一种新型多普勒激光雷达测风结构的制作方法

本实用新型属于机电设备技术领域，尤其涉及一种新型多普勒激光雷达测风结构。

背景技术：

风电系统的风机在运行时，通过安装在机舱顶部的风速风向仪来获取风速值和风向角度，这种传统的测风仪有一个弊端，就是不能提前测量和感应风机前方的风速风向，只有当风掠过风机时，才能测得风速风向值，假设当有一阵非常大的阵风吹过，而风机又不能提前预知，势必会对风机造成严重的损坏，即使当时没有出现问题，但在长期的日积月累下，风机总有一天会损坏，严重的还会导致风机飞车，给风机厂商和业主带来非常大经济损失。

因此，基于这些问题，提供一种低成本、测量精度高、准确测量风机前方风速风向，能够让阵风未到风机前提前实现风机的桨叶顺桨与偏航，减小风机受力载荷，避免风机损坏的多普勒激光雷达测风结构，具有重要的现实意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低成本、测量精度高、准确测量风机前方风速风向，能够让阵风未到风机前提前实现风机的桨叶顺桨与偏航，减小风机受力载荷，避免风机损坏的多普勒激光雷达测风结构。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种新型多普勒激光雷达测风结构，包括舱外机，所述舱外机包括脚支撑架组件、上支撑板、下支撑板、安装板、一对主镜固定架组件、一对次镜固定架组件、机头外罩，所述主镜固定架组件、次镜固定架组件内分别设有主镜、次镜，所述脚支撑架组件与所述下支撑板底部固定连接，所述上支撑板一侧与下支撑板一侧通过铰链式结构连接，所述上支撑板、下支撑板铰链连接相对的一侧在垂直支撑板方向上可升降拆卸连接，使得所述上支撑板相对于下支撑板角度可调，所述安装板安装在所述上支撑板表面，所述主镜固定架组件及次镜固定架组件安装在所述安装板上，且一个主镜固定架组件及一个次镜固定架组件形成一路激光路径，所述安装板上的两路激光路径的夹角在水平面内呈60°夹角，所述机头外罩安装在所述安装板上，并将所述主镜固定架组件及次镜固定架组件罩在机头外罩与安装板之间，且主镜固定架组件及次镜固定架组件形成激光路径方向上与主镜固定架组件相邻的机头外罩上安装有玻璃视窗，使得两束激光能够透过玻璃视窗射入到大气中。

进一步的，还包括舱内控制机，所述舱内控制机包含散热片、光纤走线安装板、激光器、功率放大器、平衡探测器、fpga和dsp控制板，所述激光器发射激光经功率放大器放大，并经主镜和次镜发射，所述平衡探测器将回光信号转化为电信号，并将电信号传输给fpga和dsp控制板，所述fpga和dsp控制板采集、过滤和计算风速风向值，并由rs485或以太网通讯传输给风机机舱主控系统。

进一步的，还包括防雷天线组件，所述防雷天线组件包括天线、天线顶部固定块和天线底部固定块，所述天线底部固定块固定设置在所述下支撑板底面，所述天线两端分别插入所述天线底部固定块。

进一步的，所述天线至少为两根，且所述天线交叉分布，在天线交叉处通过天线顶部固定块进行固定。

进一步的，所述主镜固定架组件包含主镜前支架、主镜后支架、主镜，所述主镜前支架及主镜后支架上均设有圆形通孔，所述主镜位于主镜前支架及主镜后支架之间，且主镜后支架与主镜前支架、主镜接触处设有密封垫。

进一步的，所述次镜固定架组件包括次镜固定架、次镜，所述次镜固定架上设有台阶型通孔，所述次镜位于所述通孔内，且一侧被台阶限位，另一侧通过挡板限位，所述挡板上设有供激光穿过的孔，所述挡板与次镜固定架连接处设有密封垫，所述次镜固定架上还设有准直器，所述次镜和准直器的中心在同一条水平线上。

进一步的，所述脚支撑架组件至少为3个，且对称分布在所述下支撑板底面，所述脚支撑架组件包括固定底座、腿连接底座、支撑腿，固定底座下方粘贴有橡胶减震垫，所述固定底座和腿连接底座通过固定螺栓连接，支撑腿与腿连接底座在端面处设有螺纹孔，通过双头螺栓固定连接，所述支撑腿另一端与所述下支撑板底面可拆卸连接。

进一步的，还包括脚固定架限位组件，所述脚固定架限位组件包括中心限位块、支撑腿限位座耳和限位板，所述限位板的两端分别与所述中心限位块、支撑腿限位座耳固定连接，且所述支撑腿限位座耳与所述支撑腿固定连接。

进一步的，所述支撑腿限位座耳为门字型结构，且所述支撑腿上铣有平面并嵌入门字型支撑腿限位座耳，所述支撑腿限位座耳与所述支撑腿的平面部位固定连接。

进一步的，所述机头外罩的外表面折弯处均采用弧面结构。

本实用新型的优点和积极效果是：

1、本实用新型能够测量风机正前方大约70米位置的风速及风向信息,使风机提前进行变桨偏航响应,减小风力对风机的冲击载荷,延长风机的使用寿命；

2、本实用新型机头可以上下调节角度，满足不同风机型号的使用要求；收发光路系统使用全光纤设计，不受电磁等外界干扰，具有高稳定性、高测量精度、测量数值准等优点。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本实用新型的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本实用新型范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1是本实用新型实施例提供的多普勒激光雷达测风结构的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的舱内控制机正视图；

图3是本实用新型实施例提供的舱内控制机内部视图；

图4是本实用新型实施例提供的舱外机正视图；

图5是本实用新型实施例提供的舱外机脚支撑架组件外形图；

图6是本实用新型实施例提供的舱外机机头内部视图；

图7是本实用新型实施例提供的系统连接框图；

图8是本实用新型实施例提供的舱内控制机内部视图；

图9是本实用新型实施例提供的舱外机脚支撑架组件正视图；

图10是本实用新型实施例提供的舱外机脚固定架限位组件结构示意图；

图11是本实用新型实施例提供的舱外机下支撑板结构视图；

图12是本实用新型实施例提供的舱外机内部结构俯视图；

图13是本实用新型实施例提供的舱外机次镜固定架组件结构视图；

图14是本实用新型实施例提供的舱外机主镜固定架组件结构视图；

图15是本实用新型实施例提供的舱外机机头外罩结构视图；

图16是本实用新型实施例提供的舱外机防雷天线组件结构视图；

图17是本实用新型实施例提供的舱内控制机结构示意图；

图18是本实用新型实施例提供的舱外机次镜固定架组件结构剖面图；

图19是本实用新型实施例提供的舱外机主镜固定架组件结构剖面图；

图中：

1-舱外机2-舱内控制机3-脚支撑架组件4-下支撑板5-上支撑板6-脚固定架限位组件7-防雷天线组件8-机头外罩9-主镜固定架组件10-次镜固定架组件11-安装板12-散热片13-光纤走线安装板14-平衡探测器15-fpga和dsp控制板16-固定底座17-橡胶减震垫18-腿连接底座19-固定螺栓20-双头螺栓21-支撑腿22-中心限位块23-支撑腿限位座耳24-限位板25-地线安装孔26-次镜固定架27-挡板28-密封垫29-准直器盖板30-主镜前支架31-主镜后支架32-密封垫33-主镜34-次镜35-玻璃视窗36-激光器37-功率放大器38-天线39-天线底部固定块40-天线顶部固定块41-准直器42-密封条43-耦合器

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本实用新型的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本实用新型形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本实用新型的更多其他实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的技术特征在同一附图中可能仅在一处进行标示。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面就结合图1至图19来具体说明本实用新型。

实施例1

如图1～19所示，本实施例提供的一种新型多普勒激光雷达测风结构，包括舱外机1，所述舱外机1包括脚支撑架组件3、上支撑板5、下支撑板4、安装板11、一对主镜固定架组件9、一对次镜固定架组件10、机头外罩8，所述主镜固定架组件9、次镜固定架组件10内分别设有主镜33、次镜34，所述脚支撑架组件3与所述下支撑板4底部固定连接，所述上支撑板5一侧与下支撑板4一侧通过铰链式结构连接，所述上支撑板5、下支撑板4铰链连接相对的一侧在垂直支撑板方向上可升降拆卸连接，使得所述上支撑板5相对于下支撑板4角度可调，从而可以调节舱外机1机头角度，在本实施例中，具体的：下支撑板4上设计有圆弧孔，安装在上部的上支撑板5可以通过圆弧孔、螺栓连接方式调整角度；所述安装板11安装在所述上支撑板5表面，所述主镜固定架组件9及次镜固定架组件10安装在所述安装板11上，且一个主镜固定架组件9及一个次镜固定架组件10形成一路激光路径，所述安装板11上的两路激光路径的夹角在水平面内呈60°夹角，所述机头外罩8安装在所述安装板11上，并将所述主镜固定架组件9及次镜固定架组件10罩在机头外罩8与安装板11之间，且主镜固定架组件9及次镜固定架组件10形成激光路径方向上与主镜固定架组件9相邻的机头外罩8上安装有玻璃视窗35，使得两束激光能够透过玻璃视窗35射入到大气中，需要指出的是，所述机头外罩8的外表面折弯处均采用弧面结构，可以减小风力阻力。

更进一步来讲，还可以在本实用新型中考虑，还包括舱内控制机2，所述舱内控制机2包含散热片12、光纤走线安装板13、激光器36、功率放大器37、平衡探测器14、fpga和dsp控制板15，所述激光器36发射激光经功率放大器37放大，并经主镜33和次镜34发射，所述平衡探测器14将回光信号转化为电信号，并将电信号传输给fpga和dsp控制板15，所述fpga和dsp控制板15采集、过滤和计算风速风向值，并由rs485或以太网通讯传输给风机机舱主控系统；需要说明的是，散热片12主要用于发热器件的散热，发热器件有多模泵浦驱动器、单模泵浦驱动器、激光器等光学元件，需要注意的是，发热元件使用隔离设计，分布在舱内控制机2底部，并配有散热片12辅助散热；其他光学元件，例如光功率隔离器、耦合器、环形器等安装在光纤走线安装板13的半圆形凹槽内，同时光纤走线安装板13的光纤铺设路径也采用凹槽设计，在铺设完成后，在凹槽内灌胶封死光纤，确保在震动环境下，光纤能够稳定工作而不损坏断裂；光纤走线安装板13的下方安装有平衡探测器14，其作用是将光信号转化为电信号，然后转化后的电信号再由fpga和dsp控制板15采集、过滤和计算风速风向值，最后由rs485或以太网通讯传输给风机机舱主控系统。

更进一步来讲，还可以在本实用新型中考虑，还包括防雷天线组件7，所述防雷天线组件7包括天线38、天线底部固定块39，所述天线底部固定块39固定设置在所述下支撑板4底面，所述天线38两端分别插入所述天线底部固定块39，在本实施例中，所述天线38为两根，且所述天线38交叉分布，在天线38交叉处通过天线顶部固定块40进行固定，其中，天线底部固定块39及天线顶部固定块40只要能实现固定天线38的作用即可，不必拘泥于具体结构。

需要指出的是，所述主镜固定架组件9包含主镜前支架30、主镜后支架31、主镜33，所述主镜前支架30及主镜后支架31上均设有圆形通孔，通孔是为了方便主镜33的安装、固定及后续激光的发射透过，所述主镜33位于主镜前支架30及主镜后支架31之间，且主镜后支架31与主镜前支架30、主镜33接触处设有密封垫32，密封垫32主要是压紧与保护主镜33的作用，防止主镜33直接与金属接触后振动损坏。

需要指出的是，所述次镜固定架组件10包括次镜固定架26、次镜34，所述次镜固定架26上设有台阶型通孔，所述次镜34位于所述通孔内，且一侧被台阶限位，另一侧通过挡板27限位，所述挡板27上设有供激光穿过的孔，所述挡板27与次镜固定架26连接处设有密封垫28，挡板密封垫与上述主镜密封垫功能一样，防止次镜受到振动损坏，所述次镜固定架26上还设有准直器41，所述次镜34和准直器41的中心在同一条水平线上，需要说明的是，如图18，准直器41放入次镜固定架26半圆形凹槽中，盖上准直器盖板29，准直器盖板29粘贴有密封条，保护和固定压紧准直器。

更进一步来讲，还可以在本实施例中考虑，所述脚支撑架组件3为3个，且对称分布在所述下支撑板4底面，所述脚支撑架组件3包括固定底座16、腿连接底座18、支撑腿21，固定底座16下方粘贴有橡胶减震垫17，能够起到减震缓冲的作用，所述固定底座16和腿连接底座18通过固定螺栓19连接，支撑腿21与腿连接底座18在端面处设有螺纹孔，通过双头螺栓20固定连接，所述支撑腿21另一端与所述下支撑板4底面可拆卸连接，需要说明的是，下支撑板4下部设计有3组座耳，支撑腿21可以安装在3组座耳上，并通过螺栓连接固定；在本实施例中，腿连接底座18一端通过螺纹与双头螺栓20螺纹连接，另一端与底座16上的座耳通过固定螺栓19连接。

需要指出的是，还包括脚固定架限位组件6，所述脚固定架限位组件6包括中心限位块22、支撑腿限位座耳23和限位板24，其中，中心限位块22的主体形状为圆柱形，其侧壁上设有设有三个耳片，中心限位块22通过耳片与限位板24固定连接，所述限位板24的两端分别与所述中心限位块22、支撑腿限位座耳23固定连接，且所述支撑腿限位座耳23与所述支撑腿21固定连接；需要指出的是，所述支撑腿限位座耳23为门字型结构，且所述支撑腿21上铣有平面并嵌入门字型支撑腿限位座耳23，所述支撑腿限位座耳23与所述支撑腿21的平面部位固定连接，且门字型结构的支撑腿限位座耳23上也设有耳片，耳片与限位板24固定连接。

需要说明的是，本实用新型中的固定连接方式采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，在此不再赘述，但由于上述原因，不会影响本领域技术人员的重复再现。

作为举例，在本实用新型中，将机头外罩安装到安装板上，机头外罩安装有玻璃视窗，保证两束激光能够透过玻璃射入到大气中，同时在机头外罩上与安装板的配合面设有凹槽，凹槽内安装有圆形密封条42，保证雨水和沙尘不会进入到机头外罩内部；在安装防雷天线组件时，先将底部固定块安装到下支撑板的下方，然后再安装顶部固定块将天线完全固定，下支撑板设有地线安装孔25，地线可由此连接到机舱地线位置，当舱外机遭受雷击时，雷电流可通过地线卸入到大地中。

作为举例，在本实施例中：舱内控制机中的激光器发射出激光，经过功率放大器和耦合器43后，分成两束激光进入到平衡探测器中，再经过舱外机的准直器并通过次镜和主镜射入到大气中,两束激光呈60°角。激光路径前方80米位置为有效测量距离，在此距离内激光与大气中的气溶胶粒子接触形成反射，形成回光，回光又经过主镜、次镜、准直器后返回到平衡探测器中，平衡探测器将光信号转换为电信号输入到fpga和dsp控制板进行过滤、分析及逻辑计算，最后耦合出两个80米测量点连线后中点，也就是风机正前方大约70米位置的风速及风向信息,使风机提前进行变桨偏航响应,减小风力对风机的冲击载荷,延长风机的使用寿命。

综上所述，本实用新型可提供一种低成本、测量精度高、准确测量风机前方风速风向，能够让阵风未到风机前提前实现风机的桨叶顺桨与偏航，减小风机受力载荷，避免风机损坏的多普勒激光雷达测风结构。

以上实施例对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。