用于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的風(fēng)檢測(cè)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于確定相對(duì)于旋轉(zhuǎn)或靜止的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的相對(duì)風(fēng)向(迎角)的光學(xué)檢測(cè)器。光學(xué)檢測(cè)器包括輸出部分，所述輸出部分沿不同預(yù)定方向從轉(zhuǎn)子葉片發(fā)出可分辨光束。光束可通過光顏色、通過各個(gè)光束發(fā)射的時(shí)間、和/或通過各個(gè)光束的不同幅值調(diào)制頻率或其他調(diào)制來分辨。通過確定來自在不同可分辨光束中移動(dòng)或移動(dòng)通過不同可分辨光束的風(fēng)傳播顆粒物的散射光的脈沖時(shí)間，或通過確定一時(shí)間段內(nèi)脈沖次數(shù)，可以將相對(duì)風(fēng)向或迎角確定為具有最長(zhǎng)脈沖時(shí)間或在給定時(shí)間段內(nèi)最少脈沖次數(shù)的光束的預(yù)定方向。
【專利說明】用于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的風(fēng)檢測(cè)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量風(fēng)向的光學(xué)器件，特別涉及用于與風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)一起使用的這樣的光學(xué)器件。
【背景技術(shù)】
[0002]測(cè)量轉(zhuǎn)子前方單一位置處的風(fēng)對(duì)于具有長(zhǎng)葉片的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)可能是不夠的，因?yàn)轱L(fēng)速和風(fēng)向可沿葉片長(zhǎng)度改變。
[0003]通過了解葉片掃過區(qū)域中不同地方處的風(fēng)狀況，可針對(duì)產(chǎn)出功率來改進(jìn)對(duì)葉片槳距角的確定。
[0004]因此，存在使得能夠測(cè)量風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子掃過區(qū)域中不同位置處的風(fēng)向和/或風(fēng)速的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在風(fēng)向測(cè)量領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)改進(jìn)將會(huì)是有利的?？傮w上，本發(fā)明優(yōu)選地旨在緩解或消除上文提到的風(fēng)檢測(cè)的缺點(diǎn)。具體地，可視為本發(fā)明目的的是提供一種使得能夠檢測(cè)現(xiàn)有技術(shù)中的轉(zhuǎn)子掃過區(qū)域中不同位置處的風(fēng)速和/或風(fēng)向、或其他問題的方法。
[0006]為更好地解決這些問題中的一個(gè)或多個(gè)，在本發(fā)明的第一方面中，提供一種用于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器，用于確定相對(duì)于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片上的位置的相對(duì)風(fēng)向，所述光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器包括:
[0007]-光束發(fā)生器，其包括輸出部分，所述輸出部分能從葉片上的位置沿第一和第二不同方向輸出光，
[0008]-光學(xué)接收器,其能測(cè)量第一光學(xué)量和第二光學(xué)量,所述第一光學(xué)量根據(jù)測(cè)量到的源自第一方向的光學(xué)散射光來確定，所述第二光學(xué)量根據(jù)測(cè)量到的源自第二方向的光學(xué)散射光來確定。
[0009]輸出部分適用于安裝在葉片位置處，以使得所述輸出部分在轉(zhuǎn)子前方沿與入射風(fēng)相反方向發(fā)出光，或在轉(zhuǎn)子后方沿入射風(fēng)方向發(fā)出光。接收器可定位在與輸出部分相同的葉片上，或定位在風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的其他位置。
[0010]應(yīng)理解的是，輸出部分可沿不同于第一和第二方向的其他方向輸出光，例如可沿5個(gè)、10個(gè)、20個(gè)或更多方向輸出光束。在實(shí)際中，使用彌散元件(諸如棱鏡)可產(chǎn)生無限范圍的光束，因?yàn)槿肷浒坠獗粡浬檠夭煌较蜻B續(xù)擴(kuò)散的入射白光，其中沿不同方向的光具有不同波長(zhǎng)。類似地，接收器能夠來確定來自不止相應(yīng)的第一和第二方向的測(cè)量的散射光的不止第一和第二量。
[0011]由于第一和第二光學(xué)量與第一和第二方向相關(guān)聯(lián)，因此相對(duì)風(fēng)向能通過分析被確定的第一和第二量來確定為第一或第二光方向。如果光學(xué)量是來自粒子的光脈沖數(shù)量，則相對(duì)風(fēng)向可被確定為第一和第二方向中與最低光脈沖數(shù)量相關(guān)聯(lián)的光方向。如果光學(xué)量是來自粒子的光脈沖時(shí)長(zhǎng)，則相對(duì)風(fēng)向可被確定為第一和第二方向中與最長(zhǎng)光脈沖時(shí)長(zhǎng)相關(guān)聯(lián)的光方向。
[0012]有利地，定位在轉(zhuǎn)子處的輸出部分使得能夠檢測(cè)轉(zhuǎn)子掃過區(qū)域內(nèi)不同位置的相對(duì)風(fēng)向。兩個(gè)或更多的輸出部分可沿葉片長(zhǎng)度定位，以使得能夠確定在不同徑向距離處的風(fēng)狀況。
[0013]如由光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器允許的對(duì)風(fēng)向的確定可改善對(duì)葉片槳距角的確定，以及從而可改善功率產(chǎn)出，因?yàn)闃嗫稍O(shè)定為接近取決于相對(duì)風(fēng)向的最優(yōu)產(chǎn)出角。此外，可避免葉片的失速效應(yīng)，并且從而可最小化來自葉片的噪聲和疲勞負(fù)載。
[0014]有利的是，光可經(jīng)由延伸穿過葉片并且進(jìn)入輪轂中的一個(gè)或多個(gè)光纖來輸送到輸出部分，以及由光學(xué)接收器接收的光可經(jīng)由相同的所述一個(gè)或多個(gè)光纖或其他光纖來發(fā)送到輪轂，以便將光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。然而，這樣的光纖可以不是光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器的一部分，而是可以與光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器的光學(xué)連接器連接。
[0015]在一實(shí)施方式中，第一光學(xué)量可被確定為測(cè)量到的源自第一方向的光學(xué)散射光的脈沖時(shí)長(zhǎng)和/或脈沖數(shù)量，以及第二光學(xué)量可被確定為測(cè)量到的源自第二方向的光學(xué)散射光的脈沖時(shí)長(zhǎng)和/或脈沖數(shù)量。
[0016]在一實(shí)施方式中，輸出部分可包括光學(xué)棱鏡，所述光學(xué)棱鏡配置成接收具有給定光譜的輸入光并且將被接收光輸出為沿第一方向具有第一波長(zhǎng)的光和沿第二方向具有第二波長(zhǎng)的光。光譜可包括第一和第二波長(zhǎng)或在連續(xù)光譜或非連續(xù)光譜中的更多波長(zhǎng)。
[0017]在一實(shí)施方式中，光譜可隨時(shí)間變化，以使得第一和第二波長(zhǎng)在不同時(shí)間出現(xiàn)在光譜中。
[0018]在一實(shí)施方式中，輸出部分包括設(shè)置成沿第一和第二方向輸出光的第一和第二光纖。第一和第二光纖中的光發(fā)送可以是多路復(fù)用的，以使得沿第一和第二方向的輸出光在不同時(shí)間產(chǎn)生。
[0019]在一實(shí)施方式中，光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器包括配置成通過分析第一和第二光學(xué)量來確定相對(duì)風(fēng)向的處理器。用于確定相對(duì)風(fēng)向的分析可包括確定在一段時(shí)間內(nèi)第一和第二量中的哪個(gè)包括最長(zhǎng)脈沖時(shí)長(zhǎng)和/或最低脈沖數(shù)量。此外或替代地，所述分析可包括內(nèi)插或外推針對(duì)第一和第二不同方向的第一和第二光學(xué)量的值，以便確定相對(duì)風(fēng)向中不與第一和第二方向中任一重合的方向。此外或替代地，光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器還可配置成根據(jù)相對(duì)風(fēng)向和風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速來確定風(fēng)速。
[0020]在一實(shí)施方式中，處理器還可配置成確定針對(duì)轉(zhuǎn)子的不同角位置的相對(duì)風(fēng)向。以這種方式，可以通過比較在轉(zhuǎn)子的不同角朝向處的風(fēng)向來確定轉(zhuǎn)子方向是否最優(yōu)。
[0021]本發(fā)明的第二方面涉及一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其包括根據(jù)第一方面的光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器。輸出部分可安裝在葉片位置處。
[0022]本發(fā)明的第三方面涉及一種用于確定相對(duì)于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片上的位置的相對(duì)風(fēng)向的方法，所述方法包括:
[0023]-通過使用光束發(fā)生器來從葉片上的部位沿第一和第二不同方向輸出光，
[0024]-根據(jù)測(cè)量到的源自第一方向的光學(xué)散射光來確定第一光學(xué)量，以及
[0025]-根據(jù)測(cè)量到的源自第二方向的光學(xué)散射光來確定第二光學(xué)量。
[0026]綜上所述，本發(fā)明涉及一種用于確定相對(duì)于旋轉(zhuǎn)或靜止的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的風(fēng)向的光學(xué)檢測(cè)器。所述光學(xué)檢測(cè)器包括輸出部分，所述輸出部分從轉(zhuǎn)子葉片沿不同預(yù)定方向發(fā)出可分辨光束。光束可通過光顏色、通過各個(gè)光束被發(fā)射時(shí)間、和/或通過各個(gè)光束的不同幅值調(diào)制頻率或其他調(diào)制來分辨。通過確定來自在不同可分辨光束中移動(dòng)或移動(dòng)通過不同可分辨光束的風(fēng)傳播顆粒物的散射光的脈沖時(shí)間，或通過確定在一段時(shí)間內(nèi)的脈沖次數(shù)，可以將相對(duì)風(fēng)向或迎角確定為在給定時(shí)間段內(nèi)具有最長(zhǎng)脈沖時(shí)間或最少脈沖次數(shù)的光束的預(yù)定方向。
[0027]大體上，本發(fā)明的各方面可以在本發(fā)明范圍內(nèi)的任何可能的方式結(jié)合和連接。本發(fā)明的這些以及其他方面、特征、和/或優(yōu)點(diǎn)將參考在下文中描述的實(shí)施方式而易于理解以及闡明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]本發(fā)明的實(shí)施方式將僅通過實(shí)施例并參照附圖來描述，其中:
[0029]圖1示出風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，
[0030]圖2展示用于通過從葉片沿不同方向輸出光束來測(cè)量相對(duì)風(fēng)向的光學(xué)原理，
[0031]圖3示出用于確定風(fēng)速的幾何尺寸，
[0032]圖4A-D示出用于產(chǎn)生朝向不同方向的光束的不同光學(xué)原理，以及
[0033]圖5展示光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器的部件。
【具體實(shí)施方式】
[0034]圖1示出風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)100，其包括塔架101和機(jī)艙102。轉(zhuǎn)子葉片103固定到輪轂104。轉(zhuǎn)子葉片103的組件(即轉(zhuǎn)子105)能通過風(fēng)的作用來旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)方向由方向110指示出。從而，轉(zhuǎn)子葉片102的由風(fēng)引起的旋轉(zhuǎn)能量可經(jīng)由輪轂來傳輸?shù)綑C(jī)艙中的發(fā)動(dòng)機(jī)。從而，風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)100能借助于轉(zhuǎn)子葉片將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，以及隨后借助于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。
[0035]轉(zhuǎn)子葉片103或僅葉片103包括但不限于細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，所述細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)具有適合于在穿過空氣相對(duì)移動(dòng)時(shí)提供空氣動(dòng)力學(xué)升力的翼形輪廓。
[0036]輪轂104是配置有用于緊固一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片103的緊固構(gòu)件并且可與軸桿連接以便將葉片旋轉(zhuǎn)能量傳輸?shù)桨l(fā)動(dòng)機(jī)或齒輪箱的結(jié)構(gòu)。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器的輸出部分150連接到葉片103中的一個(gè)或多個(gè)，例如，如圖1所示，一個(gè)檢測(cè)器150連接到三個(gè)葉片中每個(gè)。
[0038]圖2示出在葉片103的縱向位置處的葉片103截面圖。圖2中的葉片具有與塔架101平行的直立方向。旋轉(zhuǎn)方向由葉片方向110給定，以及入射風(fēng)的方向大致由風(fēng)向220給定。
[0039]光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器的輸出部分150定位在葉片的前緣處。輸出部分150沿不同方向201-204(諸如第一和第二方向201-202)輸出光。
[0040]入射風(fēng)將包含大量小顆粒物，諸如灰塵、花粉、水滴和冰晶。由輸出部分150發(fā)送到空氣中并且穿過空間(體積)230的一部分光將由顆粒物(諸如定位在空間230內(nèi)的顆粒物)來散射。
[0041]散射光由光學(xué)接收器來接收，所述光學(xué)接收器可定位在與輸出部分150所連接到的葉片相同的葉片上，或連接到風(fēng)力渦輪機(jī)100上的其他位置，諸如機(jī)艙102或輪轂104上。作為實(shí)施例，光學(xué)接收器的接收部分(例如透鏡)可與輸出部分150結(jié)合。例如，安裝在葉片103外殼的孔中的同一透鏡或其他光學(xué)部件既可用于輸出光，又可用于接收散射光。
[0042]由光學(xué)接收器來接收和測(cè)量的散射光可在測(cè)量到的源自各個(gè)光束211的光學(xué)散射光中的一個(gè)或多個(gè)脈沖的時(shí)長(zhǎng)和/或脈沖的數(shù)量方面被量化。從而，光學(xué)接收器將產(chǎn)生持續(xù)一時(shí)長(zhǎng)的脈沖(即測(cè)量到的光功率、能量、或保持在給定強(qiáng)度范圍內(nèi)的強(qiáng)度)，所述時(shí)長(zhǎng)等同于顆粒物將來自具有給定方向201-204的給定光束中的光散射的時(shí)間段。
[0043]能假定的是，顆粒物大致均勻分布在空氣中，并且因此穿過空間230的的顆粒物的濃度基本上獨(dú)立于空間230內(nèi)的位置。因此，在方向204比方向203更靠近顆粒物的相對(duì)方向的情況下，在光經(jīng)過時(shí)，與具有方向203的光束相比，沿給定絕對(duì)方向220移動(dòng)的顆粒物將來自具有方向204的光束的光在更長(zhǎng)時(shí)間段中散射。類似地，在方向204比方向203更靠近風(fēng)傳播顆粒物的相對(duì)方向的情況下，與具有方向203的光束相比，沿給定絕對(duì)方向220移動(dòng)的顆粒物將在給定時(shí)間段內(nèi)從具有方向204的光束產(chǎn)生更低的脈沖數(shù)量。
[0044]在此，光束被理解為從輸出部分150輸出的在扇形內(nèi)(即在給定角度或立體角度內(nèi))傳播的光線。從而，多個(gè)單獨(dú)光束能通過將主光束分裂為更多的窄扇形光線來限定在從輸出部分150輸出的單一發(fā)散光束中。因此，光束方向201-204中的每個(gè)具有如由光束211來展示的相關(guān)聯(lián)的光線束。
[0045]假定風(fēng)具有方向220，與來自與方向202-204相關(guān)聯(lián)的任何其他光束的散射脈沖相比，例如與方向201相關(guān)聯(lián)的光束可產(chǎn)生在時(shí)間方面更長(zhǎng)的散射脈沖。等同地，與來自與方向202-204相關(guān)聯(lián)的任何其他光束的散射脈沖相比，與方向201相關(guān)聯(lián)的光束可產(chǎn)生更低的散射脈沖數(shù)量。因此，通過確定與方向201-204相關(guān)聯(lián)的光束211中的哪個(gè)光束產(chǎn)生最長(zhǎng)的散射脈沖和/或最低的脈沖數(shù)量，風(fēng)能的相對(duì)方向被確定為方向201-204中與最長(zhǎng)散射脈沖或最低的脈沖數(shù)量相關(guān)聯(lián)的那個(gè)。被確定的相對(duì)風(fēng)向由方向221來指示出。被確定的相對(duì)風(fēng)向221的準(zhǔn)確性能通過內(nèi)插或外推從不同方向201-204測(cè)量到的散射光的光學(xué)量(例如脈沖長(zhǎng)度或脈沖數(shù)量)來改善。
[0046]重要的是認(rèn)識(shí)到風(fēng)向220是獨(dú)立于葉片103旋轉(zhuǎn)的絕對(duì)方向，而如由光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器確定的相對(duì)風(fēng)向221給出相對(duì)于旋轉(zhuǎn)或靜止的轉(zhuǎn)子105的風(fēng)向。
[0047]圖3展示與圖2中相同的具有旋轉(zhuǎn)方向103和風(fēng)向220的葉片103截面圖。弦線310定義經(jīng)過后緣和前緣的線。旋轉(zhuǎn)方向103和弦線310之間的角度β是能由槳距致動(dòng)器來調(diào)節(jié)的葉片或一部分葉片的槳距角。
[0048]在圖3中，風(fēng)向220表示假定的絕對(duì)風(fēng)向，而已發(fā)現(xiàn)的是，實(shí)際相對(duì)風(fēng)向221等同于或大致等同于相關(guān)聯(lián)的光束211方向201。因此，相對(duì)風(fēng)向221被確定為相對(duì)于弦方向310的角度α，或入射角。
[0049]被確定的相對(duì)風(fēng)向α相對(duì)于葉片103上的給定位置(例如輸出部分150所定位的位置)來確定。從而，不同相對(duì)風(fēng)向α可沿葉片長(zhǎng)度來確定，這對(duì)于確定具有例如50米或更長(zhǎng)長(zhǎng)度的葉片的最優(yōu)槳距角β而言可能是重要的。
[0050]假定絕對(duì)風(fēng)向220基本上垂直于轉(zhuǎn)子方向103，則能確定沿風(fēng)向220的風(fēng)速或沿相對(duì)風(fēng)向221的風(fēng)速。從而,沿風(fēng)向220的風(fēng)速ws由ws = rs/tan( α +β )給出，以及沿相對(duì)風(fēng)向221的相對(duì)風(fēng)速rws由rws = rs/cos ( α +β )給出，其中rs是以米/秒為單位的轉(zhuǎn)速。
[0051]光束發(fā)生器和輸出部分150可以不同方式配置，以便沿不同方向(諸如第一和第二不同方向201、202)輸出光。
[0052]圖4A不出光束發(fā)生器450和輸出部分150的實(shí)施方式。光束發(fā)生器450包括光纖430，所述光纖能發(fā)送具有寬光譜的光(諸如包含至少第一和第二不同波長(zhǎng)《1、《2的白光)。光通過由輸出部分150包括的棱鏡421或其他裝置(諸如光柵)來發(fā)送。棱鏡將白光擴(kuò)散到不同方向201-203中，其中沿每個(gè)方向的光具有不同波長(zhǎng)。因此，輸出部分150配置成沿第一方向201輸出具有第一波長(zhǎng)wl的光,并且沿第二方向202輸出具有第二波長(zhǎng)w2的光。彌散元件421可設(shè)置在葉片103中，以使得光束211從彌散元件中直接地輸出，或經(jīng)由其他光學(xué)兀件(諸如透鏡)輸出，以便控制被輸出的光束211的發(fā)散。
[0053]由于光束211根據(jù)其不同方向201-203而具有不同波長(zhǎng)，因此可以通過使用光學(xué)接收器(諸如分光計(jì))來確定測(cè)量到的散射光源自光束211中的哪個(gè)，所述光學(xué)接收器能例如將光強(qiáng)度作為波長(zhǎng)的函數(shù)來測(cè)量。因此，相對(duì)風(fēng)向221能被確定，因?yàn)闄z測(cè)到的脈沖長(zhǎng)度或脈沖數(shù)量與哪個(gè)波長(zhǎng)相關(guān)聯(lián)以及因此與哪個(gè)光束方向201-203相關(guān)聯(lián)是已知的。
[0054]圖4B示出光束發(fā)生器450和輸出部分150的替代實(shí)施方式。光纖430能發(fā)送具有寬光譜的光。然而，在這個(gè)實(shí)施方式中，在光纖430中發(fā)送的光的光譜隨時(shí)間變化，以使得具有第一和第二波長(zhǎng)的光在不同時(shí)間發(fā)送，即第一和第二波長(zhǎng)在不同時(shí)間出現(xiàn)在被發(fā)送光的光譜中。通過光纖發(fā)送的光的光譜的變化可由可調(diào)諧激光器或多色LED(發(fā)光二極管)系統(tǒng)來產(chǎn)生，所述可調(diào)諧激光器或多色LED系統(tǒng)可受控以產(chǎn)生不同波長(zhǎng)并且配置成將光射入光纖430。由于來自光纖的光由散射兀件421根據(jù)實(shí)際波長(zhǎng)來折射，因此沿不同方向201-203的光束在不同時(shí)間產(chǎn)生。
[0055]由于在光纖430中發(fā)送的光的光譜根據(jù)已知時(shí)間依存性來變化，因此第一和第二波長(zhǎng)在不同時(shí)間發(fā)送，以及因此無需使用分光計(jì)，因?yàn)楸唤邮盏墓獾牟ㄩL(zhǎng)能根據(jù)不同波長(zhǎng)的已知時(shí)間依存性來確定。相反，簡(jiǎn)單的強(qiáng)度敏感型傳感器(例如光電二極管)能用于檢測(cè)散射光，以及相對(duì)風(fēng)向221能被確定，因?yàn)楦鶕?jù)發(fā)射出的光的時(shí)間依存性得知檢測(cè)到的脈沖長(zhǎng)度與光束方向201-203中的哪個(gè)相關(guān)聯(lián)。替代地，如果波長(zhǎng)可控型光源的光譜變化的時(shí)間(即具有給定波長(zhǎng)的光在哪個(gè)時(shí)間產(chǎn)生)已知，則相對(duì)風(fēng)向221能被確定，因?yàn)闇y(cè)量到的脈沖與光束方向201-203中的哪個(gè)相關(guān)聯(lián)是已知的。
[0056]圖4C不出光束發(fā)生器450和輸出部分150的實(shí)施方式。光束發(fā)生器450包括多個(gè)光纖431-433，其中每個(gè)光纖能發(fā)送具有相對(duì)窄光譜的光(即具有單一顏色wl的光)。因此，第一光纖431可發(fā)送具有波長(zhǎng)wl的光，以及第二光纖432可發(fā)送具有不同波長(zhǎng)w2的光。光通過光學(xué)相同或光學(xué)兀件422 (例如透鏡)來發(fā)送，以便將光從第一和第二光纖431、432擴(kuò)散到第一和第二不同方向201、202中。在由光學(xué)器件422來擴(kuò)散到不同方向中之前，來自光纖431-433中每個(gè)的光可單獨(dú)地由準(zhǔn)直器進(jìn)行準(zhǔn)直。
[0057]類似于圖4A-B中的在前實(shí)施方式，光束211根據(jù)其不同方向201-203而具有不同波長(zhǎng)，以及因此可以通過使用分光計(jì)或類似裝置來確定測(cè)量到的散射光源自光束211中的哪個(gè)。因此，相對(duì)風(fēng)向221能被確定，因?yàn)闄z測(cè)到的脈沖長(zhǎng)度和/或脈沖數(shù)量與哪個(gè)波長(zhǎng)相關(guān)聯(lián)以及因此與光束方向201-203中的哪個(gè)相關(guān)聯(lián)是已知的。
[0058]圖4D示出具有多個(gè)光纖431-433的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式類似于圖4C中的實(shí)施方式，但是不同之處在于，在第一和第二光纖431-432中發(fā)送的光是多路復(fù)用的，以使得第一和第二方向201-202中的輸出光在不同時(shí)間產(chǎn)生。類似地，對(duì)于圖4B中的實(shí)施方式，相對(duì)風(fēng)向221能通過利用光束211沿不同光束方向201-203具有不同且可分辨的波長(zhǎng)、或通過利用光束211根據(jù)其不同方向201-203在不同時(shí)間輸出來確定，以使得無需分光計(jì)，因?yàn)楸唤邮盏墓獾牟ㄩL(zhǎng)能根據(jù)不同波長(zhǎng)的已知時(shí)間依存性來確定。因此，簡(jiǎn)單的強(qiáng)度敏感型傳感器能用于檢測(cè)散射光，以及相對(duì)風(fēng)向221能被確定，因?yàn)槎嗦窂?fù)用的光束方向201-203的時(shí)間是已知的。
[0059]在替代實(shí)施方式中，光纖431-433中每個(gè)用于發(fā)送具有同一窄或?qū)捁庾V的光。為能確定測(cè)量到的散射脈沖源自相同光學(xué)顏色的光束211中的哪個(gè)，光纖431-433中每個(gè)中的光在光強(qiáng)度方面受到調(diào)制(例如利用不同調(diào)制頻率或不同調(diào)制方案，例如不同小波調(diào)制方案)。因此，輸出部分150能輸出沿第一方向具有第一可檢測(cè)強(qiáng)度調(diào)制的光，以及能輸出沿第二不同方向具有第二可檢測(cè)強(qiáng)度調(diào)制的光。
[0060]可以通過使用光學(xué)接收器和信號(hào)分析器(諸如頻率或FFT分析器)來確定測(cè)量到的散射光源自被強(qiáng)度調(diào)制的光束211中的哪個(gè)，所述信號(hào)分析器能將散射光強(qiáng)度作為例如調(diào)制頻率的函數(shù)來測(cè)量。因此，相對(duì)風(fēng)向221能被確定，因?yàn)闄z測(cè)到的脈沖長(zhǎng)度或脈沖數(shù)量與哪個(gè)調(diào)制方案(例如調(diào)制頻率)相關(guān)聯(lián)并且因此與光束方向201-203中的哪個(gè)相關(guān)聯(lián)是已知的。
[0061]圖5不出包括光束發(fā)生器450的光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器500。光束發(fā)動(dòng)機(jī)450包括輸出部分150,用于沿不同方向輸出光束211。一個(gè)或多個(gè)光纖430-433可用于將光輸送到輸出部分150，以及有可能一個(gè)或多個(gè)光源(諸如激光器或LED光源)可用于將光發(fā)射到光纖430-433中。一個(gè)或多個(gè)光纖430-433或可與光纖430-433連接的其他一個(gè)或多個(gè)光纖可延伸通過葉片并且延伸到輪轂104中，以便將光發(fā)射到光纖中的一個(gè)或多個(gè)光源也可定位在所述輪轂中。類似地，同一光纖430-433或其他光纖可用于將由光學(xué)接收器501接收的光發(fā)送到定位在輪轂104中的光學(xué)檢測(cè)器(光電二極管、分光計(jì)、或類似的光電檢測(cè)器)。從而，光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器500可構(gòu)造成使得其不包含金屬或?qū)щ姴糠郑驗(yàn)楣馐l(fā)生器450和光學(xué)接收器501僅包含光學(xué)部件，以及光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器500和輪轂104之間的連接可僅使用光纖進(jìn)行。光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器500還包括光學(xué)接收器501，所述光學(xué)接收器能測(cè)量來自空氣傳播顆粒物504的散射光503。光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器500可以可選地包括處理器502，用于處理來自光學(xué)接收器501的測(cè)量，以便確定相對(duì)風(fēng)向221以及有可能用于確定風(fēng)速。處理器502可以是配置成接收來自光學(xué)接收器501的模擬值或數(shù)字值的計(jì)算機(jī)。
[0062]盡管本發(fā)明已在附圖和在前描述中詳細(xì)展示和描述，但是這樣的展示和描述應(yīng)被理解為展示性的或示例性的而非限制性的；本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施方式。所公開的實(shí)施方式的其他變化能由本領(lǐng)域中的技術(shù)人員根據(jù)對(duì)附圖、公開、以及所附權(quán)利要求的學(xué)習(xí)而實(shí)施要求保護(hù)的本發(fā)明來理解并且實(shí)現(xiàn)。在權(quán)利要求中，術(shù)語“包括”并不排除其他元件或步驟，以及不定冠詞“一”或一個(gè)”并不排除復(fù)數(shù)個(gè)。單一處理器或其他單元可滿足權(quán)利要求中引用的數(shù)個(gè)物品的功能。特定測(cè)量在互相不同的從屬權(quán)利要求中被引用的事實(shí)并不意味著這些測(cè)量的組合不能被有利地使用。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)被理解為對(duì)范圍的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種用于風(fēng)力潤(rùn)輪發(fā)電機(jī)(100)的光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器(500),用于確定相對(duì)于風(fēng)力潤(rùn)輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片上的位置的相對(duì)風(fēng)向(221)，所述檢測(cè)器包括: -光束發(fā)生器(450)，其包括輸出部分(150)，所述輸出部分能從葉片上的位置沿第一和第二不同方向(201-204)輸出光， -光學(xué)接收器(501)，其能測(cè)量第一光學(xué)量和第二光學(xué)量，所述第一光學(xué)量根據(jù)測(cè)量到的源自第一方向的光學(xué)散射光(503)來確定，所述第二光學(xué)量根據(jù)測(cè)量到的源自第二方向的光學(xué)散射光(503)來確定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器，其中第一光學(xué)量被確定為測(cè)量到的源自第一方向的光學(xué)散射光的脈沖時(shí)長(zhǎng)和/或脈沖數(shù)量，并且，第二光學(xué)量被確定為測(cè)量到的源自第二方向的光學(xué)散射光的脈沖時(shí)長(zhǎng)和/或脈沖數(shù)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器，其中輸出部分包括光學(xué)散射元件(421)，所述光學(xué)散射元件配置成接收具有給定光譜的輸入光，并且配置成將被接收的光輸出為沿第一方向的具有第一波長(zhǎng)的光和沿第二方向的具有第二波長(zhǎng)的光。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器，其中光譜包括第一和第二波長(zhǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器，其中光譜隨時(shí)間變化，以使得第一和第二波長(zhǎng)在不同時(shí)間出現(xiàn)在光譜中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器，其中輸出部分包括第一和第二光纖(431-433),所述第一和第二光纖設(shè)置成沿第一和第二方向輸出光。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器,其中在第一和第二光纖中的光發(fā)送是多路復(fù)用的，以使得沿第一和第二方向的輸出光在不同時(shí)間產(chǎn)生。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器，其還包括處理器(502)，所述處理器配置成通過分析第一和第二光學(xué)量來確定相對(duì)風(fēng)向。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器，其中分析包括確定在一段時(shí)間內(nèi)第一和第二量中的哪個(gè)包括最長(zhǎng)脈沖時(shí)長(zhǎng)和/或最低脈沖數(shù)量。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器，其中分析包括內(nèi)插或外推針對(duì)第一和第二不同方向的第一和第二光學(xué)量的值，以便確定相對(duì)風(fēng)向的方向。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器，其中處理器還配置成根據(jù)相對(duì)風(fēng)向和風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(105)轉(zhuǎn)速來確定風(fēng)速。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器，其中處理器還配置成確定針對(duì)不同轉(zhuǎn)子角位置的相對(duì)風(fēng)向。
13.一種風(fēng)力渦輪機(jī)(100)，其包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)風(fēng)檢測(cè)器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中輸出部分安裝在葉片位置處。
15.—種用于確定相對(duì)于風(fēng)力潤(rùn)輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(100)葉片上的位置的相對(duì)風(fēng)向(211)的方法，所述方法包括: -通過使用光束發(fā)生器(450)來從葉片上的位置沿第一和第二不同方向(201-204)輸出光， -根據(jù)測(cè)量到的源自第一方向的光學(xué)散射光來確定第一光學(xué)量，以及 -根據(jù)測(cè)量到的源自第二方向的光學(xué)散射光來確定第二光學(xué)量。
【文檔編號(hào)】G01P13/02GK104040360SQ201280066390
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月8日
【發(fā)明者】I·S·奧勒森 申請(qǐng)人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)集團(tuán)公司