一种基于光纤MEMS传感的叶片多状态监测系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开的一种基于光纤MEMS传感的叶片多状态监测系统及其工作方法，属于风电机组监测技术领域。包括光纤MEMS加速度传感器、光纤MEMS雷击传感器、光纤MEMS载荷传感器、解调仪、无线模块、若干交换机和服务器；光纤MEMS加速度传感器和光纤MEMS载荷传感器设在叶片内表面，光纤MEMS雷击传感器设在叶片的引流电缆上；光纤MEMS加速度传感器、光纤MEMS雷击传感器和光纤MEMS载荷传感器分别与解调仪连接，解调仪与无线模块无线通信，无线模块通过若干交换机与服务器连接。本发明专利技术能够对叶片的多种状态进行监测，实现风电机组叶片故障早预警和预测性运维。测性运维。测性运维。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤MEMS传感的叶片多状态监测系统及其工作方法


[0001]本专利技术属于风电机组监测
，具体涉及一种基于光纤MEMS传感的叶片多状态监测系统及其工作方法。

技术介绍

[0002]随着经济快速发展，能源需求快速增长，能源供需矛盾日益突出，发展清洁能源技术、特别是加快开发利用可再生能源资源，是实现可持续发展的必然选择。在此背景下，风力发电行业得到迅速发展，行业并网装机容量持续增长。
[0003]风电机组叶片在运行过程中承受无规律、变速变载荷的风力作用，在长期运行中会逐渐的产生表面损伤，如涂层剥落、点蚀、裂纹等；同时叶片容易遭受一些猝发的自然灾害，如覆冰、雷击等。通过对叶根载荷、叶片振动等物理量监测。及早发现叶片过载、早期表面损伤、雷击电流、气动不平衡等故障，能够避免因此造成的叶片深度损伤、折断等一系列风险。
[0004]目前，一般采用传感器对风机叶片状态进行感知，传统的传感器大多基于机电工艺制成，体积较大且耗能较高，同时在安装过程可能会破坏叶片内部结构。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于光纤MEMS传感的叶片多状态监测系统及其工作方法，能够对叶片的多种状态进行监测，实现风电机组叶片故障早预警和预测性运维。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术公开了一种基于光纤MEMS传感的叶片多状态监测系统，包括光纤MEMS加速度传感器、光纤MEMS雷击传感器、光纤MEMS载荷传感器、解调仪、无线模块、若干交换机和服务器；
[0008]光纤MEMS加速度传感器和光纤MEMS载荷传感器设在叶片内表面，光纤MEMS雷击传感器设在叶片的引流电缆上；光纤MEMS加速度传感器、光纤MEMS雷击传感器和光纤MEMS载荷传感器分别与解调仪连接，解调仪与无线模块无线通信，无线模块通过若干交换机与服务器连接。
[0009]优选地，交换机包括第一交换机和第二交换机，第一交换机(10)设在机舱内部，第二交换机设在塔筒底部，第一交换机通过电缆与无线模块和第二交换机连接，第二交换机通过电缆与服务器连接。
[0010]优选地，光纤MEMS加速度传感器设在距离叶片叶根的1/3处。
[0011]优选地，光纤MEMS加速度传感器预埋在叶片内表面。
[0012]优选地，光纤MEMS加速度传感器为双轴型。
[0013]优选地，光纤MEMS雷击传感器固定在在叶片叶根处的引流电缆上。
[0014]优选地，光纤MEMS载荷传感器设在距离叶片叶根1.2～1.8m的截面上。
[0015]进一步优选地，每个叶片上光纤MEMS载荷传感器的数量为4～8，多个光纤MEMS载荷传感器环向均布在所述截面上。
[0016]优选地，解调仪设在轮毂内，无线模块设在机舱内。
[0017]本专利技术公开的上述基于光纤MEMS传感的叶片多状态监测系统的工作方法，包括：
[0018]光纤MEMS加速度传感器采集叶片的加速度、光纤MEMS雷击传感器采集叶片的雷击电流、光纤MEMS载荷传感器采集叶片承受的载荷均传输至解调仪，解调仪通过无线通信传输至无线模块，无线模块通过若干交换机与服务器连接，服务器结合风机运行的工况数据和采集到的叶片数据信息，基于叶片运行状态的多特征量联动进行统计分析，对各个工况下的特征量变化趋势进行预测，对预期匹配工况下超阈值的叶片提前给出预警，同时，针对突发重大异常故障立刻报警。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0020]本专利技术公开的一种基于光纤MEMS传感的叶片多状态监测系统，创新性地将光纤MEMS传感器应用于叶片多状态监测，有效地解决了风机叶片监测范围不足、精度较低的问题。光纤MEMS传感器是由微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器，具有功耗低、可靠性高、体积小、质量轻、成本低、易于集成和智能化等特点。光纤MEMS传感器完全依靠光信号进行传输和检测，并通过特定的结构或材质反馈被测量的变化，具有无源的优势。本专利技术针对风电机组叶片加速度、叶片承受载荷和雷击电流等对叶片进行全方位监测，实现风电机组叶片故障早预警和预测性运维。
[0021]进一步地，由于塔筒的高度较高，传输距离较长，采用两个交换机能够保证通讯的效果。
[0022]进一步地，光纤MEMS加速度传感器主要监测水平和竖直两个方向上叶片摆振情况，按照叶片结构和数据分析特性，加速度传感器一般设在距离叶片叶根的1/3处，可有效监测到叶片振动状态。
[0023]进一步地，根据叶片有限元分析，模拟得到整个叶片受力分布，选择受力较大区域进行部署传感器监测。由于靠近叶根处承受载荷最大，光纤MEMS载荷传感器设在距离叶片叶根1.2～1.8m的截面上。
[0024]更进一步地，每个叶片上光纤MEMS载荷传感器的数量为4～8，多个光纤MEMS载荷传感器环向均布在所述截面上，能够充分监测到环向叶片承受载荷情况。
[0025]本专利技术公开的上述基于光纤MEMS传感的叶片多状态监测系统的工作方法，操作及运维简便、自动化程度高，能够对叶片运行时的多种状态进行监测，并对采集到的多特征量联动进行统计分析，对各个工况下的特征量变化趋势进行预测，实现风电机组叶片故障早预警和预测性运维，保证风电场运行的安全性和稳定性。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的系统整体构成示意图；
[0027]图2为本专利技术的叶片状态监测的流程示意图。
[0028]图中：1、叶片；2、塔筒；3、机舱；4、轮毂；5、光纤MEMS加速度传感器；6、光纤MEMS雷击传感器；7、光纤MEMS载荷传感器；8、解调仪；9、无线模块；10、第一交换机；11、第二交换机；12、服务器；13、监控室；14、电缆。
具体实施方式
[0029]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述，其内容是对本专利技术的解释而不是限定：
[0030]如图1，为本专利技术的基于光纤MEMS传感的叶片多状态监测系统，包括光纤MEMS加速度传感器5、光纤MEMS雷击传感器6、光纤MEMS载荷传感器7、解调仪8、无线模块9、若干交换机和服务器12；
[0031]光纤MEMS加速度传感器5和光纤MEMS载荷传感器7设在叶片1内表面，光纤MEMS雷击传感器6设在叶片1的引流电缆上；光纤MEMS加速度传感器5、光纤MEMS雷击传感器6和光纤MEMS载荷传感器7分别与解调仪8连接，解调仪8与无线模块9无线通信，无线模块9通过若干交换机与服务器12连接。
[0032]在本专利技术的一个较优的实施例中，交换机包括第一交换机10和第二交换机11，第一交换机10设在机舱内部，第二交换机11设在塔筒2底部，第一交换机10通过电缆14与无线模块9和第二交换机11连接，第二交换机11通过电缆14与服务器12连接。
[0033]在本专利技术的一个较优的实施例中，光纤MEMS加速度传感器5设在距离叶片1叶根的1/3处。
[0034]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤MEMS传感的叶片多状态监测系统，其特征在于，包括光纤MEMS加速度传感器(5)、光纤MEMS雷击传感器(6)、光纤MEMS载荷传感器(7)、解调仪(8)、无线模块(9)、若干交换机和服务器(12)；光纤MEMS加速度传感器(5)和光纤MEMS载荷传感器(7)设在叶片(1)内表面，光纤MEMS雷击传感器(6)设在叶片(1)的引流电缆上；光纤MEMS加速度传感器(5)、光纤MEMS雷击传感器(6)和光纤MEMS载荷传感器(7)分别与解调仪(8)连接，解调仪(8)与无线模块(9)无线通信，无线模块(9)通过若干交换机与服务器(12)连接。2.根据权利要求1所述的基于光纤MEMS传感的叶片多状态监测系统，其特征在于，交换机包括第一交换机(10)和第二交换机(11)，第一交换机(10)设在机舱内部，第二交换机(11)设在塔筒(2)底部，第一交换机(10)通过电缆(14)与无线模块(9)和第二交换机(11)连接，第二交换机(11)通过电缆(14)与服务器(12)连接。3.根据权利要求1所述的基于光纤MEMS传感的叶片多状态监测系统，其特征在于，光纤MEMS加速度传感器(5)设在距离叶片(1)叶根的1/3处。4.根据权利要求1所述的基于光纤MEMS传感的叶片多状态监测系统，其特征在于，光纤MEMS加速度传感器(5)预埋在叶片(1)内表面。5.根据权利要求1所述的基于光纤MEMS传感的叶片多状态监测系统，其特征在于，光纤MEMS加速度传感器(5)为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜静宇，曹治，邓越，任鑫，童彤，王恩民，王华，万抒策，李邦兴，张新丽，
申请(专利权)人：华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：