一种基于气动噪声的风机叶片监测系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于气动噪声的风机叶片监测系统，涉及风电监测技术领域，包括音频采集模块、编码控制模块、无线网络数据传输模块、电源管理模块、云服务器和监控客户端；音频采集模块和无线网络数据传输模块分别与电源管理模块连接，音频采集模块、无线网络数据传输模块和电源管理模块分别与编码控制模块连接，云服务器与无线网络数据传输模块通过无线连接，监控客户端与云服务器通过互联网连接；下位机系统由音频采集模块、编码控制模块、无线网络数据传输模块和电源管理模块组成，音频采集模块、编码控制模块、无线网络数据传输模块和电源管理模块均配置有风机。本发明专利技术检测效率高，健康监测时间长，安装维护成本低。

A fan blade monitoring system based on aerodynamic noise

【技术实现步骤摘要】
一种基于气动噪声的风机叶片监测系统
本专利技术属于风电监测
，具体涉及一种基于气动噪声的风机叶片监测系统。
技术介绍
风力发电机的使用环境通常为海边和山脉，其叶片容易被侵蚀，产生磨损、裂纹、砂眼等损伤，可直接影响到整机的平稳运作和发电质量，工作人员往往通过“听”和“看”的方式进行故障排查，人工成本高，效率低下。目前常用的风机叶片故障检测技术有振动检测技术，声发射检测技术，光纤光栅检测技术，电阻应变检测技术，超声波检测技术和红外热成像检测技术。振动检测和声发射检测需要在叶片上打孔安装传感器，不但会让叶片原有结构的破坏，而且传感器的安装与后期维护较为困难，所需传感器比较多。光纤光栅检测与电阻应变片检测需要在叶片制造过程中在材料内部埋设光纤光栅传感器或在叶片表面粘贴传感器，难以实现传感器与叶片的一体化制造，传感器数量以及布放位置对检测结果影响较大，且接触式传感器自身存在局限性，长时间运行后传感器可能会出现掉落，失效，损坏等情况，在风机叶片运行过程中无法对传感器进行维护。超声波检测方法更适于叶片出厂前的静态检测，红外热成像检测对于比较深的损伤位置的检测灵敏度不高，且环境因素的影响较大，对叶片进行实时健康监测有一定困难。因此急需提供一种检测效率高，健康监测时间长，安装维护成本低的基于气动噪声的风机叶片监测系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有基于气动噪声的风机叶片监测系统的不足，提供一种基于气动噪声的风机叶片监测系统。本专利技术提供了如下的技术方案：一种基于气动噪声的风机叶片监测系统，包括音频采集模块、编码控制模块、无线网络数据传输模块、电源管理模块、云服务器和监控客户端；所述音频采集模块和所述无线网络数据传输模块分别与所述电源管理模块连接，所述音频采集模块、所述无线网络数据传输模块和所述电源管理模块分别与所述编码控制模块连接，所述云服务器与所述无线网络数据传输模块通过无线连接，所述监控客户端与所述云服务器通过互联网连接；下位机系统由所述音频采集模块、所述编码控制模块、所述无线网络数据传输模块和所述电源管理模块组成，所述音频采集模块、所述编码控制模块、所述无线网络数据传输模块和所述电源管理模块均配置有风机。进一步地，所述音频采集模块包括拾音传感器、放大滤波电路和模数转换电路。进一步地，所述编码控制模块包括音频编码器和微控制器。进一步地，所述无线网络数据传输模块包括4G单元和高增益天线。进一步地，所述电源管理模块包括锂电池、电源管理芯片、太阳能电池板。基于上述结构，本专利技术还提供一种使用方法，包括以下步骤：S1.音频采集模块包括麦克风、放大电路、滤波电路和音频均衡电路，通过音频采集模块获取叶片气动噪声；S2.编码控制模块包括音频编码器单元和微控制器单元，音频编码器单元用于对音频信号进行编码，编码控制模块信号输入端与音频采集模块信号输出端连接；S3.微控制器单元包括单片机和SD卡存储单元，用于对其它模块进行控制初始化以及存储和转发音频数据；S4.SD卡存储单元与单片机SDIO接口相连，无线数据传输模块与编码控制模块相连，串行接口单元与单片机UART接口相连，通过串行传输方式将编码的音频信号发送给4G无线透传单元；S5.电源管理模块包括锂电池、太阳能电池板、电源管理电路，电源管理模块与其它所有模块相连，将输入电压转换为各模块需要的工作电压；S6.云服务器通过网络与无线数据传输模块相连；S7.监控客户端为PC端应用软件，通过网络与云服务器相连，获取分析结果并实时显示在屏幕，在异常情况下发出警告。本专利技术的有益效果是：(1)在正常状态下运转只有叶轮扫风的声音，发生故障时会出现异响，其声音特征性会发生改变，检测效率高；(2)非接触式的、动态无损的检测方法，可适于风机叶片的长期健康监测；(3)传声器的安装位置在风机塔座底部，安装与维护不会影响风机叶片的正常运行，即使发生传声器损坏，失效等情况，传声器的更换维修也无须停机，从而避免经济损失，安装维护成本低。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术中各模块信息处理流程图。图中标记为：1、音频采集模块；2、编码控制模块；3、无线数据传输模块；4、电源管理模块；5、云服务器；6、监控客户端。具体实施方式实施例1如图1所示，一种基于气动噪声的风机叶片监测系统，包括音频采集模块1、编码控制模块2、无线网络数据传输模块、电源管理模块4、云服务器5和监控客户端6，音频采集模块1包括拾音传感器、放大滤波电路和模数转换电路，用于将叶片气动噪声信号转换为数字音频信号。编码控制模块2包括音频编码器和微控制器。无线网络数据传输模块包括4G单元和高增益天线。电源管理模块4包括锂电池、电源管理芯片、太阳能电池板，音频信号由音频采集模块1输入，并输出到编码控制模块2，经编码的音频数据输入到无线网络数据传输模块，并无线发送到云服务器5。音频采集模块1和无线网络数据传输模块分别与电源管理模块4连接，音频采集模块1、无线网络数据传输模块和电源管理模块4分别与编码控制模块2连接，云服务器5与无线网络数据传输模块通过无线连接，云服务器5用于存储音频数据并进行数据分析处理，监控客户端6与云服务器5通过互联网连接，客户端接收云服务器5推送的计算结果，进行显示并预警。下位机系统由音频采集模块1、编码控制模块2、无线网络数据传输模块和电源管理模块4组成，音频采集模块1、编码控制模块2、无线网络数据传输模块和电源管理模块4均配置有风机。使用方式为：音频采集模块1包括麦克风、放大电路、滤波电路和音频均衡电路，通过音频采集模块1获取叶片气动噪声，麦克风数量不唯一，选用两个互补麦克风可以提高音频信号的信噪比和保真度，采用一款电容式拾音器相比于驻极式拾音器有更高的灵敏度和频带响应范围；编码控制模块2包括音频编码器单元和微控制器单元，音频编码器单元用于对音频信号进行编码，采用WAV格式进行编码，VS1053音频编码器支持两种编码形式的WAV录音，包括PCM编码和IMAADPCM编码，使用未经任何压缩的PCM编码形式，WAV是使用PCM编码的一种音频文件格式，VS1053音频编码器作为一款内置DSP的可编程器件，可以通过写入该芯片相关寄存器，设置需要的工作参数。寄存器SCI_MODE设置编码格式，寄存器SCI_AICTRL0设置采样率，寄存器SCI_AICTRL1设置增益，寄存器SCI_AICTRL3设置编码声道，编码控制模块2信号输入端与音频采集模块1信号输出端连接；微控制器单元包括单片机和SD卡存储单元，用于对其它模块进行控制初始化以及存储和转发音频数据，单片机采用STM32系列，其工作温度范围在-40摄氏度到+105摄氏度，适合大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于气动噪声的风机叶片监测系统，其特征在于，包括音频采集模块、编码控制模块、无线网络数据传输模块、电源管理模块、云服务器和监控客户端；/n所述音频采集模块和所述无线网络数据传输模块分别与所述电源管理模块连接，所述音频采集模块、所述无线网络数据传输模块和所述电源管理模块分别与所述编码控制模块连接，所述云服务器与所述无线网络数据传输模块通过无线连接，所述监控客户端与所述云服务器通过互联网连接；/n下位机系统由所述音频采集模块、所述编码控制模块、所述无线网络数据传输模块和所述电源管理模块组成，所述音频采集模块、所述编码控制模块、所述无线网络数据传输模块和所述电源管理模块均配置有风机。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于气动噪声的风机叶片监测系统，其特征在于，包括音频采集模块、编码控制模块、无线网络数据传输模块、电源管理模块、云服务器和监控客户端；
所述音频采集模块和所述无线网络数据传输模块分别与所述电源管理模块连接，所述音频采集模块、所述无线网络数据传输模块和所述电源管理模块分别与所述编码控制模块连接，所述云服务器与所述无线网络数据传输模块通过无线连接，所述监控客户端与所述云服务器通过互联网连接；
下位机系统由所述音频采集模块、所述编码控制模块、所述无线网络数据传输模块和所述电源管理模块组成，所述音频采集模块、所述编码控制模块、所述无线网络数据传输模块和所述电源管理模块均配置有风机。


2.根据权利要求1所述的基于气动噪声的风机叶片监测系统，其特征在于，所述音频采集模块包括拾音传感器、放大滤波电路和模数转换电路。


3.根据权利要求1所述的基于气动噪声的风机叶片监测系统，其特征在于，所述编码控制模块包括音频编码器和微控制器。


4.根据权利要求1所述的基于气动噪声的风机叶片监测系统，其特征在于，所述无线网络数据传输模块包括4G单元和高增益天线。


5.根据权利要求1所述的基...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建明，曾明超，徐礼佳，彭志伟，
申请(专利权)人：吴建明，
类型：发明
国别省市：江苏;32