本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)在風(fēng)能源設(shè)備的動(dòng)葉片上的負(fù)載的方法，涉及一種相應(yīng)的控制裝置以及涉及一種相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序。

就風(fēng)能源設(shè)備而言，風(fēng)由于氣動(dòng)力的原因?qū)е铝藙?dòng)葉片的變形。為了能夠調(diào)節(jié)性地進(jìn)行干預(yù)，有必要檢測(cè)這種變形。

在這個(gè)背景下，利用在此介紹的途徑，介紹了一種用于檢測(cè)在風(fēng)能源設(shè)備的動(dòng)葉片上的負(fù)載的方法，此外介紹了一種控制裝置，該控制裝置使用這種方法，以及最后介紹了一種根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的、相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序。有利的構(gòu)造方案從各個(gè)從屬權(quán)利要求和以下描述中得出。

通過(guò)在此介紹的途徑，能夠測(cè)量在風(fēng)能源設(shè)備處的動(dòng)葉片的葉片彎曲。為了該測(cè)量使用了加速度傳感器。這些測(cè)量通過(guò)另一個(gè)絕對(duì)值測(cè)量進(jìn)行參照。為此，例如使用了應(yīng)變計(jì)或者光學(xué)的測(cè)量。

為了能夠使用現(xiàn)代的調(diào)節(jié)方法（例如個(gè)別的瀝青控制器（pitchregelung）），需要可靠并且便宜的傳感機(jī)構(gòu)。在短期的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，這不是那么重要的。這樣，雖然應(yīng)變計(jì)很適合用于負(fù)載測(cè)量，但是利用它無(wú)法達(dá)到20年的使用壽命。因?yàn)?，由此能夠預(yù)期到的是：這樣的傳感器在風(fēng)能源設(shè)備的使用壽命期間會(huì)遭受損壞，所以可靠的識(shí)別是重要的，尤其是當(dāng)所述傳感器被用于調(diào)節(jié)時(shí)。通過(guò)在此介紹的途徑，介紹了改進(jìn)的傳感器概念。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的核心是：對(duì)于負(fù)載測(cè)量使用低成本的傳感器，并且通過(guò)冗余來(lái)識(shí)別錯(cuò)誤。此外，更好的測(cè)量結(jié)果能夠通過(guò)不同傳感器的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。附加地，這樣的傳感器能夠被使用，所述傳感器不適合單獨(dú)地用于負(fù)載測(cè)量，并且只有在組合中才允許所述負(fù)載測(cè)量。由此，使用具有盡可能更長(zhǎng)的使用壽命的傳感器，卻也是有可能的。

介紹了一種用于檢測(cè)在風(fēng)能源設(shè)備的動(dòng)葉片上的負(fù)載的方法，其中所述方法具有以下步驟：

從加速度值中導(dǎo)出所述動(dòng)葉片的偏差，該加速度值代表在所述動(dòng)葉片處的加速度；

在使用絕對(duì)值的情況下確定所述偏差的信號(hào)漂移部分，該絕對(duì)值代表在所述動(dòng)葉片處的絕對(duì)傳感器的絕對(duì)測(cè)量值；和

在使用所述信號(hào)漂移部分和所述偏差以及所述動(dòng)葉片的材料特征值的情況下確定所述負(fù)載。

風(fēng)能源設(shè)備能夠被理解為風(fēng)力渦輪機(jī)或者風(fēng)輪。在此，所述風(fēng)能源設(shè)備的轉(zhuǎn)子通過(guò)風(fēng)能被置于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)中，并且利用所述轉(zhuǎn)子能夠驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。負(fù)載能夠是作用在所述轉(zhuǎn)子的動(dòng)葉片上的力。偏差能夠是距離值，所述動(dòng)葉片通過(guò)負(fù)載由靜止位置以該距離為程度被擠壓。信號(hào)漂移部分能夠是底座值，所述偏差的值圍繞該底座值進(jìn)行偏移。所述信號(hào)漂移部分能夠隨著時(shí)間變化。所述信號(hào)漂移部分出自于：所述偏差由所述加速度中的導(dǎo)出。絕對(duì)測(cè)量值能夠是無(wú)漂移的。材料特征值例如能夠是彎曲剛度和/或扭轉(zhuǎn)剛度。

所述偏差能夠與作為絕對(duì)值的應(yīng)變值進(jìn)行比較，以獲得所述信號(hào)漂移部分。所述應(yīng)變值能夠代表所述動(dòng)葉片的應(yīng)變，該應(yīng)變能夠通過(guò)在所述動(dòng)葉片處的應(yīng)變計(jì)進(jìn)行檢測(cè)。所述應(yīng)變由所述負(fù)載引起。所述應(yīng)變通過(guò)材料特征值與所述負(fù)載直接相關(guān)。應(yīng)變計(jì)需要與所述動(dòng)葉片完好地連接。所述應(yīng)變測(cè)量無(wú)漂移地進(jìn)行。

能夠?qū)⑺銎钆c作為絕對(duì)值的位置值進(jìn)行比較，以獲得所述信號(hào)漂移部分。所述位置值能夠代表所述動(dòng)葉片的位置，該位置能夠通過(guò)在所述動(dòng)葉片處的攝像機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)出來(lái)。所述攝像機(jī)系統(tǒng)能夠至少部分地檢測(cè)所述動(dòng)葉片。所述攝像機(jī)系統(tǒng)能夠被布置在所述動(dòng)葉片的內(nèi)部中。攝像機(jī)能夠固定地取向。所述動(dòng)葉片能夠在所述攝像機(jī)的圖像中在所述負(fù)載的作用下運(yùn)動(dòng)。所述攝像機(jī)能夠具有低的分辨率。位置測(cè)量同樣無(wú)漂移地進(jìn)行。

將所述加速度值兩次求積分以獲得所述偏差。由此，所述加速度傳感器的高靈敏度和穩(wěn)健性能夠被用來(lái)測(cè)量所偏離的距離。

能夠?qū)⑺鲂盘?hào)漂移部分從所述偏差中扣除，以獲得穩(wěn)定化的偏差值來(lái)獲取所述負(fù)載。因而，能夠?qū)⑺銎钭優(yōu)闊o(wú)漂移的。

能夠?qū)⑺銎詈退鼋^對(duì)值在使用卡爾曼濾波器的情況下進(jìn)行比較，以確定所述信號(hào)漂移部分。在此，能夠?qū)⑺鼋^對(duì)值用作控制值。所述偏差被控制值追蹤。追蹤的量被作為信號(hào)漂移部分提供。

在所述確定步驟中，此外還在使用所述偏差的情況下驗(yàn)證所述絕對(duì)值。當(dāng)所述絕對(duì)傳感器具有錯(cuò)誤時(shí)，所述錯(cuò)誤能夠如此被發(fā)現(xiàn)。因此，所述風(fēng)能源設(shè)備的可靠的功能能夠得以確保。

當(dāng)所述絕對(duì)值多于公差范圍地從所述偏差偏離時(shí)，所述絕對(duì)值能夠被定義為是錯(cuò)誤的。因此，在識(shí)別傳感器錯(cuò)誤時(shí)能夠提供余地。如此不考慮由于變化的環(huán)境條件導(dǎo)致的波動(dòng)。

在此所介紹的途徑此外還創(chuàng)造了一種控制裝置，該控制裝置被構(gòu)造用于：在相應(yīng)的裝置中執(zhí)行、操控或者實(shí)施在此所介紹的方法的變型方案的步驟。通過(guò)本發(fā)明的這種以控制裝置為形式的實(shí)施方式變型方案，本發(fā)明的基本任務(wù)也能夠被快速和有效地解決。

當(dāng)前，控制裝置能夠被理解為一種電氣裝置，該電氣裝置處理傳感器信號(hào)，并且根據(jù)所述傳感器信號(hào)來(lái)輸出控制信號(hào)和/或數(shù)據(jù)信號(hào)。所述控制裝置能夠具有接口，該接口能夠被按照硬件和/或按照軟件地構(gòu)造。在按照硬件地構(gòu)造時(shí)，接口能夠是例如所謂的系統(tǒng)asic的部分，該部分包含所述控制裝置的各種功能。然而，也可能的是，所述接口是自己的集成電路或者至少部分地由離散的構(gòu)造元件組成。在按照軟件地構(gòu)造時(shí)，所述接口能夠是軟件模塊，所述軟件模塊例如存在于微控制器上、在其它軟件模塊旁邊。

也有利的是：具有程序代碼的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品或者計(jì)算機(jī)程序，該程序代碼能夠被存儲(chǔ)在機(jī)器能夠讀取的載體或者存儲(chǔ)器介質(zhì)上（例如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、硬盤(pán)存儲(chǔ)器或者光學(xué)存儲(chǔ)器），并且被用于執(zhí)行、實(shí)施和/或操控根據(jù)前面所描寫(xiě)的實(shí)施方式中的一種實(shí)施方式的方法的步驟，尤其是當(dāng)所述程序產(chǎn)品或者程序在計(jì)算機(jī)或者設(shè)備上執(zhí)行時(shí)。

在下文中，根據(jù)附圖示例性地進(jìn)一步闡釋本發(fā)明。附圖示出：

圖1：風(fēng)能源設(shè)備的視圖，該風(fēng)能源設(shè)備具有根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例的設(shè)備，該設(shè)備用于檢測(cè)在所述風(fēng)能源設(shè)備的動(dòng)葉片上的負(fù)載；和

圖2：根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例的方法的流程圖，該方法用于檢測(cè)在風(fēng)能源設(shè)備的動(dòng)葉片上的負(fù)載。

同樣的或者類似的元件能夠在接下來(lái)的附圖中配設(shè)以相同的或者類似的附圖標(biāo)記。另外，所述附圖中的圖像、它們的描述以及權(quán)利要求包含大量的、在組合中的特征。在此，本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的是：這些特征也能夠單獨(dú)地被觀察，或者它們能夠被歸納為其它的、在此沒(méi)有明確描述的組合。

圖1示出風(fēng)能源設(shè)備100的視圖，該風(fēng)能源設(shè)備具有根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例的控制裝置102，該控制裝置用于檢測(cè)在風(fēng)能源設(shè)備100的動(dòng)葉片104上的負(fù)載?？刂蒲b置102具有用于導(dǎo)出的裝置106，用于確定的裝置108和用于獲取的裝置110。所述控制裝置能夠被布置在例如風(fēng)能源設(shè)備100的吊艙中。

風(fēng)能源設(shè)備100具有加速度傳感器118。加速度傳感器118與動(dòng)葉片104連接。加速度傳感器118在此被大致定位在動(dòng)葉片104的中心。加速度傳感器118也能夠進(jìn)一步地被定位在動(dòng)葉片104的葉片尖端的方向中，因?yàn)閯?dòng)葉片104的能夠被檢測(cè)的加速度朝向葉片尖端增加。加速度傳感器118被構(gòu)造用于提供加速度值114，該加速度值代表在動(dòng)葉片104處的加速度。

用于導(dǎo)出的裝置106被構(gòu)造用于：從加速度值114中導(dǎo)出動(dòng)葉片104的偏差112。對(duì)此，加速度值114經(jīng)由控制裝置102的接口116由加速度傳感器118中進(jìn)行讀取。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，加速度值114被兩次求積分，以獲得偏差112。

用于確定的裝置108被構(gòu)造用于：在使用絕對(duì)值122的情況下確定偏差112的信號(hào)漂移部分120。絕對(duì)值122代表在動(dòng)葉片104處的絕對(duì)傳感器124的絕對(duì)測(cè)量值。所述絕對(duì)測(cè)量值不具有信號(hào)漂移部分。絕對(duì)值122通過(guò)接口116由絕對(duì)傳感器124中讀取。偏差112和絕對(duì)值122在使用卡爾曼濾波器的情況下進(jìn)行比較，以確定信號(hào)漂移部分120。

用于獲取的設(shè)備110被構(gòu)造用于：在使用信號(hào)漂移部分120和偏差112以及動(dòng)葉片104的材料特征值的情況下，確定在動(dòng)葉片104上的負(fù)載，并且，將該負(fù)載映射在代表所述負(fù)載的負(fù)載值126中。在此，信號(hào)漂移部分120被從偏差112中扣除，以獲得穩(wěn)定化的偏差值來(lái)獲取所述負(fù)載。所述負(fù)載由動(dòng)葉片104的負(fù)載特征曲線得出。所述負(fù)載特性曲線描述了在所述動(dòng)葉片的實(shí)際偏差112與位于所述動(dòng)葉片104上的負(fù)載之間的關(guān)聯(lián)。

在一種實(shí)施例中，絕對(duì)值122是應(yīng)變值122，該應(yīng)變值被與偏差112進(jìn)行比較，以獲得信號(hào)漂移部分120。應(yīng)變值122代表動(dòng)葉片104的應(yīng)變，該應(yīng)變通過(guò)在動(dòng)葉片104處的應(yīng)變計(jì)124檢測(cè)出來(lái)。所述應(yīng)變計(jì)124或者多個(gè)應(yīng)變計(jì)124被安置在動(dòng)葉片104的葉片根部處，因?yàn)樵诖藨?yīng)變是最大的。

在另一種實(shí)施例中，絕對(duì)值122是位置值122，該位置值與偏差112進(jìn)行比較，以獲得信號(hào)漂移部分120。位置值122代表動(dòng)葉片104的位置，該位置通過(guò)在動(dòng)葉片104處的攝像機(jī)系統(tǒng)124檢測(cè)出來(lái)。攝像機(jī)系統(tǒng)124檢測(cè)在光學(xué)路徑上的動(dòng)葉片104、動(dòng)葉片104的部分和/或在動(dòng)葉片104處或者中的確定的標(biāo)記作為特征。動(dòng)葉片104的位置被從像素的坐標(biāo)中獲取出來(lái)，所述特征映射在所述坐標(biāo)處。攝像機(jī)系統(tǒng)124的檢測(cè)精確性由每個(gè)像素的角分辨率得出。

就具有水平軸和三個(gè)動(dòng)葉片104的風(fēng)能源設(shè)備100而言，通過(guò)葉片角度的同步調(diào)整，在額定風(fēng)速之上如此調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)速：使得通過(guò)改變充角，氣動(dòng)升力并且因此驅(qū)動(dòng)力矩以這樣的方式進(jìn)行改變，使得設(shè)備100能夠被保持在額定轉(zhuǎn)速的范圍中。在風(fēng)速位于關(guān)斷速度之上的情況下，此外通過(guò)將所述葉片104利用鼻部置于風(fēng)中的方式，這種葉片調(diào)整機(jī)構(gòu)被用作制動(dòng)器，從而使得所述轉(zhuǎn)子不再提供可觀的驅(qū)動(dòng)力矩。

在這種集體性的葉片調(diào)整時(shí)，由于不對(duì)稱的氣動(dòng)負(fù)載，在吊廂上產(chǎn)生了俯仰力矩和偏轉(zhuǎn)力矩。所述不對(duì)稱的負(fù)載例如由于在垂直方向上的風(fēng)剪（邊界層）、偏離角偏差、陣風(fēng)和紊流、流動(dòng)在塔處的堵塞等形成。這些不對(duì)稱的氣動(dòng)負(fù)載能夠通過(guò)以下方式來(lái)減少：個(gè)別地調(diào)整所述葉片104的充角（英語(yǔ)：individualpitchcontrol，ipc）。在此，傳感器124被安置在動(dòng)葉片104中或處，以測(cè)量沖彎力矩。這些沖彎力矩隨后被用作用于個(gè)別的葉片調(diào)整的調(diào)節(jié)量。

對(duì)于動(dòng)葉片104的狀態(tài)-監(jiān)控，加速度傳感器118被用在葉片104中。以此，動(dòng)葉片104的固有頻率能夠被測(cè)量。動(dòng)葉片104的損壞能夠被檢測(cè)到，因?yàn)樵诖饲闆r下固有頻率發(fā)生偏移。僅利用加速度傳感器108不能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)載測(cè)量，因?yàn)橹挥屑铀俣缺粶y(cè)量出來(lái)，卻沒(méi)有測(cè)量葉片負(fù)載。

在此所介紹的途徑描述了一種改進(jìn)的狀態(tài)-監(jiān)控。在此，檢測(cè)了關(guān)于動(dòng)葉片104所經(jīng)受的負(fù)載的信息114、122。

對(duì)于所述狀態(tài)-監(jiān)控，加速度傳感器118被用在動(dòng)葉片104中。這些傳感器在單獨(dú)的情況下不適和用于負(fù)載測(cè)量，因?yàn)闉榱擞?jì)算在傳感器118的位置處的葉片偏差，傳感器信號(hào)114必須被兩次求積分。然而，這樣的兩次積分具有時(shí)間漂移120，該漂移導(dǎo)致所輸出的值112在短時(shí)間后已經(jīng)不再和實(shí)際葉片偏差一致。就在此所介紹的途徑而言，加速度傳感器118的傳感器信號(hào)112擺脫了漂移120，由此，加速度傳感器118的高分辨率能夠被充分利用。

在一種實(shí)施例中，加速度傳感器118被與應(yīng)變計(jì)124組合。應(yīng)變計(jì)124被安置在葉片根部處并且檢測(cè)葉片負(fù)載。在控制裝置102中，檢查的是：測(cè)量出的應(yīng)變122和從所述加速度測(cè)量中計(jì)算出的值112是否互相匹配。這種關(guān)聯(lián)能夠通過(guò)觀察者，例如卡爾曼濾波器來(lái)實(shí)施。如果確定出：測(cè)量出的傳感器值不互相匹配，則能夠使所述ipc-調(diào)節(jié)失效，并且能夠取消關(guān)于更換所述傳感器118、124的消息。在這個(gè)實(shí)施例中，所述測(cè)量并不是主要被用于延長(zhǎng)使用壽命，而是被用于可靠的錯(cuò)誤識(shí)別。

在一種實(shí)施例中，加速度傳感器118與基于攝像機(jī)的偏差傳感機(jī)構(gòu)124進(jìn)行組合。在此，加速度傳感器118與基于攝像機(jī)的偏差測(cè)量進(jìn)行組合。在此，攝像機(jī)124被安置在動(dòng)葉片104的根部。該攝像機(jī)拍攝進(jìn)所述動(dòng)葉片104的內(nèi)部中。攝像機(jī)124測(cè)量標(biāo)記的偏移，所述標(biāo)記被安置在動(dòng)葉片104中。所述標(biāo)記能夠是反射性的，并且能夠反射由攝像機(jī)124放射出的光，或者能夠自己主動(dòng)地發(fā)光，例如通過(guò)led，或者放射由玻璃纖維所引導(dǎo)過(guò)來(lái)的光。

就在此所介紹的途徑而言，能夠使用具有低分辨率的低成本攝像機(jī)124。在此，為了只在使用攝像機(jī)124的情況下測(cè)量在動(dòng)葉片104上的負(fù)載，測(cè)量分辨率不是足夠大的。但是，在與位于動(dòng)葉片104中的加速度傳感器118相組合的情況下，能夠通過(guò)在此介紹的在卡爾曼濾波器中的傳感器數(shù)據(jù)的融合來(lái)達(dá)到所必需的測(cè)量精度。

通過(guò)在此所介紹的系統(tǒng)，能夠測(cè)量葉片偏差或者其它等效的量（例如葉片根部彎矩）。在此，所述測(cè)量基于不同傳感器118、124的組合。

通過(guò)在此所介紹的途徑，能夠低成本地并且以長(zhǎng)使用壽命測(cè)量葉片根部彎矩。對(duì)于所描述的測(cè)量任務(wù)，能夠使用多個(gè)傳感器的組合。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例的方法200的流程圖，該方法用于檢測(cè)在風(fēng)能源設(shè)備的動(dòng)葉片上的負(fù)載。方法200具有導(dǎo)出步驟202、確定步驟204和獲取步驟206。在導(dǎo)出步驟202中，所述動(dòng)葉片的偏差被從加速度值中導(dǎo)出。所述加速度值代表在動(dòng)葉片處的加速度。在確定步驟204中，在使用絕對(duì)值的情況下確定所述偏差的信號(hào)漂移部分。所述絕對(duì)值代表在動(dòng)葉片處的絕對(duì)傳感器的絕對(duì)測(cè)量值。在獲取步驟206中，在使用所述信號(hào)漂移部分和所述偏差以及所述動(dòng)葉片的材料特征值的情況下獲取所述負(fù)載。

在一種實(shí)施例中，在確定步驟204中，所述絕對(duì)值此外在使用所述偏差的情況下被驗(yàn)證。在此，當(dāng)所述絕對(duì)值多于公差范圍地從所述偏差偏離時(shí)，所述絕對(duì)值被定義為是錯(cuò)誤的。

換言之，在此介紹的途徑描述了一種用于測(cè)量動(dòng)葉片負(fù)載的傳感器的組合。

所示出的實(shí)施例僅僅示例性地被選取，并且，能夠相互組合。

附圖標(biāo)記列表

100風(fēng)能源設(shè)備

102控制裝置

104動(dòng)葉片

106用于導(dǎo)出的裝置

108用于確定的裝置

110用于獲取的裝置

112偏差

114加速度值

116接口

118加速度傳感器

120信號(hào)漂移部分

122絕對(duì)值

124絕對(duì)傳感器

126負(fù)載值

200用于檢測(cè)負(fù)載的方法

202導(dǎo)出步驟

204確定步驟

206獲取步驟