用于监测风力涡轮机的方法、用于识别风力涡轮机上的冰的方法、用于转子叶片的加速度传感器、包括加速度传感器的转子叶片以及转子叶片的型材与流程
本发明的实施例总地涉及分别控制和/或调节和监测风力涡轮机的运行和用于此目的的部件，比如加速度传感器和/或风力涡轮机的相应部件。实施例具体涉及用于监测风力涡轮机的转子叶片的扭转失稳的方法、用于风力涡轮机的转子叶片的单独偏转调节的方法、用于控制和/或调节包括特别是用于塔架间隙警报的加速度传感器的风力涡轮机的方法、用于通过光纤加速度传感器来监测风力涡轮机的方法、光纤加速度传感器、用于风力涡轮机的转子叶片的后缘的型材(profile)、风力涡轮机的转子叶片、风力涡轮机的转子以及风力涡轮机。
背景技术：
风力发电厂受到可能例如由于改变运行条件而需要的复杂控制。由于与风力涡轮机的运行相关的条件，例如温度变化、大气影响和天气条件、并且特别是剧烈变化的风力条件以及法律规定的大量安全措施，监测和监测所需的传感器受到许多限制。
例如，在运行期间可能发生转子叶片的扭转失稳。在这种情况下，转子叶片围绕基本上沿半径延伸的扭转轴线扭转，并且可能导致围绕扭转轴线的振动或振荡，即所谓的颤振。为了控制风力涡轮机的运行，识别和/或监测扭转失稳是重要的。特别是在颤振期间可能会达到临界的运行状态，因此需要采取相应的对策。
此外，当下希望改进风力涡轮机来提供单独的偏转控制，以便根据外部条件确保优化的运行。为此目的，对作用在风力涡轮机上的力和运行状态的识别进行改进是期望的。
此外，分别对转子叶片的所谓塔架间隙(叶片间隙)、即转子叶片与塔架的最小距离的识别和测量是安全运行的重要参数。为此，同样地分别期望对作用在风力涡轮机上的力和运行状态进行改进的识别。
在监测风力涡轮机的运行状态时，使用多个传感器。例如，能够测量用于测量转子叶片的弯曲的应变测量值、用于测量转子叶片加速度的加速度测量值或其他变量。似乎有望于未来应用的一组传感器是光纤传感器。因此，期望通过光纤传感器来进一步改进用于监测风力涡轮机的测量。
一般来说，因此期望实现在用于风力涡轮机的转子叶片的传感器中、用于风力涡轮机的转子叶片和风力涡轮机本身中的控制和监测方面的改进。
技术实现要素：
根据一个实施例，提供了一种用于监测风力涡轮机的方法。该方法包括通过风力涡轮机的转子叶片中的光纤加速度传感器来测量加速度；对光纤加速度传感器的加速度信号进行光电转换；以及通过模拟抗混叠滤波器来对光电转换的加速度信号进行滤波。
根据一个实施例，提供了一种用于识别风力涡轮机上的冰的方法。该方法包括通过风力涡轮机的转子叶片中的光纤加速度传感器来测量加速度；对光纤加速度传感器的加速度信号进行光电转换；通过模拟抗混叠滤波器来对光电转换的加速度信号进行滤波；通过用于计算转子叶片的特征值的随机子空间识别来对滤波的加速度信号进行评估；以及通过特征值来检测转子叶片上的冰形成。
根据一个实施例，提供了一种风力涡轮机的转子。该转子包括风力涡轮机的转子叶片中的光纤加速度传感器；用于转换光纤加速度传感器的加速度信号的光电转换器；以及被配置为对光电转换的加速度信号进行滤波的模拟抗混叠滤波器。
附图说明
示例性实施例在附图中示出并在下面的描述中更详细地解释。如图所示：
图1示意性地示出根据本文描述的实施例的包括加速度传感器的、风力涡轮机的转子叶片；
图2示意性地示出根据本文描述的实施例的包括转子叶片和加速度传感器的风力涡轮机的一部分；
图3示意性地示出根据本文描述的实施例的具有用于加速度传感器的光纤布拉格光栅的光纤；
图4示意性地示出根据本文描述的实施例或将在本文描述的实施例中使用的加速度传感器的配置；
图5示意性地示出根据本文描述的实施例或将在本文描述的实施例中使用的包括转子叶片和加速度传感器的、风力涡轮机的转子；
图6示意性地示出用于根据本文描述的实施例的光纤加速度传感器的以及根据本文描述的实施例的分别用于监测和/或控制和/或调节的方法的测量设置；
图7示意性地示出用于根据本文描述的实施例的光纤加速度传感器的以及根据本文描述的实施例的分别用于监测和/或控制和/或调节的方法的测量设置；
图7a示出根据本文描述的实施例的通过抗混叠滤波器的测量的影响；
图8a和8b示意性地示出用于在本文描述实施例中使用的加速度传感器；
图9a和9b示意性地示出根据本文描述的实施例或者将在本文描述的实施例中使用的光纤加速度传感器；
图10示意性地示出根据本文描述的实施例的包括加速度传感器的、风力涡轮机的转子叶片；
图11示意性地示出根据本文描述的实施例或者将在本文描述的实施例中使用的包括加速度传感器的、风力涡轮机的转子叶片，其中设置有根据本文描述的实施例的用于转子叶片的型材；
图11a示出根据本发明的实施例的用于转子叶片的型材；
图12、13a和13b示意性地示出根据本文描述的实施例或将在本文描述的实施例中使用的包括加速度传感器的、风力涡轮机的转子叶片的一部分；
图14示意性地示出根据本文描述的实施例或将在本文描述的实施例中使用的包括加速度传感器的连接的、风力涡轮机的转子叶片的另一部分；
图15示意性地示出根据本文描述的实施例或将在本文描述的实施例中使用的包括加速度传感器的、风力涡轮机的转子叶片的一部分；
图16至20示出根据本文描述的实施例的用于监测和/或控制和/或调节风力涡轮机的方法的流程图。
在附图中，相同的附图标记表示相同或功能等同的部件或步骤。
具体实施方式
在下文中，详细参考了本发明的各种实施例，其中附图中示出了一个或更多个示例。
图1a示出风力涡轮机的转子叶片100。转子叶片100具有沿其纵向延伸部的轴线101。转子叶片长度105范围为从叶片凸缘102到叶片尖端104。根据本文所述的实施例，加速度传感器110位于轴向或径向区域中，即位于沿着轴线101的区域中，其中加速度传感器设置在风力涡轮机的转子叶片的半径的外70％范围内的径向位置处。
实际上到目前为止，传感器附接在靠近叶片凸缘102处。通常，迄今为止，传感器实际上附接在转子叶片半径的内20％内。迄今为止，这种定位是经常要求的先决条件，因为雷击是对风力发电厂或风力涡轮机的严重威胁。一方面，雷电可能直接击中电子部件和/或电缆或电子部件的信号电缆。另一方面，即使在雷击经由避雷针放电、即受控放电至地电位时，电缆或信号电缆也可能由于感应产生的电流而发生损坏。在雷击时，这可能导致风力涡轮机的部件受到损毁。另一方面，雷击可能导致更高的材料疲劳。这可能会大大增加维护成本。例如，能够预期每年一到四次对转子叶片的雷击。
实际上，靠近叶片凸缘的传感器的这种定位是本发明实施例面临的约束或现有做法。传感器、特别是加速度传感器在处于与常规做法相反地设置在转子叶片半径的外70％的范围内的径向定位时能够实现用于测量风力涡轮机的运行状态的改进的方法。
根据典型实施例，沿着转子叶片的半径定位加速度传感器可以设置如下。在能够进入到转子叶片半径的约50％至60％的情况下(这里，叶片凸缘对应于半径的大约0％)，可以在转子叶片半径的外70％范围内的径向位置处设置至少一个加速度传感器。在转子叶片包括显著更小的可接近区域的情况下，在可接近位置处进行安装的好处可以替代性地放弃。在这种情况下，能够提供靠近叶片尖端的加速度传感器的安装，例如在半径的30％至95％的范围内(0％对应于叶片根部处的凸缘)。
图2示出风力涡轮机200。风力涡轮机200包括塔架40和机舱42。转子附接到机舱42。转子包括毂部44，转子叶片100附接到毂部44。根据典型的实施例，转子具有至少2个转子叶片，特别是3个转子叶片。当风力发电厂或风力涡轮机运行时，转子、即毂部连同转子叶片一起围绕轴线转动。在这种情况下，发电机被驱动以产生电力。如图2所示，至少一个加速度传感器110设置在转子叶片100中。加速度传感器通过信号线连接到评估单元114。评估单元114将信号传送到风力涡轮机200的控制单元和/或调节单元50。
根据可以与其他实施例结合的一些实施例，加速度传感器110是光纤加速度传感器，特别是光纤加速度传感器。对于光纤加速度传感器，光信号通过光导体112(例如，光纤)传输到评估单元114。在光纤加速度传感器中，传感器元件本身可以设置在光纤外部。参考图9a和9b详细描述了一个示例。作为其替代，实际的传感器元件可以例如以光纤布拉格光栅的形式设置在光纤内的光纤加速度传感器中。这将参照图3和图4来进行详细描述。
转子叶片100的扭转在图2中由箭头201示出。例如，这种扭转可以沿轴线101存在。围绕轴线101的不期望的振动称为转子叶片110的颤振。转子叶片110的颤振可能造成危险的运行状态。因此，希望提供用于监测风力涡轮机的转子叶片的扭转失稳的改进方法。根据本文所述的实施例，通过加速度传感器来测量加速度，其中加速度传感器设置在转子叶片半径的外70％范围内的径向位置处。对加速度传感器信号、即加速度信号或加速度进行，以产生警告信号。警告信号可以是用于检测扭转失稳、特别是颤振的信号和/或用于检测组合扭转/弯曲负载的信号。在本公开中，将使用术语“组合扭转/弯曲负载”。作为替代，也可以使用术语“组合弯曲/扭转负载”。在这种情况下，可以在评估单元114中或在控制单元和/或调节单元50中执行加速度信号的评估。
与转子叶片中所谓的“沿边振动”、即可能例如通过动态失速效应产生的横向振动相比，扭转失稳或扭转振动在机舱或叶片根部或叶片凸缘中是不可检测的。在“沿边振动”的情况下，转子叶片在该方向上欠阻尼，并且可能由于动态失速效应而产生激励。在扭转失稳的情况下，在叶片尖端进行测量。例如，扭转失稳可能局部地出现。例如，只有转子叶片的尖端可能会振动。每个转子叶片可能具有其各自的扭转失稳。根据可以与其他实施例结合的一些实施例，在每个转子叶片传感器中因此设置有加速度传感器。传感器设置在叶片尖端中，即在转子叶片半径的后30％内，这是因为扭转失稳仅发生在转子叶片尖端中。根据本文所述的实施例、特别是用于修理的解决方案，为此提供有加速度传感器的附接或更换，其中不能在转子叶片的相关区域内进入转子叶片以安装加速度传感器。
在转子叶片的设计过程中，扭转失稳的问题难以排除，这是因为该问题本身可能不会在测试中出现。大型转子叶片或具有建设性趋势的组合扭转/弯曲负载的这种转子叶片中的结构风险能够通过本文所述的实施例来减少或排除。根据典型的实施例，在转子叶片使用用于被动功率控制的组合扭转/弯曲负载的情况下，也提供了用于监测扭转失稳的方法。扭转失稳是特别是在例如长度约40m或更大的大型叶片中、或者在表现出一定的扭转刚度与激励频率比的现代转子叶片中出现的问题。
根据可以与其他实施例结合的典型实施例，加速度传感器设置在转子叶片半径的外50％内。另外，或作为替代，加速度传感器与扭转轴线的距离可以为至少10cm。此外，有利的是为加速度传感器至少提供具有垂直于转子叶弦或垂直于叶片表面的方向分量的加速度。测量的加速度方向因此可以切向于牵引轴线。加速度传感器的布置和取向可以允许提供对动态扭转、例如围绕扭转轴线的振荡的更好的识别。
根据实施例设置的在转子叶片半径的外70％、特别是转子叶片半径的外50％范围内、更特别地在转子叶片半径的外70％至95％范围内的径向位置产生了加速度传感器的改进信号。这允许分别以更可靠的方式识别和监测扭转失稳(例如颤振)。
根据本文所述的可以与其他实施例结合的一些实施例，经由光导体112来对信号进行光传输的光纤加速度传感器使得迄今为止在实践中考虑的径向位置可以是不利的，这是因为通过光导体或光纤的传输需要降低雷击损害的风险。因此，在这种情况下克服了将传感器靠近叶片凸缘安装的现有偏见。这可以特别地通过使用无金属加速度传感器或基本上无金属的加速度传感器(比如参照图9a和9b更详细描述的那些)来实现。然而，光纤加速度传感器也可以以允许安装在转子叶片的径向外部区域中而不忽视雷击损坏的风险的方式来设置。
图3示出整合在包括光纤布拉格光栅306的光波导体或光纤传感器310中的传感器。尽管在图3中仅示出一个单光纤布拉格光栅306，但是应当理解，本发明不限于来自单个光纤布拉格光栅306的数据获取，而多个光纤布拉格光栅306可以沿着光导体112、传输纤维、传感器纤维或光纤布置。
因此，图3仅示出被配置为传感器纤维、光纤或光导体112的光波导体的一部分，其中该传感器纤维对纤维伸长敏感(参见箭头308)。这里应当指出，术语“光学”或“光”是指电磁波谱中的波长范围，其可以从紫外光谱范围延伸经由可见光谱范围直到红外光谱范围。通过以下等式来获得光纤布拉格光栅306的平均波长，即所谓的布拉格波长λb：
λb＝2·nk·λ
在这种情况下，nk是光纤芯基本模式的有效折射率，而λ是光纤布拉格光栅306的空间光栅周期(调制周期)。
由反射响应的半高全宽给出的光谱宽度取决于沿着传感器纤维的光纤布拉格光栅306伸长。由于光纤布拉格光栅306的作用，传感器纤维或光导体112内的光传播因此依赖于例如作用在传感器纤维(即光纤、特别是传感器纤维内的光纤布拉格光栅306)上的力、力矩和机械张力以及温度。
如图3所示，电磁辐射14或基色光从左侧进入光纤或光导体112，其中电磁辐射14的一部分作为透射光16以与电磁辐射14相比改变的波长序列离开。此外，也可以在纤维的输入端处(即电磁辐射14被馈入的端部)接收反射光15，其中反射光15同样呈现出改变的波长分布。用于检测和评估的光信号可以根据本文所述的实施例通过反射光、透射光以及其二者的组合来提供。
在电磁辐射14或基色光在宽光谱范围内馈入的情况下，在布拉格波长的位置处的透射光16中出现透射最小值。在反射光中，反射最大值出现在该位置。检测和评估透射最小值或反射最大值的强度或相应波长范围内的强度产生如下信号，该信号能够相对于光纤或光导体112的长度变化来评估，并且因此表示力或加速度。
图4示出用于检测加速度的装置110。该装置包括附接到杠杆臂406的质量块402。杠杆臂406具有固定点422，使得能够实现以箭头423示出的杠杆臂和质量块的运动。此外，具有光纤布拉格光栅306的光纤或光导体112附接到杠杆臂406。在这种情况下，传感器纤维通过紧固元件412附接到杠杆臂。根据典型的实施例，紧固元件可以是黏合接头或夹紧装置。质量块402在第一杠杆位置处连接到杠杆臂406，并且光纤在第二杠杆位置处连接到杠杆臂406。由箭头423示出的、质量块或杠杆臂的运动导致由箭头308示出的、光纤或光导体112的长度变化，或者导致力对光纤的作用。在这种情况下，光纤布拉格光栅306产生光信号的改进的波长序列，例如通过基色光或电磁辐射14的反射而产生的反射光15，其序列取决于伸长率或长度变化。
在传统的加速度传感器中，通常通过弹簧机构来限制质量块在一个或更多个空间方向上的移动。在最简单的情况下，质量块只能在一个方向移动。当质量块被加速时伸长的传感器纤维在该方向上附接到质量块。在这种布置中，最大伸长率以及因而纤维的灵敏度由质量块的重量和纤维的刚度给出。在这种情况下，能够仅增加质量块以提高这种传感器的灵敏度。对于敏感的传感器，这可能导致多达几百克的重量。这种布置的另一个缺点是，在这种情况下纤维-质量系统的谐振频率f具有因此随质量的增加而减小的依赖性
通过使用杠杆臂能够取消或减少要配置的范围的限制。如图4中已经识别出的那样，能够通过改变光纤沿着杠杆臂406的紧固位置、即改变第二杠杆位置来提供用于检测加速度的装置的灵敏度改进。为此，因此能够在不改变质量块402并因而影响谐振频率的情况下改进灵敏度。
因此，根据图4的实施例允许打断光纤的刚度、灵敏度和谐振频率之间的相关性。使用机械杠杆使得能够任意配置光纤的偏转比和必要的力。此外，使用杠杆臂允许甚至以小质量或恒定质量增加对纤维的力。
由箭头423表示的运动是杠杆臂406或质量块402在图4的纸平面中的运动。通常，固定点422可以被设计成使得运动仅发生在一个平面中。然而，根据另外的实施例，运动也可以发生在两个平面或甚至三个平面中。在这种具有几个运动平面的实施例中，每一个都包括光纤布拉格光栅306的另外的光纤可以连接到杠杆臂406，使得可以在几个空间方向上执行加速度检测。然而，根据典型实施例，如参照图8b所描述的那样实施用于多维检测加速度的装置。
图5示出风力涡轮机的转子500。转子500具有毂部44和附接于此的转子叶片100。加速度传感器110设置在转子叶片100的至少一个中。加速度传感器110的信号经由光导体112被引导到分配器510。举例而言，分配器510可以是提供来自不同传感器的多个信号的场分配器。
根据可以与其他实施例结合的一些实施例，分配器或场分配器可以附接到转子叶片的叶片隔板。分配器可以被配置为插入和拔出传感器的信号电缆。此外，可以设置传感器电缆以从场分配器插入和拔出到测量装置或评估单元。根据可以与其他实施例结合的一些实施例，分配器510设置在叶片隔板上或叶片根部中。
叶片根部的区域由分割线502示出。通常，叶片根部从叶片凸缘102延伸，借助于叶片凸缘102，转子叶片100以径向方式、即沿转子叶片的纵向延伸部在1m至3m的长度上紧固到毂部。
如图5所示，根据一些实施例，光导体512或光纤可以从分配器510引导到评估单元114。可以例如沿着弹簧或螺旋件513或通过弹簧或螺旋件513或相应的机械元件来引导光导体512，使得当转子叶片100围绕其纵向轴线转动时、即当转子叶片在偏转时，光导体不会被损坏。沿着螺旋件或通过螺旋件513机械地引导光导体512允许光导体扭转，使得光导体在转子叶片的偏转期间不会被损坏。
附图中所描述的大多数实施例在每种情况下示出在转子叶片中一个中的加速度传感器。根据可与其他实施例结合的其他实施例，可以在转子叶片的几个位置、特别是在转子叶片半径的外70％范围内的若干径向位置处执行加速度的测量。为此，可以在相应的径向位置处设置几个加速度传感器。在几个径向位置处进行测量允许提高测量精度。另外，或者作为替代，用于检测扭转失稳、特别是颤振的信号和/或用于在组合扭转/弯曲负载的情况下的失稳警告的信号可以以更容易和/或更可靠的方式针对不同径向位置处的不同运行条件被识别。例如，风力涡轮机的控制和/或调节可以通过在至少在一个径向位置或预定数量的径向位置处产生警告信号来触发。根据可以与其他实施例结合的另外的实施例，一个加速度传感器或更多个加速度传感器可以与至少一个另外的传感器组合。该至少一个另外的传感器可以选自来自以下组的一个或更多个传感器：应变传感器、温度传感器、压力传感器、噪声水平传感器和倾角传感器(用于测量转子转动的位置)。
特别地，为了产生用于颤振警告或扭转失稳警告的信号，可以设置用于测量转子叶片上的压力变化(例如声压变化)的传感器。这例如允许通常在转子叶片颤振期间发生的噪声被识别，并被用于产生警告信号。
此外，为了评估加速度传感器的信号而测量转子叶片处的温度是有利的，这是因为比如本征频率的叶片特性将受到温度的影响。将叶片特性与加速度传感器的信号相关联在产生警告信号或加速度传感器的测量期间产生更精确的评估。可以例如通过温度传感器来例如在加速度传感器或光导或光纤中进行温度测量。
根据可与本文所述的其他实施例结合的另外的实施例，可以设置应变传感器用于测量静态弯矩，特别是静态扭转力矩。当在组合扭转/弯曲负载的情况下产生用于颤振警告的信号和/或用于失稳警告的信号时，加速度传感器的动态信号因此可以与应变传感器的静态信号组合。例如，可以在叶片根部的区域中设置应变传感器。应变传感器相对于扭转轴线的取向在30°至60°的范围内、特别是45°，对组合测量可以是有利的。
如图2所示，在风力涡轮机200的控制单元和/或调节单元50中，在组合扭转/弯曲负载的情况下，用于颤振警告的信号和/或用于失稳警告的信号可以用于控制和/或调节风力发电机。控制和/或调节可以特别地包括转子叶片的偏转控制、风力涡轮机的特征发电机曲线的适应、风力涡轮机的紧急切断或这些措施中的两个或更多个的组合。
图6示出根据本文所述的实施例的通过用于检测加速度的装置来检测加速度的典型测量系统。该系统包括一个或多个加速度传感器110。该系统包括电磁辐射源602，例如基色光源。该源用于提供光辐射，通过该光辐射能够照射加速度传感器的至少一个光纤传感器元件。为此，在基色光源602和第一纤维耦合器604之间设置有传输光纤或光导体603。纤维耦合器将基色光耦合到光纤或光导体112中。源602可以例如是宽带光源、激光、led(发光二极管)、sld(超发光二极管)、ase光源(放大自发射光源)或soa(半导体光放大器)。而且，相同或不同类型的几个源(参见上文)可以用于本文所述的实施例。
例如，比如光纤布拉格光栅(fbg)或光学谐振器之类的光纤传感器元件被整合到传感器光纤中或者光耦合到传感器纤维。由光纤传感器元件反射的光转而经由光纤耦合器604被引导，光纤耦合器604将光经由传输光纤605引导到分束器606。分束器606将反射的光分开以通过第一检测器607和第二检测器608来进行检测。在此期间，在第二检测器608上检测到的信号首先通过光边缘滤光器609来进行过滤。
边缘滤光器609允许通过光学谐振器来检测fbg处的布拉格波长的移位或波长的变化。通常，可以在没有分束器606或检测器607的情况下设置如图6所示的测量系统。然而，检测器607能够使加速度传感器的测量信号相对于其他强度波动进行归一化，所述其他强度波动例如为源602强度的波动、由于各个光导体之间的界面处的反射引起的波动或其他强度波动。这种归一化提高了测量精度，并且减小了测量系统对设置在评估单元和光纤传感器之间的光导体的长度的依赖性。
特别地，当使用几个fbg时，可以使用附加的滤光装置(未示出)来过滤光信号或次级光。滤光装置609或附加的滤光装置可以包括选自以下的滤光器：薄膜滤光器、光纤布拉格光栅、lpg、阵列波导光栅(awg)、echelle光栅、光栅阵列、棱镜、干涉仪及其任何组合。
监测风力涡轮机的另一方面可以与本文所描述的其他实施例和方面结合，但是也可以独立于其他实施例、方面和细节而设置，其是通过光纤加速度传感器监测风力涡轮机的改进方法。根据这样的方面或这样的实施例，提供了一种用于监测风力涡轮机的方法。用于监测风力涡轮机的方法包括通过光纤加速度传感器来测量加速度，其中加速度传感器设置在风力涡轮机的转子叶片的半径的外70％范围内的径向位置处；以及通过模拟低通滤波器或模拟抗混叠滤波器来对光纤加速度传感器的加速度信号进行滤波。
图7示出评估单元114，其中来自光纤布拉格光栅306的信号经由光导体被引导到评估单元。在图7中，进一步呈现能够可选地设置在评估单元中的光源602。但是，光源602可以独立于评估单元114设置或设置在其外部。光纤加速度传感器110的光信号通过检测器转换成电信号。图7中用符号702表示从光信号到电信号的转换。通过模拟抗混叠滤波器710来对电信号进行滤波。在通过模拟抗混叠滤波器或低通滤波器的模拟滤波之后，通过模数转换器704使信号数字化。
根据可以与其他实施例结合的一些实施例，抗混叠滤波器可以具有1khz或更小的截止频率，特别是500hz或更小的截止频率，更特别是100hz或更小的截止频率。根据本文所述的实施例，这种滤波在数字化之前进行。此外，对于本文所述的实施例，不执行信号的频谱分解，其中已经通过光谱仪和多通道检测器来执行光学数字化。
根据本文描述的实施例，在对光纤加速度传感器的信号进行数字化之前执行模拟低通滤波。根据本文描述的可以与其他实施例结合的实施例，低通滤波器也可以称为模拟抗混叠滤波器。在这种情况下，在采样定理的范围内考虑奈奎斯特频率，并且通过模拟低通滤波器或模拟抗混叠滤波器来提供具有小于奈奎斯特频率的信号部分的低通滤波器。
本文描述的包括光纤加速度传感器和模拟低通滤波的实施例允许提供对监测风力涡轮机的加速度的更好测量。
图7还示出数字评估单元706，其可以包括例如cpu、存储器和用于数字数据处理的其他元件。通过使用模拟抗混叠滤波器，借助于风力涡轮机上的光纤加速度传感器改进测量的方面可以与其他实施例结合，特别是关于定位加速度传感器、使用用于颤振警告或扭转失稳警告的信号、偏转控制的实施例；用于关于转子叶片的塔架间隙的警告，加速度传感器或光导体的附接、由于金属含量降低而改进用于风力涡轮机的光纤加速度传感器。
根据另外的实施例，可以进一步以有利的方式设计在数字化之前利用模拟低通滤波借助于光纤加速度传感器进行改进的测量，以便在数字评估单元706中进行数字评估以进行随机子空间识别(ssi)。在这种情况下，可以计算转子叶片的特征值，其可以特别地包括阻尼和频率，即转子叶片的固有频率。特征值可以特别用于检测转子叶片上的冰形成。这使得能够更可靠地识别转子叶片上的冰形成。其他条件、例如材料疲劳也可以通过特征值来确定。根据可以与本文所述的其他实施例结合的一些实施例，也可以在静止和/或空转的风力涡轮机的情况下提供本文所述的冰形成检测。根据可以与本文所述的其他实施例结合的一些实施例，可以特别是通过识别特征值的变化来借助于特征值检测转子叶片上的冰形成。特别是可以识别由于转子叶片上的冰形成而发生的特征值变化。例如，方法可以包括识别特别是由于转子叶片上的冰的形成而引起的特征值的变化。
根据本文所述的实施例，静止或空转的风力涡轮机是转子无负载转动的风力涡轮机。例如，风力涡轮机可以自由地转动，而不用在转子叶片向后倾斜的情况下切换发电机。例如，这种状态能够通过0.1hz或更小的转子转动频率来描述。
根据另外的实施例，通过光纤加速度传感器的测量可以与温度测量结合。温度影响转子叶片的特性。因此，可以在识别冰的形成和/或评估特征值时参考温度测量。例如，特征值通常具有对温度的函数相关性。因此，可以相对于在预定温度下预期的特征值来确定特征值的偏差或变化。根据可以与本文所述实施例结合的另外的实施例，在评估中可以考虑选自以下的参数：转子位置、温度、偏转角、横摆加速度和转子转速。
如关于图7所解释的，通过使用模拟低通滤波器或模拟抗混叠滤波器的实施例，可以改进用于通过光纤加速度传感器来监测风力涡轮机的方法。根据相应实施例，可以提供风力涡轮机的转子。转子包括至少一个转子叶片。在转子叶片半径的外70％的范围内的径向位置处设置有光纤加速度传感器。模拟低通滤波器或模拟抗混叠滤波器被配置为对光纤加速度传感器的加速度信号进行滤波，特别是以模拟方式对由光纤加速度信号产生的电信号进行滤波。例如，转子包括设置在毂部44中的评估单元114。评估单元114可以包括将光信号转换为电信号的转换器。例如，可以使用光电二极管、光电倍增管(pm)或其他光电检测器作为转换器。例如，评估单元还包括与转换器的或光电检测器的输出耦合的抗混叠滤波器710。评估单元还可以包括与抗混叠滤波器710的输出耦合的模数转换器704。评估单元114还可以包括被布置为评估数字化信号的数字评估单元706。转子或转子叶片的其他配置可以根据本文所描述的关于光纤加速度传感器、光纤加速度传感器的定位和/或通过光导体的信号传输的实施例来提供。
图7a示出用于进一步解释本文所述实施例的不同加速度信号。在这种情况下，图7a中的上部图像(730)分别示出了转子叶片中的实际加速度和已经由参考传感器确定的用于测试目的参考信号。例如，随频率绘制功率谱密度(psd)以确定本文所述的特征值。中间图像(731)示出光纤加速度传感器的加速度信号，其中加速度信号对应于参考信号。中间图像在没有对光纤加速度传感器的加速度信号进行光电转换以及通过模拟抗混叠滤波器对光电转换后的加速度信号进行滤波的顺序的情况下产生。图7a中的下部图像示出光纤加速度传感器的加速度信号，其中加速度信号对应于参考信号。下部图像在对光纤加速度传感器的加速度信号进行光电转换以及通过模拟抗混叠滤波器对光电转换后的加速度信号进行滤波的顺序的情况下产生。能够清楚地看到，与中间图像(731)相比，对于下部图像(732)，特别是在0.3hz至20hz的频率范围内存在对特征值的改进的识别。根据本文所述的实施例，因此可以实现光学加速度信号的改进的测量。根据可与本文描述的实施例结合的其他实施例，通过模拟抗混叠滤波器对光电转换的加速度信号进行滤波可以具有10hz至40hz、特别是15hz至25hz的截止频率。
根据本文所述的实施例，可以对转子叶片中的加速度进行光学测量。在这种情况下，执行抗混叠滤波，特别是模拟抗混叠滤波。与通过光谱仪进行的光信号检测或通过扫描激光进行扫描的其他常规手段相比，可以根据本文所述的实施例来对转子叶片中的加速度进行光学测量。与对测量值进行平滑化相比(其中只有当测量值被平滑化时才产生更好的控制信号)，抗混叠效应得到防止。在本文描述的实施例中的抗混叠滤波以模拟方式来执行，即，例如在提供模拟抗混叠滤波之前，使用光学加速度信号到转换成电测量信号的转化。模拟电测量信号以模拟方式进行低通滤波，其中将奈奎斯特频率的至少一半用作阈值。
根据本文所描述的另外的实施例，通过ssi(随机子空间识别)来评估由模拟抗混叠滤波器滤波的信号。这允许识别转子叶片的积冰和/或其他频率依赖特性，例如老化，损坏等。
根据本文所述的另外的实施例，可以提供用于识别冰的方法。该方法包括通过光纤加速度传感器测量加速度，对光学加速度传感器的加速度信号进行光电转换，通过模拟抗混叠滤波器对光电转换的加速度信号进行滤波，通过用于计算转子叶片的特征值的随机子空间识别评估滤波的加速度信号，以及通过特征值检测转子叶片上的冰的形成。例如，一个或更多个特征值可以在这里利用选自以下的至少一个测量参数来补偿：风力涡轮机的转子叶片处的温度、风速、风力涡轮机的输出、风力涡轮机的转子的转速以及转子叶片的偏转角。例如，可以使用以下校准方法之一来进行补偿。
例如，通过本文所述的光纤加速度传感器来测量转子叶片中的加速度。这可以在第一间隔中、例如5-30分钟的短间隔中执行。此外，可以测量一个或更多个待补偿的参数。这些参数可以是：转子叶片温度、偏转角、风速、风力涡轮机的输出(例如，所产生的功率或输出到干线的功率)和/或转子的转速。可以将转子叶片的温度特别地作为对转子叶片的特征值的影响变量来进行测量。转子叶片的特征值可以通过ssi根据加速度数据在第一间隔中确定。特征值可以与待补偿参数中的一个或更多个的关联参数组一起存储。包括确定特征值的上述测量可以重复几次，直到获得表示相应风力涡轮机的运行期间的参数空间的一部分或大部分的数据集。例如，该第二间隔可以延续几周。在确定参数空间的一部分中的值之后，例如通过适应合适的模型(线性模型、泰勒近似、查找表)，可以在参数空间上确定特征值的行为。补偿模型和查找表的系数可以分别存储在风力涡轮机的计算单元中。因此，可以根据一个或更多个参数来执行特征值的校准。
根据另外的实施例，可以在校准之后执行具有补偿或校准参数的测量。例如，转子叶片的特征值可以通过使用光纤加速度传感器的加速度测量来确定。这些能够通过校准模型进行转换，或者加速度测量期间确定的参数能够被参考用于补偿特征值。补偿的特征值的偏差可以基于补偿的特征值来确定。例如，可以通过一个或更多个阈值来提供警告信号的输出。可替代地，甚至可以在参数空间内提供多个阈值，使得使用参数空间中的特征值(即，不具有特征值的先前转换)来执行警告信号的输出。
独立于其他实施例但是与其他实施例结合地提供的另一方面或另一实施例是通过光纤应变传感器来监测风力涡轮机。监测风力涡轮机的方法包括用光纤应变传感器来测量伸长率。来自应变传感器的数字化信号在数字评估单元中进行数字评估，例如，其中使用通过随机子空间识别(ssi)进行的评估。这里也可以计算转子叶片的特征值，其中特征值可以特别地包括衰减和频率，即转子叶片的固有频率。特征值可特别用于检测转子叶片上的冰的形成。这也使得能够更可靠地识别转子叶片上的冰形成。其他条件、比如材料疲劳也可以通过特征值来确定。
以这种方式计算的特征值也可以与来自光纤加速度传感器的特征值组合或与其进行比较，以便获得关于冰形成信息的冗余。根据另外的实施例，通过光纤应变传感器的测量可以与温度测量结合。温度会影响转子叶片的特性。因此，在识别冰的形成和/或评估特征值时能够参考温度测量。例如，这可以通过本文所述的校准来执行。根据可与本文所述实施例结合的另外的实施例，在评估期间可以提供对选自以下的参数的考虑：转子位置、温度、偏转角、横摆加速度和转子转速。
将在图8a和8b中更详细说明的加速度传感器110包括测试质量块，其加速度在传感器中测量。根据典型实施例，所使用的应变传感器和/或所使用的加速度传感器可以是光纤传感器。在这种情况下，通过光纤布拉格光栅在光纤中光学测量测试质量块的伸长率或加速度。由于使用这些传感器，因此能够提供上述的测量精度。此外，这些传感器提供用于风力涡轮机中的有利特征。
现在将参照图8a和8b描述本文所述的布置和方法中使用的加速度传感器110。图8a示出加速度传感器110，其中测试质量块812附接到光纤822。壳体802被配置成使得当质量块812加速伸长时、即光纤822的长度发生相对变化(延长或缩短)。由于光纤的822伸长，纤维布拉格光栅824被修改。这导致纤维布拉格光栅相对于反射或传输波长改变的反射或透射。该修改可以用作纤维的伸长度，并且因此可以间接地用作测试块812的加速度。加速度传感器110如图8b所示。这种布置结合了3个图8a所示的传感器，其中传感器的转动旨在表示图示中的三维布置，使得将在比如笛卡尔坐标系的坐标系中测量3个加速度值。
将参照图2和图5更详细地说明传感器110的使用或者较佳地它们的相互布置以及用于监测转子叶片的状态的评估单元114的相互作用。图2示出了风力涡轮机200的一部分。机舱42布置在塔架40上。转子叶片100布置在转子毂部44上，使得转子(与转子毂部和转子叶片一起)在由线852所示的平面中转动。通常，该平面相对于垂直线倾斜。图5示出转子叶片100和转子毂部44在转动轴线方向上的前视图，其中示出叶片固定坐标系中的坐标x和y，重力或重力加速度g以及传感器110。
在风力涡轮机的转子转动期间，加速度传感器110测量其他部件间的重力加速度。这种重力加速度是根据图5的坐标系在y方向和x方向中测量的。由于图2所示的转子倾斜，图5中坐标系中的重力加速度也将在一定程度上叠加在z方向的信号上。通常在图5所示的y方向上测量的测量信号叠加在重力信号上。通过将测量信号与重力信号分离，获得单一的信号。
现代风力涡轮机的控制和/或调节单元通常包括所谓的偏转控制，其中转子叶片围绕转子叶片的纵向轴线转动。因此，图5所示的y方向在转子叶片100围绕转子叶片的纵向方向转动期间在叶片固定的坐标系中改变。当考虑了由加速度传感器110测量的包括重力加速度对测试质量块的影响的加速度时，为了改善信号的评估，需要考虑不同的坐标系。一方面，存在叶片固定坐标系。在转子叶片围绕转子叶片的纵向轴线转动期间，坐标系以及传感器110转动。此外，存在相对于转子毂部44固定的坐标系。在这种情况下，这是能够独立于偏转控制而使用的转动坐标系。此外，存在分别相对于风力涡轮机200固定并因此相对于重力和重力加速度固定的固定坐标系。
根据典型的实施例，为了校正加速度传感器和/或应变传感器的信号、即叶片固定坐标系中的x方向、y方向和z方向上的信号，进行到静态纵坐标系的变换，其中考虑转子的转动，转子叶片的偏转角以及转子的倾斜度。在静态坐标系中，信号能够与重力加速度分离。随后，能够进行相对于转子毂部固定的坐标系的再变换。在相对于转子毂部固定的该坐标系中，通常基本上平行于风向或基本上平行于转子的转动轴线来确定加速度。
根据本文所述的一些实施例，加速度传感器设置在转子叶片的半径的外70％中，特别是在转子叶片半径的60％至90％的范围内。在这种情况下，例如可以通过使用比如光纤加速度传感器的光纤加速度传感器来执行光信号传输。光信号传输降低了雷击的风险。光信号传输允许克服迄今在实践中存在的限制，即提供尽可能靠近转子凸缘的传感器。
通过设置无金属或基本上无金属的加速度传感器，可以进一步降低雷击或雷击损伤的风险。根据实施例，提供了一种用于监测风力涡轮机的方法。该方法包括通过光纤加速度传感器来测量加速度，其中所述加速度传感器设置在转子叶片半径的外70％范围内的径向位置处，其中加速度传感器由按重量小于10％的金属制成或含有少于20g的金属。
根据另一实施例，提供一种风力涡轮机的转子叶片。转子叶片包括光纤加速度传感器，其中光纤加速度传感器设置在转子叶片半径的外70％范围内的径向位置处，并且其中加速度传感器由按重量小于10％的金属制成或含有少于20g的金属。通过示例，光导体可以从光纤加速度传感器被引导到能够进入转子叶片的径向转子叶片位置。根据可以与其他实施例结合的另外的实施例，光纤加速度传感器可以在垂直于光导体的延伸部的横截面中具有10mm的最大扩展。
根据本文所述的实施例，可以提供具有足够少的金属或无金属加速度传感器的加速度传感器。因此除了无线信号传输的现有构思、即在转子叶片中没有电缆的情况下的信号传输之外，可以提供无金属加速度传感器，其提供了降低的雷击风险。雷电安全设计或雷电损坏或雷击风险降低的设计允许满足风力发电机必需的高可靠性和寿命要求。
例如，传感器的小尺寸和/或质量可能有利于叶片尖端中的有利附着。然而，对于通过光纤布拉格光栅的光纤测量，因为光纤相对刚性，所以需要相对较大的质量。在这种情况下，通过法布里珀罗干涉仪的膜传感器可能会导致更进一步的改善。
除了同样能够被提供为基本上无金属的光纤加速度传感器之外，由于实际的传感器系统由光纤布拉格光栅提供，根据实施例可以如下提供光纤加速度传感器。光纤加速度传感器包括具有光出射表面的光导体或光纤。光纤加速度传感器还包括膜以及与膜连接的质量块。在这种情况下，除了膜的质量之外还可以提供质量块，或者膜可以被配置有足够尺寸的合适质量块。光纤加速度传感器包括形成在光出射表面和膜之间的光谐振器。谐振器可以是例如法布里珀罗谐振器。光纤加速度传感器还包括设置在光出射表面和膜之间的光线路径中的反射镜，其中所述反射镜相对于光导体或光纤的光轴以30°至60°的角度形成。例如，反射镜可以以45°的角度形成。
图9a和9b示出光纤加速度传感器910。基色光信号经由光导体112馈入到加速度传感器910。例如，光导体可以耦合到基板912。基板912可以由非金属材料制成。膜914形成在基板912上或基板912处。离开光导体112的基色光信号经由反射镜916被朝向膜912引导。根据可以与其他实施例结合的典型实施例，反射镜916可以设置为在基板中成形的表面。例如，基板可以由在预定波长范围、通常是基色光信号的波长范围内发生反射的材料制成。反射镜相对于光导体轴线可以具有30°至60°的角度，例如45°的角度。
如箭头901所示，基色光信号被反射镜916偏转并且指向膜。基色光信号膜上发生反射。如箭头903所示，反射光被耦合回到光纤或光导体112中。因此，在用于基色光信号的出射的光出射表面和膜之间形成光学谐振器930。这里，应该考虑到基色光信号的光出射面通常等于次级反射信号的光入射面。因此，光谐振器可以形成为法布里珀罗谐振器。根据本文所述的实施例，质量块922可以设置在用于光纤加速度传感器膜914上。替代地，膜本身的质量可以用作检测加速度的质量块。在加速的情况下，膜914将被质量块922的惯性偏转。这导致光学谐振器930中的可光学测量的信号。根据本文所述的实施例，光纤加速度传感器被配置为测量具有方向分量的加速度，该方向分量是垂直于光纤或光导体112的轴线的方向分量。由于该方向分量垂直于光导体112的轴线，光纤加速度传感器912可以用于监测转子叶片的方法中，或者可以安装在风力涡轮机或风力涡轮机的转子叶片中以实现监测。
根据本文所描述的可以与其他实施例结合的实施例，光纤加速度传感器、即例如包括通过光纤或与光纤相邻设置的光学传感器的非固有光纤加速度传感器(例如，包括光学谐振器)或包括设置在光纤内的传感器的固有光纤加速度传感器被设置在转子叶片半径的外70％的径向位置处。在一些情况下，这对应于转子叶片的径向区域，其中不能在处于其完成状态时进入转子叶片。根据另外的实施例，这里所描述的加速度传感器的径向位置甚至可以通过不能在其完成状态下进入转子叶片的径向位置表示。特别地，加速度传感器可以设置在转子叶片半径的外的50％或转子叶片半径的外的60％至90％之间。由于光纤加速度传感器的基本上无金属配置，可以充分降低雷击的风险以便甚至在实际中在这样的径向位置处使用加速度传感器。由于加速度传感器的径向位置向外移动，可以实现加速度传感器的灵敏度，从而允许多种监测、状态监测和控制选项和/或调节选项。
根据示例性实施例，图9a和9b所示的非固有光纤加速度传感器的部件可以由以下材料制成。例如，光导体112可以是玻璃纤维、光纤或光波导，其中能够使用比如光学聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、石英玻璃、乙烯四氟乙烯的材料，其在必要时进行掺杂。例如，基板912或在其中形成的反射镜916可以由硅制成。膜可以设置为由适合于形成为薄膜的塑料材料或半导体制成。质量块922可以在设置为任何非金属材料，其中具有高密度的材料尤其合适。高密度允许减小质量块的尺寸。
例如，为了在转子叶片上以特别简单的方式特别是在外部径向范围内提供如图9a和9b所示的光纤加速度传感器，对于光纤加速度传感器有利的是在垂直于图9a或9b中的光导体112的横截面中具有小的尺寸。例如，垂直于光导体112的轴线的横截面中的最大尺寸可以为10mm或更小。如图9a和9b所示的配置允许以简单的方式实现这样的尺寸。
图9a和9b中描述的光纤加速度传感器910可以通过进一步的修改形成为独立的另外的方面，其能够特别应用于监测风力涡轮机的转子叶片的方法以及风力涡轮机的转子叶片中。当质量块922被减小或省略时，膜914能够用于测量静压力和测量声压水平两者。为了测量静压力，光学谐振器930的区域与环境压力隔离，使得当环境压力改变时发生膜的移动。为了测量声压水平，膜被配置为执行移动，特别是在相应声压下的振荡运动，该运动经由光学谐振器变换成光信号。这里，为了在风力涡轮机的转子叶片中或用于监测风力涡轮机的方法中使用，特别有利的是在垂直于光导体112的纵向延伸的方向上测量声压。
根据本文描述的实施例，提供了用于监测和/或控制(或调节)风力涡轮机的不同方法。此外，根据本文所述的实施例，提供了改进的加速度传感器，特别是固有或非固有的光纤加速度传感器。在这种情况下，固有光纤加速度传感器是具有传感器单元、例如设置在光纤内的光纤布拉格光栅的传感器。非固有光纤加速度传感器具有通过光纤或在光纤上设置的光学传感器。因此，非固有光纤加速度传感器也能够通过光纤和光学传感器、即非电子传感器在无电部件的情况下测量加速度。在这种情况下，例如，加速度传感器可以设置在转子叶片半径的外70％的范围内的径向位置处，特别是在转子叶片半径的外50％的范围内，例如在半径的60％至95％的范围内，其中0％对应于叶片根部的凸缘。下面将描述用于将加速度信号从加速度传感器施加、定位和引导到叶片根部的其他配置。用于将加速度信号从加速度传感器施加、定位和引导到叶片根部的这些配置能够有利地用于本文所述的所有实施例。
图10示出转子叶片100。转子叶片沿其长度105从叶片凸缘102延伸到叶片尖端，长度105对应于转子叶片的半径。加速度传感器110设置在范围107的径向位置处。加速度传感器可以例如是光纤加速度传感器110。沿着转子叶片的后缘引导从加速度传感器110到叶片根部的信号线。信号线可以是例如光导体112。根据本文所述的实施例，例如，信号线可以沿着新产生的转子叶片中的后边缘设置在转子叶片内，或沿着后边缘设置在转子叶片的外侧，例如设置在附接到后边缘的型材中。
本发明的实施例允许在修理情况下将加速度传感器、特别是光纤加速度传感器、或者更确切地说光纤加速度传感器采用在叶片尖端附近(即，本文所述的转子叶片不能被进入的径向外部范围)改装和/或能够采取相应的维护措施。根据这里考虑中的公开内容，能够得出用于执行和/或实践对转子叶片的径向外部范围中的加速度测量的详细技术教导。一方面，这种技术教导是指光导体的安装、引导，部件的冗余使用和/或改装对应的传感器，另一方面——作为替代或另外地——通过模拟抗混叠滤波器或本文所述的加速度传感器的ssi评估的测量值。因此，除了在转子叶片的径向外部范围内纯理论性使用这种传感器之外，还提供了技术教导，使光纤加速度传感器实际上可用于转子叶片的不能进入转子叶片的径向范围内(例如，半径的外70％，特别是半径的外50％，更特别是半径的外30％)。由于本文所述的抗混叠滤波器，因此本文所述的实施例允许良好使用测量信号。此外，作为替代或另外，相应的部件甚至可以在技术上被提供，使得例如可以在超过20年的足够长的寿命中提供改进的调节策略或测量策略。例如，实施例允许修理和交换选项，在没有这些的情况下加速度传感器的使用是不可行的。
根据本文所述的实施例，在将电缆铺设在转子叶片的后边缘的情况下，叶片根部区域中的虚线表示在能够进入转子叶片的径向位置处设置有穿入转子叶片内部的穿孔。这可能在叶片根部附近或叶片根部处。然而，这也可能在转子叶片的能够进入转子叶片的另一径向区域中。
在生产新的转子叶片时，例如在制造过程中可以在转子叶片内部、特别是在转子叶片的后壳中进行比如光导体112之类的信号缆线的铺设。此外，传感器可以同样安装在转子叶片内部。传感器可以特别地设置在分离的室中。这样使得能够防止松动的黏合剂残留物和其他污染物。然而，比如光导体的信号电缆例如也可以沿着后缘来引导，其中优选地在转子叶片的能够进入的区域中使穿孔进入转子叶片的内部。穿孔的这个位置使得能够简化维护措施。在加速度传感器的修理情况下，例如，信号线或光导体可以在可能设置在穿孔附近的栓(plug)处分离。作为替代来设置的信号线、例如备用光导体，或作为替代来设置的加速度传感器，可以在这种情况下放置在外部。在这种情况下可以丢弃原始信号线或原始传感器。
根据可以与其他实施例结合的其他实施例，例如，当传感器被改装用于冰检测时，光导体112同样被放置在外部。为了改装传感器和/或随后附接光导体，可以根据本文所述的实施例提供单独的型材。图11示出另一个转子叶片100。在这种情况下，型材150设置在转子叶片的后缘处，使得可以在型材中引导光导体112。根据本文所描述的可与其他实施例结合的实施例，型材具有用于光导体112的固定装置或相应的信号缆线，特别是光信号缆线。
型材150可以是例如拉挤型材。此外，型材可以适配于转子叶片的后缘。例如，其具有对应于转子叶片半径的至少10％或至少30％的纵向延伸。此外，型材可以由分段元件提供。例如，几个分段元件可以沿着转子叶片半径的至少30％延伸。根据可以与其他实施例结合的一些实施例，型材沿其长度可以具有恒定的几何形状。其也可以具有形成用于不同后缘厚度的几何形状。此外，型材可以可选地被配置成使得在转子叶片中实现空气动力学改进。
如图11a所示，型材150可以设置在转子叶片的后缘109处。例如，型材可以通过紧固元件151附接到后缘。型材可以通过黏合剂152设置在后缘处。根据一些实施例，光导体112可以设置、例如被嵌入黏合剂中。光导体112沿着转子叶片的后缘109在型材150内延伸。
根据另外的实施例，型材可以具有用于在维护或修理过程中提供替换光导体的空导管153。根据另外的替代或附加配置，型材150可以包括用于空气动力学流动控制的结构157。例如，这可以是古奈扰流板。结构157在图11a中以虚线示出。
图12示出可以与其他实施例结合的另外的可选配置。这里，可以设置在转子叶片100的后缘处的型材150具有用于加速度传感器110的另外的紧固装置。加速度传感器110可以设置在型材150内。这允许加速度传感器的特别简单的改装以及在转子叶片后缘处的可改装型材中的对应的光信号传输。
根据本文所述的方面，提供了用于风力涡轮机的转子叶片的后缘的型材。该型材包括用于光导体的至少一个紧固装置。通常，型材被配置成沿着转子叶片半径的至少30％延伸。根据可以与其他实施例结合的另外的实施例，所述至少一个紧固装置可以是一个或更多个黏合接头。例如，光导体可以胶合在型材中。根据另外的实施例，可以将用于光导体的夹紧装置或能够通过其穿过光导体的空导管设置为紧固装置。
根据可与本文所述的其他实施例结合的另外的实施例，型材可以包括用于加速度传感器的另外的紧固装置。另外的紧固装置可以设置为夹紧装置、螺纹或螺钉和/或一个或更多个黏合接头。特别地，夹紧装置、螺纹或螺钉优选由非金属材料形成。根据本文所述的实施例的型材允许用加速度传感器来改装转子叶片，并且以特别简单的方式提供对应的光信号传输。此外，使用非金属材料可以减少雷电损坏或雷击的风险。
图13a示出可以与本文所述的其他实施例结合的另一实施例。加速度传感器110设置在室162中。光导体112在后缘处被引导出转子叶片100。在型材150中引导避雷导体112沿着后缘朝向叶片根部或叶片凸缘。作为另外的附加选项，如图13b所示，可以在转子叶片100和型材150之间的过渡区域中设置栓连接件172。这允许在维护工作中要更换光导体时容易地更换光导体112。
应当注意，关于部件的改装、维护或更换，光纤加速度传感器、特别是光纤加速度传感器具有较低的维护要求或是相对稳健的。然而，对于风力涡轮机上的使用，由于大的温度波动和/或作用在部件上的高加速度，特别是还可能存在的振荡，应考虑运行条件是极端的。因此，部件的冗余或者更换部件的简化可行性对于在风力涡轮机中的使用特别有利。
图14示出电缆铺设，例如将光导体112铺设在转子叶片的面向叶片根部的径向区域中。电缆铺设的细节、配置和实施例可以与其他实施例结合。沿着转子叶片100的后缘引导光导体112。如上所述，这可以在例如型材中实现。设置穿入转子叶片内部的孔。穿孔的径向位置可以特别地限定成使得在穿孔的径向位置处能够进入转子叶片。根据另外的可选配置，另外的栓连接174可以设置在穿孔的区域中，例如直接在转子叶片内穿孔处或穿孔附近。光导体或光纤从栓连接174通向分配器510、例如场分配器上的栓176。另外的光导体512从分配器510通向评估单元114。例如，评估单元114可以设置在转子毂部中。根据可与其他实施例结合的典型实施例，例如，可以沿着螺旋件(弹簧)或穿过螺旋件513引导光导体512，使得转子叶片100在偏转期间绕其纵向轴线的转动不会导致光导体512被损坏。为了更清楚起见，光导体512在图14中通过弹簧或螺旋线以虚线示出。根据可以与其他实施例结合的实施例，由于平行于螺旋件513引导光导体(由虚线表示或未明确示出)，可以给出光导体的改进的释放。
图15通过示例示出在转子叶片100中使用加速度传感器110的另一配置。加速度传感器110设置在叶片尖端104附近的区域中。此外，两个光导体是转子叶片100内朝向叶片根部或朝向叶片凸缘的引导件。在能够在维护工作的过程中打开的另外的室中，存在第一栓连接件178和另一个栓179。使用两个光导体允许提供冗余。当一个光导体失效时，能够打开室164并且使加速度传感器110栓连接件178分离，以便随后将加速度传感器110插入栓179中。如作为替代或附加而设置的第二加速度传感器110(以虚线表示)所示，还可以相对于加速度传感器提供额外的或替代的冗余。另外，或作为替代，加速度传感器的失效可以通过重新插入来补救。
根据可以与其他实施例结合的另外的实施例，布置在内部的光导体可以被丢弃以进行修理光导体，并且可以由设置在型材中的光导体代替。此外，可以在修理过程中丢弃设置在型材中的光导体，并且将具有另外型材的另外光导体安装在第一型材上。根据另外的实施例，可以在转子叶片内部和/或型材内部都设置空导管。光导体可以随后引入空导管中。这可以以有利的方式与如图14所示的栓连接件174组合。
如上所述，在垂直于光导体轴线的横截面中具有小的最大尺寸的加速度传感器的实施例的情况下，在型材或转子叶片的内部使用空导管可能是更有利的。对于在垂直于光导体轴线的横截面中具有小尺寸的光纤加速度传感器，可以在空导管中引入替换光导体，如果需要，也可以引入替换加速度传感器。
根据本文描述的实施例，描述了加速度传感器、特别是比如风力涡轮机中的光纤加速度传感器的光纤加速度传感器的多种可能的用途，其中通过径向定位、光纤加速度传感器的结构以及加速度传感器的安装和/或光导体的安装来提供配置。
根据实施例，提供一种用于监测风力涡轮机的转子叶片的扭转失稳的方法。相应的流程图如图16所示。通过加速度传感器来测量加速度(参见附图标记962)，其中加速度传感器设置在转子叶片半径的外70％范围内的径向位置处。此外，在组合扭转/弯曲负载的情况下，评估加速度以产生用于颤振警告的信号和/或用于失稳警告的信号(参见附图标记964)。分别检测和监测扭转失稳的存在，以便能够在调节风力发电机时采取相应措施。
根据另一实施例，提供一种用于监测风力涡轮机的方法。相应的流程图如图17所示。通过光纤加速度传感器来测量加速度(参见附图标记972)，其中加速度传感器设置在风力涡轮机的转子叶片的半径的外70％范围内的径向位置处。此外，通过模拟抗混叠滤波器来对光纤加速度传感器的加速度信号进行滤波(参见附图标记974)。
根据又一实施例，提供一种用于监测风力涡轮机的方法。相应的流程图如图18所示。通过光纤加速度传感器来测量加速度(参见附图标记982)，其中所述加速度传感器设置在转子叶片半径的外70％范围内的径向位置处，其中所述加速度传感器由按重量小于10％的金属制成或者包含小于20g金属。
根据又一实施例，提供一种用于风力涡轮机的转子叶片的单独偏转控制的方法。相应的流程图如图19所示。该方法包括通过加速度传感器测量加速度(参见附图标记992)，其中加速度传感器设置在第一转子叶片中，例如在半径的外70％范围内的位置处。该方法还包括使用所测量的加速度使风力涡轮机的第一转子叶片偏转(参见附图标记994)，其中在单独偏转控制的过程中执行偏转。该方法还包括对加速度传感器的信号进行高通滤波，以确定时变参数，其中使用时变参数来执行风力涡轮机的第一转子叶片的偏转。
根据本文描述的实施例，从加速度信号确定时变高通滤波参数，并且立即用于单独偏转控制。因此能够省略多个不同参数的复杂测量方法的复杂评估过程。控制器只能使用时变高通滤波参数。根据本文所述的实施例，这些可以以特别简单的方式直接从加速度信号确定。这些时变参数具有以下优点而更加稳定：即使使用可能会发生漂移的光纤加速度传感器，也不需要校准，并且用于测量的传感器在技术上分别是简单的。在这种情况下，尤其可以省略复杂的整合步骤等。根据可以与本文描述的其他实施例结合的一些实施例，可以通过形成时间导数、通过高通滤波和/或通过傅里叶变换来执行高通滤波。这里应当注意，时间导数特别是在选择合适的系数时将对应于高通滤波或对相对高频信号变化处于低频的变化的抑制。在信号方面，高通可以因此被认为是微分器，并且相应地，时间微分可以被认为是高通。因此，高通滤波可以具有高于转子转动频率的频率的信号部分的截止频率。截止频率可以是0.3至0.5hz，其中高通滤波特别地对0.2hz的信号具有相对于0.6的信号至少5倍的抑制。
特别是与光纤加速度传感器结合，该方法还可以包括对光纤加速度传感器的信号进行光电转换，并通过模拟抗混叠滤波器对光电转换的加速度信号进行滤波。因此，一方面，信号被用于高通滤波的单独偏转控制，并且另一方面也经过模拟抗混叠滤波。因此，对于单独的偏转控制，不需要进一步的时变参数，即使能够可选地将其添加到控制参数也是如此。根据可以与本文所述的其他实施例结合的典型实施例，通过可以具有10hz至40hz、特别是15hz至25hz的截止频率的模拟抗混叠滤波器对光电转换的加速度信号进行滤波。
单独的偏转控制的方法已知基于多个不同的控制或测量变量。在转子叶片中使用加速度传感器允许将完全合适的信号用于使用加速度传感器的单独偏转控制，其中加速度传感器设置在半径的外70％范围内的径向位置处。当使用设置在转子叶片的径向外部区域中的加速度传感器的信号时，由于加速度传感器的灵敏度，可以在该径向区域中实现改进的偏转控制。这里，通过在一个转子叶片中测量每种情况下的加速度，可以对每个转子叶片执行单独的偏转控制。
根据本文所述的实施例，单独的偏转控制是指每个转子叶片具有用于其偏转控制的驱动单元的控制。例如，图5示出连接到风力涡轮机的控制单元50的相应的驱动单元570，使得在每种情况下，一个驱动单元570能够使转子叶片围绕轴线501转动以改变转子叶片偏转角，即，转子叶片的偏转。在单独的偏转控制中，每个驱动单元570可接收其自己的用于偏转控制的信号，该信号不一定需要与用于其他转子叶片的其他驱动单元的信号相同。很明显，即使在单独的偏转控制中，所有转子叶片也可以由相同的偏转信号驱动。然而，单独的偏转控制的特征在于实现偏转控制中转子叶片之间的偏差。
在加速度传感器位于转子叶片半径的外50％内、更特别是在转子叶片半径的60％至90％的范围内的实施例中，可以特别提供单独的偏转控制。如图5所示，加速度传感器110设置在转子叶片101中。加速度传感器例如可以是光纤加速度传感器。光信号经由光导体112引导到评估单元114。例如，光信号可以经由分配器510被引导到评估单元114。评估单元114连接到风力涡轮机的控制单元50。可以基于加速度传感器110的信号来设置用于每个转子叶片100的驱动单元570的单独控制。使用从加速度信号直接确定的时变参数。从加速度信号直接确定时变参数被认为表示整合骤等已被省去，或整合步骤等已经减少。
根据另外的实施例，几个加速度传感器可以特别地用在转子叶片上几个径向位置处。
对于通过加速度传感器的单独偏转控制，根据实施例提供了一种风力涡轮机。风力涡轮机包括安装到毂部的第一转子叶片，用于使第一转子叶片转动以用于第一转子叶片的偏转控制的第一驱动单元，安装到毂部的至少一个第二转子叶片，用于使第二转子叶片转动以用于第二转子叶片的偏转控制的至少一个第二驱动单元，以及用于控制至少第一驱动单元的控制单元，其中能够独立于所述第一驱动单元控制第二驱动单元。风力涡轮机还包括加速度传感器以及用于将加速度传感器的测量信号引导到控制单元和/或调节单元的测量信号线，其中所述加速度传感器设置在第一转子叶片的半径的外70％的范围内的径向位置，其中控制单元和/或调节单元被配置为通过确定的时变参数来控制第一转子叶片的偏转。
在风力涡轮机的这种实施例中，加速度传感器可以特别地设置在转子叶片半径的外的50％内、更特别是在转子叶片半径的60％至90％的范围内。这里特别有利的是加速度传感器由按重量小于10％的金属制成，或者含有少于20克的金属。这种加速度传感器可以特别地是根据如图9a和9b所述的实施例中任一实施例的光纤加速度传感器。此外，可以提供根据图10至图15所述实施例中的任一实施例的用于加速度传感器信号的信号传输的加速度传感器或光导体。
根据又一实施例，提供了一种用于控制和/或调节风力涡轮机的方法。相应的流程图如图20所示。通过加速度传感器测量加速度(参见附图标记997)，其中加速度传感器设置在转子叶片半径的外70％范围内的径向位置处。此外，评估加速度以产生用于叶片间隙警告的信号，即在没有塔架间隙的转子叶片的情况下的感知(参见附图标记999)。
在本文所述的风力涡轮机的转子叶片的半径的外70％范围内的径向位置处的加速度传感器的另一方面涉及产生用于叶片间隙警告或塔架间隙警告的信号。可以参考图2来解释塔架间隙。当转子转动时，转子叶片100在移动经过塔架40的同时处于基本上垂直向下指向的位置。转子叶片、特别是转子叶片尖端104和塔架40之间的最小距离被称为叶片间隙或塔架间隙。当临界值下降时，由于与塔架碰撞的转子叶片可能导致风力涡轮机被破坏和/或严重事故，因此提供警告信号是有必要的或有利的。
根据本文所述的实施例，特别是当加速度传感器设置在转子叶片半径的外50％的范围内时、更特别地是在转子叶片半径的外60％-90％的范围内时，加速度传感器可以用于产生用于塔架间隙警告的信号。在根据这些实施例的用于控制和/或调节风力涡轮机的方法中，评估加速度的信号以产生用于叶片间隙警告或塔架间隙警告的信号。在这种情况下，加速度传感器的信号可以特别地随时间积分，例如可以随时间积分两次。此外，例如根据图8a和8b所述的坐标变换允许计算转子叶片、例如转子叶片尖端的动态负载或动态位置，其中可以提取重力加速度和其他效果。在这种情况下，特别有利的是在转子叶片中的几个径向位置设置加速度传感器。
根据可与本文所述实施例结合的其他实施例，基于转子叶片的动态行为由至少一个加速度传感器确定的动态负载或由至少一个加速度传感器确定的位置可以与静态负载或静态弯矩结合。为此，例如可以使用设置在叶片根部的应变传感器的信号。例如，应变传感器、例如光纤应变传感器，可以沿着转子叶片半径在至少一个方向测量伸长。动态负载和静态负载的组合允许在转子叶片的塔架间隙不足时提供改进的信号用于警告。
根据可与本文所述的其他实施例结合的其他实施例，当转子叶片的塔架间隙不足时用于警告的信号可用于调节风力涡轮机。在这种情况下，调节可以特别地包括至少一个转子叶片的偏转控制、风力涡轮机的发电机划分线的调节和/或风力涡轮机的紧急切断。
虽然以上已经使用典型的示例性实施例描述了本发明，但是本发明不限于此，而是可以以多种方式进行修改。本发明也不限于上述的可能应用。
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