专利名称：风力发电机倾斜检测方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电机的倾斜检测方法和装置，特别涉及一种风力发电机施工完毕后的倾斜(沉降)检测方法和检测装置。
背景技术：
水准仪用于测量地面上两点的高差。数字水准仪是水准仪的一种，数字水准仪是在传统光学自动安平水准仪增加一套电子读数系统，以实现自动标尺读数。因此，数字水准仪不仅要达到光学自动安平水准仪全部技术指标，还必须达到电子读数系统的技术指标。现有风力发电机沉降监测采用人工定期检测的方法，一般按照国家二等水准测量进行检测。检测时首先从水准点引出高程，然后传递到风力发电机的观测点(一般为四个观测点)，检测后进行数据处理和分析。数据处理按照《国家一二等水准测量规范》GB/ T12897-2006,《工程测量规范》GB50026-2007和《建筑变形测量规范JGJ 8-2007》等标准进行分析，得到各个观测点的高程，从而得到四个观测点之间的高差，由此换算出观测点之间的相对倾斜量。人工检测投资成本高、检测速度慢且存在人为误差，不能实时的反映出风力发电机的沉降量大小，并且只能获得各个观测点之间的相对倾斜量，不能反映风力发电机的最大倾斜位置和倾斜量。实际应用中用户并不关心风机的整体下沉量，而是关心风机的最大倾斜量及倾斜位置。为此不必从水准点引出高程，只检测风机观测点的相对沉降量即可。因此，急需一种风力发电机倾斜(沉降)无人在线监测系统，该系统能应用于复杂的工况下，在恶劣的工况下(海上风力发电机)也能正常工作；并能获得风机的最大倾斜量及倾斜位置，得到用户需要的技术指标。注本文及以下所述中“风机”指“风力发电机”。
发明内容
本发明是为了克服上述现有技术中缺陷，提供一种无人在线检测风机最大倾斜量及倾斜位置的检测方法和检测装置。本发明提供一种风力发电机倾斜检测方法，用于实时检测风力发电机倾斜的最大值和最大位置，包括如下步骤搭建硬件平台，硬件包括自动化数字水准仪和中央控制系统；对自动化数字水准仪进行参数配置；中央控制系统根据参数配置信息控制自动化数字水准仪依次照准沿圆周布置的水准标尺，并依次对每个水准标尺上的条码进行数据采集； 中央控制系统对采集到的数据进行计算、处理分析以及极坐标换算，并拟合极坐标方程，最终获得风力发电机倾斜的最大值和最大位置。其中，还可以包括在检测过程中通过照明系统对检测的相应位置进行照明。其中，还可以包括将已获取的风力发电机倾斜最大值和最大位置与预设的安全限值进行比较，如果超出安全限值，则系统报警。其中，对自动化数字水准仪进行参数配置可以具体为风力发电机数量配置，水准标尺数量配置，检测周期以及根据水准标尺的具体位置对水准仪的零位、每次的旋转角度进行设定；风力发电机与照明系统的关联配置以及传输系统配置。其中，数据采集可以具体为中央控制系统控制自动化数字水准仪中的步进电机转动，使水准仪转至预先设定的零位，水准仪瞄准准确后进行自动调焦，直至使水准标尺条码能清晰成像在水准仪的分划板上；零位数据采集结束后，根据预先设定的旋转角度使水准仪转至下一位置进行数据采集，直至采集完所有水准标尺数据。其中，在数据采集过程中，中央控制系统可对水准仪的步进电机、照明系统以及传输系统工作是否正常进行安检。其中，中央控制系统对采集到的数据进行计算、处理分析以及极坐标换算，并拟合极坐标方程，最终获得风力发电机倾斜的最大值和最大位置的步骤具体为中央控制系统根据数据库预存的国家标准判断采集的数据是否符合标准要求，如不符合，对数据进行重新采集；如符合，对采集的数据进行平差计算，将处理分析过的数据换算为极坐标形式，通过MATLAB软件拟合极坐标方程，从而求出方程的最大值和最大位置，并换算出风力发电机倾斜的最大值和最大位置。本发明还提供一种风力发电机倾斜检测装置，用于实时检测风力发电机倾斜的最大值和最大位置，包括自动化数字水准仪，用于采集水准标尺上的条码数据；中央控制系统，用于控制自动化数字水准仪中的步进电机旋转，使自动化数字水准仪分别照准各个水准标尺进行数据采集；针对采集的数据进行计算、处理分析以及极坐标换算，并拟合极坐标方程，最终获得风力发电机倾斜的最大值和最大位置并进行安全评测；传输系统，用于自动化数字水准仪和中央控制系统之间的数据和指令传输。其中，该装置还包括照明系统，用于在检测过程中对检测的相应位置进行照明。其中，中央控制系统还包括事件处理模块，用于系统的初始化设置、数据采集过程控制以及将检测的数据传输至数据处理模块；数据处理模块，用于将采集到的数据进行计算、处理分析以及极坐标换算，并拟合极坐标方程，最终获得风力发电机倾斜的最大值和最大位置；安全评测模块，用于将已获取的风力发电机倾斜最大值和最大位置与预设的安全限值进行比较，如果超出安全限值，则系统报警。其中，事件处理模块具体包括系统配置子模块，用于系统的初始化设置，包括风力发电机数量配置，水准标尺数量配置，检测周期以及根据水准标尺的具体位置对水准仪的零位、每次的旋转角度进行设定；风力发电机与照明系统的关联配置以及传输系统配置； 数据采集子模块，用于控制步进电机转动，使水准仪转至预先设定的零位，水准仪瞄准准确后进行自动调焦，直至使水准标尺条码能清晰成像在水准仪的分划板上；零位数据采集结束后，根据预先设定的旋转角度使水准仪转至下一位置进行数据采集，直至采集完所有水准标尺数据；数据传输子模块，用于将采集的数据传输至数据处理模块以备进行后续的数据处理。其中，事件处理模块还包括系统安检子模块，用于在数据采集过程中，对水准仪的步进电机、照明系统以及传输系统工作是否正常进行安检。其中，数据处理模块具体包括判断子模块，用于根据数据库预存的国家标准判断采集的数据是否符合标准要求；计算子模块，用于对符合标准要求的采集数据进行平差计算，将处理分析过的数据换算为极坐标形式，通过MATLAB软件拟合极坐标方程，从而求出方程的最大值和最大位置，并换算出风力发电机倾斜的最大值和最大位置。与现有技术相比，本发明通过中央控制系统控制自动化数字水准仪进行数据采集，并对采集的数据进行计算和处理分析，最终得到风机的最大倾斜量和倾斜位置，既可实现无人在线实时检测，又可满足用户需要的技术指标。
图1是本发明风机倾斜检测装置连接示意图；图2是本发明检测装置中自动化数字水准仪安装示意图；图3是本发明风机倾斜角度换算示意图；图4是本发明确定最大倾斜位置和最大倾斜角度的曲线方程示意图；图5是本发明风机倾斜检测方法流程示意图。结合附图在其上标记以下附图标记1-事件处理模块，11-系统配置子模块，12-数据采集子模块，13-系统安检子模块，14-数据传输子模块，2-数据处理模块，21-判断子模块，22-计算子模块，3-安全评测模块。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式
进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式
的限制。如图1所示，本发明的风力发电机倾斜(沉降)检测装置主要由自动化数字水准仪、中央控制系统、传输系统、照明系统等组成。自动化数字水准仪是在数字水准仪的基础上增加了自动照准标尺、数据自动采集和传输等功能，能满足无人自动在线检测。中央控制系统控制自动化数字水准仪对风力发电机进行定期或不定期检测；检测数据通过传输系统(传输系统包括图1中的中继器和传输线路)传到中央控制系统；中央控制系统对数据进行处理，并对处理结果进行安全分析，当达到安全警戒线时，系统报警。 系统的具体组成结构及原理如下。下面首先介绍本发明涉及的自动化数字水准仪(以下简称水准仪)自动化数字水准仪是由光学系统、精密机械零件、电路等组成的精密测量仪器。它是在现有的数字水准仪的基础上，增加自动照准、数据自动采集和传输等功能的数字水准仪，可以满足无人自动在线检测。水准仪的自动照准是根据系统的要求对现有的数字水准仪增加的功能。在系统工作前首先通过中央控制系统对自动化数字水准仪进行设定，包括起始位置(零位)和每次转动的角度的设定。当中央控制系统发出指令检测时，自动化数字水准仪内置的步进电机转动，使水准仪转到预先设定的零位(此时水准仪对准1号标尺)，瞄准准确后进行自动调焦，使标尺条码能清晰成像在分划板上，然后进行检测并进行数据采集，采集完毕，水准仪根据预先设定旋转的角度转到下一个位置(此时水准仪对准2号标尺)进行数据采集，直至采集完所有的标尺数据。中央控制系统根据预先设定的旋转角度可以计算出步进电机转动该角度需要的脉冲步数，从而可以控制水准仪转动到精确设定的位置。当所有标尺数据采集完毕，数据自动传输到中央控制系统。
下面介绍本发明涉及的中央控制系统中央控制系统是采用可编程控制器PLC、单片机或ARM微处理器搭建的硬件平台， 软件采用PLC组态软件或VC++、MATLAB、EXCEL等编制。中央控制系统中的核心模块包括事件处理模块1、数据处理模块2和安全评测模块3。事件处理模块1可对整个系统的硬件进行控制，包括系统安装完毕后对系统的初始化设置(由系统配置子模块11完成)，开始检测后的数据采集过程控制(由数据采集子模块 12完成)、系统自身安检(由系统安检子模块13完成)以及将检测的原始数据传输至数据处理模块2 (由数据传输子模块14完成)。系统配置子模块11包括如下功能水准仪与风力发电机和照明系统的关联配置、 水准仪与标尺的关联配置、检测时间和周期设置(用于定期检测)、水准仪的零位及每次转动角度设置等。数据采集子模块12包括如下功能控制水准仪中的步进电机转动，使水准仪转到预先设定的零位进行数据采集，采集完毕，水准仪根据预先设定旋转的角度转到下一个位置进行数据采集，直至采集完所有的标尺数据。系统安检子模块13包括如下功能即在检测过程中，如果自动化数字水准仪内部电机不能正常工作、水准仪无法正常读数、照明系统不能正常开启、数据不能正常传输等情况，系统安检子模块13会针对相应的错误实现报警处理。其中，步进电机的安检采用根据设定的角度，电机旋转到该位置时，能否瞄准标尺进行判断；水准仪能否正常读数采用处理过的数据能否满足要求进行判断；照明系统是否正常通过测试采用是否有电流通过照明系统进行判断；数据能否传输采用中央控制系统能否正常接收数据进行检测。数据传输子模块14用于将几次采集的数据传输至数据处理模块2以备进行后续的数据处理。数据处理模块2包括如下功能接收数据采集子模块12的原始数据；判断子模块 21根据《国家一二等水准测量规范》GB/T12897-2006的要求判断是否符合二等水准测量， 判断依据为环闭合差或往返测闭合差是否满足标准要求等，如果不能满足标准要求则启动事件处理模块的重测功能，如果连续检测三次数据均不能满足要求，启动水准仪不能正常工作报警功能。计算子模块22根据《工程测量规范》GB50026-2007和《建筑变形测量规范》 JGJ 8-2007中的要求对接收的原始数据进行处理分析，包括平差计算等，处理分析过的数据换算成极坐标的形式，用MATLAB软件(矩阵实验室，即一个商业数学软件)进行拟合极坐标方程，从而求出方程的最大值和最大位置，并换算出风机倾斜的最大值和最大位置。下面通过一个实例来具体说明数据处理具体过程如果风机安装了四把标尺，起始检测标尺为A标尺，依次为B、C、D，A’为水准仪旋转360°后重新瞄向A标尺的位置，如图2所示。设水准仪瞄准A、B、C、D、A’标尺时，水准仪所处的角度值为ΘΑ、ΘΒ、0C> ΘΒ> 94,，检测的数据经过处理后为^、1^、4、1"1)、^,。由此可设 A、B、C、D、Α，五点极坐标值为(θ A，rA)，( θ β，rB)，( θ c, rc), ( θ D, rD)，( θ A,，rA,)， 由此得出的五点已知坐标可拟合出通过各点的最小二乘曲线方程。设通过5点坐标的极坐标曲线方程为r = a θ 4+b θ 3+c θ 2+d θ +e ；由已知坐标点可得方程
权利要求
1.一种风力发电机倾斜检测方法，用于实时检测风力发电机倾斜的最大值和最大位置，其特征在于，包括如下步骤搭建硬件平台，所述硬件包括自动化数字水准仪和中央控制系统；对自动化数字水准仪进行参数配置；中央控制系统根据所述参数配置信息控制自动化数字水准仪依次照准沿圆周布置的水准标尺，并依次对每个水准标尺上的条码进行数据采集；中央控制系统对采集到的数据进行计算、处理分析以及极坐标换算，并拟合极坐标方程，最终获得风力发电机倾斜的最大值和最大位置。
2.根据权利要求1所述的风力发电机倾斜检测方法，其特征在于，还包括在检测过程中通过照明系统对检测的相应位置进行照明。
3.根据权利要求1或2所述的风力发电机倾斜检测方法，其特征在于，还包括将已获取的风力发电机倾斜最大值和最大位置与预设的安全限值进行比较，如果超出安全限值，则系统报警。
4.根据权利要求2所述的风力发电机倾斜检测方法，其特征在于，所述对自动化数字水准仪进行参数配置具体为风力发电机数量配置，水准标尺数量配置，检测周期以及根据水准标尺的具体位置对水准仪的零位、每次的旋转角度进行设定；风力发电机与照明系统的关联配置以及传输系统配置。
5.根据权利要求4所述的风力发电机倾斜检测方法，其特征在于，所述数据采集具体为中央控制系统控制自动化数字水准仪中的步进电机转动，使水准仪转至预先设定的零位，水准仪瞄准准确后进行自动调焦，直至使水准标尺条码能清晰成像在水准仪的分划板上；零位数据采集结束后，根据预先设定的旋转角度使水准仪转至下一位置进行数据采集，直至采集完所有水准标尺数据。
6.根据权利要求1或2所述的风力发电机倾斜检测方法，其特征在于，在数据采集过程中，中央控制系统对水准仪的步进电机、照明系统以及传输系统工作是否正常进行安检。
7.根据权利要求1所述的风力发电机倾斜检测方法，其特征在于，所述中央控制系统对采集到的数据进行计算、处理分析以及极坐标换算，并拟合极坐标方程，最终获得风力发电机倾斜的最大值和最大位置的步骤具体为中央控制系统根据数据库预存的国家标准判断采集的数据是否符合标准要求，如不符合，对数据进行重新采集；如符合，对采集的数据进行平差计算，将处理分析过的数据换算为极坐标形式，通过 MATLAB软件拟合极坐标方程，从而求出方程的最大值和最大位置，并换算出风力发电机倾斜的最大值和最大位置。
8.一种风力发电机倾斜检测装置，用于实时检测风力发电机倾斜的最大值和最大位置，其特征在于，包括自动化数字水准仪，用于采集水准标尺上的条码数据；中央控制系统，用于控制自动化数字水准仪中的步进电机旋转，使自动化数字水准仪分别照准各个水准标尺进行数据采集；针对采集的数据进行计算、处理分析以及极坐标换算，并拟合极坐标方程，最终获得风力发电机倾斜的最大值和最大位置并进行安全评测；传输系统，用于自动化数字水准仪和中央控制系统之间的数据和指令传输。
9.根据权利要求8所述的风力发电机倾斜检测装置，其特征在于，还包括照明系统，用于在检测过程中对检测的相应位置进行照明。
10.根据权利要求8或9所述的风力发电机倾斜检测装置，其特征在于，所述中央控制系统包括事件处理模块，用于系统的初始化设置、数据采集过程控制以及将检测的数据传输至数据处理模块；数据处理模块，用于将采集到的数据进行计算、处理分析以及极坐标换算，并拟合极坐标方程，最终获得风力发电机倾斜的最大值和最大位置；安全评测模块，用于将已获取的风力发电机倾斜最大值和最大位置与预设的安全限值进行比较，如果超出安全限值，则系统报警。
11.根据权利要求10所述的风力发电机倾斜检测装置，其特征在于，所述事件处理模块具体包括系统配置子模块，用于系统的初始化设置，包括风力发电机数量配置，水准标尺数量配置，检测周期以及根据水准标尺的具体位置对水准仪的零位、每次的旋转角度进行设定；风力发电机与照明系统的关联配置以及传输系统配置；数据采集子模块，用于控制步进电机转动，使水准仪转至预先设定的零位，水准仪瞄准准确后进行自动调焦，直至使水准标尺条码能清晰成像在水准仪的分划板上；零位数据采集结束后，根据预先设定的旋转角度使水准仪转至下一位置进行数据采集，直至采集完所有水准标尺数据；数据传输子模块，用于将采集的数据传输至数据处理模块以备进行后续的数据处理。
12.根据权利要求11所述的风力发电机倾斜检测装置，其特征在于，还包括系统安检子模块，用于在数据采集过程中，对水准仪的步进电机、照明系统以及传输系统工作是否正常进行安检。
13.根据权利要求10所述的风力发电机倾斜检测装置，其特征在于，所述数据处理模块具体包括判断子模块，用于根据数据库预存的国家标准判断采集的数据是否符合标准要求；计算子模块，用于对符合标准要求的采集数据进行平差计算，将处理分析过的数据换算为极坐标形式，通过MATLAB软件拟合极坐标方程，从而求出方程的最大值和最大位置， 并换算出风力发电机倾斜的最大值和最大位置。
全文摘要
本发明公开了一种风力发电机倾斜检测方法，用于实时检测风力发电机倾斜的最大值和最大位置，包括如下步骤搭建硬件平台，硬件包括自动化数字水准仪和中央控制系统；对自动化数字水准仪进行参数配置；中央控制系统根据所述参数配置信息控制自动化数字水准仪依次照准沿圆周布置的水准标尺，并依次对每个水准标尺上的条码进行数据采集；中央控制系统对采集到的数据进行计算、处理分析以及极坐标换算，并拟合极坐标方程，最终获得风力发电机倾斜的最大值和最大位置。本发明还提供一种相应的检测装置，该检测方法和装置可进行无人在线检测并可获得用户需要的技术指标。
文档编号G01C9/00GK102346031SQ20101024570
公开日2012年2月8日 申请日期2010年8月3日 优先权日2010年8月3日
发明者王方超, 阙江 申请人:北京博飞仪器股份有限公司