风传感器检测装置及检测方法与流程

1.本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风传感器检测装置及检测方法。


背景技术：

2.日常生产生活中，很多地方都需要利用风传感器对风速进行测量，比如气象监测、风力发电、海上作业、环保、飞行作业、风扇制造业和通风空调等。风传感器作为测量设备在长期使用后，风传感器可能会产生测量误差，导致测量结果不准确。现有技术中通常需要风洞才能对风传感器进行检测标定，风洞标定的方式成本过高且有较大的操作难度。
3.因此需要提供一种便于操作的风传感器的检测装置，以保证风传感器测量结果的准确性。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种风传感器检测装置及方法，能够对风传感器进行检测。
5.一方面，本发明实施例提供了一种风传感器检测装置，所述装置包括：驱动电机、旋转编码器和控制器，其中，驱动电机转动轴与待测风传感器的风杯固定连接，驱动电机转动轴与待测风传感器的风杯旋转轴共轴线设置；
6.所述驱动电机，用于带动待测风传感器的风杯转动；
7.所述旋转编码器，用于检测所述驱动电机的转速，并向所述控制器反馈所述转速；
8.所述控制器用于根据所述驱动电机的转速以及所述待测风传感器输出的与所述转速对应的模拟量信号对所述待测风传感器进行检测。
9.另一方面，本发明实施例提供一种风传感器检测方法，用于上述的风传感器检测装置，所述方法包括：根据所述驱动电机的转速以及所述待测风传感器输出的与所述转速对应的模拟量信号对所述待测风传感器进行检测。
10.本发明实施例的风传感器检测装置及方法，能够在检测过程中实时监测待测风传感器的风杯旋转轴与驱动电机转动轴的同轴度，还能够对风电场中安装在风力发电机组上的或者气象站中的风传感器进行检测。相比于利用风洞实验进行检测，能够减少检测成本；无需将风传感器送到送检单位进行检测，也能够减少检测成本。
附图说明
11.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
12.图1示出了现有技术中风传感器的结构示意图；
13.图2示出了本发明实施例提供的风传感器检测装置的结构示意图；
14.图3示出了本发明实施例提供的卡接件的结构示意图；
15.图4示出了本发明实施例提供的风传感器检测方法的流程示意图。
具体实施方式
16.下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
17.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
18.为了解决现有技术问题，本发明实施例提供一种风传感器检测装置及检测方法。本发明实施例中的待检测风传感器为风杯式风速传感器。如图1所示，风传感器10的感应部分11由三个圆锥形或半球形的风杯14组成。风杯14固定在互成120
°
的三叉星形支架12上，风杯的凹面顺着一个方向排列，支架12固定在垂直的底座13上。在风力作用下，风杯14绕旋转轴15旋转，从而根据风杯14的转速测量风速。
19.不限于图1所示的结构，风杯式风速传感器的感应部分还可以由四个风杯构成，支架12为互成90
°
的十字形支架，并不限定本发明的保护范围。
20.图2示出了本发明实施例提供的风传感器检测装置的结构示意图。风传感器检测装置100可以包括驱动电机101、旋转编码器102和控制器103。其中，驱动电机转动轴(图1未示出)与待测风传感器10的风杯14固定连接。在检测过程中，风杯14绕旋转轴15旋转。驱动电机转动轴与待测风传感器10的风杯旋转轴15共轴线设置。
21.驱动电机101用于带动待测风传感器的风杯14转动。
22.旋转编码器102用于检测驱动电机101的转速，并向控制器103反馈驱动电机的转速。
23.控制器103用于根据所述驱动电机的转速以及所述待测风传感器输出的与所述转速对应的模拟量信号对所述待测风传感器进行检测。
24.如图2所示，本发明实施例提供的风传感器检测装置还可以包括卡接件104，设置在驱动电机转动轴与待测风传感器的风杯14之间，用于连接驱动电机的转动轴和风杯，以使转动轴转动时带动风杯转动。
25.在本发明的一个实施例中，可以有多个不同规格的可拆卸卡接件，用以适配不同型号规格的风传感器。
26.在本发明的一个实施例中，风传感器检测装置还可以包括：底座105、电机支架106、支撑杆107和滑动轴承(未示出)；
27.电机支架106用于固定驱动电机101。支撑杆107安装于底座105上，用于支撑电机支架106。支撑杆107为滑动光杆。滑动轴承设置于滑动光杆和电机支架之间，滑动光杆和滑动轴承的公差配合保证驱动电机转动轴与被测风传感器的风杯旋转轴15的同轴度。
28.在本发明的一个实施例中，驱动电机可以通过法兰盘固定在电机支架上。
29.在本发明的一个实施例中，还可以包括：螺旋杆108和旋柄109，用于调节电机支架的高度。通过调节电机支架的高度，能够适配不同型号规格的风传感器，能够对不同型号规格的风传感器进行检测。
30.本申请的发明人在工程实践中发现，在检测过程中，当驱动电机转速低于一定数值时，驱动电机转动轴110与风杯旋转轴15能够保证基本同轴，随着驱动电机转速逐渐增大，将会出现风杯旋转轴15倾斜偏移的现象，导致检测结果出现偏差。
31.在一个示例中，将传感器设置在卡接件104上，来检测驱动电机转动轴110与风杯旋转轴15之间的同轴度。
32.以下对卡接件104的结构进行说明。参照图3，卡接件104包括圆筒形底座141，从所述底座141沿径向延伸的卡合部142，以及，从所述底座141沿轴向延伸的检测部143。其中，所述卡合部142与所述风杯的支架12配合设置，所述检测部143设置于所述驱动电机转动轴110的内部空腔。
33.所述检测部143靠近圆筒形底座141的一端设置螺纹连接部，与驱动电机转动轴110的顶端螺纹连接。
34.所述检测部143周向表面设置至少一个突出的弹性部件144，所述弹性部件144被压缩地设置在检测部143周向表面和所述驱动电机转动轴110内部空腔的内表面之间。在一个示例中，弹性部件144设置为沿检测部143圆周方向均匀分布。在一个示例中，弹性部件144上设置压力传感器，所述控制器103还用于根据所述压力传感器确定所述驱动电机转动轴110与待测风传感器的风杯旋转轴15的同轴度。
35.在本示例中，控制器103还根据所述驱动电机转动轴与待测风传感器的风杯旋转轴的同轴度控制所述驱动电机的转速。例如，当控制器103根据压力传感器的信号判断同轴度恶化时，则控制驱动电机降低转速。
36.在一个示例中，控制器103可以包括：
37.接收模块，用于接收旋转编码器102反馈的驱动电机的转速以及接收待测风传感器输出的与驱动电机的转速对应的模拟量信号。
38.第一确定模块，用于根据模拟量信号，确定待测风传感器在实际使用时是否会产生测量误差。
39.在本发明的一个实施例中，旋转编码器102还可以用于检测驱动电机的转角，并向控制器103反馈转角。其中，驱动电机的转角指驱动电机转过的角度，当驱动电机转过的角度到达预定的角度后，驱动电机停止转动。
40.控制模块，还可以用于基于给定的电机转角和旋转编码器反馈的驱动电机的转角，对驱动电机的转角进行闭环控制。
41.本发明实施例的风传感器检测装置，不必在风洞中进行风向标检测，能够对风电场中风力发电机组或者气象站中安装的风传感器进行检测；相比于利用风洞实验进行检测，能够减少检测成本；无需将风传感器送到送检单位进行检测，也能够减少检测成本。
42.在本发明的一个实施例中，第一确定模块，可以包括：
43.第一确定子模块，用于确定模拟量信号与驱动电机的转速对应的标准模拟量信号的偏差是否在标准模拟量信号偏差范围内。
44.第二确定子模块，用于若模拟量信号与驱动电机的转速对应的标准模拟量信号的偏差未在标准模拟量信号偏差范围内，则确定待测风传感器在实际使用时会产生测量误差。
45.示例性的，假设接收模块接收到的模拟量信号为9.5毫安(ma)，驱动电机转速对应的标准模拟量信号为10ma。标准模拟量信号偏差范围为-0.2ma至+0.2ma。接收到的模拟量信号与驱动电机转速对应的标准模拟量信号的偏差为-0.5ma。接收到的模拟量信号与驱动电机转速对应的标准模拟量信号的偏差-0.5ma未在标准模拟量信号偏差范围-0.2ma至+0.2ma内，则确定待测风传感器在实际使用时会产生测量误差。
46.在本发明的一个实施例中，控制器还可以包括：第二确定模块，用于确定驱动电机的转速对应的标准模拟量信号。
47.在本发明的一个实施例中，第二确定模块具体可以用于：
48.根据驱动电机的转速，确定风杯的转速；根据风杯转速与风速的对应关系，确定风杯的转速对应的风速；根据风速与模拟量信号的对应关系，确定所确定的风速对应的模拟量信号；将所确定的模拟量信号，作为驱动电机的转速对应的标准模拟量信号。
49.示例性的，假设驱动电机的转速为60转/分，即1转/秒。可以理解的是，驱动电机转一圈，风杯转一圈，则风杯的转速为2πr/秒，其中，r为风杯回转半径。当计算出风杯的转速后，可以根据风杯转速与风速的对应关系，确定风杯的转速对应的风速；根据风速与模拟量信号的对应关系，确定所确定的风速对应的模拟量信号；将所确定的模拟量信号，作为驱动电机的转速对应的标准模拟量信号。
50.在本发明的一个实施例中，第一确定模块，可以包括：
51.第三确定子模块，用于根据风速与模拟量信号的对应关系，确定模拟量信号对应的风速；
52.第四确定子模块，用于确定所确定的风速与驱动电机的转速对应的标准风速的偏差是否在标准风速偏差范围内；
53.第五确定子模块，用于若所确定的风速与驱动电机的转速对应的标准风速的偏差未在标准风速偏差范围内，则确定待测风传感器在实际使用时会产生测量误差。
54.示例性的，假设接收到的模拟量信号为9.5ma，驱动电机转速对应的标准风速为35米/秒。根据风速与模拟量信号的对应关系，确定出模拟量信号9.5ma对应的风速为36米/秒。确定出模拟量信号9.5ma对应的风速36米/秒与驱动电机转速对应的标准风速35米/秒的偏差为1米/秒。假设标准风速偏差范围为-0.5米/秒至+0.5米/秒，则确定出模拟量信号9.5ma对应的风速36米/秒与驱动电机转速对应的标准风速35米/秒的偏差1米/秒未在标准风速偏差范围-0.5米/秒至+0.5米/秒内，确定待测风传感器在实际使用时会产生测量误差。
55.在本发明的一个实施例中，控制器还可以包括：第三确定模块，用于确定驱动电机的转速对应的标准风速。
56.在本发明的一个实施例中，第三确定模块具体可以用于：
57.根据驱动电机的转速，确定风杯的转速；根据风杯转速与风速的对应关系，确定风杯的转速对应的风速；将所确定的风速，作为驱动电机的转速对应的标准风速。
58.示例性的，假设驱动电机的转速为60转/分，即1转/秒。可以理解的是，驱动电机转
一圈，风杯转一圈，则风杯的转速为2πr米/秒，其中，r为风杯回转半径。当计算出风杯的转速后，可以根据风杯转速与风速的对应关系，确定风杯的转速对应的风速；将所确定的风速，作为驱动电机的转速对应的标准风速。
59.在本发明的一个实施例中，控制器还可以包括：获取模块，用于获取风杯转速与风速的对应关系。
60.在本发明的一个实施例中，风杯转速与风速的对应关系与风杯的回转半径以及待测风传感器常数相关。
61.具体的，风杯转速与风速的对应关系可以表示为：
62.u＝2
×
π
×
r
×
b
×
n
ꢀꢀ
(1)
63.其中，公式(1)中u为风速，r为风杯回转半径，b为风传感器常数，n为风杯转速。
64.基于公式(1)所表示的风杯转速与风速的对应关系，假设驱动电机的转速、风杯转速、风速与模拟量信号对应关系如表1所示。
65.表1
[0066][0067]
在本发明的一个实施例中，在某些情况下可能无法获得风传感器常数b。基于此，本发明实施例的获取模块，具体可以用于：
[0068]
接收经过风洞实验标定的、且与待测风传感器同型号的风传感器输出的模拟量信号；根据风速与模拟量信号的对应关系，确定模拟量信号对应的风速；建立风速与模型量信号对应的风杯转速的对应关系。
[0069]
具体的，首先利用风洞实验对与待测风传感器同型号的风传感器进行标定。然后，利用将经过风洞实验标定的风传感器安装在风传感器检测装置中。驱动电机转动时带动经过风洞实验标定的风传感器的风杯转动，接收并记录带动经过风洞实验标定的风传感器输出的模拟量信号。根据风速与模拟量信号的对应关系，确定模拟量信号对应的风速，建立该风速与当前驱动电机的转速下对应的风杯转速的对应关系。
[0070]
示例性的，假设驱动电机的转速为1转/秒，风杯的转速为2πr米/秒。此时，风传感器输出的模拟量信号为4.6ma。模拟量信号4.6ma对应的风速为26米/秒，则记录风杯转速2πr米/秒对应的风速为26米/秒。
[0071]
假设驱动电机的转速为2转/秒，风杯的转速为4πr米/秒。此时，风传感器输出的模拟量信号为4.8ma。模拟量信号4.8ma对应的风速为27.5米/秒，则记录风杯转速4πr米/秒对应的风速为27.5米/秒。
[0072]
假设驱动电机的转速为x转/秒，风杯的转速为2xπr米/秒。此时，风传感器输出的
模拟量信号为20ma。模拟量信号20ma对应的风速为70米/秒，则记录风杯转速2xπr米/秒对应的风速为70米/秒。
[0073]
通过此种方式，风杯转速与风速的对应关系如表2所示。
[0074]
表2
[0075][0076]
在本发明的一个实施例中，控制器还可以包括：控制模块，用于基于给定的电机转速和旋转编码器反馈的驱动电机的转速，对驱动电机的转速进行闭环控制。
[0077]
本发明实施例还提供一种风传感器检测方法，用于上述的风传感器检测装置。该方法包括：根据所述驱动电机的转速以及所述待测风传感器输出的与所述转速对应的模拟量信号对所述待测风传感器进行检测，其中，根据所述驱动电机转动轴与待测风传感器的风杯旋转轴的同轴度控制所述驱动电机的转速。根据设置在卡接件的弹性部件上的压力传感器确定所述驱动电机转动轴与待测风传感器的风杯旋转轴的同轴度。在监测到同轴度恶化时，降低驱动电机的转速。
[0078]
如图4所示，图4示出了本发明实施例提供的另一种风传感器检测方法的流程示意图。风传感器检测方法可以包括：
[0079]
s201：接收旋转编码器反馈的带动待测风传感器的风杯转动的驱动电机的转速。
[0080]
s202：接收待测风传感器输出的与驱动电机的转速对应的模拟量信号。
[0081]
s203：根据模拟量信号，确定待测风传感器在实际使用时是否会产生测量误差。
[0082]
在本发明的一个实施例中，根据模拟量信号，确定待测风传感器在实际使用时是否会产生测量误差，可以包括：
[0083]
确定模拟量信号与驱动电机的转速对应的标准模拟量信号的偏差是否在标准模拟量信号偏差范围内；
[0084]
若模拟量信号与驱动电机的转速对应的标准模拟量信号的偏差未在标准模拟量信号偏差范围内，则确定待测风传感器在实际使用时会产生测量误差。
[0085]
在本发明的一个实施例中，本发明实施例提供的风传感器检测方法还可以包括：
[0086]
确定驱动电机的转速对应的标准模拟量信号。
[0087]
在本发明的一个实施例中，确定驱动电机的转速对应的标准模拟量信号，可以包括：
[0088]
根据驱动电机的转速，确定风杯的转速；
[0089]
根据风杯转速与风速的对应关系，确定风杯的转速对应的风速；
[0090]
根据风速与模拟量信号的对应关系，确定所确定的风速对应的模拟量信号；
[0091]
将所确定的模拟量信号，作为驱动电机的转速对应的标准模拟量信号。
[0092]
在本发明的一个实施例中，根据模拟量信号，确定待测风传感器在实际使用时是否会产生测量误差，可以包括：
[0093]
根据风速与模拟量信号的对应关系，确定模拟量信号对应的风速；
[0094]
确定风速与转速对应的标准风速的偏差是否在标准风速偏差范围内；
[0095]
若风速与转速对应的标准风速的偏差未在标准风速偏差范围内，则确定待测风传感器在实际使用时会产生测量误差。
[0096]
在本发明的一个实施例中，本发明实施例提供的风传感器检测方法还可以包括：
[0097]
确定驱动电机的转速对应的标准风速。
[0098]
在本发明的一个实施例中，确定驱动电机的转速对应的标准风速，可以包括：
[0099]
根据驱动电机的转速，确定风杯的转速；
[0100]
根据风杯转速与风速的对应关系，确定风杯的转速对应的风速；
[0101]
将所确定的风速，作为驱动电机的转速对应的标准风速。
[0102]
在本发明的一个实施例中，本发明实施例提供的风传感器检测方法还可以包括：
[0103]
获取风杯转速与风速的对应关系。
[0104]
在本发明的一个实施例中，风杯转速与风速的对应关系与风杯的回转半径以及待测风传感器常数相关。
[0105]
在本发明的一个实施例中，获取风杯转速与风速的对应关系，可以包括：
[0106]
接收经过风洞实验标定的、且与待测风传感器同型号的风传感器输出的模拟量信号；
[0107]
根据风速与模拟量信号的对应关系，确定模拟量信号对应的风速；
[0108]
建立风速与模型量信号对应的风杯转速的对应关系。
[0109]
在本发明的一个实施例中，本发明实施例提供的风传感器检测方法可以还包括：
[0110]
基于给定的电机转速和转速，对驱动电机的转速进行闭环控制。
[0111]
在本发明的一个实施例中，本发明实施例提供的风传感器检测方法还可以包括：
[0112]
接收旋转编码器检反馈的驱动电机的转角；
[0113]
基于给定的电机转角和转角，对驱动电机的转角进行闭环控制。
[0114]
本发明实施例的风传感器检测方法，能够对风电场中的风传感器进行检测；相比于利用风洞实验进行检测，能够减少检测成本；无需将风传感器送到送检单位进行检测，也能够减少检测成本
[0115]
需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
[0116]
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(asic)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传
输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、rom、闪存、可擦除rom(erom)、软盘、cd-rom、光盘、硬盘、光纤介质、射频(rf)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
[0117]
还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
[0118]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。