本發(fā)明涉及風力機狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種海上風力機葉片運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由于海上風資源豐富，具有發(fā)電量大、發(fā)電時間長、不占用土地、可大規(guī)模開發(fā)等優(yōu)勢，風電技術(shù)正從陸上逐步延伸到海上。海上風力發(fā)電機已經(jīng)成為世界可再生能源發(fā)展領(lǐng)域的熱點。但是由于海上風電場較陸上風電場的工作環(huán)境更為惡劣，如濕氣和鹽霧腐蝕、雷電和臺風的破壞、冰雪和海浪以及海上撞擊物(海冰)等，海上風電機組運行風險遠遠大于陸上機組，故障率較高，因此，對海上風電機葉片的運行狀態(tài)進有效實時監(jiān)測，及時有效地預防和監(jiān)測葉片故障的發(fā)生是亟待解決的問題。

紅外熱成像檢測技術(shù)由于非接觸、大面積、遠距離以及檢測靈敏度高而廣泛用于風力機葉片故障的無損檢測，但是該方法目前只能運用在葉片靜態(tài)時候的檢測，原因是如果葉片高速旋轉(zhuǎn)，會導致紅外熱像儀不能實時接收葉片表面溫度變化而無法及時監(jiān)測風力機葉片狀態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種能夠?qū)嵓皶r監(jiān)測風力機葉片狀態(tài)的海上風力機葉片運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

一種海上風力機葉片運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括：采集風力機的葉片頻率的葉片頻率采集設(shè)備，接收葉片頻率、輸出兩路相同且頻率與所述葉片頻率成整數(shù)倍關(guān)系的驅(qū)動信號的同步驅(qū)動電路，接收所述驅(qū)動信號、發(fā)出頻率與所述驅(qū)動信號頻率相同的光并照射到旋轉(zhuǎn)的葉片上的發(fā)光設(shè)備，接收所述驅(qū)動信號、以所述驅(qū)動信號相同的頻率進行熱像采集得到熱像數(shù)據(jù)的熱像采集設(shè)備，及接收所述熱像數(shù)據(jù)、進行故障分析的分析終端；

所述葉片頻率采集設(shè)備連接所述同步驅(qū)動電路；所述同步驅(qū)動電路連接所述發(fā)光設(shè)備及所述熱像采集設(shè)備；所述熱像采集設(shè)備連接所述分析終端。

在其中一個實施例中，所述發(fā)光設(shè)備為頻閃儀。

在其中一個實施例中，所述頻率采集設(shè)備為測速傳感器。

在其中一個實施例中，所述頻率采集設(shè)備為激光測速傳感器。

在其中一個實施例中，所述所述熱像采集設(shè)備為的型號為T420。

在其中一個實施例中，還包括對所述發(fā)光設(shè)備的發(fā)光次數(shù)進行計數(shù)的發(fā)光次數(shù)計數(shù)器、對所述熱像采集設(shè)備的采集熱像的次數(shù)進行計數(shù)的熱像采集計數(shù)器及連接所述發(fā)光次數(shù)計數(shù)器和所述熱像采集計數(shù)器的比較器；所述熱像采集計數(shù)器與所述熱像采集設(shè)備電連接；所述比較器連接所述同步驅(qū)動電路及分析終端。

在其中一個實施例中，所述葉片頻率采集設(shè)備設(shè)置在風力機的機艙上、靠近所述風力機的葉片處。

在其中一個實施例中，所述發(fā)光設(shè)備及所述熱像采集設(shè)備設(shè)置在風力機的塔筒上。

在其中一個實施例中，所述發(fā)光設(shè)備及所述熱像采集設(shè)備設(shè)置在風力機的塔筒上、所述風力機的葉片與所述塔筒平行時與所述葉片中部等高的位置處。

在其中一個實施例中，所述分析終端還與所述同步驅(qū)動電路連接；所述分析終端用于在對所述熱像采集設(shè)備采集的溫度信息進行故障分析之前，發(fā)送自鎖信號至所述同步驅(qū)動電路；在進行故障分析完成之后，發(fā)送開鎖信號至所述同步驅(qū)動電路。

上述海上風力機葉片運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，由于所述葉片頻率采集設(shè)備連接所述同步驅(qū)動電路，驅(qū)動信號的頻率與葉片頻率成整數(shù)倍關(guān)系，即，發(fā)光設(shè)備的發(fā)光頻率與葉片旋轉(zhuǎn)的葉片頻率成整數(shù)倍數(shù)關(guān)系，優(yōu)選地，發(fā)光設(shè)備的發(fā)光頻率與葉片旋轉(zhuǎn)的葉片頻率相同，即成一倍的關(guān)系；如此，使得兩者處于相對靜止的狀態(tài)，可以獲得葉片相對靜止的觀測結(jié)果；而又由于所述同步驅(qū)動電路連接所述發(fā)光設(shè)備及所述熱像采集設(shè)備，如此，熱像采集設(shè)備的采集頻率與發(fā)光設(shè)備的發(fā)光頻率相同，可以通過與發(fā)光設(shè)備發(fā)光頻率相同的熱像采集設(shè)備采集得到葉片相對靜止的熱像數(shù)據(jù)，即可以得到高速旋轉(zhuǎn)的葉片某一時刻“冰凍”的觀測效果。從而，可以分析得到風力機葉片高速運轉(zhuǎn)時風力機的葉片運行狀態(tài)，因此，該海上風力機葉片運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以及時監(jiān)測到風力機葉片狀態(tài)。

附圖說明

圖1為一實施例的海上風力機葉片運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為一實施例的海上風力機葉片運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理示意圖；

圖3為另一實施例的海上風力機葉片運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳的實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“或/和”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。

如圖1所示，為本發(fā)明一實施例的海上風力機葉片運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括：采集風力機的葉片頻率的葉片頻率采集設(shè)備11，接收葉片頻率、輸出兩路相同且頻率與所述葉片頻率成整數(shù)倍關(guān)系的驅(qū)動信號的同步驅(qū)動電路14，接收所述驅(qū)動信號、發(fā)出頻率與所述驅(qū)動信號頻率相同的光并照射到旋轉(zhuǎn)的葉片36上的發(fā)光設(shè)備12，接收所述驅(qū)動信號、以所述驅(qū)動信號相同的頻率進行熱像采集得到熱像數(shù)據(jù)的熱像采集設(shè)備13，及接收所述熱像數(shù)據(jù)、進行故障分析的分析終端15；

所述葉片頻率采集設(shè)備11連接所述同步驅(qū)動電路14；所述同步驅(qū)動電路14連接所述發(fā)光設(shè)備12及所述熱像采集設(shè)備13；所述熱像采集設(shè)備13連接所述分析終端15。

具體地，葉片頻率采集設(shè)備11的輸出端連接同步驅(qū)動電路14的輸入端；同步驅(qū)動電路14的兩個輸出端分別連接發(fā)電設(shè)備及熱像采集設(shè)備13的輸入端；熱像采集設(shè)備13的數(shù)據(jù)輸出端連接分析終端15的數(shù)據(jù)輸入端。

葉片頻率采集設(shè)備11，用于采集風力機的葉片頻率，并將該葉片頻率通過脈沖信號的形式傳輸至同步驅(qū)動電路14。同步驅(qū)動電路14，用于生成兩路相同且頻率與所述葉片頻率成整數(shù)倍關(guān)系的的驅(qū)動信號，并將兩路驅(qū)動信號分別輸出至發(fā)光設(shè)備12及熱像采集設(shè)備13。發(fā)光設(shè)備12，用于接收所述驅(qū)動信號、發(fā)出頻率與驅(qū)動信號頻率相同的光，照射到旋轉(zhuǎn)的葉片36上；熱像采集設(shè)備13，用于接收所述驅(qū)動信號、以驅(qū)動信號相同的頻率進行熱像采集得到熱像數(shù)據(jù)，并將該熱像數(shù)據(jù)傳輸至分析終端15進行故障分析。需要說明的是，熱像采集設(shè)備13進行熱像采集得到熱像數(shù)據(jù)，是以圖像形式進行全景測量，采集葉片36表面熱量參數(shù)。即，熱像數(shù)據(jù)包括葉片36表面的熱量參數(shù)。具體地，熱量參數(shù)包括溫度。分析終端15，用于根據(jù)葉片36表面的熱量參數(shù)對風力機葉片故障進行分析。分析終端15可以為臺式電腦、掌上電腦、筆記本電腦、智能手機等智能終端。

上述海上風力機葉片運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的工作過程為：葉片頻率采集設(shè)備11采集風力機的葉片頻率，并將該葉片頻率通過脈沖信號的形式傳輸至同步驅(qū)動電路14；同步驅(qū)動電路14接收葉片頻率、輸出兩路相同且頻率與所述葉片頻率成整數(shù)倍關(guān)系的驅(qū)動信號至發(fā)光設(shè)備12及熱像采集設(shè)備13；發(fā)光設(shè)備12接收所述驅(qū)動信號、發(fā)出頻率與所述驅(qū)動信號頻率相同的光并照射到旋轉(zhuǎn)的葉片36上；熱像采集設(shè)備13接收所述驅(qū)動信號、以驅(qū)動信號相同的頻率進行熱像采集得到熱像數(shù)據(jù)，并將該熱像數(shù)據(jù)傳輸至分析終端15進行故障分析。

由于所述葉片頻率采集設(shè)備11連接所述同步驅(qū)動電路14，驅(qū)動信號的頻率與葉片頻率成整數(shù)倍關(guān)系，即，發(fā)光設(shè)備12的發(fā)光頻率與葉片36旋轉(zhuǎn)的葉片頻率成整數(shù)倍數(shù)關(guān)系，優(yōu)選地，發(fā)光設(shè)備12的發(fā)光頻率與葉片36旋轉(zhuǎn)的葉片頻率相同，即成一倍的關(guān)系；如此，使得兩者處于相對靜止的狀態(tài)，可以獲得葉片36相對靜止的觀測結(jié)果；而又由于所述同步驅(qū)動電路14連接所述發(fā)光設(shè)備12及所述熱像采集設(shè)備13，如此，熱像采集設(shè)備13的采集頻率與發(fā)光設(shè)備12的發(fā)光頻率相同，可以通過與發(fā)光設(shè)備12發(fā)光頻率相同的熱像采集設(shè)備13采集得到葉片36相對靜止的熱像數(shù)據(jù)，即可以得到高速旋轉(zhuǎn)的葉片36某一時刻“冰凍”的觀測效果。從而，可以分析得到風力機葉片高速運轉(zhuǎn)時風力機的葉片36運行狀態(tài)，因此，該海上風力機葉片運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以及時監(jiān)測到風力機葉片狀態(tài)。

需要說明的是，由于海上風電場較陸上風電場的工作環(huán)境更為惡劣，如濕氣和鹽霧腐蝕、雷電和臺風的破壞、冰雪和海浪以及海上撞擊物(海冰)等，海上風電機組運行風險遠遠大于陸上機組，故障率較高。因此，風力機優(yōu)選為海上風力機。

在其中一個實施例中，所述發(fā)光設(shè)備12為頻閃儀。頻閃儀利用“頻閃效應(yīng)”，當頻閃儀的照明光源閃動頻率嚴格與被測物體的轉(zhuǎn)動或運動速度相等或者是其整數(shù)倍時，兩者處于相對靜止的狀態(tài)，將獲得物體靜止的觀測結(jié)果，即可以得到高速旋轉(zhuǎn)物體某一時刻“冰凍”的觀測效果。

在其中一個實施例中，所述頻率采集設(shè)備為測速傳感器。測速傳感器測量風力機葉片的轉(zhuǎn)速。該測速傳感器可以為電渦流傳感器、霍爾傳感器、電容式開關(guān)等。

進一步地，所述頻率采集設(shè)備為激光測速傳感器。激光測速傳感器發(fā)射激光束到葉片36表面，當葉片36經(jīng)過激光光束時，激光測速傳感器接收被葉片36反射回的激光脈沖信號，控制開關(guān)接通，輸出高電平信號；相反，控制開關(guān)關(guān)斷，輸出低電平信號，最終通過控制開關(guān)接通和關(guān)斷來實現(xiàn)對風力機葉片旋轉(zhuǎn)頻率的采集。激光測速傳感器的測量精度和靈敏度受環(huán)境影響小，穩(wěn)定性高，特別適用于海上惡劣的環(huán)境下使用。

在其中一個實施例中，所述熱像采集設(shè)備13為紅外熱像儀。紅外熱像儀可以按照一定的采集頻率采集風力機葉片表面熱量參數(shù)。紅外熱像儀以圖像形式進行全景測量，能夠檢測出風力機葉片表面熱量參數(shù)的細微變化，具有高靈敏度、高效率等優(yōu)勢。

在一個較佳的實施例中，由于受到紅外熱像儀采集頻率的限制，為了更準確地進行故障分析，同步驅(qū)動電路優(yōu)選為，接收葉片頻率、輸出兩路相同且頻率與所述葉片頻率相等的驅(qū)動信號的同步驅(qū)動電路。

在本實施例中，采集頻率由驅(qū)動同步電路輸出的驅(qū)動信號決定。優(yōu)選地，所述紅外熱像儀的型號為：T420。具體地，紅外熱像儀選用美國FLIR SYSTEMS公司(美國菲力爾系統(tǒng)公司)生產(chǎn)的型號為：T420的紅外熱像儀，該紅外熱像儀的各項工作指標都能滿足系統(tǒng)的實際需求。

請參閱圖2，在其中一個實施例中，還包括對所述發(fā)光設(shè)備12的發(fā)光次數(shù)進行計數(shù)的發(fā)光次數(shù)計數(shù)器16、對所述熱像采集設(shè)備13的采集熱像的次數(shù)進行計數(shù)的熱像采集計數(shù)器17及連接所述發(fā)光次數(shù)計數(shù)器16及所述熱像采集計數(shù)器17的比較器18；所述熱像采集計數(shù)器17與所述熱像采集設(shè)備13電連接；所述比較器18連接所述同步驅(qū)動電路14及分析終端15。

具體地，熱像采集計數(shù)器17的輸入端連接所述熱像采集設(shè)備13的頻率輸出端；比較器18的兩個輸入端分別連接發(fā)光計數(shù)器的輸出端及熱像采集計數(shù)器17的輸出端；比較器18的輸出端連接同步驅(qū)動電路14的復位端及分析終端15的又一輸入端。

如此，可以在比較器18比較發(fā)光次數(shù)計數(shù)器16及熱像采集計數(shù)器17的計數(shù)結(jié)果一致時，輸出可進行分析的分析信號至分析終端15；而在計數(shù)結(jié)果不一致時，輸出復位信號至同步驅(qū)動電路14；同步驅(qū)動電路14復位，重新根據(jù)葉片頻率生成兩路相同的驅(qū)動信號。進一步地，在計數(shù)結(jié)果不一致時，還可以輸出復位信號至發(fā)光次數(shù)計數(shù)器16及熱像采集計數(shù)器17使這兩個計數(shù)器均清零；或/及，輸出復位信號至分析終端15，分析終端15接收到該復位信號時，無需對該次接收到的熱像數(shù)據(jù)進行故障分析。

從而，可以保證發(fā)光設(shè)備12的發(fā)光頻率和熱像采集設(shè)備13的采集頻率嚴格同步。當兩者頻率出現(xiàn)差異時，通過控制同步驅(qū)動電路14進行復位，來調(diào)整發(fā)光設(shè)備12的發(fā)光頻率與熱像采集設(shè)備13的采集頻率嚴格同步。

請參閱圖3，風力機包括：葉片36、齒輪箱37、發(fā)電機38、塔筒39、輪轂3A、軸承箱3B。葉片36通過輪轂3A與齒輪箱37及軸承箱3B中的齒輪連接。齒輪箱37、發(fā)電機38及同步驅(qū)動電路14收容于軸承箱3B內(nèi)。發(fā)電機38通過齒輪箱37中的齒輪與輪轂3A進行能量傳遞。

在其中一個實施例中，所述葉片頻率采集設(shè)備11設(shè)置在風力機的機艙上、靠近所述風力機的葉片36處。如，葉片頻率采集設(shè)備11可以設(shè)置在風力機的機艙的底部、靠近所述風力機的葉片36處。如此，保證葉片頻率采集設(shè)備11的靈敏度同時縮短采集延遲時間。在一個具體實施例中，機艙的底部即為軸承箱3B的底部。塔筒39連接軸承箱3B，用于支撐軸承箱3B。

在其中一個實施例中，所述發(fā)光設(shè)備12及所述熱像采集設(shè)備13設(shè)置在風力機的塔筒39上。如此，盡可能對整個葉片進行全景測量。優(yōu)選地，一個可以對整個葉片進行全景測量的最佳實施方式是：所述發(fā)光設(shè)備12及所述熱像采集設(shè)備13設(shè)置在風力機的塔筒39上、所述風力機的葉片36與所述塔筒39平行時與所述葉片36中部等高的位置處。

請繼續(xù)參閱圖2，在其中一個實施例中，所述分析終端15還與所述同步驅(qū)動電路14連接。其中，所述分析終端15用于在對所述熱像采集設(shè)備13采集的溫度信息進行故障分析之前，發(fā)送自鎖信號至所述同步驅(qū)動電路14；在進行故障分析完成之后，發(fā)送開鎖信號至所述同步驅(qū)動電路14。

由于葉片旋轉(zhuǎn)頻率較快(一般為50赫茲，旋轉(zhuǎn)周期僅為0.02秒)，而分析終端15進行故障分析的時間需要1秒以上，可見，分析終端15進行故障分析的處理時間要遠遠大于葉片旋轉(zhuǎn)周期，分析終端15無法及時對熱像采集設(shè)備13采集的所有熱像數(shù)據(jù)進行故障分析。本實施例中同步驅(qū)動電路14中集成有自鎖和開鎖功能，當分析終端15接收到熱像采集設(shè)備13傳輸?shù)臒嵯駭?shù)據(jù)之后，立即反饋給同步驅(qū)動電路14一個反饋信號(具體為自鎖信號)，使同步驅(qū)動電路14進入自鎖狀態(tài)，此時同步驅(qū)動電路14無法接收葉片頻率采集設(shè)備11傳輸過來的脈沖信號，直到當故障分析完成后，分析終端15反饋給同步驅(qū)動電路14另一個反饋信號(具體為開鎖信號)，使同步驅(qū)動電路14進入開鎖狀態(tài)，此時，同步驅(qū)動電路14繼續(xù)接收葉片頻率采集設(shè)備11傳輸過來的脈沖信號。如此，整個裝置進入一個有序循環(huán)的過程，保證分析終端15有足夠的時間來對熱像數(shù)據(jù)進行有效分析，從而達到對葉片表面運行狀態(tài)的有效評估，能夠?qū)崟r監(jiān)測風力機葉片的運行狀況。

以上實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出多個變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。