一种监测风力发电设备的叶片形变的装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种监测风力发电设备的叶片形变的装置，包括激光发射器，布置于叶片内表面上根部近轮毂处，并适于沿叶片轴向向叶尖发射激光；光屏，布置于叶片内表面上测量点处，与激光发射器发射的激光垂直相交，适于遮挡激光以便其在光屏上形成光点，还适于随叶片的形变沿叶片轴向发生偏转；摄像头，布置于叶片内表面上距光屏预定距离处，并不遮挡激光，适于摄取激光在光屏上形成光点的光屏图像；以及信号处理装置，适于根据摄像头摄取的光屏图像计算测量点处叶片的形变。本发明专利技术还公开一种监测风力发电设备的叶片形变的系统以及叶片。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及叶片状态监测领域，尤其涉及一种监测风力发电设备的叶片形变的装置及系统。
技术介绍
风力发电作为一种重要的可再生新能源，受到广泛关注。而风力发电设备的叶片作为风力发电机组中捕获风能的关键部位，其健康状况直接影响到整个风电系统的运行。叶片的结构和受力相当复杂，由于叶片的工作环境十分恶劣，春夏秋冬、酷暑严寒、雷电、冰雹、雨雪、沙尘等随时都有可能对风机叶片产生损伤，因此叶片成为风力发电设备中最容易出现事故的位置。据统计，叶片损伤产生的事故约占风机总事故的三分之一。常见风机叶片在遭受损伤之后会出现裂纹、分层、空隙和脱粘等典型的疲劳缺陷，这些损伤随着叶片的运行而不断积累最终会导致叶片断裂。在叶片产生疲劳缺陷到断裂的过程中，叶片在运行时各部分会发生不同程度应变或形变。通常叶片发生损伤事故时必须停机维修，同时一旦叶片折断，则很有可能损坏塔筒，这必将导致高额的维修费用，也给风电场带来很大的经济损失。因此，若能有效监测叶片的健康状况，必能有效的减少风机叶片造成的停机故障，避免产生巨额经济损失。目前，风力发电设备的叶片应变常见的监测手段有应变片应力监测法和光纤光栅监测法等。这些监测方法都有着其适用的缺陷类型与优缺点，其技术要求比较苛刻，监测过程受运行环境、天气状况以及其他因素的影响，而且通常需要借助复杂的检测仪器设备和专业的分析人员的介入才能做结果判定，极大的增加了监测成本和普及的困难程度。因此需要一种新型的监测风力发电设备的叶片形变的方案。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供了一种新的监测风力发电设备的叶片形变的方案，以力图解决或至少缓解上面存在的问题。根据本专利技术的一个方面，提供了一种监测风力发电设备的叶片形变的装置，包括：激光发射器，布置于叶片内表面上根部近轮毂处，并适于沿叶片轴向向叶尖发射激光；光屏，布置于叶片内表面上测量点处，形状为矩形，并与激光发射器发射的激光垂直相交，光屏适于遮挡激光以便其在光屏上形成光点，还适于随叶片的形变沿叶片轴向发生偏转；摄像头，布置于叶片内表面上距光屏预定距离处，并不遮挡激光，摄像头适于摄取激光在光屏上形成光点的光屏图像；以及信号处理装置，适于根据摄像头摄取的光屏图像计算测量点处叶片的形变。可选地，在根据本专利技术的装置中，光屏图像记录当前光点在光屏上的位置和叶片未发生形变时初始光点在光屏上的位置，叶片的形变表示为叶片形变量和叶片偏转角，信号处理装置适于根据光屏图像计算第一坐标系下当前光点和初始光点的坐标，第一坐标系以光屏相邻两边为横纵轴；还适于根据计算的当前光点坐标、初始光点坐标、测量点处叶片形变量与当前光点坐标、初始光点坐标和叶片偏转角的关系、以及测量点处挠度与叶片偏转角的关系计算所述测量点处叶片形变量和叶片偏转角。可选地，在根据本专利技术的装置中，信号处理装置适于根据光屏图像计算当前光点和初始光点在第二坐标系下的坐标，通过坐标变换得到当前光点和初始光点在第一坐标系下的坐标，第二坐标系由第一坐标系变形得到，并以光屏图像所表示的光屏的相邻两边为横纵轴。可选地，在根据本专利技术的装置中，信号处理装置还适于判断叶片形变量、形变量的微分值、以及叶片偏转角、偏转角的微分值是否超过阈值，若任一超过阈值，则发出警报。可选地，在根据本专利技术的装置中，信号处理装置还适于向激光发射器和摄像头供电。可选地，在根据本专利技术的装置中，摄像头的帧数为20fps。可选地，在根据本专利技术的装置中，测量点与激光发射器相距1/3叶片长度。可选地，在根据本专利技术的装置中，还包括：布置于叶片内表面上另一测量点处，向光屏另一面、沿叶片轴向发射激光的另一激光发射器，光屏另一面与另一激光发射器发射的激光垂直相交，并适于遮挡该激光以便其在光屏另一面上形成光点；布置于叶片内表面上、距光屏另一面预定距离处的另一摄像头，其镜头平面与叶片内表面垂直，并不遮挡另一激光发射器发射的激光，还摄像头适于摄取另一激光发射器发射的激光在光屏另一面上形成光点的光屏图像；以及信号处理装置还适于根据另一摄像头摄取的光屏图像计算所述另一测量点处叶片的形变。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种监测风力发电设备的叶片形变的系统，包括至少一个根据本专利技术的监测风力发电设备的叶片形变的装置。根据本专利技术的还有一个方面，提供了一种风力发电设备的叶片，包括根据本专利技术的监测风力发电设备的叶片形变的系统。根据本专利技术的监测风力发电设备的叶片形变的方案，通过在叶片根部近轮毂处布置激光发射器、在测量点布置对应的遮挡激光发射器发射的激光的光屏，再通过摄像头摄取激光落在光屏上形成光点的光屏图像，根据光屏图像上光点坐标变化来实现对叶片形变的检测，因而可以快速有效且实时地反映叶片的损伤状况，同时极大地降低了监测的成本。进一步地，通过在光屏另一面同样设置激光发射器，实现了监测范围的扩大化。附图说明为了实现上述以及相关目的，本文结合下面的描述和附图来描述某些说明性方面，这些方面指示了可以实践本文所公开的原理的各种方式，并且所有方面及其等效方面旨在落入所要求保护的主题的范围内。通过结合附图阅读下面的详细描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。遍及本公开，相同的附图标记通常指代相同的部件或元素。图1示出了根据本专利技术一个示例性实施例的监测风力发电设备的叶片形变的系统100的结构示意图；图2示出了根据本专利技术一个示例性实施例的监测风力发电设备的叶片形变的装置200的结构示意图；图3示出了根据本专利技术一个示例性实施例的布置有监测风力发电设备的叶片形变的装置200的叶片的剖面结构示意图；图4示出了根据本专利技术一个示例性实施例的叶片无形变的示意图；图5示出了根据本专利技术一个示例性实施例的叶片发生形变的示意图；图6示出了根据本专利技术一个示例性实施例的叶片发生形变的第一坐标系下横轴方向的几何模型示意图；图7示出了根据本专利技术一个示例性实施例的叶片发生形变在第一坐标系下纵轴方向的几何模型示意图；图8示出了根据本专利技术一个示例性实施例的建立第一坐标系的光屏220的示意图；图9示出了根据本专利技术一个示例性实施例的建立第二坐标系的光屏图像所表示的光屏220的示意图；以及图10示出了根据本专利技术另一个示例性实施例的监测风力发电设备的叶片形变的装置200的结构示意图。具体实施方式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。叶片作为风力发电机组中捕获风能的关键部位，其健康状况直接影响到整个风电系统的运行。风力发电设备的叶片一般很长，运转过程中，在风力作用下各个部位都会发生不同程度的形变。并且随着叶片运行时间的增长，叶片的疲劳损伤会逐渐增多，这些疲劳的积累会降低叶片运行的可靠性，严重的则会导致风机出现故障。因此，叶片在运行时的形变的大小能够有效的反映叶片整体的健康状况。图1示出了根据本专利技术一个示例性实施例的监测风力发电设备的叶片形变的系统100的结构示意图。如图1所示，监测风力发电设备的叶片形变的系统100包括至少一个监测风力发电设备的叶片形变的装置200。图2示出了根据本专利技术一个示例性实施例的监测风力发电设备的叶片形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种监测风力发电设备的叶片形变的装置，包括：激光发射器，布置于叶片内表面上根部近轮毂处，并适于沿叶片轴向向叶尖发射激光；光屏，布置于叶片内表面上测量点处，形状为矩形，并与所述激光发射器发射的激光垂直相交，所述光屏适于遮挡所述激光以便其在所述光屏上形成光点，还适于随叶片的形变沿叶片轴向发生偏转；摄像头，布置于叶片内表面上距所述光屏预定距离处，并不遮挡所述激光，所述摄像头适于摄取激光在光屏上形成光点的光屏图像；以及信号处理装置，适于根据摄像头摄取的光屏图像计算所述测量点处叶片的形变。

【技术特征摘要】
1.一种监测风力发电设备的叶片形变的装置，包括：激光发射器，布置于叶片内表面上根部近轮毂处，并适于沿叶片轴向向叶尖发射激光；光屏，布置于叶片内表面上测量点处，形状为矩形，并与所述激光发射器发射的激光垂直相交，所述光屏适于遮挡所述激光以便其在所述光屏上形成光点，还适于随叶片的形变沿叶片轴向发生偏转；摄像头，布置于叶片内表面上距所述光屏预定距离处，并不遮挡所述激光，所述摄像头适于摄取激光在光屏上形成光点的光屏图像；以及信号处理装置，适于根据摄像头摄取的光屏图像计算所述测量点处叶片的形变。2.如权利要求1所述的装置，其中，光屏图像记录当前光点在光屏上的位置和叶片未发生形变时初始光点在光屏上的位置，叶片的形变表示为叶片形变量和叶片偏转角，所述信号处理装置适于根据光屏图像计算第一坐标系下当前光点和初始光点的坐标，所述第一坐标系以所述光屏相邻两边为横纵轴；还适于根据计算的当前光点坐标、初始光点坐标、测量点处叶片形变量与当前光点坐标、初始光点坐标和叶片偏转角的关系、以及测量点处挠度与叶片偏转角的关系计算所述测量点处叶片形变量和叶片偏转角。3.如权利要求2所述的装置，其中，所述信号处理装置适于根据所述光屏图像计算当前光点和初始光点在第二坐标系下的坐标，通过坐标变换得到当前光点和初始光点在第一坐标系下的坐标，所述第二坐标系由第一坐标系变形得到，并以所述光屏图像所表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：许凌波，贾维银，翟中平，张海滨，
申请(专利权)人：安徽容知日新科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34