包括光學(xué)傳感器系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪的制造方法
【專利摘要】風(fēng)力渦輪機（1）包括光學(xué)傳感器系統(tǒng)（10），所述光學(xué)傳感器系統(tǒng)包括一個或多個光學(xué)傳感器（12），所述光學(xué)傳感器包括：傳感器膜（18）；光源（20），其用于照射傳感器膜的表面；光學(xué)色散元件（26），其設(shè)置成使來自光源（20）的光色散；和光檢測器（30），其用于在從傳感器膜（18）的表面反射之后和通過光學(xué)色散元件完成光束的色散之后接收色散光束的一部分。在光檢測器（30）處被接收的光的波長根據(jù)傳感器膜（18）的移位改變，并且光檢測器操作性地提供基于被接收的光的波長變化的輸出。風(fēng)力渦輪機基于從光學(xué)傳感器系統(tǒng)接收的向風(fēng)力渦輪機控制系統(tǒng)的輸入被操作。
【專利說明】包括光學(xué)傳感器系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力渦輪機的光學(xué)傳感器系統(tǒng)和一種包括所述傳感器系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機。本發(fā)明尤其應(yīng)用于檢測湍流或監(jiān)測風(fēng)力渦輪機部件的振動。
【背景技術(shù)】
[0002]為了優(yōu)化風(fēng)能的提取，風(fēng)力渦輪機一般配備有多個傳感器裝置，所述多個傳感器裝置可以向渦輪機的控制系統(tǒng)提供反饋。例如，傳感器裝置通常用于監(jiān)測在風(fēng)力渦輪機處的環(huán)境狀況、以及用于測量風(fēng)力渦輪機部件的參數(shù)，比如應(yīng)變。通過使用從這些傳感器裝置獲取的數(shù)據(jù)，可以相應(yīng)地操作風(fēng)力渦輪機，比如控制葉片的槳距。機艙的偏轉(zhuǎn)也能夠被調(diào)整，以使得風(fēng)力渦輪機在產(chǎn)能方面盡可能高效。
[0003]傳感器裝置還通常用于監(jiān)測風(fēng)力渦輪機部件的狀況，以使得部件的損壞、或部件狀況的惡化能夠被盡早地測出并采取必要的維護措施。這有助于提高部件壽命和防止風(fēng)力渦輪機早期故障或完全失效。此外，由于某些類型的損壞會不利地影響風(fēng)力渦輪機的操作，所以風(fēng)力渦輪機部件的有效維護措施將確保風(fēng)力渦輪機能夠盡可能高效地操作。這種傳感器系統(tǒng)對位于偏遠(yuǎn)地區(qū)的風(fēng)力渦輪機尤其重要，所述偏遠(yuǎn)地區(qū)比如與維護相關(guān)的時間和成本都相對較高的近海、沿海或高海拔區(qū)域。
[0004]由于大多數(shù)風(fēng)力渦輪機的高度，來自雷擊的損壞是反復(fù)出現(xiàn)的操作問題。避雷針的使用提供了一種將來自的雷擊的能量安全地引出被擊部件的方式，從而使所述被擊部件遭受的損壞最小或沒有損壞。然而，避雷針不會一直充分地保護安裝在風(fēng)力渦輪機部件上或其中的傳感器設(shè)備。包括金屬部件(比如配線和電路)的傳感器系統(tǒng)尤其容易被放電損壞。
[0005]附加地，風(fēng)力渦輪機中的傳感器系統(tǒng)的操作可能受到與存在于例如機艙中的重型電氣和機械設(shè)備相關(guān)的磁場和電場不利地影響。因此，傳感器系統(tǒng)不能以最佳方式工作。
[0006]出于這些原因，通常優(yōu)選減少傳感器系統(tǒng)中使用的電子器件的數(shù)量和在可能的情況下都使用光學(xué)元件。
[0007]有一種類型的傳感器已經(jīng)被證明敏感于來自風(fēng)力渦輪機中的重型設(shè)備(比如發(fā)電機)的EMC干擾,所述傳感器是電麥克風(fēng),所述電麥克風(fēng)可以在聲傳感器中使用，以基于聲發(fā)射監(jiān)測風(fēng)力渦輪機部件的狀況。因此，先前已經(jīng)提出在風(fēng)力渦輪機中的傳感器應(yīng)用中使用“光學(xué)”麥克風(fēng)。光學(xué)麥克風(fēng)通過使用將任何振蕩轉(zhuǎn)換成光束而不是電信號的膜以檢測空氣運動。
[0008]例如，先前已經(jīng)提出給風(fēng)力渦輪機設(shè)置包括一個或多個光學(xué)麥克風(fēng)的傳感器系統(tǒng)，以檢測風(fēng)力渦輪機處的氣流中的湍流。在一個被提議的系統(tǒng)中，湍流傳感器被用于檢測在風(fēng)力渦輪機葉片的表面上的非期望物質(zhì)(比如冰或泥土)的積累。在另一被提議的應(yīng)用中，類似的湍流傳感器被用作控制系統(tǒng)的一部分，所述控制系統(tǒng)基于湍流測量值控制風(fēng)力渦輪機葉片的空氣動力參數(shù)，比如葉片槳距角。光學(xué)麥克風(fēng)還被提出用于代替用于檢測振動的電麥克風(fēng)作為狀況監(jiān)測系統(tǒng)的一部分，以監(jiān)測機艙內(nèi)的發(fā)電機或其它設(shè)備。[0009]尤其由于麥克風(fēng)對關(guān)聯(lián)光纖的運動的敏感性，已知的光學(xué)麥克風(fēng)的性能一般不如傳統(tǒng)的電麥克風(fēng)，這導(dǎo)致錯誤信號產(chǎn)生。這個問題在使比如風(fēng)力渦輪機的結(jié)構(gòu)移動或旋轉(zhuǎn)時尤其嚴(yán)重。許多光學(xué)麥克風(fēng)的性能也不利地受到以下事實影響:光學(xué)傳感器必須被附接到傳感器膜，例如在使用光纖光柵傳感器的情況下。因此，膜變得更重且并非自由地準(zhǔn)確響應(yīng)空氣運動。此外，在對于光學(xué)麥克風(fēng)的現(xiàn)有布置方式中，所需的光產(chǎn)生和檢測裝置相對昂貴，以使得以商業(yè)規(guī)模使用所述系統(tǒng)并非經(jīng)濟可行的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]因此，期望提供一種包括新穎的光學(xué)麥克風(fēng)配置的傳感器系統(tǒng)，所述光學(xué)麥克風(fēng)配置的性能被提高且克服了與現(xiàn)有光學(xué)麥克風(fēng)相關(guān)的問題。尤其期望的是所述系統(tǒng)能夠由相對耐用和低成本的部件形成，以使得系統(tǒng)對于在風(fēng)電場中使用更加經(jīng)濟可行。還期望的是所述系統(tǒng)容易地適于風(fēng)力渦輪機上的多種不同的傳感器應(yīng)用。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種包括光學(xué)傳感器系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機，所述光學(xué)傳感器系統(tǒng)包括一個或多個光學(xué)傳感器，每個傳感器包括:反射性傳感器膜；光源，其用于照射傳感器膜的表面；光學(xué)色散元件，其布置成使來自光源的光束色散；以及光檢測器，其用于在從傳感器膜的表面反射之后和通過光學(xué)色散元件使光束色散之后接收光束的一部分。在光檢測器處接收的光的波長根據(jù)傳感器膜的移位改變，并且光檢測器操作性地提供基于被接收的光的波長的變化的輸出。風(fēng)力渦輪機還包括控制器，所述控制器用于接收來自傳感器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)且基于被接收的數(shù)據(jù)控制風(fēng)力渦輪機的操作參數(shù)。
[0012]術(shù)語“操作參數(shù)”指影響風(fēng)力渦輪機的操作的風(fēng)力渦輪機的任何參數(shù)。以從光學(xué)傳感器系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的待控參數(shù)將取決于傳感器系統(tǒng)的功能，并且以下將描述這些實施例。在某些實施方式中，待控的操作參數(shù)可以是風(fēng)力渦輪機葉片的空氣動力參數(shù)，比如葉片槳距或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。在其它實施方式中，待控的操作參數(shù)也可以是發(fā)電機的參數(shù)，比如載荷、功率或轉(zhuǎn)速。
[0013]本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機的光學(xué)傳感器提供了一種新穎類型的光學(xué)麥克風(fēng)，如以下更加詳細(xì)描述地，所述光學(xué)麥克風(fēng)在監(jiān)測操作期間的風(fēng)力渦輪機中具有多種潛在應(yīng)用。
[0014]本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機中使用的光學(xué)傳感器通過檢測在光檢測器處被接收的光的波長變化工作，所述變化指示傳感器膜相對于光檢測器和光源的運動。在由光學(xué)色散元件產(chǎn)生的色散光束中，不同波長的光被分散開或分解以產(chǎn)生被色散的“扇形”光束。在光束已經(jīng)從傳感器膜的表面反射之后，每個波長的光將相對于傳感器膜以稍微不同的角度傳播。在光檢測器處接收的光的波長將取決于傳感器膜相對于光源和光檢測器的固定位置的位置。
[0015]傳感器膜的移位能夠基于簡單的三角學(xué)方法直接從測出的波長改變獲知，因為光源和光檢測器的位置、以及由棱鏡完成的光束的角色散是已知的且維持固定。傳感器膜的移位型式以如同傳統(tǒng)電麥克風(fēng)一樣的方式指不在傳感器膜的表面處的氣流。
[0016]有利地，本發(fā)明的布置方式允許反射光在無需將任何檢測部件直接附接到傳感器膜的情況下被檢測，這允許傳感器膜響應(yīng)于表面處的空氣運動自由地移動。因此，傳感器膜能夠更加快速地響應(yīng)空氣運動且提供對表面處的氣流更加準(zhǔn)確的指示。因此，傳感器膜的布置方式更加類似于電麥克風(fēng)的布置方式，并且能夠在提供使用光學(xué)部件而不是電學(xué)部件的益處的同時提供類似的高性能。
[0017]本發(fā)明中使用的傳感器是高度敏感的，即使膜的小移位也能夠通過監(jiān)測在光檢測器處接收的反射光的波長而容易地測出。由于幾乎沒有移動部件，傳感器耐溫度的極端變化，并且傳感器的操作將不會被狀況變化影響，比如溫度或濕度變化。另外，因為傳感器在可能的情況下都使用光纖而不是金屬配線或電路，因此傳感器的性能不會被在傳感器附近的重型設(shè)備的電場或磁場影響，并且由于雷擊損壞的危險性降低。
[0018]本發(fā)明中使用的傳感器的光源和光檢測器能夠有利地由相對便宜和耐用的部件提供，所述部件相對易于安裝和操作。因此，本發(fā)明提供了一種符合成本效益的傳感器，所述傳感器適于在商業(yè)規(guī)模中的風(fēng)力渦輪機中使用。
[0019]本發(fā)明中使用的光學(xué)傳感器的光源發(fā)射單一光束，所述光束通過光學(xué)色散元件被分解成不同波長以產(chǎn)生色散光束，所述色散光束具有在不同角度處折射的各個不同波長或顏色。光源可以包括任何合適的光電器件，包括例如發(fā)光二極管、光電二極管或激光器。優(yōu)選地，光源還包括光纖，并且來自光電器件的光輸出被輸入光纖，所述光纖傳遞光并將光引到傳感器膜的表面處。根據(jù)風(fēng)力渦輪機中的傳感器的所需位置，光電器件能夠被較遠(yuǎn)定位，以使得它們被保護而不受雷擊。
[0020]由光源發(fā)射的“光”可以是可見光或可替代地是非可見類型的電磁輻射，比如紅夕卜。在第一優(yōu)選實施方式中，光源發(fā)射平均波長大約1500nm的光。在第二優(yōu)選實施方式中，光源發(fā)射平均波長大約SOOnm的光。
[0021]從光源發(fā)射的光束的波長范圍優(yōu)選相對較窄。例如，光束的波長范圍優(yōu)選小于10nm、更優(yōu)選為大約5nm。在一個尤其優(yōu)選的實施方式中，光源發(fā)射具有1500nm至1505nm波長范圍的光束。
[0022]光學(xué)色散元件將來自光源的光束分解成其組成波長，其中，每個波長以不同的角度折射，以使光束色散成扇形或圓錐形形狀。例如，在白色可見光光束的情況下，光學(xué)色散元件使光分解成其組成光譜顏色，以產(chǎn)生被色散的彩虹光束。光學(xué)色散元件的形式可以是一個或多個棱鏡、衍射光柵或任何其它光束分解的光學(xué)部件。
[0023]光學(xué)色散元件可以被安裝在沿光源和光檢測器之間的光束路徑的各種位置，以使得光束色散相對于光束反射在不同時間發(fā)生。然而，在所有情況下，同樣的測量原理可以被用于監(jiān)測在光檢測器處接收的光的波長的變化，并且由此確定傳感器膜的任何運動。
[0024]在本發(fā)明的第一實施方式中，光學(xué)色散兀件在光源和傳感器膜之間被安裝在光源的前方，以使得傳感器膜的表面被色散光束照射。色散光束從光源以展開的方式傳送并且以分散型式照射到傳感器膜的表面。每個波長的光將因此也以稍微不同的角度從傳感器膜反射回來，以使得反射光的形式也是被色散的“扇形”光束。傳感器膜的由于氣流或振動的任何運動將引起色散光束的運動，以使得不同部分的光束指向光檢測器，并且不同波長的光被接收。在本發(fā)明的第一實施方式中，光學(xué)色散元件優(yōu)選是光學(xué)棱鏡。
[0025]在本發(fā)明的第二實施方式中，光學(xué)色散元件被設(shè)置在反射性傳感器膜的表面處，以使得光束從光源入射到光學(xué)色散元件上。來自光源的光束由此在其從傳感器膜的表面反射的時候以波長分解和被色散。合成的色散光束將呈如上所述的相關(guān)于本發(fā)明的第一實施方式的相同的形式。傳感器膜的任何運動將引起光學(xué)色散元件的相應(yīng)運動，因此也引起色散光束的運動，以使得不同部分的光束、因此不同波長在光檢測器處被接收。[0026]在第二實施方式中，光學(xué)色散兀件可以是能夠使入射光束被反射的角度基于波長改變的任何合適的形式。應(yīng)用在傳感器膜上的合適的光學(xué)色散元件對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是已知的且包括例如衍射光柵(比如刻劃光柵或全息光柵)或光學(xué)過濾器類型。
[0027]在一個優(yōu)選實施例中，光學(xué)色散元件的形式是隨角異色過濾器，這意味著從過濾器反射回來的色散光束的波長光譜將根據(jù)光束在過濾器上的入射角度改變。隨著傳感器膜相對于光源移動，光束在過濾器上的入射角度將改變，從而引起被反射的色散光束的波長光譜改變。通過監(jiān)測在光檢測器處接收的波長變化，可以監(jiān)測光束的入射角度的變化，因此可監(jiān)測傳感器膜的運動。合適的隨角異色的薄膜過濾器可以從公司Semrock買到。
[0028]在第二實施方式中，光學(xué)色散兀件可以以多種方式被包括在傳感器膜的表面處，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說也是已知的。優(yōu)選地，光學(xué)色散元件的形式是例如通過使用比如光學(xué)沉積或氣相沉積的技術(shù)被施加到傳感器膜的表面區(qū)域的涂層或薄膜?？商娲?，光學(xué)色散元件可以被集成到傳感器膜中。
[0029]在根據(jù)本發(fā)明的第二方面的實施方式中，光學(xué)色散元件優(yōu)選覆蓋傳感器膜的表面的限定區(qū)域，所述限定區(qū)域與由來自光源的光束照射的區(qū)域一致。限定區(qū)域可以相較于傳感器膜表面的整個區(qū)域相對更小，例如，光學(xué)色散元件可能覆蓋小于5_2、或小于3_2或在一些情況下小于Imm2的區(qū)域。
[0030]在本發(fā)明的第三實施方式中，光學(xué)色散兀件被設(shè)置在傳感器膜和光檢測器之間，以使得光束直到其已經(jīng)從傳感器膜的表面被反射之后才被色散。傳感器膜的由于氣流或振動的任何運動將引起反射光束的運動，以使得光束以稍微不同的角度照射到光學(xué)色散元件，并且由光學(xué)色散元件產(chǎn)生的色散光束的位置將稍微偏移。如同上述其它兩個實施方式，不同部分的色散光束將指向光檢測器。在本發(fā)明的第三實施方式中，光學(xué)色散元件優(yōu)選是光學(xué)棱鏡。
[0031 ] 使用光學(xué)色散元件使來自光源的光束色散是眾所周知的，并且技術(shù)人員熟悉光學(xué)色散元件的可用類型和它們影響光束的方式。有關(guān)光學(xué)色散元件的一些背景信息可以在以下文獻(xiàn)中找到，例如，
[0032]作者為C.Cotton、D.Faklis、J.Bowen 和 G.Morris,由 Storming Media (1991)發(fā)布的文獻(xiàn)“Application of Surface-relief diffractive optics to helmet-mounteddisplays，，；
[0033]作者為R.Meyer> K.Kearney> Z.Ninkov、C.Cotton、P.Hammond 和 B.Statt,由Proc.SPIE,5492 (2004)發(fā)布的文獻(xiàn)“RITM0S:a micromirror-based mult1-objectspectrometer，，；以及
[0034]由 Schott AG 出版的 “ Interference filters and special filters，，。
[0035]本發(fā)明中使用的傳感器的光檢測器被布置為接收從傳感器膜的表面反射且已經(jīng)被光學(xué)色散元件在某個位置色散的一部光束。由光檢測器接收的被色散的光的波長范圍或角度必須小于反射光束的總波長范圍或角度，以允許被接收的光的波長變化被檢測。光檢測器被定位成使得被接收的一部分光束將根據(jù)傳感器膜相對于光檢測器的位置改變。合適類型的光檢測器已知于技術(shù)人員。優(yōu)選地，光檢測器包括一個或多個光纖，并且一部分反射光被接收到指向傳感器膜的表面的光纖的端部中。
[0036]在一個尤其優(yōu)選的實施方式中,光檢測器包括WDM(波分復(fù)用)系統(tǒng),在所述WDM系統(tǒng)中，一部分色散光束被接收到單一光纖中，并且作為單一輸入指向信號分離器，所述信號分離器將光束再次分解成兩個或多個分開的不同波長的輸出。每個輸出被傳送到PIN 二極管，并且兩個或多個PIN 二極管被連接到差分放大器。
[0037]隨著傳感器膜相對于光檢測器移動，在光檢測器處接收的光的波長將以連續(xù)方式改變，并且輸出波長之一的幅度將增加，而其它波長(一個或多個)的幅度將減小。因此，通過比較不同的輸出信號的幅度，可以分析被接收的光的波長變化和計算傳感器膜的相應(yīng)運動。
[0038]這種類型的光檢測器布置方式是尤其有利的，因為不同于具有許多傳統(tǒng)類型的光學(xué)麥克風(fēng)的布置方式，輸出對例如由于風(fēng)力潤輪機部件的運動產(chǎn)生的光纖的運動相對不敏感。這是因為任何運動將以相同的方式影響每個波長輸出，以使得共同變化將通過差分放大器抵消且不會引起顯著的不精確性。
[0039]本發(fā)明中使用的傳感器的光檢測器操作性地提供基于被接收的光的波長變化的輸出。輸出優(yōu)選在處理器處被接收，所述處理器處理被測量出的波長數(shù)據(jù)，以確定傳感器膜的移位的型式?；谟嘘P(guān)傳感器膜的移位的信息，處理器能夠確定氣流或引起傳感器膜的移位的振動的一個或多個參數(shù)。由處理器執(zhí)行的數(shù)據(jù)處理將取決于傳感器的功能。在某些實施方式中，傳感器將包括處理器，所述處理器例如作為光檢測器的一部分。在其它實施方式中，處理器將不形成傳感器自身的一部分，而是被連接到傳感器系統(tǒng)中的光檢測器。
[0040]來自光檢測器或處理器的輸出在風(fēng)力渦輪機的控制器處被接收，所述控制器基于被探測出的輸出控制操作參數(shù)。這可以是控制風(fēng)力渦輪機部件的參數(shù)，以最大化風(fēng)力渦輪機的效率?？商娲兀谀承┣闆r下，例如在檢測冰或?qū)Σ考膿p壞時，控制器可使風(fēng)力渦輪機關(guān)閉和臨時停止操作，以使得問題可以被解決。
[0041]本發(fā)明中使用的傳感器的傳感器膜被布置為使得其容易受到要由傳感器檢測的氣流變化的影響。膜一般相對較薄，優(yōu)選在0.5mm和2.0mm之間，并且被張緊以使得在傳感器膜的表面處的可能氣流將僅引起膜表面的小幅運動。在實踐中，雖然所需運動范圍將取決于應(yīng)用場合，但大約數(shù)微米的膜運動范圍已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)是有利的。
[0042]膜的材料的選擇也取決于傳感器的所需應(yīng)用情況，但確保膜適于測量是關(guān)鍵的。太輕和太柔的材料在許多情況下會太敏感于氣流，且不適于區(qū)分正常和異常氣流狀況。優(yōu)選地，材料因此具有足夠的強度和剛度以確保僅相對強烈的振動(在10到IOOHz的范圍中)被檢出。附加地，傳感器膜必須由這樣的材料形成，所述材料具有足夠光滑的反射表面以確保光束能夠被有效地反射，以使得光束能夠被光檢測器容易地測出。優(yōu)選地，傳感器膜由反射性聚合材料形成。
[0043]在某些實施方式中，可以使用風(fēng)力渦輪機部件的表面作為用于本發(fā)明的傳感器的傳感器膜。例如，風(fēng)力渦輪機葉片的外表面可以為期望測量葉片表面處的氣流的特定應(yīng)用提供合適的傳感器膜。
[0044]在本發(fā)明的某些實施方式中，光學(xué)傳感器系統(tǒng)的光源和光檢測器被操作性地設(shè)置在風(fēng)力渦輪機葉片部件(比如風(fēng)力渦輪機葉片)內(nèi)的傳感器腔體中，并且傳感器膜覆蓋至少一部分腔體。傳感器腔體可以被密封。這允許腔體環(huán)境被維持在確保傳感器膜的良好操作的濕度和溫度的水平下。密封腔體也作用于保持膜的內(nèi)部表面干凈，以使得光從表面的反射維持一致。另外，在被密封的腔體的情況下，傳感器膜的運動能夠被認(rèn)為是完全由膜外表面處的氣流變化引起，以使得傳感器能夠準(zhǔn)確地監(jiān)測狀況。在某些情況下，腔體可以被除空氣之外的氣體填充，比如惰性氣體、例如氮。
[0045]本發(fā)明還提供了包括光學(xué)傳感器系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機，所述光學(xué)傳感器系統(tǒng)包括:如上所述的多個光學(xué)傳感器；和也如上所述的處理器，其用于接收來自一個或多個光學(xué)傳感器的光檢測器的輸出，并且從所述輸出確定傳感器膜的移位。本發(fā)明中使用的系統(tǒng)可以包括單一光學(xué)傳感器，但更優(yōu)選包括多個光學(xué)傳感器。這允許監(jiān)測風(fēng)力渦輪機部件上的數(shù)個不同位置處的氣流或振動，從而提供了用于更精密傳感器系統(tǒng)中的信息。
[0046]優(yōu)選地，本發(fā)明中使用的傳感器系統(tǒng)還包括存儲器，所述存儲器用于記錄在預(yù)先設(shè)定時間段內(nèi)來自一個或多個傳感器的光檢測器的輸出，其中，處理器分析被記錄的輸出，以確定所述時間段內(nèi)的風(fēng)力渦輪機的狀況?！盃顩r”可以是部件自身的狀況(比如冰或泥土的累積)，或可以是部件處的環(huán)境情況的狀況(比如氣流)。存儲器的潛在用途的特定實施例在下文中相關(guān)于本發(fā)明的不同方面被描述。
[0047]本發(fā)明中使用的傳感器系統(tǒng)還可包括至少包含光源和光檢測器在內(nèi)的電絕緣殼體。這允許傳感器系統(tǒng)的易受例如來自閃電或電設(shè)備中的雜散電流放電損壞的部件被保護。傳感器系統(tǒng)的光學(xué)而非金屬和機械的元件能夠被部署在風(fēng)力渦輪機的易受放電影響的位置，比如在風(fēng)力渦輪機的外部上、尤其在風(fēng)力渦輪機葉片上，或在靠近比如發(fā)電機的電學(xué)部件的機艙中。
[0048]被描述的傳感器系統(tǒng)在根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機中具有多個潛在應(yīng)用。在本發(fā)明的第一方面，傳感器系統(tǒng)適于在監(jiān)測風(fēng)力渦輪機部件的表面處的氣流中使用，其中，傳感器膜被操作性地安裝在風(fēng)力渦輪機部件的表面處，以監(jiān)測越過表面的氣流，并且處理器從光檢測器的輸出確定越過傳感器膜的氣流類型。特別地，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，風(fēng)力渦輪機的傳感器系統(tǒng)可以適于操作性地檢測風(fēng)力渦輪機部件的表面處的湍流氣流，其中，處理器分析在預(yù)先設(shè)定時間段內(nèi)在光檢測器處的被接收的光的波長變化，以確定在傳感器膜上方的氣流是否是瑞流。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的第一方面的風(fēng)力渦輪機的傳感器系統(tǒng)在監(jiān)測風(fēng)力渦輪機葉片的表面處的氣流狀況和檢測越過葉片表面的湍流氣流方面找到特定應(yīng)用。
[0050]在某些實施方式中，葉片表面處的氣流能夠被監(jiān)測，以間接監(jiān)測葉片的表面狀況。葉片狀況的變化(比如例如由于腐蝕或侵蝕而產(chǎn)生的葉片表面惡化、或比如泥土或冰的物質(zhì)累積)將顯著影響越過葉片表面的氣流。例如，泥土累積可以隨著在表面處測出的湍流的逐漸增加證明它的存在。冰累積可在增加湍流方面具有相同效果但將更加快速地在多個小時內(nèi)看到影響。在葉片上積累的物質(zhì)的特性因此也可以從傳感器的輸出推出。優(yōu)選地，用于監(jiān)測葉片表面狀況的這種系統(tǒng)包括在葉片的迎風(fēng)面和背風(fēng)面上的多個光學(xué)傳感器，以獲得完整的傳感器檢測區(qū)。
[0051]類似的傳感器系統(tǒng)被優(yōu)選包括在風(fēng)力渦輪機的每個葉片上。如果需要，來自葉片的不同系統(tǒng)可以被連接到共用處理器。這使得處理器能夠?qū)碜砸粋€葉片的不同光學(xué)傳感器的輸出與另一葉片的相應(yīng)輸出相比較。處理器繼而能夠指示葉片是否被正確地安裝和操作，并且能夠比較不同葉片的狀況。
[0052]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的第一方面的用于監(jiān)測葉片表面狀況的風(fēng)力渦輪機的傳感器系統(tǒng)中，光學(xué)傳感器分別被設(shè)置在傳感器殼體中，所述傳感器殼體具有限定出腔體的壁，光源和光檢測器被容納在所述腔體中。傳感器此時被安裝在葉片中，以使得傳感器膜將腔體與外側(cè)空氣分開，并且使得膜接觸越過葉片表面的氣流。
[0053]優(yōu)選地，傳感器膜和葉片表面被布置成使得二者形成光滑連續(xù)的葉片表面。這確保傳感器膜的存在不會影響葉片的空氣動力特性，并且也防止引入可能影響氣流型式的在葉片表面處的障礙。如果需要，膜可以被涂覆為與周圍部件表面相同的顏色，以確保風(fēng)力渦輪機的視覺外觀不被損害。
[0054]在一些操作狀況下，越過葉片的表面的氣流會是層流，從而很少干擾或不干擾傳感器膜。例如由失速或在葉片表面處的物質(zhì)的累積引起的湍流氣流將引起突然的和不能預(yù)知的膜運動、以及被反射回到光檢測器的光的波長的關(guān)聯(lián)變化。
[0055]處理器可以從多個光學(xué)傳感器中的每個連續(xù)或周期地讀取信息，所述讀取信息可以被記錄在存儲器中，以形成葉片上方的氣流變化的時間日志。處理器可以基于傳感器輸出相較于過去輸出的變化確定葉片表面狀況。這允許過去輸出用作參考，以與正在獲取的瞬時或當(dāng)前讀取信息相比較。這種比較信息可以被用于確定指示部件的問題的大的氣流變化?？商娲鼗蜓a充地，來自光學(xué)傳感器的信息可以被用于監(jiān)測風(fēng)力渦輪機葉片的性能，也使得風(fēng)力渦輪機葉片的空氣動力特性(比如葉片形狀)能夠被持續(xù)改進(jìn)和開發(fā)。
[0056]在本發(fā)明的弟二方面中，傳感器系統(tǒng)適于在葉片控制系統(tǒng)中使用。葉片控制系統(tǒng)包括:如上所述的與本發(fā)明的第一方面相關(guān)的傳感器系統(tǒng)，以檢測葉片表面處的湍流；和控制器，其用于接收來自傳感器系統(tǒng)的處理器的數(shù)據(jù)，且基于對氣流狀態(tài)的檢測控制轉(zhuǎn)子葉片的空氣動力參數(shù)。
[0057]根據(jù)本發(fā)明的第二方面的風(fēng)力渦輪機的系統(tǒng)允許葉片與氣流的空氣動力學(xué)上的相互作用被實時地監(jiān)測，并且允許葉片基于湍流的度量按需要調(diào)整。
[0058]在根據(jù)本發(fā)明的第二方面的風(fēng)力渦輪機的某些優(yōu)選實施方式中，用于控制的空氣動力參數(shù)是風(fēng)力渦輪機葉片的槳距角?？刂破鲀?yōu)選控制葉片的槳距，以最小化葉片表面處的湍流和最大化風(fēng)力渦輪機的輸出功率。這提供了基于風(fēng)力渦輪機葉片的即時空氣動力狀況的響應(yīng)且精密調(diào)整的轉(zhuǎn)子葉片槳距控制機理。
[0059]如上有關(guān)本發(fā)明的第一方面所述，在風(fēng)力渦輪機的正常操作狀況下，越過葉片表面的氣流是層流，從而很少干擾或不干擾傳感器膜。由葉片的槳距引起的引發(fā)類似失速狀況的湍流氣流將引起突然的和不能預(yù)知的膜運動、以及被檢測的光的波長的關(guān)聯(lián)變化。
[0060]為了檢測在葉片的槳距角太大的情況下的類似失速的狀況，光學(xué)傳感器優(yōu)選相比于其它區(qū)域更多數(shù)量地定位在葉片的吸力面上，且更優(yōu)選相比于其它區(qū)域更多數(shù)量地定位成朝向葉片的吸力側(cè)的后緣。
[0061]在可替代的實施方式中，用于控制的空氣動力參數(shù)是葉片形狀或經(jīng)過葉片的氣流。提供合適機構(gòu)以在空氣動力學(xué)上改變?nèi)~片形狀或調(diào)整經(jīng)過葉片的氣流能夠基于被檢測的狀況操作，以確保操作狀況在可能的情況下根據(jù)預(yù)先設(shè)定的期望值或范圍被維持。用于在空氣動力學(xué)上調(diào)整葉片形狀的已知技術(shù)包括例如鉸接翼片(hinged flap)、微型小插片(microtab)、表面槽或肋、凹進(jìn)或凸起的表面隆起、以及葉片內(nèi)的填充有流體的腔體或空腔。
[0062]在本發(fā)明的第三方面，傳感器系統(tǒng)適于用作用于監(jiān)測風(fēng)力渦輪機部件的振動程度以檢測異常操作狀況的振動傳感器系統(tǒng)。例如，在某些優(yōu)選實施方式中，傳感器系統(tǒng)可適于代替加速計，所述加速計當(dāng)前用于通過監(jiān)測部件的表面上的振動監(jiān)測機艙內(nèi)的部件(比如發(fā)電機)的健康情況。在發(fā)電機的情況下，當(dāng)故障正在發(fā)展或已經(jīng)形成時，發(fā)電機已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)具有與正常操作期間頻率不同的振動頻率。通過檢測和分析發(fā)電機的表面處的振動，危害操作的問題能夠在損壞發(fā)生之前被識別。
[0063]傳感器系統(tǒng)尤其適于在用于機艙內(nèi)的風(fēng)力渦輪機部件(比如發(fā)電機或變速箱)的狀況監(jiān)測系統(tǒng)中應(yīng)用，原因在于所述系統(tǒng)大多由光學(xué)元件形成，所述光學(xué)元件不受機艙內(nèi)的重型設(shè)備產(chǎn)生的電場或磁場影響。
[0064]在其它實施方式中，如在根據(jù)本發(fā)明的第三方面的風(fēng)力渦輪機中使用的振動傳感器系統(tǒng)可以被用于監(jiān)測由于操作期間的風(fēng)力載荷產(chǎn)生的風(fēng)力渦輪機部件(比如風(fēng)力渦輪機葉片或塔架)中的振動程度。過度的振動程度會減少風(fēng)力渦輪機部件的壽命，并且在一些情況下會引起部件損壞。因此重要的是監(jiān)測振動程度，以使得風(fēng)力渦輪機的操作參數(shù)能夠響應(yīng)于檢測到閾值之上的振動程度被控制。例如，風(fēng)力渦輪機葉片的槳距角可以是被控制以減小振動，或風(fēng)力渦輪機可以是臨時關(guān)掉。此外，振動傳感器系統(tǒng)可以被用于檢測風(fēng)力渦輪機葉片的諧振頻率的變化，所述變化可以指示葉片已經(jīng)被損壞或覆蓋有冰或其它物質(zhì)。
[0065]在與上述第三方面相關(guān)的本發(fā)明的第四方面，傳感器系統(tǒng)被用作麥克風(fēng)，以監(jiān)測從風(fēng)力渦輪機部件發(fā)射的聲音，從而檢測異常的操作狀況。例如，在某些優(yōu)選實施方式中，傳感器系統(tǒng)可以適于代替麥克風(fēng)，所述麥克風(fēng)當(dāng)前用于通過監(jiān)測從部件發(fā)射的聲音或聲波監(jiān)測機艙內(nèi)的部件(比如發(fā)電機)的健康狀況。在發(fā)電機的情況下，當(dāng)故障正在發(fā)展或已經(jīng)形成時，發(fā)電機已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)發(fā)射與正常操作期間發(fā)射的聲音不同的聲音。在簡單的情況下，特定聲音可以指示軸承被損壞。通過檢測和分析發(fā)電機的聲音的譜，危害操作的問題能夠在損壞發(fā)生之前被識別。
[0066]在類似的方式下，傳感器系統(tǒng)可以用作麥克風(fēng)，以監(jiān)測來自其它風(fēng)力渦輪機部件的噪音或聲音，所述其它風(fēng)力渦輪機部件包括:例如變速箱；軸承，比如主軸承或葉片軸承；齒輪，比如偏轉(zhuǎn)齒輪；或葉片。傳感器系統(tǒng)可以例如通過選擇用于形成傳感器膜的材料的類型、傳感器膜的張力和/或光學(xué)色散元件的類型根據(jù)待監(jiān)測的聲音頻率被調(diào)整。
[0067]由風(fēng)力渦輪機部件產(chǎn)生的聲音的頻率和/或幅度能夠通過監(jiān)測傳感器系統(tǒng)中的傳感器膜的運動頻率和幅度直接被監(jiān)測。對于任何特定部件，與特定類型的損壞或故障關(guān)聯(lián)的頻率或幅度將被得知，并且由部件產(chǎn)生的聲音的頻率或幅度相對于正常程度朝向指示損壞的程度的任何變化能夠被立即識別。然后可以采取必要措施以避免或減小進(jìn)一步的損壞、或替換或維修部件。
[0068]在本發(fā)明的第三和第四方面，使用包括沒有電子器件的光學(xué)麥克風(fēng)類型在內(nèi)的傳感器系統(tǒng)時尤其有利的，因為傳感器系統(tǒng)并不敏感于EMC干擾。另外，因為傳感器系統(tǒng)不需要使用導(dǎo)電部件，因此所述傳感器系統(tǒng)能夠被安全地安裝在風(fēng)力渦輪機葉片中而不會增加被雷擊損壞葉片的危險性。
[0069]根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機可以包括如上所述的一個或多個傳感器系統(tǒng)。不同的傳感器系統(tǒng)可以被用于監(jiān)測不同的風(fēng)力渦輪機部件和/或不同的狀況。
[0070]在根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機的一個優(yōu)選實施方式中，傳感器系統(tǒng)被操作性地安裝到每個風(fēng)力渦輪機葉片上，以使得傳感器膜與葉片的表面成一體。所述系統(tǒng)能夠如上所述地適于監(jiān)測湍流或振動。[0071]本發(fā)明還提供了一種包括一個或多個傳感器的光學(xué)傳感器系統(tǒng)，每個傳感器包括:反射性傳感器膜；光源，其用于照射傳感器膜的表面；光學(xué)色散元件，其布置為使來自光源的光束色散，以產(chǎn)生色散光束；以及光檢測器，其用于在光束從傳感器膜的表面反射之后和通過光學(xué)色散兀件完成光束的散射之后接收光束的一部分，其中，在光檢測器處被接收的光的波長根據(jù)傳感器膜的移位改變，并且其中光檢測器操作性地提供基于被接收的光的波長變化的輸出。如上所述，光學(xué)色散元件可以被定位在光源和傳感器膜之間、定位在傳感器膜本身上、或傳感器膜和光檢測器之間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0072]現(xiàn)在僅以示例性方式且參考附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中:
[0073]圖1示出風(fēng)力渦輪機；
[0074]圖2是圖1的渦輪機的風(fēng)力渦輪機葉片的縱向正視圖，示出湍流傳感器系統(tǒng)中的光學(xué)傳感器的一種實施例布置方式；
[0075]圖3不出根據(jù)上述第一實施方式的風(fēng)力潤輪機的光學(xué)傳感器系統(tǒng)的一個實施例；
[0076]圖4提供圖3的光學(xué)傳感器的用于檢測傳感器膜運動的功能的示意圖；
[0077]圖5不出根據(jù)上述第二實施方式的風(fēng)力潤輪機的光學(xué)傳感器系統(tǒng)的一個實施例；
[0078]圖6不出根據(jù)上述第三實施方式的風(fēng)力潤輪機的光學(xué)傳感器系統(tǒng)的一個實施例；以及
[0079]圖7示出根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)傳感器系統(tǒng)在監(jiān)測風(fēng)力渦輪發(fā)電機中的應(yīng)用。
【具體實施方式】
[0080]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的包括風(fēng)力渦輪機塔架2的風(fēng)力渦輪機1，風(fēng)力渦輪機機艙3被安裝在所述風(fēng)力渦輪機塔架上。包括三個風(fēng)力渦輪機葉片5的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子4被安裝在輪轂6上。輪轂6通過從機艙前部延伸的低速軸(未示出)被連接到機艙3。圖1的風(fēng)力渦輪機可以是旨在家用或輕型用途的小型號，或可以是大型號、比如那些適于在在風(fēng)電場上大規(guī)模產(chǎn)電中使用的風(fēng)力渦輪機。在后一種情況下，轉(zhuǎn)子的直徑可以大到100米或更多。
[0081]每個風(fēng)力渦輪機葉片5包括傳感器系統(tǒng)10，所述傳感器系統(tǒng)包括沿葉片間隔開的多個湍流傳感器12，如示出葉片5的背風(fēng)面的視圖的圖2所示。如以下更加詳細(xì)描述地，湍流傳感器12沿葉片5的表面在多個位置處布置。雖然在一些實施方式中傳感器可以橫跨葉片表面設(shè)置在等距間隔開的位置處，但是在實踐中，如果這些傳感器布置成沿葉片的縱向和橫向方向至少有一些覆蓋，那也是充分的。在圖2所示的實施例中，傳感器被設(shè)置為沿葉片長度布置的一個線性陣列、以及沿葉片長度間隔開和橫跨葉片延伸的多個橫向線性陣列，以使得傳感器被設(shè)置在迎風(fēng)面和背風(fēng)面兩者上。
[0082]在圖2中，傳感器被示出為大體等距間隔開，因為這將允許有關(guān)整個葉片表面周圍的氣流的數(shù)據(jù)被收集到。然而，將被理解的是，為了檢測類似失速(stall-like)的狀況，最關(guān)注的區(qū)域是葉片的背風(fēng)后側(cè)，并且因此更多的傳感器可被安裝在該區(qū)域。
[0083]圖3示出構(gòu)成圖2中示出的傳感器系統(tǒng)10的傳感器12之一，其中，傳感器被示出為在原位集成于風(fēng)力潤輪機I的葉片5之一。每個傳感器12包括傳感器殼體14,所述傳感器殼體限定出包含傳感器裝置的腔體16。傳感器殼體的一個表面設(shè)有傳感器膜18,所述傳感器膜被安裝在葉片表面處，以使得膜18將腔體16與外側(cè)空氣分離，并且使得膜18接觸在葉片5表面處的氣流。腔體通過傳感器殼體14的壁和傳感器膜18整體封離于外界環(huán)境。如果需要，腔體16可以填充有惰性氣體。
[0084]傳感器膜18被布置為使得其與葉片5的外表面形成光滑連續(xù)表面。膜18還被布置為使得其易受在風(fēng)力渦輪機葉片的表面處的氣流變化的影響。傳感器膜18的厚度在0.5和2_之間，并且膜被張緊以使得在葉片表面處的湍流氣流將僅引起傳感器膜18的小幅運動。
[0085]傳感器12還包括指向膜18的光源20，以使得光相對于表面以銳角入射到傳感器膜的內(nèi)表面上，例如，所述銳角的角度為約45度。光源20包括在傳感器殼體14外側(cè)設(shè)置的發(fā)光二極管22，所述發(fā)光二極管被連接到安裝在傳感器殼體14內(nèi)的光纖24，以使得從光纖24的裸露端發(fā)射的光指向傳感器膜18。發(fā)光二極管22發(fā)射單一光束28a,所述光束的波長范圍在大約1500nm和1505nm之間。
[0086]棱鏡元件26被安裝在光纖24的端部的前方，以使得來自光纖24的光束28a穿過棱鏡元件26并且被棱鏡元件26分解成形成具有色散角度a的色散光束28b，在所述色散光束中，不同波長的光束28a以稍微不同的角度折射。因此，每個不同波長的光以稍微不同的位置入射到傳感器膜18的內(nèi)表面上。虛線表不色散光束這樣的一部分，所述一部分以最高強度照射到光檢測器且在該情況下波長表示膜的零移位或未移位狀態(tài)。
[0087]將被理解的是，圖3中的示圖是示意性的且并非按比例繪制。在現(xiàn)實中，棱鏡元件26可能實現(xiàn)每角度50和IOOnm之間的光學(xué)色散，以使得色散光束28b的色散角度a將明顯小于圖3中示意性示出的色散角度。
[0088]傳感器12還包括光檢測器30，所述光檢測器被定位在傳感器殼體14內(nèi)，以接收從傳感器膜18反射回來的光。光檢測器30包括光纖32，所述光纖被安裝成使得一部分反射光束指向光纖32的裸露端。光纖32的相反端被連接到遠(yuǎn)離傳感器殼體14的處理器(未不出)。被接收光沿著光纖32傳遞到處理器，在處理器處被接收光被WDM系統(tǒng)分解成不同波長的信號，并且不同波長的光束均被傳送到PIN二極管，所述PIN二極管檢測光束的強度或幅度，并且將信號輸出到差分放大器。處理器通過使用合適的數(shù)學(xué)處理技術(shù)分析幅度，并且檢測不同波長的光束的幅度變化，所述變化指示傳感器膜的位置變化。處理器包括存儲器，所述存儲器用于存儲被記錄的幅度或強度變化型式。
[0089]如圖3所示且如上所述，入射到傳感器膜表面上的光的形式是色散光束28b，以使得每個波長的光以稍微不同角度在表面處入射。因此，每個波長的光也以稍微不同的角度從傳感器膜表面反射離開，并且反射光束28c將也被色散。光檢測器的光纖32被安裝成使得其僅接收一部分被色散的反射光束，所述一部分被色散的反射光束對應(yīng)于色散光束28c內(nèi)的波長的整體范圍的一個子區(qū)間。在傳感器膜18的靜止位置處，被接收光的平均波長是
入10
[0090]如同從圖3能夠被容易地確定的，在由于在葉片表面處的氣流或振動而使膜運動時，傳感器膜18的內(nèi)表面朝向或遠(yuǎn)離從光檢測器30移動，這繼而導(dǎo)致反射光束28c相對于光檢測器的位置的些許偏移。特別地，光束28b入射的傳感器膜表面區(qū)域和光檢測器30之間的角度被偏移。在圖4中示出簡化實例，其中傳感器膜相對于葉片表面以距離d向上移動(被移位的傳感器膜的位置以虛線示出)。[0091]能夠看出由于傳感器膜的移位，不同部分的被色散的反射光束28c入射到光檢測器30的光纖32的端部。隨著傳感器膜從其原始位置移動到示出的被移位位置，與傳感器膜的靜止位置對應(yīng)的第一波長\ !的被接收光的強度將因此減小，而第二波長\ 2的被接收光的強度將增加。
[0092]相對于時間t，處理器檢測所述波長的被接收光的強度的變化，且由此能夠計算傳感器膜已經(jīng)移動的距離d。通過記錄傳感器膜移位的型式，可以檢測例如葉片表面處的氣流何時從層流變成湍流。處理器將信號傳送到控制器，所述控制器能夠基于測出的湍流控制風(fēng)力渦輪機的一個或多個操作參數(shù)，比如風(fēng)力渦輪機葉片的槳距。在湍流指示出葉片上的泥土或冰積聚的某些情況下，控制器可能臨時關(guān)閉渦輪機，以使得葉片能夠被修復(fù)或再修整，或防止葉片被進(jìn)一步損壞。參考圖4，傳感器膜的位移d如何與被接收光的波長變化相關(guān)的一個簡單實例在以下給出。
[0093]為了簡明起見，在圖4中，僅示出在光檢測器處接收的波長^和入2的光束。對于虛線示出的當(dāng)傳感器膜處于靜止位置時在光檢測器處被接收的波長X1的光束，從棱鏡元件26到膜18的豎直距離y等于棱鏡元件26和膜18上的光束照射到表面處的點之間水平距離X。這意味著波長X i的光以45度的角度P照射到傳感器膜18的表面。
[0094]當(dāng)傳感器膜以距離d相對于靜止位置向上移動時，從棱鏡元件26到膜18的豎直距離將增加到(y+d)。以高強度在這次運動之后在光檢測器處被接收的波長X2的光束以角度P ’照射到傳感器膜的表面，其中:
【權(quán)利要求】
1.一種包括光學(xué)傳感器系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機，所述光學(xué)傳感器系統(tǒng)包括一個或多個傳感器，每個傳感器包括: 反射性傳感器膜； 光源，其用于利用光束照射傳感器膜的表面； 光學(xué)色散元件，其設(shè)置為使來自光源的光束色散以產(chǎn)生色散光束；以及 光檢測器，其用于在光束從傳感器膜的表面反射之后和通過光學(xué)色散兀件完成光束的色散之后接收光束的一部分，其中，在光檢測器處被接收的光的波長根據(jù)傳感器膜的移位改變，并且光檢測器操作性地提供基于被接收光的波長的變化的輸出， 其中風(fēng)力渦輪機還包括控制器，所述控制器用于接收來自傳感器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和基于被接收的數(shù)據(jù)控制風(fēng)力渦輪機的操作參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機，其中，光學(xué)色散元件被設(shè)置在光源和傳感器膜之間，以使得傳感器膜的表面被色散光束照射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機，其中，光學(xué)色散元件被設(shè)置在傳感器膜的表面處，以使得色散光束從所述表面反射。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機，其中，光學(xué)色散元件被設(shè)置在傳感器膜和光檢測器之間，以使得被反射的光束被色散。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，光源發(fā)射具有小于IOnm的波長范圍的光束。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力渦輪機，其中，光源發(fā)射具有1500nm至1505nm的波長范圍的光束。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，傳感器的光學(xué)色散元件是將光束中的各波長的光分離以提供色散光束的棱鏡或衍射光柵。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，傳感器的光學(xué)色散元件是衍射光柵、全息光柵或隨角異色過濾器。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，傳感器的光源是發(fā)光二極管。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，傳感器的光檢測器包括一個或多個光纖。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的風(fēng)力渦輪機，其中，光檢測器包括將被接收的光根據(jù)波長分解的WDM (波分復(fù)用)系統(tǒng)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，光學(xué)傳感器系統(tǒng)的光源和光檢測器被操作性地設(shè)置在風(fēng)力渦輪機葉片部件內(nèi)的傳感器腔體中，并且傳感器膜覆蓋腔體的至少一部分。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，光學(xué)傳感器系統(tǒng)包括:多個光學(xué)傳感器；和處理器，其用于接收來自所述多個光學(xué)傳感器的光檢測器的輸出，并且根據(jù)在光檢測器處接收的光的強度和波長由所述輸出確定傳感器膜的移位。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的風(fēng)力渦輪機，其中，光學(xué)傳感器系統(tǒng)還包括存儲器，所述存儲器用于記錄在預(yù)先設(shè)定時間段內(nèi)來自所述多個光學(xué)傳感器的光檢測器的輸出，其中，處理器分析被記錄的輸出，以確定風(fēng)力渦輪機在所述時間段內(nèi)的狀況。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的風(fēng)力渦輪機，還包括控制器，所述控制器用于接收來自處理器的數(shù)據(jù)且基于被接收的數(shù)據(jù)控制風(fēng)力渦輪機的空氣動力參數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13、14或15所述的風(fēng)力渦輪機，其中，光學(xué)傳感器系統(tǒng)適于操作性地監(jiān)測在風(fēng)力渦輪機部件的表面處的氣流，其中，傳感器膜被操作性地安裝在風(fēng)力渦輪機部件的表面處，以監(jiān)測越過表面的氣流，其中，處理器從光檢測器的輸出確定越過傳感器膜的氣流的類型。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的風(fēng)力渦輪機，其中，光學(xué)傳感器系統(tǒng)適于操作性地檢測在風(fēng)力渦輪機部件的表面處的湍流氣流，其中，處理器分析在預(yù)先設(shè)定時間段內(nèi)在光檢測器處的被接收的光的波長變化，以確定在傳感器膜上方的氣流是否是湍流。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的風(fēng)力渦輪機，其中，光學(xué)傳感器系統(tǒng)形成葉片控制系統(tǒng)的一部分，并且控制器操作性地接收來自傳感器系統(tǒng)的處理器的數(shù)據(jù)，并且基于對湍流氣流的檢測控制葉片的空氣動力參數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，光學(xué)傳感器系統(tǒng)被安裝在風(fēng)力渦輪機部件的表面處，并且適于操作性地檢測風(fēng)力渦輪機部件的振動。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，光學(xué)傳感器系統(tǒng)適于提供用于操作性地監(jiān)測由風(fēng)力渦輪機部件產(chǎn)生的聲音的光學(xué)麥克風(fēng)，以使得光學(xué)麥克風(fēng)被調(diào)成能檢測限定頻率范圍內(nèi)的聲波，其中，所述限定頻率范圍根據(jù)待監(jiān)測的風(fēng)力渦輪機部件的類型改變。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，光學(xué)傳感器系統(tǒng)被操作性地安裝到風(fēng)力渦輪機葉片上，以使得傳感器膜與葉片表面成一體。
22.一種用于風(fēng)力渦輪機的光學(xué)傳感器系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)具有一個或多個光學(xué)傳感器，每個傳感器包括:` 反射性傳感器膜； 光源，其用于照射傳感器膜的表面； 光學(xué)色散元件，其設(shè)置成使來自光源的光束色散以產(chǎn)生色散光束；以及 光檢測器，其用于在光束從傳感器膜的表面反射之后和通過光學(xué)色散兀件完成光束的色散之后接收光束的一部分，其中，在光檢測器處被接收的光的波長根據(jù)傳感器膜的移位改變，并且光檢測器操作性地提供基于被接收的光的波長變化的輸出。
23.一種根據(jù)權(quán)利要求22所述的光學(xué)傳感器系統(tǒng)的用途，所述光學(xué)傳感器系統(tǒng)用在風(fēng)力渦輪機上，以基于風(fēng)力渦輪機控制器從光學(xué)傳感器系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)控制風(fēng)力渦輪機的操作參數(shù)。
【文檔編號】G01H9/00GK103608653SQ201280028875
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月13日
【發(fā)明者】I·S·奧勒森 申請人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)集團公司