一种风机叶片损伤监测装置及其监测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种风机叶片损伤监测装置及其监测方法，解决了现有的叶片健康监测装置以及方法无法全部覆盖叶片且传感器易发生故障的问题。本发明专利技术提供了一种风机叶片损伤监测装置，使用位于风机端的叶片监测相机和音频采集设备采集叶片的音频数据和叶片的图像数据，并通过叶片监测边缘计算单元和位于升压站中的叶片音视频监测系统工作站处理叶片的音频数据和叶片的图像数据，并根据不同的处理结果将叶片音频数据和叶片图像数据打包上传至云服务器，最终依据叶片音频数据和叶片图像数据的处理结果对整个设备进行维护。本发明专利技术还提供了一种风机叶片损伤监测装置的监测方法，用于分析处理上述装置所采集到的叶片音频数据和叶片图像数据。叶片图像数据。叶片图像数据。

【技术实现步骤摘要】
一种风机叶片损伤监测装置及其监测方法


[0001]本专利技术涉及一种风机叶片监测装置，具体涉及一种风机叶片损伤监测装置及其监测方法。

技术介绍

[0002]风力发电机组所处环境都相对恶劣、人迹罕至，造成现场服务人员运营维护难度大，运营维护周期长、可达性差。风力发电机长期处于无人值守状态，叶片作为风机机组大部件容易发生各种损伤，如果现场人员无法及时发现，则有可能造成叶片断裂、掉落等严重安全事故，不仅会造成严重的经济损失同时也会带来不良的负面影响。
[0003]目前针对于叶片的主要监测方式主要为：人工巡检目测，无人机巡航监测以及超声及声学监测技术；人工巡检目测主要是无法及时监测叶片状态，易造成叶片故障严重化；其他监测技术需要在叶片布置传感器，一方面叶片面积较大，不可能全部覆盖，另一方面传感器应用在恶劣环境下，容易发生故障，安装维护成本高。
[0004]鉴于上述问题，行业亟需一种针对于叶片的健康监测方案，实现对于叶片失效的预警从而避免后续严重的安全事故，并可进行预防性运维，提升机组可靠性。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种风机叶片损伤监测装置及其监测方法，用于解决现有的叶片健康监测装置以及方法无法全部覆盖叶片且传感器易发生故障的问题。
[0006]本专利技术的专利技术思路为：针对风机叶片的监测现状，叶片音视频监测系统以物联网思维进行方案设计，通过“云边端”协同实现叶片的安装健康监测，在机舱测风支架安装风机叶片预警高清摄像机，用于采集机组叶片图像；同时在塔底塔筒外侧安装工业拾音器进一步采集机组叶片音频，两部分数据信号汇集至高性能边缘计算终端中，将视频预处理成图片后与音频数据打包通过机组交换机发送至位于中控室的服务器，形成一套低成本、高精度、高可靠性的叶片安全在线监测及诊断方法。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种风机叶片损伤监测装置，其特殊之处在于：包括依次连接的风机端、升压站以及集控中心；
[0009]所述风机端中包括安装在风机上的叶片音视频监测装置；
[0010]叶片音视频监测装置包括叶片监测相机、与叶片监测相机输出端连接的机舱视频光纤交换机，以及音频采集设备、与音频采集设备输出端连接的叶片监测边缘计算单元，以及塔底三区光纤交换机；
[0011]所述塔底三区光纤交换机的两个输入端分别与叶片监测边缘计算单元输出端和机舱视频光纤交换机的输出端连接，所述塔底三区光纤交换机的输出端与升压站的输入端和叶片监测边缘计算单元输入端连接；
[0012]所述升压站包括通过通讯网络与塔底三区光纤交换机连接的风场网络三区核心
交换机，以及现场显示终端、叶片音视频监测系统工作站和正向隔离设备；
[0013]所述风场网络三区核心交换机的输出端与叶片音视频监测系统工作站的一个输入端连接，所述现场显示终端的输入端和正向隔离设备的输入端分别与叶片音视频监测系统工作站的两个输出端连接，所述正向隔离设备的输出端与集控中心的输入端连接；
[0014]所述集控中心包括依次连接的云服务器、数据及算法升级中心和远程监控平台；
[0015]所述云服务器的输入端与正向隔离设备的输出端连接，所述云服务器还连接有集控远程监控平台。
[0016]进一步地，所述叶片监测相机为云台相机，所述音频采集设备为拾音器。
[0017]一种风机叶片损伤监测装置的监测方法，其特殊之处在于：
[0018]步骤1，通过风机端的叶片监测相机和音频采集设备进行数据采集；
[0019]步骤1.1，通过风机端的叶片监测相机采集风机叶片图像数据；
[0020]步骤1.2，通过风机端的音频采集设备采集风机叶片音频数据；
[0021]步骤2，将采集到的叶片视频图像数据和叶片音频数据分别通过叶片视频图像识别技术和叶片音频识别技术进行数据预处理，然后将预处理后的数据回传至升压站的叶片音视频监测系统工作站中；
[0022]步骤3，若数据正常，则转至步骤4；
[0023]若数据异常，则叶片音视频监测系统工作站发出报警信息，由现场人员负责对回传数据进行复核后，进行二次审核，审核结束后转至步骤5；
[0024]步骤4，由工作人员负责定期将叶片音视频监测系统工作站内的叶片音频数据和叶片视频图像数据打包上传至云服务器中，由云服务器根据上传的叶片音频数据和叶片视频图像数据对叶片运行状态进行评估，并形成相应巡检报告；
[0025]步骤5，依据巡检报告以及预警信息对整个设备进行维护。
[0026]进一步地，步骤2中所述叶片视频图像识别技术具体如下：
[0027]a1，截取图像
[0028]通过将步骤1.1中拍摄的视频逐帧读取为图像，对每一张读取到的图像进行灰度化处理，再识别图像中的所有边缘信息，通过边缘信息得到对应的边缘程度，当图片中边缘程度大于设定的阈值时将图片保存；
[0029]a2，边缘监测
[0030]对步骤a1中保存的图像中叶片边缘信息进行提取，获得风机叶片图像；
[0031]a3，图像分割
[0032]在步骤a2获得的风机叶片图像中生成一个固定大小的识别框，一次遍历步骤a2识别的风机叶片图像的每一个像素点，读取识别框内边缘信息大于阈值的部分数据进行保留，将其余部分像素值全部调整为(0，0，0)；
[0033]a4，风机叶片异常识别
[0034]对步骤a3识别出的数据，利用图像识别算法模型自动识别风机叶片的数据是否异常。
[0035]进一步地，步骤2中所述叶片音频识别技术如下：
[0036]b1，从步骤1.2中采集到的叶片音频数据中挑选叶片声音清晰的音频片段；
[0037]b2，将音频片段中的低频、高频噪声去除；
[0038]b3，使用快速傅里叶变换将音频从频谱图转换为能量图；
[0039]b4，使用神经网络自然语言处理算法对音频片段进行识别。
[0040]进一步地，所述叶片音频识别技术具体如下：
[0041]b1，音频筛选
[0042]叶片边缘计算单元(14)通过使用机器学习方式，将步骤1.2所采集的音频数据进行筛选，如果识别到该段音频风噪过大而无法满足后续音频识别要求，则删除该段音频，如果识别到该段音频清晰听到叶片运行声音，则保留该段音频片段；
[0043]b2，通过带通滤波器去除部分频率分量
[0044]使用500Hz
‑
4000Hz的带通滤波器将b1中保留的音频片段的低频分量和高频分量去除，获得纯净音频信号；
[0045]b3，通过STFT提取叶片音频的特征频率
[0046]使用时间窗口函数与源信号函数相乘得到一个新函数，然后对新函数进行傅立叶变换得到第二新函数，第二新函数再与源信号函数相乘得到了一个第三新函数，将纯净的音频信号带入到第三新函数中，实现了对于叶片音频特征频率提取；
[0047]b4，音频数据诊断
[0048]对步骤b本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风机叶片损伤监测装置，其特征在于：包括依次连接的风机端(1)、升压站(2)以及集控中心(3)；所述风机端(1)中包括安装在风机上的叶片音视频监测装置；叶片音视频监测装置包括叶片监测相机(11)、与叶片监测相机(11)输出端连接的机舱视频光纤交换机(12)，以及音频采集设备(13)、与音频采集设备(13)输出端连接的叶片监测边缘计算单元(14)，以及塔底三区光纤交换机(15)；所述机舱视频光纤交换机(12)的输出端与塔底三区光纤交换机(15)的一个输入端连接；所述叶片监测边缘计算单元(14)与塔底三区光纤交换机(15)互相通信连接；所述塔底三区光纤交换机(15)的输出端与升压站(2)连接；所述升压站(2)包括通过通讯网络与塔底三区光纤交换机(15)连接的风场网络三区核心交换机(22)，以及现场显示终端(21)、叶片音视频监测系统工作站(23)和正向隔离设备(24)；所述风场网络三区核心交换机(22)的输入端与塔底三区光纤交换机(15)的输出端连接，其输出端与叶片音视频监测系统工作站(23)的输入端连接；所述现场显示终端(21)的输入端和正向隔离设备(24)的输入端分别与叶片音视频监测系统工作站(23)的两个输出端连接；所述正向隔离设备(24)的输出端与集控中心(3)连接；所述集控中心(3)包括依次连接的云服务器(32)、数据及算法升级中心(33)和远程监控平台(34)；所述云服务器(32)的输入端与正向隔离设备(24)的输出端连接，所述云服务器(32)还连接有集控远程监控平台(31)。2.根据权利要求1所述的一种风机叶片损伤监测装置，其特征在于：所述叶片监测相机(11)为云台相机，所述音频采集设备(13)为拾音器。3.一种风机叶片损伤监测装置的监测方法，其特征在于：步骤1，通过风机端(1)的叶片监测相机(11)和音频采集设备(13)进行数据采集；步骤1.1，通过风机端(1)的叶片监测相机(11)采集风机叶片图像数据；步骤1.2，通过风机端(1)的音频采集设备(13)采集风机叶片音频数据；步骤2，将采集到的叶片视频图像数据和叶片音频数据分别通过叶片视频图像识别技术和叶片音频识别技术进行数据预处理，然后将预处理后的数据回传至升压站(2)的叶片音视频监测系统工作站(23)中；步骤3，若数据正常，则转至步骤4；若数据异常，则叶片音视频监测系统工作站(23)发出报警信息，由现场人员负责对回传数据复核后，进行二次审核，审核结束后转至步骤5；步骤4，由工作人员负责定期将叶片音视频监测系统工作站(23)内的叶片音频数据和叶片视频图像数据打包上传至云服务器(32)中，由云服务器(32)根据上传的叶片音频数据和叶片视频图像数据对叶片运行状态进行评估，并形成相应巡检报告；步骤5，依据巡检报告或预警信息对整个设备进行维护。4.根据权利要求3所述的一种风机叶片损伤监测装置的监测方法，其特征在于：步骤2中所述叶片...

【专利技术属性】
技术研发人员：高凡，杨乃国，雷红涛，张苑，田凌波，
申请(专利权)人：西安翔迅科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：