本发明专利技术公开了一种相控阵雷达监测风力发电机叶片净空方法及装置，所述方法包括如下步骤：在塔基处设置相控阵雷达装置，所述相控阵雷达装置通过线性排列的多个雷达按照设定的时间差依次发射波束，波束叠加形成加强信号的主波束，主波束形成叶片监测区域；同步调节雷达发射波束的仰角，确保叶片监测区域覆盖风机叶片叶尖部分的运行轨迹；实时采集叶片测距数据并解算得到叶片净空距离，当叶片净空距离小于设定的净空安全值则发出警报。优点是，采用多波束叠加的相控阵雷达对风机叶片净空进行实时监测，具备穿透能力强、高采样率和高分辨率特点，较现有监测风机叶片净空方法，大大提高了监测的范围、速度、数据量、精度和可靠性。精度和可靠性。精度和可靠性。
【技术实现步骤摘要】
一种相控阵雷达监测风力发电机叶片净空方法及装置
[0001]本专利技术涉及风力发电机监测
，具体涉及一种相控阵雷达监测风力发电机叶片净空方法及装置。
技术介绍
[0002]现代化高速转动的超长风机叶片，叶片柔性更加突显，撞击概率相比更大，加上叶片在恶劣天气的高速运行，传统方法检测叶片的净空距离非常困难，捕捉的数据量较少，代表性差，可靠性不高。现有的叶片净空监测方法主要包括图像以及视频监测、嵌入式传感器监测、常规单点激光测距雷达和三维激光雷达监测。
[0003]1、现有图像和视频监测风机叶片净空方法，受环境影响较大，当监测环境存在持续大雾、大雨等恶劣天气时，难以实现有效监测；且在昼夜拍摄的图像和视频存在明显的差异，不利于监测数据的解译分析。现有常规的嵌入式传感器（加速度传感器、光纤传感器）监测风机叶片净空方法，很容易因高速旋转的叶片导致传感器失稳或者破坏，造成数据可靠性不高；且在风机叶片内部安装传感器，就需要对叶片进行改造，工艺要求较高，不利于后期的维护和设备更换。
[0004]2、现有常规单点激光测距雷达和三维激光雷达监测风机叶片净空方法，由于激光雷达波长较短，大雾天气穿透能力较弱，在恶劣环境下进行监测，准确性不高；无论是单点激光测距雷达还是三维激光雷达，本质上均是单点原理，三维激光是单点点云集，在监测高速转动风机叶片，尤其是监测叶尖位置时，获取的点云数据量及其有限，使得监测数据误差较大，可靠性还存在不足。
[0005]3、现有的常规毫米波雷达监测风机叶片净空方法，相比激光雷达波长更长，穿透能力更强，对于雨雪天、大雾天等恶劣环境具有较好的抗干扰能力，能够满足大雾、雨雪天等各种恶劣天气的叶片净空监测条件，但现有常规毫米波雷达监测风机叶片净空均为单波束扫描，监测范围有限，加上高速旋转的叶片及狭窄的叶尖幅宽，会造成获取的数据量非常有限，这些少量数据代表性差，误差相对较大，最终导致准确性和可靠性不足；且随着大风、雨雪等恶劣天气单波束雷达一旦出问题，监测将彻底结束。
[0006]叶片运转速度越高，扫塔概率越大，且监测难度越大，现有方法很难满足需求，亟需一种相控阵雷达监测风力发电机叶片净空方法及装置解决现有技术的问题。
技术实现思路
[0007]本专利技术目的在于提供一种相控阵雷达监测风力发电机叶片净空方法及装置，具体技术方案如下：一种相控阵雷达监测风力发电机叶片净空方法，包括如下步骤：步骤S1：在塔基处设置相控阵雷达装置，所述相控阵雷达装置包括线性排列的多个雷达，所述雷达之间的连线垂直塔柱且与叶片运行截面平行；步骤S2：多个雷达按照设定的时间差依次发射波束，多个波束叠加形成加强信号
的主波束，所述主波束形成叶片监测区域；步骤S3：根据风力发电机叶片叶尖离地最小高度调节所有雷达的仰角，使得叶片监测区域追踪风力发电机叶片叶尖以及叶尖上延部分叶片的运行轨迹；步骤S4：采集扇形监测区域中风力发电机的叶片测距数据，对所述叶片测距数据进行解算得到叶片净空距离，当叶片净空距离小于设定的净空安全值则发出警报。
[0008]以上方案优选的，在步骤S1中，所述雷达为波段雷达。
[0009]以上方案优选的，在步骤S2中，所述相控阵雷达装置还包括移相器，用于控制各个雷达发射波束的先后时间。
[0010]以上方案优选的，在步骤S2中，所述雷达对称分布为两个雷达组并且各组按照设定的时间差依次发射波束，同侧的多个波束叠加形成主波束，两个雷达组形成的两个主波束组合形成扇形叶片监测区域。
[0011]以上方案优选的，在步骤S3中，所述相控阵雷达装置还包括用于安装雷达的调节底座，所述调节底座用于调节雷达发射波束的仰角。
[0012]以上方案优选的，所述相控阵雷达装置采用可拆卸式锂电池进行供电。
[0013]以上方案优选的，在步骤S4中，对所述叶片测距数据进行解算得到叶片净空距离的表达式如下：；其中，表示叶片净空距离，表示雷达之间连线与塔筒的垂直距离，表示第个叶片测距数据，表示雷达扫描截面与竖向塔筒的角度。
[0014]另外，本专利技术还提出了一种相控阵雷达监测风力发电机叶片净空装置，用于实现如上述的相控阵雷达监测风力发电机叶片净空方法，所述装置包括数据采集单元、信号传输单元和监测平台；所述数据采集单元包括相控阵雷达装置，用于采集风力发电机的叶片测距数据；所述信号传输单元用于实现数据采集单元和管理平台之间的数据传输；所述监测平台用于接收叶片测距数据并结算得到实时的叶片净空距离，当叶片净空距离小于设定的净空安全值则发出警报。
[0015]以上方案优选的，所述相控阵雷达装置包括波段雷达、移相器和调节底座；其中，所述调节底座包括固定座、安装座和机械臂，所述固定座通过螺栓固定在地基上，所述安装座通过机械臂与固定座可转动式连接，所述安装座可沿着机械臂可调节式转动，所述安装座远离机械臂的端部设置波段雷达和移相器，多个波段雷达发射波束形成叶片监测区域。
[0016]以上方案优选的，所述信号传输单元包括4G无线网络，用于实现数据采集单元和监测平台之间的无线数据传输。
[0017]应用本专利技术的技术方案，具有以下有益效果：（1）本专利技术公开的相控阵雷达监测风力发电机叶片净空方法，通过改变使用传统的单点或者多点单波束雷达发射源，采用多波束叠加的相控阵雷达对风机叶片净空进行实时监测，相控阵雷达装置包括多个波段雷达，具备穿透云雾、雨雪，高采样率和高分辨率特点，并将相控阵雷达设计为线性布设，且在空间上始终与竖向塔柱垂直，在横向上可以增
加波段雷达数量扩大扫描范围，较现有监测风机叶片净空方法，大大提高了监测的范围、速度、数据量、精度和可靠性，即使是其中一个或者几个雷达出现故障，仍然可以得到可靠数据，可适用于各种恶劣环境下精准确认风机叶片叶尖净空距离，填补了现代化高速运转的风机叶片叶尖净空监测数据量不足，精度不高，可靠性不足的空缺。
[0018]（2）本专利技术公开的相控阵雷达监测风力发电机叶片净空装置将固定座通过螺栓与地基进行固定，固定座与安装座之间采用可调整角度的机械臂进行连接，可以灵活调整相控阵雷达布设位置和监测角度，且可以根据需要任意增添雷达数量，适用于多形式，大范围、多种类的风机叶片净空监测，是一种高适应性采集装置；安装在塔基地面上，克服了现有的监测装置安装在塔顶和塔柱上存在的布设难度大，危险系数高和后期维护困难、维护费用高等问题，做到一次性布设就可为风机叶片净空进行长期、安全、高效、高精度监测。
[0019]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。
附图说明
[0020]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术优选实施例1中相控阵雷达监测风力发电机叶片净空方法的步骤流程图；图2是本专利技术优选实施例1中相控阵雷达工作原理的示意图；图3是本专利技术优选实施例1中相控阵雷达监测风机叶片净本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种相控阵雷达监测风力发电机叶片净空方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：在塔基处设置相控阵雷达装置，所述相控阵雷达装置包括线性排列的多个雷达，所述雷达之间的连线垂直塔柱且与叶片运行截面平行；步骤S2：多个雷达按照设定的时间差依次发射波束，多个波束叠加形成加强信号的主波束，所述主波束形成叶片监测区域；步骤S3：根据风力发电机叶片叶尖离地最小高度调节所有雷达的仰角，使得叶片监测区域追踪风力发电机叶片叶尖以及叶尖上延部分叶片的运行轨迹；步骤S4：采集扇形监测区域中风力发电机的叶片测距数据，对所述叶片测距数据进行解算得到叶片净空距离，当叶片净空距离小于设定的净空安全值则发出警报。2.根据权利要求1所述的相控阵雷达监测风力发电机叶片净空方法，其特征在于，在步骤S1中，所述雷达为波段雷达。3.根据权利要求1所述的相控阵雷达监测风力发电机叶片净空方法，其特征在于，在步骤S2中，所述相控阵雷达装置还包括移相器，用于控制各个雷达发射波束的先后时间。4.根据权利要求1所述的相控阵雷达监测风力发电机叶片净空方法，其特征在于，在步骤S2中，所述雷达对称分布为两个雷达组并且各组按照设定的时间差依次发射波束，同侧的多个波束叠加形成主波束，两个雷达组形成的两个主波束组合形成扇形叶片监测区域。5.根据权利要求1所述的相控阵雷达监测风力发电机叶片净空方法，其特征在于，在步骤S3中，所述相控阵雷达装置还包括用于安装雷达的调节底座，所述调节底座用于调节雷达发射波束的仰角。6.根据权利要求1所述的相控阵雷达监测风力发电机叶片净空方法，其特征在于，所述相控阵雷达装置采用可拆卸...
【专利技术属性】
技术研发人员：王佳龙，曾雄鹰，梁晓东，谢鸿，李鹏，张敏，高赛，时泽龙，张江河，秦兴超，黄承刚，
申请(专利权)人：湖南联智监测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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