一种风电塔筒螺栓松动机器视觉感知系统的制作方法

1.本实用新型涉及数据监管领域，尤其涉及一种风电塔筒螺栓松动机器视觉感知系统。


背景技术：

2.全球风电产业高速发展，中国已经成为全球风力发电规模最大、增长最快的市场，累计装机量位居全球第一。然而由于我国风电关键技术的研究起步晚，尤其是风电机组塔筒，作为整个风电机组的支撑系统，对保障风电机组的安全可靠运行起着举足轻重的作用，但由于制造、安装，设备巡检、运行维护检查等环节中，巡检时间间隔长、安装制造能力参差不齐，导致倒塔事故频频发生，造成了巨大的经济损失。期中法兰螺栓疲劳失效问题是所有问题中占比最大的问题。风电机组的塔式结构使塔筒承担机舱及叶片的自重及风的水平荷载，由于风速的时变特性，导致风电机组运行在交变载荷工况下，随着运行时间的增加，塔筒的连接螺栓承受的交变应力作用易引发其疲劳失效，如果定检过程中没有及时发现将引发较为严重的后果。
3.现有的检测技术主要有：机械式接触角度位移传感器。通过机械连杆或锁链连接螺栓和螺母，通过螺栓和螺母松动形成的位移使得两者或所里连接的拉力传感器检测到松动信号，进而进行报警。这种方式要求有较高的机械安装能力，每套螺栓都要进行安装，工程量大实施困难，不容易调校报警阈值。
4.电导测量松动情况。在螺栓压紧的情况下，法兰和螺栓之间有较大的电导，当松动后，金属接触面会因为氧化、压力释放等原因造成电导下降。利用电导方式可以快速测量出螺栓松动情况。但是由于安装需要考虑焊接螺栓和螺母两个部分，焊接后的温度变化、残留杂质、湿度等影响使得测量重复性并不理想，往往相同了螺栓两次安装后，测量结果都有较大的偏差。
5.磁场测量松动角度。在螺栓/螺母上安装永磁体，在螺母/螺栓上安装检测电路，通过正交测量后，可以得到磁场强度随角度变化而变换。测量范围可以达到
±
180
°
。但是由于安装麻烦，需要高精度霍尔或磁阻器件，成本一直高居不下。
6.电涡流测量方式。使用电涡流测量微小形变，由于感知距离可以到微米级别，在感知精度提升的同时，安装难度也在几何级别上升。所以这几年已经很少有人采用这种方式来进行测量。
7.采用超声波方式测量松动情况。在螺栓被固定在法兰盘上后，因为预紧力的作用，螺栓在长度方向上发生形变。通过超声波在金属内部行走的距离变化δl可以得到螺栓的预紧力大概大小，从而推断螺栓松动情况。由于一次检测的螺栓不多，所以检测耗时长，由于超声波环能器成本非常高昂，现在还不能实现一个螺栓一个检测传感器的状态。
8.应变片接触时测量。在法兰附近，由于法兰受到预紧力的作用，螺栓附近是有微弱变形的，通过安装应变片将这个微弱变形量。但是这种方法和连接式比较起来只需要测量螺栓周围的情况，不需要粘贴很多的传感器，应变片本身也价格低廉，容易实施。但是应变
片简单却无法感知松动角度，无法确定量化的数据。
9.采用光纤光栅技术测量。技术基于光纤光栅技术监测螺栓的形变弯曲。将光栅与螺栓紧密贴附，光栅跟随螺栓的形变而产生光信号变化，这种变化被解调器解析，从而实现螺栓形变监测。这种基于光纤光栅的高强度风电塔筒螺栓监测系统，与传统电类传感器相比，抗电磁干扰、耐腐蚀、传输距离长。与增敏光纤光栅技术比，采用了双光栅结构，光栅与螺栓紧密接触，几乎融为一体，能够直接反应螺栓情况，能够快速响应螺栓的变化，因此适用于静态应力应变监测也适合动应变监测，采用了双光栅结构，能够有效掌握螺栓的热应变，从而能够更精细地区分应变来源。
10.采用图像技术测量。现有图像测量技术种类繁多，有采用直接螺栓测角方式，也有采用测量螺母旋转角度方式。采用图像技术测量有着测量非接触，安装容易，调整简单，使用寿命长等优点。但是，由于现场环境恶劣，这些技术大都没有考虑光照变化引起测量数据变化，也有局部沉积灰尘让对比度降低后造成目标丢失的情况。


技术实现要素：

11.鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种风电塔筒螺栓松动机器视觉感知系统。
12.根据本实用新型的一个方面，提供了一种风电塔筒螺栓松动机器视觉感知系统包括：摄像机，设置在塔筒的内壁，并向下观测螺栓；
13.一个风机内部包括八台所述摄像机，每层的所述摄像机通过不低于9口的交换机汇聚到一个汇聚交换机上；
14.所述汇聚交换机通过以太网和一台工控机的第一以太网接口a 相连；
15.所述工控机再通过以第二以太网接口b与光交换机相连；
16.所述光交换机通过光纤通信网络和中心光交换机相连，实现把一个塔筒的图像和监测数据信息汇聚到中心控制室。
17.可选的，所述汇聚交换机的接口数量至少为4个。
18.可选的，所述一个风机内部包括八台所述摄像机具体包括：
19.所述摄像机设置在所述风机内部，根据所述风机的大小和高度确定所述摄像机设置的层数。
20.可选的，所述摄像机的焦距根据塔筒的大小和布置方式有两种焦距的摄像机进行选择，分别为4mm焦距和6mm焦距。
21.本实用新型提供的一种风电塔筒螺栓松动机器视觉感知系统包括：摄像机，设置在塔筒的内壁，并向下观测螺栓；一个风机内部包括八台所述摄像机，每层的所述摄像机通过不低于9口的交换机汇聚到一个汇聚交换机上；所述汇聚交换机通过以太网和一台工控机的第一以太网接口a相连；所述工控机再通过以第二以太网接口b与光交换机相连；所述光交换机通过光纤通信网络和中心光交换机相连，实现把一个塔筒的图像和监测数据信息汇聚到中心控制室。网络结构非常有利于数据的汇聚，特别使用专用的汇聚交换机后，数据在网络中传输非常流畅。采用光纤作为风机和中心的连接介质，不仅仅可以实现远距离、高速稳定的数据传输，而且对于现场雷击或故障不会影响控制中心的设备安全。采用光纤对于环保也很有重要意义，光纤中间的纤采用二氧化硅作为材料，耐候性高，不产生污染。
22.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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它的附图。
24.图1为本实用新型实施例提供的摄像机安装位置示意图；
25.图2为本实用新型实施例提供的安装摄像机后的顶视图；
26.图3为本实用新型实施例提供的摄像机布置示意图；
27.图4为本实用新型实施例提供的网络结构图。
具体实施方式
28.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
29.本实用新型的说明书实施例和权利要求书及附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元。
30.下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
31.如图1所示，摄像机安装在塔筒内壁，并且向下观测螺栓，根据塔筒的大小和布置方式有两种焦距的摄像机进行选择，分别为4mm 焦距和6mm焦距。如表1
32.焦距水平视场角2θ宽度d高度h失真情况6mm521.7m1.70m小4mm631.7m1.40m大
33.由于焦距不同，其视场角度也不同，因此考虑到摄像机之间有 10％左右的相互覆盖情况，则对于r＝2米半径的塔筒来说，如果一层安装8个相机且均匀分布，顶视图如2所示。
34.每两个摄像机之间的角度为
[0035][0036]
弦长
[0037][0038]
考虑到相邻摄像机有11％左右的交叉覆盖，则实际考虑的弦长
[0039]
l＝1.1l＝1.53*1.1＝1.7m
[0040]
摄像机设计高度和摄像机水平视场角2θ有关，具体如下
[0041][0042]
分别将4mm和6mm两种摄像头的参数带入可以得到1.4m和 1.7m的安装高度。这个高度对于螺栓的有效覆盖非常重要。
[0043]
如图3所示，按照上述方法布置摄像机，每个摄像机能够观测 17-20个螺栓。
[0044]
网络结构如图4所示，一个风机内部包括有一层8台高清摄像机，根据风机大小和高度而定，有些风机内部设置2层，有些风机设置3 层。每层的摄像机通过不低于9口的交换机汇聚到一个汇聚交换机上，通常汇聚交换机的接口数量不低于4个。汇聚交换机通过以太网和一台工控机的以太网接口a相连，工控机再通过以太网接口b与光交换机相连。光交换机通过光纤通信网络和中心光交换机相连，实现把一个塔筒的图像和监测数据信息汇聚到中心控制室。
[0045]
在中心控制室内，光交换机和中心交换机相连，实现现场n 台风机的采集信息汇聚并集中传输到应用服务器上。应用服务器将现场图像解算结果，包括螺栓现场图像、螺栓螺母的相对位移角度等信息进行汇总，通过数据分析手段，将数据进行滤波、统计和预警分析后，通过数字大屏和报警联动通知在工作站上工作的用户。系统将所产生的螺栓现场图像信息和螺栓螺母的相对角度信息按时间顺序存储在存储服务器中。
[0046]
有益效果：采用网络结构非常有利于数据的汇聚，特别使用专用的汇聚交换机后，数据在网络中传输非常流畅。采用光纤作为风机和中心的连接介质，不仅仅可以实现远距离、高速稳定的数据传输，而且对于现场雷击或故障不会影响控制中心的设备安全。采用光纤对于环保也很有重要意义，光纤中间的纤采用二氧化硅作为材料，耐候性高，不产生污染。
[0047]
以上的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。