，三邊測量用于計算風(fēng)力渦輪機(jī)葉片WTB的位置。根據(jù)本發(fā)明 的其他實施方式，可以利用任何數(shù)量的接收機(jī)R。如上所述，接收機(jī)R之間的距離D，...,DM可用于計算位于相對于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的預(yù)定位置
處的發(fā)射機(jī)，以便確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的絕對或者相對位置。
圖4a和4b例示了根據(jù)發(fā)明備選實施方式的用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉 片位置的系統(tǒng)。在該實施方式中，接收機(jī)R放置在轉(zhuǎn)子循環(huán)轉(zhuǎn)動區(qū)域起 點區(qū)域內(nèi)的風(fēng)力渦輪機(jī)WT的機(jī)艙罩上。 一個或者多個信號發(fā)射機(jī)T相 對于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片WTB放置，優(yōu)選地放置在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子中心的風(fēng)力渦輪 機(jī)葉片WTB的末端。這樣，可以通過將被動位置信號PPS從發(fā)射機(jī)發(fā) 射到接收機(jī)來確定發(fā)射機(jī)T與接收機(jī)R之間的精確距離，在接收機(jī)接收 到被動位置信號PPS時，可以將被動位置信號PPS解釋為距離D1、 D2， 只要信號的傳播速度己知即可。通過將測量到的距離與預(yù)定的基準(zhǔn)參數(shù) 進(jìn)行比較，可以確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片WTB是否彎曲太多，彎曲太多可能 導(dǎo)致與比如塔架碰撞。因此可以將信號從接收機(jī)R發(fā)射到風(fēng)力渦輪機(jī)控 制器。圖4b例示了風(fēng)力渦輪機(jī)葉片WTB發(fā)生彎曲的風(fēng)力渦輪機(jī)的例子， 因此發(fā)射機(jī)T與接收機(jī)R之間的距離D2小于參考圖4a例示的同一距離 Dl。這樣，就能夠確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片WTB的彎曲。
權(quán)利要求
1、一種通過對信號進(jìn)行無線發(fā)射來確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的至少一部分的位置的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括附接到風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)，接收結(jié)構(gòu)，和至少一個位置計算計算機(jī)，其中所述信號從所述至少一個發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)無線發(fā)射到所述接收結(jié)構(gòu)，并且其中所述位置計算計算機(jī)根據(jù)所述接收結(jié)構(gòu)接收到的所述信號來計算位置指示數(shù)據(jù)，并且其中所述位置指示數(shù)據(jù)指示了所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的至少一部分的位置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于對信號進(jìn)行無線發(fā)射的系統(tǒng)，其中所述信號不含位置指示數(shù)據(jù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于對信號進(jìn)行無線發(fā)射的系統(tǒng)，其中所述發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)包括優(yōu)選地安裝在所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的彼此不同的位置處的至少兩個發(fā)射機(jī)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的用于對信號進(jìn)行無線發(fā)射的系統(tǒng)，其中所述接收結(jié)構(gòu)包括至少兩個接收機(jī)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的用于對信號進(jìn)行無線發(fā)射的系統(tǒng)，其中所述位置指示數(shù)據(jù)是由所述位置計算計算機(jī)借助三角測量、三邊測量和/或多邊測量，基于所述接收結(jié)構(gòu)接收到所述信號而計算出的。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項所述的用于對信號進(jìn)行無線發(fā)射的系統(tǒng)，其中所述發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)至少部分地通過安裝在所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片內(nèi)/上的RFID (RFID:射頻識別)標(biāo)簽來實現(xiàn)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項所述的用于對信號進(jìn)行無線發(fā)射的系統(tǒng)，其中所述發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)包括多個發(fā)射機(jī)，所述多個發(fā)射機(jī)用于向所述接收結(jié)構(gòu)發(fā)射信號，進(jìn)而確定所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的多個點的位置。
8、 一種確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的至少一部分的位置的方法，該方法包括以下步驟從安裝在所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片內(nèi)/上的至少一個發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)射預(yù)定信號；出接收結(jié)構(gòu)接收所述信號，根據(jù)位置計算計算機(jī)基于所述接收信號而進(jìn)行的計算來創(chuàng)建位置指示數(shù)據(jù)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的至少一部分的位置的方法，其中所述信號不含位置指示數(shù)據(jù)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的至少一部分的位置的方法，其中按照基于所述接收信號的三角測量、三邊測量和/或多邊測量的方式來執(zhí)行所述計算。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8-10中任意一項所述的確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的至少一部分的位置的方法，其中所述信號是由發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)創(chuàng)建的，所述發(fā)射器結(jié)構(gòu)至少部分地通過安裝在所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片內(nèi)/上的RFID標(biāo)簽來形成。
12、 一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，該風(fēng)力渦輪機(jī)葉片包括用于無線發(fā)射至少一個信號的至少一個發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)，其中所述發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)至少部分地通過RFID標(biāo)簽來形成。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中所述信號被用于在所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的外部確定所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片和/或其一部分的位置。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中創(chuàng)建所述信號來確定所述發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)、所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片或者所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的一部分的絕對或者相對位置。
15、 根據(jù)權(quán)利要求12-14中任意一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中所述發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)整合到所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片內(nèi)部，或者安裝在所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上。
16、 根據(jù)權(quán)利要求12-15中任意一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中所述至少兩個發(fā)射機(jī)包括電磁發(fā)射機(jī)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求12-16中任意一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中所述信號沒有用位置指示數(shù)據(jù)來編碼。
18、 一種風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)包括根據(jù)權(quán)利要求12-17中任意一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。
19、 無線信號在確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的至少一部分的位置方面的用途，其中從風(fēng)力渦輪機(jī)葉片無線發(fā)射所述無線信號，并且其中所述信號沒有用位置指示數(shù)據(jù)來編碼。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的無線信號的用途，其中所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片是根據(jù)權(quán)利要求12-17中任意一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過對信號進(jìn)行無線發(fā)射來確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的至少一部分的位置的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括附接到該風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)；接收結(jié)構(gòu)；和至少一個位置計算計算機(jī)，其中所述信號從所述至少一個發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)無線發(fā)射到所述接收結(jié)構(gòu)，并且其中所述位置計算計算機(jī)根據(jù)所述接收結(jié)構(gòu)接收到的所述信號來計算位置指示數(shù)據(jù)，并且其中所述位置指示數(shù)據(jù)指示了所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的至少一部分的位置。
文檔編號F03D11/04GK101675245SQ200880010673
公開日2010年3月17日 申請日期2008年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月30日
發(fā)明者英厄曼·哈瓦斯·桑瓦德 申請人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)有限公司