基于视频影像处理的风力发电机组的叶片状态监测系统及检测方法与流程

本发明涉及风机叶片状态监测技术领域，尤其涉及一种基于视频影像处理的风力发电机组的叶片状态监测系统及检测方法。

背景技术：

风机的叶片状态监测一直是行业内的一个重点问题。目前，现有的风机叶片状态监测是通过在叶片上安装振动传感器，经由振动传感器实时监测叶片的振动状态。该风机的叶片状态监测系统虽然不需要对叶片进行破坏性检测，但是，在对获得叶片的振动状态数据进行除噪、滤波、定标和模式识别等方面存在很多不足之处；同时，在已经安装完好的风机的叶片上安装振动传感器，不方便安装，安装难度较高。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中的风机叶片状态监测系统存在对获得叶片的振动状态数据进行除噪、滤波、定标和模式识别等方面存在很多不足之处，且安装难度高等缺陷，提供一种基于视频影像处理的风力发电机组的叶片状态监测系统，能够通过远距离非接触的方式监测叶片的振动情况，避免叶片安装的限制，同时具备维护方便，信号传输简单的非接触式风机叶片状态监测系统。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于视频影像处理的风力发电机组的叶片状态监测系统，包括风机、数据采集与监视控制模块和风机叶片视频图像处理模块，所述风机包括安装在水平地面上的塔筒、设置在所述塔筒顶部的机舱和安装在所述机舱端部的叶片；

所述数据采集与监视控制模块电连接于所述风机叶片视频图像处理模块；

所述风机叶片视频图像处理模块包括安装在所述风机上的用于采集所述叶片视频信号或图像信号的风机叶片视频图像采集器，所述风机叶片视频图像采集器输出端连接有用于对所述风机叶片视频图像采集器采集的视频信号或图像信号进行分析处理获得特征信号的风机叶片视频图像分析器，所述风机叶片视频图像分析器输出端连接有用以分析所述风机叶片视频图像分析器获得的输出特征信号而得到所述叶片磨损程度的风机叶片视频图像特征信号分析器。

优选的，上述的一种基于视频影像处理的风力发电机组的叶片状态监测系统，还包括：风机杂音处理模块,所述风机杂音处理模块包括用以采集所述风机声音振动信号的声音信号采集单元和用于将所述声音信号采集单元采集的声音振动信号进行分析处理得到所述叶片磨损程度的声音信号处理单元，所述声音信号采集单元和所述声音信号处理单元电连接；所述风机杂音处理模块电连接于所述数据采集与监视控制模块，所述声音信号采集单元包括第一声音信号采集器、第二声音信号采集器和第三声音信号采集器。

优选的，上述的一种基于视频影像处理的风力发电机组的叶片状态监测系统，所述第一声音信号采集器的数量为多个，且多个所述第一声音信号采集器间隔固设在所述机舱顶部。

优选的，上述的一种基于视频影像处理的风力发电机组的叶片状态监测系统，所述第二声音信号采集器数量为3个，且所述第二声音信号采集器间隔环绕安装在所述塔筒外部。

优选的，上述的一种基于视频影像处理的风力发电机组的叶片状态监测系统，所述第三声音信号采集器设置在所述叶片下方位置。

优选的，上述的一种基于视频影像处理的风力发电机组的叶片状态监测系统，所述第一声音信号采集器、所述第二声音信号采集器和所述第三声音信号采集器均为拾音器。

优选的，上述的一种基于视频影像处理的风力发电机组的叶片状态监测系统，所述声音信号处理单元包括用于将所述声音信号采集器采集的声音振动信号进行分析处理获得声音振动信号对应特征频率的风机杂音音频分析器和用于对所述风机杂音音频分析器获得的特征频率进行分析处理得到所述叶片磨损程度的风机杂音特征频率分析器，所述风机杂音音频分析器和所述风机杂音特征频率分析器电连接。

优选的，上述的一种基于视频影像处理的风力发电机组的叶片状态监测系统，所述风机叶片视频图像采集器为摄像机或照相机。

本发明还提供一种基于视频影像处理的风力发电机组的叶片状态监测系统的检测方法，包括如下步骤：

步骤一、通过第一声音信号采集器采集风机运转时塔筒的震动信号，通过第二声音信号采集器采集风机运转时的机舱震动信号，通过第三声音信号采集器采集风机运转时叶片的震动信号；同时，通过风机叶片视频图像采集器采集叶片视频信号或图像信号；

步骤二、通过风机杂音音频分析器对步骤一中所采集的三种震动信号采用截频、调制、时域/频域转换和/或滤波等处理方法，输出声音振动信号对应的特征频率；通过风机叶片视频图像器对采集的叶片视频信号或图像信号采用反卷积、除噪、特征识别和/或特征抓取等处理，对叶片转动产生的运动模糊数据进行剔除，根据环境情况调节亮度或饱和度等，最后输出视频信号或图像信号对应的特征信号；

步骤三、通过风机杂音特征频率分析器对步骤二中输出的特征频率得到叶片的磨损程度，通过风机叶片视频图像特征信号分析器对风机叶片视频图像分析器获得特征信号得到的叶片的磨损程度，如若磨损程度达到一定值，数据采集与监视控制模块将发出预警信号。

本发明的有益效果在于：

通过风机杂音处理模块获得叶片的振动频率，进而得到叶片的磨损程度，实现对叶片振动情况的监控，来判断风机运行是否安全，从而提高了风机的运行安全性能，有效地增强了实用性，同时也能够使得风机维护方便，可降低检修人员的操作量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1为本发明所述的一种基于视频影像处理的风力发电机组的叶片状态监测系统及检测方法的工作流程图；

图2为本发明所述的一种基于视频影像处理的风力发电机组的叶片状态监测系统及检测方法的风机结构示意图。

附图标记说明如下：

1、风机；11、塔筒；12、机舱；13、叶片；

2、风机杂音处理模块；21、声音信号采集单元；211、第一声音信号采集器；212、第二声音信号采集器；213、第三声音信号采集器；22、声音信号处理单元；221、风机杂音音频分析器；222、风机杂音特征频率分析器；

3、数据采集与监视控制模块；

4、风机叶片视频图像处理模块；41、风机叶片视频图像采集器；42、风机叶片视频图像分析器；43、风机叶片视频图像特征信号分析器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例一、

参考图1-2，本发明提供了一种基于视频影像处理的风力发电机组的叶片状态监测系统，包括风机1、风机杂音处理模块2、数据采集与监视控制模块3和风机叶片视频图像处理模块4，风机1包括安装在水平地面上的塔筒11、设置在塔筒11顶部的机舱12和安装在机舱12端部的叶片13；

风机杂音处理模块2包括用以采集风机1声音振动信号的声音信号采集单元21和用于将声音信号采集单元21采集的声音振动信号进行分析处理得到叶片13磨损程度的声音信号处理单元22，声音信号采集单元21和声音信号处理单元22电连接；

风机杂音处理模块2电连接于数据采集与监视控制模块3，数据采集与监视控制模块3电连接于风机叶片视频图像处理模块4；

风机叶片视频图像处理模块4包括安装在风机1上的用于采集叶片13视频信号或图像信号的风机叶片视频图像采集器41，风机叶片视频图像采集器41输出端连接有用于对风机叶片视频图像采集器41采集的视频信号或图像信号进行分析处理获得特征信号的风机叶片视频图像分析器42，风机叶片视频图像分析器42输出端连接有用以分析风机叶片视频图像分析器42获得的输出特征信号而得到叶片13磨损程度的风机叶片视频图像特征信号分析器43。

优选的，上述的一种基于视频影像处理的风力发电机组的叶片状态监测系统，声音信号采集单元21包括第一声音信号采集器211、第二声音信号采集器212和第三声音信号采集器213。

优选的，上述的一种基于视频影像处理的风力发电机组的叶片状态监测系统，第一声音信号采集器211的数量为多个，且多个第一声音信号采集器211间隔固设在机舱12顶部，这样能够方便对机舱12顶部的声音信号进行收集。

优选的，上述的一种基于视频影像处理的风力发电机组的叶片状态监测系统，第二声音信号采集器212数量为3个，且第二声音信号采集器212间隔环绕安装在塔筒11外部，这样能够对塔筒11的震动信号予以收集。

优选的，上述的一种基于视频影像处理的风力发电机组的叶片状态监测系统，第三声音信号采集器213设置在叶片13下方位置，这样设置的目的是能够对叶片13的震动信号进行收集。

实际安装过程中，可以根据现场实际情况选择分别在风机1的机舱12顶部、风机1的塔筒11外部不同高度位置的轴向和/或风机1的叶片13下方附近位置处安装对应的声音信号采集单元21，具体数量及位置根据实际需求而定。

优选的，上述的一种基于视频影像处理的风力发电机组的叶片状态监测系统，第一声音信号采集器211、第二声音信号采集器212和第三声音信号采集器213均为拾音器，采集的振动信号包括但不限于2-2000khz音频信号。

上述风机杂音处理模块2的工作原理为：

第一，通过声音信号采集单元21的第一声音信号采集器211、第二声音信号采集器212和第三声音信号采集器213采集风机1运转时的塔筒11、机舱12和叶片13的声音振动信号；第二，通过风机杂音音频分析器221对声音信号采集单元21采集的声音振动信号采用截频、调制、时域/频域转换和/或滤波等处理方法，输出声音振动信号对应的特征频率；第三，从数据采集与监视控制模块3中采集所需的风机1状态，同时，通过风机杂音特征频率分析器222对风机杂音音频分析器221输出的特征频率得到叶片13的磨损程度，如若磨损程度达到一定值，数据采集与监视控制模块3将发出预警信号，从而实现监控并判断风机1运行是否安全，提高了风机1的运行安全性能。

优选的，上述的一种基于视频影像处理的风力发电机组的叶片状态监测系统，声音信号处理单元22包括用于将声音信号采集器采集的声音振动信号进行分析处理获得声音振动信号对应特征频率的风机杂音音频分析器221和用于对风机杂音音频分析器221获得的特征频率进行分析处理得到叶片13磨损程度的风机杂音特征频率分析器222，风机杂音音频分析器221和风机杂音特征频率分析器222电连接，风机音频分析器对声音振动信号进行截频、调制、时域/频域转换和/或滤波等处理，最后输出特征频率。

优选的，上述的一种基于视频影像处理的风力发电机组的叶片状态监测系统，风机叶片视频图像采集器41为摄像机，风机叶片视频图像分析器42对视频信号或图像信号进行反卷积、除噪、特征识别和/或特征抓取等，最后输出特征信号。

上述风机叶片视频图像处理模块4的工作原理为：

第一，通过风机叶片视频图像采集器41采集叶片13视频信号或图像信号；第二，通过风机叶片视频图像器对采集的叶片13视频信号或图像信号采用反卷积、除噪、特征识别和/或特征抓取等处理，对叶片13转动产生的运动模糊数据进行剔除，根据环境情况调节亮度或饱和度等，最后输出视频信号或图像信号对应的特征信号；第三，从数据采集与监视控制模块3中采集所需的风机1状态，同时，通过风机叶片视频图像特征信号分析器43对风机叶片视频图像分析器42获得特征信号得到的叶片13的磨损程度，如若磨损程度达到一定值，数据采集与监视控制模块3将发出预警信号，从而实现监控并判断风机1运行是否安全，提高了风机1的运行安全性能。

实施例二、

本实施例与实施例一的区别仅在于风机叶片视频图像采集器41的种类不同，实施例一的风机叶片视频图像采集器41为摄像机，而本实施例风机叶片视频图像采集器41为照相机。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。