本實(shí)用新型涉及測(cè)量領(lǐng)域，涉及風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)、風(fēng)速以及溫濕度等信號(hào)的獲取、采集與傳輸，具體涉及一種應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)的無線傳感器。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，我國新能源發(fā)展在經(jīng)歷了爆發(fā)式增長以后，風(fēng)力發(fā)電已逐漸轉(zhuǎn)向了穩(wěn)步發(fā)展的時(shí)期。己投產(chǎn)的風(fēng)電機(jī)組壽命一般為20年，質(zhì)保期一般為3至5年。隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的加長，機(jī)組陸續(xù)出現(xiàn)了故障，導(dǎo)致機(jī)組停止運(yùn)行，嚴(yán)重影響發(fā)電量，造成經(jīng)濟(jì)損失。目前，國內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行維護(hù)模式為：質(zhì)保期內(nèi)，風(fēng)機(jī)由制造商提供免費(fèi)維護(hù)與維修；過了質(zhì)保期，制造商可以提供維護(hù)與維修，不過收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)高，這無疑大大增加了成本，一般風(fēng)電場(chǎng)都無法承受。尤其一些國內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)擁有大量的進(jìn)口風(fēng)機(jī)，它們的維護(hù)與維修工作必須由發(fā)電企業(yè)來完成。國內(nèi)一些較早的風(fēng)電場(chǎng)，風(fēng)機(jī)過了質(zhì)保期，維護(hù)與維修工作相當(dāng)繁重。維護(hù)人員對(duì)設(shè)備的狀態(tài)性能不能很好掌握，與之相關(guān)的材料和備品管理相當(dāng)模糊，主要依賴風(fēng)機(jī)制造商的指導(dǎo)。多數(shù)較早的風(fēng)電場(chǎng)為了保證設(shè)備有足夠的檢修材料和備品備件，通常不論是否必要，只要有可能用上的零部件都備齊，有的零部件庫存了幾年都沒用上，使得材料和備品備件大量壓庫，造成資金積壓，檢修成本增高。還有些風(fēng)電場(chǎng)，為了減少材料和備品備件的庫存，用活流動(dòng)資金，采用盡可能少備件的方法來管理，由于對(duì)設(shè)備的性能、故障沒有很好掌握，結(jié)果造成材料和備品備件不足，影響了設(shè)備及時(shí)維護(hù)和檢修。

隨著我國運(yùn)行風(fēng)電機(jī)組數(shù)量的逐年增多，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)已成為行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)問題。目前對(duì)風(fēng)電機(jī)組的故障診斷監(jiān)測(cè)，其通信多采用有線通信的方式，即采用鋪設(shè)光纖、電纜等的方式，但是此種方式布線難度大、成本高、容易損壞，且傳輸?shù)臏?zhǔn)確度受光纖、電纜的實(shí)際損耗狀況影響較大。為了解決上述問題，準(zhǔn)確采集和分析風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的各種參數(shù)，有必要研制一種風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)的無線采集裝置，實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測(cè)風(fēng)電機(jī)組的狀態(tài)并實(shí)時(shí)傳輸給現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器，為風(fēng)電場(chǎng)的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，使遠(yuǎn)程診斷專家能夠?qū)崟r(shí)了解當(dāng)前風(fēng)電機(jī)組的工作狀態(tài)以及各項(xiàng)試驗(yàn)參數(shù)，從而做出正確的判斷。隨著電子計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及新一代通訊設(shè)備的投入使用，移動(dòng)通信技術(shù)和無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。開展基于物聯(lián)網(wǎng)的新能源運(yùn)維數(shù)據(jù)的無線傳感技術(shù)的研究，充分利用現(xiàn)有的WiFi、ZigBee以及GPRS通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，逐步建立風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的在線監(jiān)測(cè)、帶電試驗(yàn)和離線試驗(yàn)的無線數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡(luò)傳輸，從而減少現(xiàn)場(chǎng)布線帶來的不便和局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程操控，準(zhǔn)確度高，重量輕，體積小，集成度高，絕緣性好、耐熱性強(qiáng)、抗腐蝕性好的應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)的無線傳感器。

本實(shí)用新型提供了一種應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)的無線傳感器，包括數(shù)據(jù)采集單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)處理單元、通信模塊和電源，其中，數(shù)據(jù)采集單元包括振動(dòng)傳感器、風(fēng)速傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器，分別用于采集風(fēng)電機(jī)組的振動(dòng)、風(fēng)速、溫度、濕度；數(shù)據(jù)處理單元與通信模塊雙向通訊連接，A/D轉(zhuǎn)換單元通過控制總線與數(shù)據(jù)處理單元雙向通訊連接；

通信模塊與手持或者固定的數(shù)據(jù)采集終端、以及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)無線連接，用于通過WiFi、ZigBee或者GPRS將數(shù)據(jù)發(fā)送給手持或者固定的數(shù)據(jù)采集終端以及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)；

電源分別與數(shù)據(jù)采集單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊連接，用于供電。

優(yōu)選地，無線傳感器采用WiFi、ZigBee和GPRS的通信方式。

優(yōu)選地，無線傳感器采集的風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)參數(shù)包括振動(dòng)參數(shù)、風(fēng)速參數(shù)、溫度參數(shù)以及濕度參數(shù)。

優(yōu)選地，殼體采用螺釘連接或磁吸盤的方式與被測(cè)物體相連接，或在底部安裝與被測(cè)物體弧度相對(duì)應(yīng)的連接件后再利用粘接與被測(cè)物體相連。

優(yōu)選地，天線采用微帶天線，將天線布置在電路板上。

優(yōu)選地，無線傳感器外殼采用玻璃纖維制成。

優(yōu)選地，數(shù)據(jù)處理單元還包括存儲(chǔ)器。

本實(shí)用新型的應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)的無線傳感器，可以實(shí)現(xiàn)：

1）采用WiFi、ZigBee和GPRS的通信方式，既可以通過WiFi、ZigBee實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的近距離傳輸，也可以通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。

2）根據(jù)實(shí)際情況選擇傳輸方式，適用范圍具有靈活性和普遍性。如果風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)有WIFI熱點(diǎn)，可以直接接入現(xiàn)場(chǎng)的WIFI網(wǎng)絡(luò)，作為一個(gè)信號(hào)采集點(diǎn)直接向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的服務(wù)器發(fā)送采集數(shù)據(jù)；也可以采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的WiFi方式，直接向手持或固定的數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送采集數(shù)據(jù)?；蛘咄ㄟ^ZigBee協(xié)議在近距離范圍內(nèi)自動(dòng)組網(wǎng)完成數(shù)據(jù)傳輸。采集數(shù)據(jù)可以通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸給遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心，監(jiān)控中心上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷；

3）所采用的通訊規(guī)約均為公開的，對(duì)后續(xù)的通信終端沒有特殊要求，只要具備WiFi、ZigBee或者GPRS功能且遵循公開的通訊規(guī)約即可與本傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，適用性強(qiáng)；

4）采集的信號(hào)更多樣化，獲取的數(shù)據(jù)更全面，為風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷提供更詳盡有效的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

5）安裝方便靈活。對(duì)于臨時(shí)測(cè)量，可采用磁座的安裝方式，直接吸附在被測(cè)設(shè)備表面，對(duì)于長期測(cè)量，可采用通過螺絲剛性連接安裝的方式固定在被測(cè)設(shè)備響應(yīng)的振動(dòng)測(cè)量位置上。這樣既節(jié)約了布線成本，并且不會(huì)因?yàn)樾盘?hào)光纖電纜的損壞狀況影響信號(hào)的準(zhǔn)確度。

6）本實(shí)用新型的天線采用微帶天線，將天線布置在電路板上。微帶天線體積小，重量，易于集成，從而減輕了傳感器的重量，縮小了傳感器的體積；

7）本實(shí)用新型的外殼采用新型玻璃纖維制成，絕緣性好、耐熱性強(qiáng)、抗腐蝕性好，在較為惡劣的風(fēng)場(chǎng)環(huán)境中使用壽命比其他材料更長。

附圖說明

圖1應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)的無線傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施，有必要在此指出的是，以下實(shí)施只是用于本實(shí)用新型的進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域技術(shù)熟練人員根據(jù)上述本實(shí)用新型內(nèi)容對(duì)本實(shí)用新型做出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍然屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

本實(shí)用新型提供了一種應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)的無線傳感器，采用WiFi、ZigBee以及GPRS通訊技術(shù)的無線傳感器，該傳感器可獨(dú)立完成監(jiān)測(cè)工作，向外界傳輸出振動(dòng)、風(fēng)速以及溫濕度等信號(hào)的數(shù)字信號(hào)，配合具有WiFi、ZigBee以及GPRS通訊功能的手持設(shè)備，遵循約定的信號(hào)處理規(guī)約，即可實(shí)現(xiàn)振動(dòng)、風(fēng)速以及溫度、濕度等信號(hào)的無線傳輸。

如附圖1所示，包括數(shù)據(jù)采集單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)處理單元、通信模塊和電源模塊。數(shù)據(jù)采集單元作為監(jiān)控設(shè)備，采集風(fēng)電機(jī)組的振動(dòng)、風(fēng)速、溫度、濕度等參數(shù)，通過電信號(hào)總線單向傳輸給A/D轉(zhuǎn)換單元；A/D轉(zhuǎn)換單元作為信號(hào)轉(zhuǎn)換單元將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過控制總線與數(shù)據(jù)處理單元雙向通信；數(shù)據(jù)處理單元將數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在單元內(nèi)的存儲(chǔ)器上，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過數(shù)據(jù)與控制總線雙向通信連接通信模塊；通信模塊作為客戶端通過WiFi、ZigBee或者GPRS將數(shù)據(jù)發(fā)送給手持或者固定的數(shù)據(jù)采集終端以及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、解析和實(shí)時(shí)顯示，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，通過數(shù)據(jù)分析對(duì)風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和診斷；通信模塊也可以接收外面?zhèn)鱽淼臄?shù)據(jù)信息，傳輸給數(shù)據(jù)處理單元。電源模塊通過供電線路給數(shù)據(jù)采集單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)處理單元、通信模塊供電。

殼體可采用螺釘連接或磁吸盤的方式與被測(cè)物體相連接；若被測(cè)物體表面不平整，可利用粘接的方式與被測(cè)物體連接；若被測(cè)物體表面有弧度，例如軸，可在底部安裝與被測(cè)物體弧度相對(duì)應(yīng)的連接件后再利用粘接與被測(cè)物體相連。

采集風(fēng)電機(jī)組的狀態(tài)參數(shù)包括：風(fēng)速、環(huán)境溫度、環(huán)境溫度、機(jī)艙溫度、葉片槳距角、葉片應(yīng)變、葉片腐蝕、塔架位移、剎車片磨損、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、風(fēng)輪制動(dòng)溫度、風(fēng)輪軸承溫度、主軸位移、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)線圈U溫度、發(fā)電機(jī)線圈V溫度、發(fā)電機(jī)線圈W溫度、發(fā)電機(jī)軸承溫度、發(fā)電機(jī)加速度、偏航位置、電纜扭轉(zhuǎn)順時(shí)針、電纜扭轉(zhuǎn)逆時(shí)針、逆變器溫度、齒輪箱油溫、齒輪箱軸承溫度、齒輪箱行星級(jí)軸承位移、齒輪箱中間級(jí)軸承加速度、齒輪箱高速級(jí)軸承加速度，這些對(duì)應(yīng)的狀態(tài)參數(shù)有對(duì)應(yīng)的傳感器進(jìn)行采集，可以以本領(lǐng)域已知的技術(shù)集成于無線傳感器中。

天線采用微帶天線，將天線布置在電路板上。

外殼采用新型玻璃纖維制成，滿足IP65要求，更適用于風(fēng)電場(chǎng)環(huán)境。

本實(shí)用新型的工作原理是：當(dāng)通信模塊通過天線接收到命令后，喚醒數(shù)據(jù)處理單元并將收到的命令通過數(shù)據(jù)與控制總線發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行命令解析。數(shù)據(jù)處理單元將收到的發(fā)給本傳感器的命令按通訊規(guī)約解析后，通過數(shù)據(jù)與控制總線啟動(dòng)電源模塊向數(shù)據(jù)采集單元和A/D轉(zhuǎn)換單元供電。待延時(shí)一段時(shí)間，完成初始化后，數(shù)據(jù)處理單元將收到的命令發(fā)送給A/D轉(zhuǎn)換單元，此時(shí)A/D轉(zhuǎn)換單元開始收到由數(shù)據(jù)采集單元采集風(fēng)電機(jī)組的參數(shù)。A/D轉(zhuǎn)換單元將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過控制總線傳輸給數(shù)據(jù)處理單元；數(shù)據(jù)處理單元將數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在單元內(nèi)的存儲(chǔ)器上，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過數(shù)據(jù)與控制總線雙向通信連接通信模塊；通信模塊作為客戶端通過WiFi、ZigBee或者GPRS將數(shù)據(jù)發(fā)送給手持或者固定的數(shù)據(jù)采集終端以及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)，完成信號(hào)的采集和無線傳輸。

盡管為了說明的目的，已描述了本實(shí)用新型的示例性實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，不脫離所附權(quán)利要求中公開的實(shí)用新型的范圍和精神的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種修改、添加和替換等的改變，而所有這些改變都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍，并且本實(shí)用新型要求保護(hù)的產(chǎn)品各個(gè)部門和方法中的各個(gè)步驟，可以以任意組合的形式組合在一起。因此，對(duì)本實(shí)用新型中所公開的實(shí)施方式的描述并非為了限制本實(shí)用新型的范圍，而是用于描述本實(shí)用新型。相應(yīng)地，本實(shí)用新型的范圍不受以上實(shí)施方式的限制，而是由權(quán)利要求或其等同物進(jìn)行限定。