一种用于测风机振动的激光雷达系统的制作方法

1.本发明涉及一种相干激光雷达探测系统，具体涉及一种用于测风机振动的激光雷达系统。


背景技术：

2.我国风能源分布广阔，风电技术相对成熟，且对我国能源结构与减排降污至关重要。近年来随着风电场装机容量的大幅增加，风力发电机运行监测和故障检修的难度在逐年提升，各种事故的损失难以承受，可靠的状态检测和故障分析技术是机组正常运行的必要保障。目前风力发电的状态监测和故障分析方法有五种：传感器检测法、红外热成像法、声发射检测法、超声波检测法和无人机巡检法。传感器检测法是通过预先在风机重要部位安装传感器，根据传感器反馈信息判断风机是否出现异常，从而达到对风机故障进行预测和诊断的目的。红外热成像法是利用外加热源对风机进行热激厉，激励源产生的热量会在目标表面扩散并形成温度场，热成像仪器采集图像并进行处理，进而获得风机表面的状态信息。声发检测法是一种遥测法，这种方法通过检测风力发电机内部结构断裂产生的应变波来判断是否发生异常情况。超声波检测法通过检测风力发电机叶片结构缺陷造成超声波传播路径的变化，进而获得缺陷信息，这种方法可用于检测风力发电机表面或内部缺陷。无人机巡检法通常由无人机携带光学检测仪器对风力发电机进行摄影，通过对图像进行后期处理获得风力发电机的状态信息。
3.由于风力发电机的振动有高频和低频之分，在遭遇强风等瞬态冲击载荷事件时，机体会形成类似于扭动的低频振动，受数据更新率的限制，激光雷达更适合对低频振动进行探测。目前还没有一种装置能够在对目标物体探测的同时检测风力发电机的低频振动，并且获取风力发电机的振动速度及振动频率。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种相干多普勒测风雷达探测装置，用于探测风力发电机的低频振动，获取风力发电机的振动速度及振动频率。
5.为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
6.本技术实施例提供了一种用于测风机振动的激光雷达系统，其特征在于，包括：
7.种子源，用于生成探测激光；
8.第一分束器，与所述种子源连接并将所述探测激光分为两路；
9.移频器，与所述第一分束器连接用于将其中一路探测激光进行移频；
10.第二分束器，与所述移频器连接并将所述移频器输出的激光分为两路；
11.掺铒光纤放大器一端与所述第二分束器连接，另一端与第一环形器连接；
12.第二环形器与所述第二分束器连接。
13.可选地，还包括第一望远镜，所述第一环形器与所述第一望远镜连接，所述探测激光经过第一望远镜发射至目标探测物。
14.可选地，还包括第二望远镜，所述第二环形器与所述第二望远镜连接，所述探测激光经过第二望远镜发射至风力发电机。
15.可选地，所述风力发电机反射的回波信号与所述第二环形器的本振信号在所述第二环形器进行相干。
16.可选地，所述风力发电机反射的回波信号与所述第二环形器的本振信号，在环形器中混频后得到风力发电机的振动频率。
17.本发明的有益效果是：一种用于测风机振动的激光雷达系统，其特征在于，包括：
18.种子源，用于生成探测激光；
19.第一分束器，与所述种子源连接并将所述探测激光分为两路；
20.移频器，与所述第一分束器连接用于将其中一路探测激光进行移频；
21.第二分束器，与所述移频器连接并将所述移频器输出的激光分为两路；掺铒光纤放大器一端与所述第二分束器连接，另一端与第一环形器连接；第二环形器与所述第二分束器连接，通过如此设计，在对目标测量的同时还可以监测风力发电机的振动，实时性更好，能够更准确的监测同一时刻风引起的风力发电机的振动，及时的对风力发电机进行故障分析以及维护，降低损失。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
23.图1a为本技术实施例提供的一种风力发电机低频振动示意图；
24.图1b为本技术实施例提供的另一种风力发电机低频振动示意图；
25.图2为本现有技术提供的一种用于测振动的激光雷达原理图；
26.图3为本技术实施例提供一种用于测风机振动的激光雷达系统示意图。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
28.图1a为本技术实施例提供的一种风力发电机低频振动示意图；如图1a所示，101为为风力发电机叶片的左右摆动示意图；102为风力发电机塔筒的左右摆动示意图。
29.图1b为本技术实施例提供的另一种风力发电机低频振动示意图；如图1b所示，103为为风力发电机叶片的前后摆动示意图；104为风力发电机塔筒前后摆动示意图。
30.当激光光束照射在风力发电机表面时，风力发电机振动产生的多普勒效应使激光频率发生变化，通过检测频率的变化量获得对应的振动速度。假设风机振动与激光发射方向的夹角为θ，出射激光的波长为λ，则风机振动速度υ与多普勒频移δf的关系为：
31.32.当风力发电机塔筒静止或其运动方向与激光光束方向垂直时，激光雷达测得的径向振动速度为0；当风力发电机振动方向与激光光束不垂直、有夹角时，定义远离激光雷达的径向振动的速度为正，朝向激光雷达的径向振动速度为负。
33.图2为本现有技术提供的一种用于测振动的激光雷达原理图。如图2 所示由种子源发射一束频率为f的连续激光，经分束后一路作为本振光，另一路经aom(移频器)移频后产生频率为f+fa频率的脉冲激光，再经edfa(掺铒光纤放大器)放大后经环形器由望远镜发射至风力发电机表面。假设风力发电机的频率为fd，则由望远镜接收到的信号光频率变为f+fa+fd。信号光与本振光在光纤偶合器中混频，最后进入平衡探测器得到中频信号。该信号经放大器放大进入高速数字电路进行a/d采样，并通过高速信息处理电路进行鉴频处理后，即可检测出该中频信号的频率值。在现有技术中需要专门的如图2所示的系统用于测量风机的振动。
34.图3为本技术实施例提供一种用于测风机振动的激光雷达系统示意图。
35.由种子源发射一束频率为f的探测激光，经分束后一路作为测风系统的本振光，另一路经aom移频后产生频率为f+fa频率的脉冲激光，产生的脉冲激光再经分束器分为两路，一路作为测风系统的信号光由edfa放大后经环形器由望远镜1发射至待测目标物体。另一路用来测风机振动，接入环形器b由望远镜发射至风力发电机。
36.测振动系统的原理为，将环形器b的2端口返回光作为本振光与风机反射回的信号光进行相干。假设风力发电机的频率为fd，则由望远镜2接收到的信号光频率变为f+fa+fd。环形器b的2端口返回光的频率为f+fa，则两路光在环形器中混频之后进入pd(光电探测器)得到中频信号fd，这个fd就是风力发电机振动的频率。该信号经放大器放大进入高速数字电路进行a/d采样，并通过高速信息处理电路进行鉴频处理后，即可检测出该中频信号的频率值。所述放大，a/d采样、高速信息处理电路以及计算机可以为单独用于获得风机的振动频率，也可以为与探测待测物体处理部分共用的。
37.如图3所示的探测装置在对目标测量的同时还可以监测风力发电机的振动，实时性更好，能够更准确的监测同一时刻风引起的风力发电机的振动，及时的对风力发电机进行故障分析以及维护，降低损失。
38.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“包括一个
……”
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。
39.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原
则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。