一种风机叶片状态监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电机领域，尤其涉及一种风机叶片状态监测装置。


背景技术：

2.截至目前，中国的风电累计装机容量已接近1亿千瓦，位居世界第一，而2020年装机目标为2亿千瓦——巨大的装机量，意味着庞大的运营和维修市场。风力发电机组中的叶片是一个重要的组成部件，其在风力的作用下将产生的动力传递给风机并使其得到相应的转速。由于机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，受无规律的变向变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，常年经受酷暑严寒和极端温差的影响，加之所处自然环境交通不便，叶片一旦出现故障，不易被及时发现，且修复非常困难。大量的实践证明，故障多为叶片开裂、表皮剥落、强度下降、雷击损伤等现象，如不及时处理，将对叶片造成不可逆的严重损伤，以至于叶片彻底损坏。目前对于风机叶片的监测普遍采用电学传感器进行采集，这种传感器需要额外的供电的传感器安装在叶片内部，容易导致叶片遭雷击。而基于光纤传感技术在线监测系统可实现对风电机组叶片、塔筒以及塔基的温度、载荷、振动以及叶根和塔筒的螺栓预紧力等信号进行长期在线监测，相比电学监测具有组网简便、抗雷击抗干扰能力强、使用寿命长、复用能力强等优点。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种风机叶片状态监测装置，针对目前风机叶片监测采用电学传感器采集数据容易导致叶片遭雷击的问题，采用光基于光纤传感技术在线监测系统可实现对风电机组叶片、塔筒以及塔基的温度、载荷、振动以及叶根和塔筒的螺栓预紧力等信号进行长期在线监测，并且光学监测具有组网简便、使用寿命长和复用能力强等优点。
4.为达到上述目的，本实用新型的方案如下：
5.一种风机叶片状态监测装置，包括传感器套件、第二光分支器、mpo光缆、光纤解调仪，所述光纤解调仪通过所述第二光分支器分支连接有三组传感器套件，所述传感器套件安装在风机叶片中，所述传感器套件包括光纤加速度传感器、所述光纤应变传感器、所述光纤温补传感器、光分线盒、第一光分支器，所述光纤加速度传感器、所述光纤应变传感器、所述光纤温补传感器通过所述第一光分支器的分支端与所述第二光分支器的分支端光传输连接，所述光纤解调仪通过所述mpo光缆与所述第二光分支器光传输连接。
6.一种风机叶片状态监测装置，所述光纤应变传感器至少包括四个，所述光纤应变传感器通过所述光分线盒的分支端与所述第一光分支器的分支端光传输连接。
7.一种风机叶片状态监测装置，，所述光纤解调仪包括ase宽带光源、可调谐f
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p滤波器、第三光分支器、第一耦合器、第二耦合器、环形器、单峰滤波器、光电转换模块、模数转换模块、锯齿波发生器、fpga、arm、外部接口，所述光纤解调仪总共由个通道构成，采用f
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p滤波解调方法，所述ase宽带光源入射到所述可调谐f
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p滤波器，所述锯齿波发生器生成锯齿
波电压驱动f
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p滤波器对入射光进行选择性透射，透射光通过所述第三光分支器分为路光信号分别给个通道的所述第一耦合器，所述第一耦合器耦合出两路光信号，其中一路入射到另外一个第二耦合器，耦合出两路光信号分别入射到两个所述单峰滤波器，再经过所述光电转换模块和所述模数转换模块后进入所述fpga进行处理；另外一路光信号经过所述环形器之后入射到光纤应变传感器，并且反射回一个光谱信号，被反射的光信号经所述环形器后入射到所述光电转换模块，通过所述模数转换模块后进入所述fpga 进行处理，所述fpga进行处理的数据经过所述arm进一步处理后，把结果通过所述外部接口发送到上位机进行显示。
8.本实用新型提供了一种风机叶片状态监测装置，具备以下优点和有益效果：本实用新型专利通过基于光纤传感技术在线监测系统可实现对风电机组叶片、塔筒以及塔基的温度、载荷、振动以及叶根和塔筒的螺栓预紧力等信号进行长期在线监测，相比电学监测具有组网简便、抗雷击抗干扰能力强、使用寿命长、复用能力强等优点。
附图说明
9.图1为本实用新型风机叶片状态监测装置的框图。
10.图2为本实用新型风机叶片状态监测装置的光纤解调仪系统框图。
11.图中附图标记表示为：
12.1、光纤加速度传感器；2、光纤应变传感器；3、光纤温补传感器；4、光分线盒；5、第一光分支器；6、第二光分支器；7、mpo光缆；8、光纤解调仪；9、ase宽带光源；10、可调谐f
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p滤波器；11、第三光分支器；12、第一耦合器；13、第二耦合器；14、环形器； 15、单峰滤波器；16、光电转换模块；17、模数转换模块；18、锯齿波发生器；19、fpga； 20、arm；21、外部接口；22、传感器套件。
具体实施方式
13.下面结合附图和具体实施例来对本实用新型进行详细的说明。
14.参见图1至图2，一种风机叶片状态监测装置，包括传感器套件22、第二光分支器6、 mpo光缆7、光纤解调仪8，。
15.所述传感器套件22安装在风机叶片中，所述传感器套件22包括光纤加速度传感器1、光纤应变传感器2、光纤温补传感器3、光分线盒4、第一光分支器5。
16.所述光纤加速度传感器1，不需要供电，其频响范围小于500hz，幅值小于2g，所述光纤加速度传感器1采集风机叶片的振动信号。
17.所述光纤应变传感器2，不需要供电，其测量范围为
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1500微变至+1500微变，每个叶片至少用到四个所述光纤应变传感器，所述光纤应变传感器2采集风机叶片的应变信号。
18.所述光纤应变传感器2通过所述光分线盒4的分支端与所述第一光分支器5的分支端光传输连接，所述光纤温补传感器3采集风机叶片的温度信号。
19.所述光纤温补传感器3，其材质为不锈钢，不需要供电，其作用是用来补偿应变传感器由于温度的原因带来的误差，并且能够测量叶片的温度，安装时要求紧挨着应变传感器。
20.所述光纤加速度传感器1、所述光纤应变传感器2、所述光纤温补传感器3通过所述
第一光分支器5的分支端与所述第二光分支器6的分支端光传输连接。
21.所述光纤解调仪8通过所述mpo光缆7与所述第二光分支器6光传输连接。
22.所述光纤解调仪8包括ase宽带光源9、可调谐f
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p滤波器10、第三光分支器11、第一耦合器12、第二耦合器13、环形器14、单峰滤波器15、光电转换模块16、模数转换模块17、锯齿波发生器18、fpga19、arm20、外部接口21，
23.所述光纤解调仪8总共由12个通道构成，采用f
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p滤波解调方法。
24.所述ase宽带光源9入射到所述可调谐f
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p滤波器10，所述锯齿波发生器18生成锯齿波电压驱动f
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p滤波器对入射光进行选择性透射。
25.透射光通过所述第三光分支器11分为12路光信号分别给12个通道的所述第一耦合器12，所述第一耦合器12耦合出两路光信号，
26.其中一路入射到另外一个第二耦合器13，耦合出两路光信号分别入射到两个所述单峰滤波器15，再经过所述光电转换模块16和所述模数转换模块17后进入所述fpga19进行处理；
27.另外一路光信号经过所述环形器14之后入射到光纤应变传感器，并且反射回一个光谱信号，被反射的光信号经所述环形器14后入射到所述光电转换模块16，通过所述模数转换模块17后进入所述fpga19进行处理。
28.所述fpga19进行处理的数据经过所述arm20进一步处理后，把结果通过所述外部接口21发送到上位机进行显示。
29.所述光纤调节仪8通过接收风机叶片处传输的振动信号、应变信号和温度信号，计算出振动数据、应变数据和温度数据，然后对这些数据进行处理，计算出风机叶片当前的固有频率和大小、负荷的大小以及温度的变化情况，判断出当前风机叶片的运行状况。
30.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。