專利名稱：包括對(duì)緣向彎曲不敏感的應(yīng)變傳感器系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片光纖傳感器系統(tǒng)和一種用于檢測(cè)風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片中的變形的方法，尤其涉及一種對(duì)緣向彎曲不敏感的傳感系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
圖1示出了風(fēng)力渦輪機(jī)1，包括在其上安裝風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙3的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架 2。包括至少一個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片5的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子4安裝在輪轂6上。輪轂6通過從機(jī)艙前部延伸的低速軸(未示出)而連接到機(jī)艙3上。圖1中示出的風(fēng)力渦輪機(jī)可以是意圖用于家庭或照明使用的小型號(hào)，或者可以是使用的大型號(hào)，例如適于在風(fēng)場(chǎng)上大規(guī)模發(fā)電用的風(fēng)力渦輪機(jī)。在后一種情況下，轉(zhuǎn)子的直徑可能是100米長(zhǎng)或者更長(zhǎng)。風(fēng)力渦輪機(jī)部件遭受來自多個(gè)原因的變形或者應(yīng)變，例如類似污物或者冰的微粒的累積、它們自身的重量、以及由風(fēng)本身施加的力。因此，在部件上的應(yīng)變被監(jiān)控以確保它們保持合適狀態(tài)以在它們的計(jì)劃工作壽命期間運(yùn)行，這是很重要的。用于風(fēng)力渦輪機(jī)部件上的測(cè)量應(yīng)變傳感器的多個(gè)不同技術(shù)是已知的，包括電阻傳感器，并且更頻繁地是包括光纖的光電子傳感器。為了整體地測(cè)量部件上的應(yīng)變，通常使用多個(gè)類似的傳感器，它們沿著部件的長(zhǎng)度設(shè)置在不同的點(diǎn)上。通過測(cè)量每個(gè)位置上的局部應(yīng)變，然后能夠計(jì)算出部件上的總應(yīng)變。通常理想地在風(fēng)力渦輪機(jī)部件的最長(zhǎng)尺寸方向上監(jiān)控風(fēng)力渦輪機(jī)部件上的應(yīng)變， 因?yàn)檫@是部件最容易彎曲力矩的方向，如果彎曲力矩過大，可能引起結(jié)構(gòu)故障。就風(fēng)力渦輪機(jī)葉片而言，這種彎曲稱作拍打方向彎曲。理想地，測(cè)量葉片在拍打方向彎曲多少，由于風(fēng)的壓力或者其它因素，以便避免葉片的故障，并且當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)通過它旋轉(zhuǎn)的最低點(diǎn)時(shí)避免葉片撞擊風(fēng)力渦輪機(jī)塔架。對(duì)于葉片而言，因此，傳感器通常沿縱向方向安裝在葉片內(nèi)部。雖然在許多情況下只有在特定方向的應(yīng)變是值得關(guān)注的，但是安裝的應(yīng)變傳感器可能受在多個(gè)不同方向上的應(yīng)變分量所影響，并且給出易誤解的結(jié)果。在強(qiáng)風(fēng)情況下，葉片可能在垂直于它的長(zhǎng)度的方向例如橫向、或者垂直于葉片表面的方向扭曲或者變形。這通常稱作緣向彎曲。緣向彎曲典型地不影響葉片的壽命，并且因此通常不是值得關(guān)注的而用于監(jiān)控目的。然而，如果不說明的話，緣向彎曲(或者在本申請(qǐng)中更通常地，在風(fēng)力渦輪機(jī)部件的非縱向方向上的彎曲)能夠顯示在風(fēng)力渦輪機(jī)部件的長(zhǎng)度方向的應(yīng)變，所述應(yīng)變大于實(shí)際值。因此緣向彎曲可以包括扭曲運(yùn)動(dòng)，并且能夠不同于純應(yīng)變，所述純應(yīng)變是由導(dǎo)致長(zhǎng)度凈增加的變形導(dǎo)致的應(yīng)變。理論上，可能發(fā)現(xiàn)用于安裝傳感器的理想點(diǎn)，使得每個(gè)傳感器將只測(cè)量在那個(gè)位置上的應(yīng)變，并且每個(gè)傳感器將不受緣向彎曲影響。然而，這些理想點(diǎn)在實(shí)際中很難發(fā)現(xiàn)， 并且每個(gè)葉片的這些理想點(diǎn)彼此不同。因此，應(yīng)變測(cè)量可能是不可靠的。因此我們已經(jīng)意識(shí)到需要一種改進(jìn)的應(yīng)變傳感器，其對(duì)扭曲運(yùn)動(dòng)和緣向彎曲不敏
4感。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面，提供了一種風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，包括用于檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子葉片上拍打方向的應(yīng)變的傳感器系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)包括沿著所述風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的拍打方向軸線縱向間隔的多個(gè)應(yīng)變傳感器；其中，每個(gè)應(yīng)變傳感器包括布置在傳感器路徑中的一個(gè)或者多個(gè)應(yīng)變傳感器件，所述傳感器路徑圍住所述轉(zhuǎn)子葉片的區(qū)域， 所述傳感器路徑具有三或更多級(jí)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱；以及一個(gè)或者多個(gè)處理器，所述處理器被布置成從所述多個(gè)應(yīng)變傳感器接收信號(hào)；對(duì)于每個(gè)應(yīng)變傳感器，基于當(dāng)所述風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片變形時(shí)所述傳感器路徑的長(zhǎng)度改變，對(duì)由所述傳感器路徑圍住的所述轉(zhuǎn)子葉片的所述區(qū)域計(jì)算應(yīng)變值；以及基于對(duì)于每個(gè)應(yīng)變傳感器計(jì)算的應(yīng)變，對(duì)所述轉(zhuǎn)子葉片確定拍打方向的應(yīng)變。路徑可以例如是圓形的、正多邊形的或者是星形的。每個(gè)應(yīng)變傳感器包括布置在路徑中的一個(gè)或者多個(gè)傳感器件，路徑具有三或更多級(jí)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，諸如圍住部件區(qū)域的圓形路徑、正多邊形或者星形路徑。這意味著扭曲運(yùn)動(dòng)或者緣向彎曲對(duì)于應(yīng)變測(cè)量的影響至少部分地被平均在該區(qū)域的對(duì)稱面積上，并且意味著純應(yīng)變或者定向應(yīng)變的測(cè)量誤差被降低。通過沿著風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的縱向軸線布置多個(gè)這些應(yīng)變傳感器，在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上的拍打方向或者翼展方向的應(yīng)變能夠被更精確地測(cè)量，而與任何緣向彎曲的影響無關(guān)。而且，在部件的伸展區(qū)域上的應(yīng)變測(cè)量減少了測(cè)量異常的可能性，例如，應(yīng)變傳感器位于經(jīng)歷應(yīng)變的位置，該應(yīng)變不是部件的其余周圍區(qū)域的特征。有利地，轉(zhuǎn)子葉片設(shè)有應(yīng)變傳感器，應(yīng)變傳感器包括單一應(yīng)變傳感器件，并且單一應(yīng)變傳感器件包括單一干涉測(cè)量光纖應(yīng)變傳感器，單一干涉測(cè)量光纖應(yīng)變傳感器被布置成形成整個(gè)圓形或者正多邊形路徑。這樣，路徑總長(zhǎng)度的測(cè)量可通過使用干涉測(cè)量光纖應(yīng)變傳感器易于被確定，并且已知易于轉(zhuǎn)換為應(yīng)變測(cè)量的路徑的原始長(zhǎng)度大大簡(jiǎn)化了處理步驟。可替代地，轉(zhuǎn)子葉片可以包括應(yīng)變傳感器，應(yīng)變傳感器包括一個(gè)以上的應(yīng)變傳感器件，其被布置成確定沿著圓形或者正多邊形路徑在相等間隔的點(diǎn)之間的應(yīng)變。這種傳感器不需要干涉測(cè)量光纖應(yīng)變傳感器以便運(yùn)行(盡管這種傳感器被有利地使用)，因此可以包括其它類型的應(yīng)變傳感器。有利地，正多邊形路徑是等邊三角形。這個(gè)構(gòu)造提供了本發(fā)明的改進(jìn)，而不需要傳感器的復(fù)雜布置。將意識(shí)到，在三角形布置中，至少一個(gè)應(yīng)變傳感器件被有效地用于抵消緣向彎曲或者扭曲的影響，而使其它的傳感器計(jì)算純應(yīng)變。有利地，應(yīng)變傳感器系統(tǒng)包括單一處理器，其被布置成從一個(gè)或者多個(gè)應(yīng)變傳感器接收信號(hào)。這樣，只有來自每個(gè)應(yīng)變傳感器的未處理的輸出需要被傳送到處理器，并且能夠在中心執(zhí)行處理。可替代地，應(yīng)變傳感器系統(tǒng)可以包括用于每個(gè)應(yīng)變傳感器的相應(yīng)處理器。
相應(yīng)的方法被提供。


通示例并且參考附圖現(xiàn)在將描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，其中圖1示出了已知的風(fēng)力渦輪機(jī)；圖2是暴露于應(yīng)變的表面元件的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)變傳感器的實(shí)施例的示意圖；圖4是第一示例性實(shí)施例的簡(jiǎn)視圖；圖5是第二示例性實(shí)施例的簡(jiǎn)視圖；圖6是示出了扭曲運(yùn)動(dòng)或者緣向彎曲的影響的示意圖；圖7是示出了沿著關(guān)注方向的純應(yīng)變的示意圖；圖8是干涉測(cè)量應(yīng)變傳感器的示意圖；以及圖9是根據(jù)本發(fā)明的示例的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例包括具有應(yīng)變傳感器系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，通過全部或者至少部分地消除在緣向方向的不需要的應(yīng)變分量，應(yīng)變傳感器系統(tǒng)能夠更精確地檢測(cè)在拍打方向的應(yīng)變。為了進(jìn)一步示出由本發(fā)明解決的問題的性質(zhì)，現(xiàn)在將參看圖2，圖2是在壓力下的正方形表面元件的圖示。在圖的上方的正方形ABCD示出了風(fēng)力渦輪機(jī)部件的表面元件。出于討論的目的， 能夠假設(shè)用于應(yīng)變測(cè)量的關(guān)注方向是方向AD或者CB，這個(gè)方向相應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)部件的縱向方向。側(cè)邊AD或者CB的伸展或者延長(zhǎng)導(dǎo)致了表面元件ABCD的伸展并且導(dǎo)致應(yīng)變。圖2的底部的等角圖顯示了同一正方形表面元件AB⑶，但是在該狀態(tài)下角C已經(jīng)垂直地移動(dòng)到點(diǎn)C’。表面元件假設(shè)是彈性的，但是不完全如此。這意味著當(dāng)角C被升起時(shí)， 根據(jù)施加的力和材料的彈性，距離Ac’將增大，而且角C將稍微朝角A往回彎曲。當(dāng)距離AC’增大時(shí)，角B和D將被沿著線BC^ DC’作用的應(yīng)變朝向中心線稍微地拖拽，并且將處于新位置B’和D’。從上方，原始正方形AB⑶的視圖現(xiàn)在將是菱形AB’C’D’。當(dāng)距離AC’大于原始距離AC時(shí)，沿著這個(gè)方向安裝的應(yīng)變傳感器將檢測(cè)應(yīng)變。然而，這個(gè)應(yīng)變由扭曲力引起，就監(jiān)控沿著風(fēng)力渦輪機(jī)部件的縱向方向的變形而言該扭曲力不是被關(guān)注的。優(yōu)選地與邊BC和AD成一列的應(yīng)變傳感器將很大程度上對(duì)沿著方向AC’的應(yīng)變不敏感，因?yàn)榕c沿著AC的伸展相比BC和AD的長(zhǎng)度僅稍微地改變。然而，由于實(shí)際中任何非縱向位移的性質(zhì)和方向不容易預(yù)測(cè)，應(yīng)變傳感器不可能設(shè)置成使得它們對(duì)應(yīng)變的不想要的分量非常不敏感。如上所述，發(fā)現(xiàn)隔離傳感器的理想點(diǎn)是很困難的，它們很可能定向在對(duì)沿著方向AC’的應(yīng)變敏感的元件表面上。本發(fā)明優(yōu)選的示例性實(shí)施例解決了這個(gè)問題，并且提供了對(duì)扭曲或者緣向彎曲不敏感的應(yīng)變傳感器。參看圖3，示例傳感器包括在傳感器連接點(diǎn)12之間延伸的應(yīng)變傳感器部件11的三角形布置10。傳感器連接點(diǎn)包括用于將傳感器部件附著到風(fēng)力渦輪機(jī)部件的內(nèi)或者外表面的合適連接裝置，例如用于接收螺釘、銷釘或者其它緊固件的支架，或者用于接收粘合劑的位置。傳感器連接點(diǎn)形成三角形ABC的角，應(yīng)變傳感器部件在長(zhǎng)度上相同，因此使得三角形是等邊的。
傳感器部件11能夠是適合用于測(cè)量沿著三角形的單個(gè)側(cè)邊AB、BC和CA或者沿著外圍ABC的整個(gè)長(zhǎng)度的應(yīng)變的任何應(yīng)變傳感器件。適合的應(yīng)變傳感器包括機(jī)械的、電阻的、 光學(xué)的和光電子的器件，盡管干涉測(cè)量光學(xué)應(yīng)變傳感器如下所述是最有利的。光學(xué)的和光電子的應(yīng)變傳感器包括安裝在部件上的光纖，使得部件沿著關(guān)注方向的變形導(dǎo)致光纖長(zhǎng)度的改變。光被輸入到光纖的一端，并且在一端或者另一端被光檢測(cè)器所檢測(cè)。光纖的光學(xué)長(zhǎng)度的改變能夠通過測(cè)量在從光纖輸出的光的變化以及將其轉(zhuǎn)換為應(yīng)變的指示而確定。盡管已知大量不同的光纖應(yīng)變傳感器，在這種情況下干涉測(cè)量傳感器是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈兲峁┝烁_的測(cè)量。在干涉測(cè)量傳感器中，穿過光纖的光被辟分為兩個(gè)光學(xué)路徑，其中一個(gè)光學(xué)路徑與變形隔離，另一個(gè)與變形不隔離。光隨后重新結(jié)合，并且根據(jù)在兩個(gè)光信號(hào)之間的不同相位而建設(shè)性地或者破壞性地干涉。通過稍微地改變輸入光的波長(zhǎng)，強(qiáng)度變化被產(chǎn)生并且能夠被計(jì)算以給出光學(xué)路徑長(zhǎng)度變化的指示。在申請(qǐng)人的未審申請(qǐng)0812037.0中給出了更詳細(xì)的討論，其中的一部分在下文被參考引用。干涉測(cè)量傳感器可被使用于給出在兩個(gè)點(diǎn)之間的長(zhǎng)度的直接測(cè)量。現(xiàn)在將參考圖4和5描述本發(fā)明的優(yōu)選示例。圖4示出了圖3中顯示的通常情況的實(shí)施例，其中應(yīng)變傳感器部件11由單個(gè)光纖13提供，單個(gè)光纖13繞著連接點(diǎn)12纏繞以形成三角形路徑。利用諸如LED、激光器、鹵素或者金屬鹵化物源的發(fā)光器件14，光被輸入光纖13的一端，并且所述光在另一端使用諸如光電傳感器的光收集器件15被檢測(cè)。發(fā)光器件14連接到光纖元件纜13的一端，以將光輸入纖維13中，并且光測(cè)量器件15連接到另一端，以接收沿著纖維13傳遞的光。也可以處理這個(gè)結(jié)果的控制器16連接到發(fā)光器件14 和光測(cè)量器件15。實(shí)際上，纖維13可以繞著由點(diǎn)ABC限定的三角形外圍纏繞幾次，以便增大光纖元件對(duì)長(zhǎng)度小的改變的敏感度。圖5中示出了替換的布置，其中每個(gè)傳感器部件4包括單獨(dú)的光纖13、17和18，并具有各自的發(fā)光器件14、光檢測(cè)器15和控制器16。而且，各個(gè)光纖可以繞著連接點(diǎn)AB、BC 和CD纏繞幾次，以便增大它們對(duì)長(zhǎng)度小的改變的的敏感度?，F(xiàn)在將更詳細(xì)地描述傳感器的運(yùn)行。在圖4和5中示出的傳感器構(gòu)造為確定三角形ABC的側(cè)邊的各自長(zhǎng)度。側(cè)邊長(zhǎng)度的總的改變給出了指示在環(huán)繞的表面區(qū)域上應(yīng)變的值。而且，這個(gè)值很大程度上對(duì)扭曲或者緣向彎曲不敏感。這能夠從圖2中理解到，將會(huì)意識(shí)到如果該區(qū)域暴露于方向AD和BC上的應(yīng)變，該區(qū)域?qū)?huì)增大，然而扭曲將導(dǎo)致該區(qū)域很小的改變，同時(shí)表面元件的其它點(diǎn)移動(dòng)且補(bǔ)償。圖6更詳細(xì)地示出了扭曲或者緣向彎曲對(duì)圖4和5的三角形傳感器布置的影響。 虛線表示原始結(jié)構(gòu)，實(shí)線是非長(zhǎng)度方向位移的結(jié)果。在第一個(gè)示例中，角A和C被顯示遭受引起它們繞中間點(diǎn)沿相反方向位移的非長(zhǎng)度方向位移。這個(gè)點(diǎn)的位置是無關(guān)緊要的，其可以在線AC上或不在上面。從圖中可以看出，結(jié)果是側(cè)邊AC在長(zhǎng)度上沒有顯著改變，除非點(diǎn) A和C的位移非常大，三角形布置變得不等邊。在第二個(gè)示例中，角A和B在一個(gè)方向上位移，然而角C在另一個(gè)方向上位移。長(zhǎng)度AC和CB將由于位移分別變得稍微更短和稍微更長(zhǎng)，但是當(dāng)三角形保持等邊時(shí)長(zhǎng)度AC和 CB將很大程度上地抵消。長(zhǎng)度AB將不會(huì)被位移顯著影響。這兩個(gè)示例顯示了，當(dāng)測(cè)量側(cè)邊的長(zhǎng)度總和時(shí)，非長(zhǎng)度方向位移引起非常小的擾動(dòng)。在另一方面，圖7示出了純位移對(duì)應(yīng)變傳感器的影響。在第一個(gè)示例中，一個(gè)角B移動(dòng)遠(yuǎn)離其它角。這導(dǎo)致了 BC和AB明顯變長(zhǎng)，然而側(cè)邊AC保持不變。這個(gè)應(yīng)變將導(dǎo)致三個(gè)側(cè)邊的總和的變化。這同樣適于在第二個(gè)示例中所示的情況，其中角C和B、以及因此側(cè)邊CB，移動(dòng)遠(yuǎn)離角A。因此，側(cè)邊AC和BC都變得略微更長(zhǎng)，然而平行于壓力的側(cè)邊AB變得更長(zhǎng)。如上所述，可以使用用于測(cè)量三角形的側(cè)邊長(zhǎng)度或者用于測(cè)量沿著側(cè)邊的應(yīng)變的任何應(yīng)變傳感器?？梢栽趫D4和5的布置中使用的干涉測(cè)量傳感器的示例性實(shí)施例現(xiàn)在將參考圖8進(jìn)行描述。這個(gè)傳感器以及也可以用于本發(fā)明的替換實(shí)施例在我們的申請(qǐng) 0812037. 0中被討論。示例的干涉測(cè)量纖維光學(xué)傳感器包括位于光纖13的路徑中的光分裂器件20和光累加器件22。光纖13連接到光分裂器件20和光累加器件22的輸入和輸出部分，并且因此包括分隔的光纖部分13a、13b、13c、13d。雖然這些部分是分隔的光纖，但是出于目前討論的目的，將它們當(dāng)作形成為單個(gè)的纖維元件13是有益的。光纖1 繞著連接點(diǎn)6延伸，并且是遭受部件中的應(yīng)變的光纖部分。因此光纖1 比將分裂器20和增加器22連接到發(fā)光器件14和光測(cè)量器件15的部分13a、13c和13d長(zhǎng)。 假定纖維13a、13c和13d的長(zhǎng)度導(dǎo)致從光源14接收的光的基本可以忽略的延遲。干涉測(cè)量應(yīng)變傳感器運(yùn)行以檢測(cè)光纖的長(zhǎng)度。發(fā)光器件14將具有單一均勻波長(zhǎng)的光輸入光纖13a。第一部分13a將發(fā)光器件14連接到光分裂器件20或者光學(xué)分裂器的輸入端。光學(xué)分裂器20將在它的輸入端接收的光分裂為兩個(gè)相同的輸出信號(hào)。第二光纖部分1 連接到分裂器20的一個(gè)輸出端，并且因此從發(fā)光器件14和纖維部分13a接收具有第一相位的光信號(hào)25。第二光纖部分1 繞著安裝點(diǎn)6延伸并且是遭受部件中應(yīng)變的光纖部分。它的另一端連接到光累加器件22的輸入端。將意識(shí)到光學(xué)分裂器和增加器能被提供在單一光耦合器中，并且為了清楚這里被分別顯示。光累加器件22的另一輸入端連接到光纖13c，光纖13c又連接到分裂器20的另一輸出端。在一端，光學(xué)增加器件因此接收光信號(hào)25，并且在另一端，它接收具有第二相位的光信號(hào)26。第二相位不同于第一相位，因?yàn)楣庑盘?hào)沈已經(jīng)沿著更長(zhǎng)的光纖部分13b穿行。 在光累加器件22中，兩個(gè)光信號(hào)25和沈被累加在一起，得到的光信號(hào)27通過連接到增加器22的輸出端的光纖13d被傳送到光測(cè)量器件15。光測(cè)量器件檢測(cè)在它的輸入端接收的光信號(hào)27的強(qiáng)度。接收的光27的強(qiáng)度將取決于兩個(gè)光信號(hào)25和27的相對(duì)相位，它們的相對(duì)相位導(dǎo)致建設(shè)性或者破壞性干擾。當(dāng)光纖1 處于未應(yīng)變狀態(tài)時(shí)，在到光檢測(cè)器15的輸入處接收的光的強(qiáng)度被確定。出于校準(zhǔn)傳感器的目的，該強(qiáng)度可以被認(rèn)為是零或者靜態(tài)值。而且，由于兩個(gè)光信號(hào)25 和沈的相對(duì)相位是光的波長(zhǎng)和沿著纖維13b到較小范圍的纖維13c、13d的光學(xué)距離的函數(shù)，傳感器的剩余強(qiáng)度值可以通過調(diào)整輸入光信號(hào)25的波長(zhǎng)被調(diào)整到理想值?？刂破髂軌蛲ㄟ^控制發(fā)光器件14確定纖維的長(zhǎng)度，以緩慢改變輸入光信號(hào)25的波長(zhǎng)。優(yōu)選地，在傳感過程期間波長(zhǎng)的總變化很小，比如說每百萬分之1000，或者0. 1%。由于波長(zhǎng)改變了，控制器監(jiān)控光檢測(cè)器15處的強(qiáng)度，并且檢測(cè)由相位改變引起的強(qiáng)度循環(huán)變化?？刂破饔?jì)數(shù)兩個(gè)信號(hào)25和沈的相對(duì)相位在360度、一個(gè)完整循環(huán)中變化的次數(shù)?？刂破?5可以通過確定最大(或者最小)強(qiáng)度達(dá)到多少次來計(jì)數(shù)相位中的每個(gè)循環(huán)。
在控制器15已經(jīng)完成改變波長(zhǎng)之后，檢測(cè)的相位循環(huán)總數(shù)被用于確定光纖的長(zhǎng)度。例如，如果輸入光25的波長(zhǎng)改變0. 導(dǎo)致檢測(cè)到500個(gè)完全相位循環(huán)，然后光纖長(zhǎng)度能夠以非常合理的精確度被確定為長(zhǎng)度=相位循環(huán)次數(shù)X (變化F1X波長(zhǎng)= 500 X (0. OOir1X 波長(zhǎng)長(zhǎng)度=被測(cè)量的光纖的長(zhǎng)度；相位循環(huán)次數(shù)=被檢測(cè)到的相位循環(huán)次數(shù)；變化=用于測(cè)量目的的光的輸入波長(zhǎng)的變化百分比；以及波長(zhǎng)=遭受變化的光的初始波長(zhǎng)。因此，對(duì)于光纖中具有700nm的波長(zhǎng)的紅光，光纖長(zhǎng)度能夠被確定為= 500000X7X10-7= 0. 35m。其它技術(shù)可以用于測(cè)量光纖1 的長(zhǎng)度。在一個(gè)示例中，光的脈沖可以被輸入到光纖13a中，并且脈沖沿著兩個(gè)光學(xué)路徑穿行到傳感器花費(fèi)的時(shí)間被記錄。進(jìn)一步執(zhí)行輸入白光到光纖13a中，并且使用詢問器分析干涉模式。根據(jù)光的波長(zhǎng)，光在光纖中穿行的光學(xué)路徑長(zhǎng)度將是不同的。因此，不同波長(zhǎng)的光將根據(jù)穿行的路徑以不同相位在檢測(cè)器處被接收，并且將建設(shè)性地或者破壞性地相互干涉。影響類似于單一波長(zhǎng)的光的干涉模式，并且具有正弦曲線形狀。然而是不同波長(zhǎng)的干涉的結(jié)果。盡管應(yīng)變傳感器件的三角形構(gòu)形已經(jīng)在上述示例中被描述，但是將意識(shí)到這個(gè)構(gòu)形是更通用構(gòu)形中的一個(gè)簡(jiǎn)單例子，在更通用構(gòu)形中路徑可以是具有三或更多級(jí)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的任何路徑，諸如圓形路徑，諸如三角形、正方形、五角形、六角形等的正多邊形，或者星形。 路徑可以是凸形的或者凹形的。將意識(shí)到，在三角形布置中，至少一個(gè)應(yīng)變傳感器件被有效地用于抵消非長(zhǎng)度方向位移或者扭曲的影響，使其它傳感器計(jì)算純應(yīng)變。所有正多邊形路徑具有相等長(zhǎng)度的側(cè)邊。這是關(guān)鍵點(diǎn)，如果路徑的側(cè)邊不是相等長(zhǎng)度，將很難分離每個(gè)相應(yīng)的傳感側(cè)邊經(jīng)受的緣向彎曲或者扭曲運(yùn)動(dòng)的分量。例如如果使用矩形形狀，那么傳感器將更容易在平行于最長(zhǎng)側(cè)邊的方向發(fā)生位移。通過正方形傳感器， 側(cè)邊的相等長(zhǎng)度意味著，與非長(zhǎng)度方向位移的力不平行的側(cè)邊長(zhǎng)度改變至少部分地補(bǔ)償平行的側(cè)邊的長(zhǎng)度改變。將意識(shí)到，圓形表示為側(cè)邊長(zhǎng)度趨向于零并且側(cè)邊數(shù)量趨向于無窮大的正多邊形。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片應(yīng)變傳感器系統(tǒng)。 應(yīng)變傳感系統(tǒng)包括在風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片上不同縱向位置上設(shè)置的一個(gè)或者多個(gè)傳感器。 傳感器路徑可以設(shè)置在風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的外側(cè)或者內(nèi)側(cè)表面上，或者嵌入部件本身的層壓材料內(nèi)側(cè)，以包圍將要測(cè)量應(yīng)變的部件的區(qū)域。傳感器系統(tǒng)包括至少一個(gè)處理器，以接收應(yīng)變測(cè)量并且分析結(jié)果。在圖9中，一個(gè)處理器設(shè)置在轉(zhuǎn)子輪轂中或者靠近葉片根部，以接收來自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)。測(cè)量可以是實(shí)際應(yīng)變的測(cè)量，或者可以是指示長(zhǎng)度增大的測(cè)量。在指示長(zhǎng)度增大的測(cè)量情況下，來自各個(gè)應(yīng)變傳感器件的測(cè)量能夠簡(jiǎn)單地被累加以提供路徑外圍的總長(zhǎng)度。如果使用纖維布拉格光柵傳感器，將意識(shí)到，來自正多邊形路徑的每個(gè)側(cè)邊的測(cè)量將是布拉格光柵反射(或者
9傳遞)的光的波長(zhǎng)。為了使用這些測(cè)量，有利地將來自各個(gè)傳感器的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換成長(zhǎng)度的指示，使得它們能夠容易地被累加到一起。這同樣地適用于基于電阻的應(yīng)變測(cè)量。因此處理器可以設(shè)置在每個(gè)傳感器位置處并且連接到一起，并且選擇性地連接到中心處理器，以便處理結(jié)果，或者可替代地單個(gè)處理器可以被提供以接收原始數(shù)據(jù)。 純粹出于闡述的目的，參考示例行實(shí)施方式已經(jīng)描述了本發(fā)明。本發(fā)明不限于此， 本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)做出許多修改和改變。本發(fā)明將從接下來的權(quán)利要求書被理解。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，包括用于檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子葉片上拍打方向的應(yīng)變的傳感器系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)包括沿著所述風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的拍打方向軸線縱向間隔的多個(gè)應(yīng)變傳感器；其中，每個(gè)應(yīng)變傳感器包括布置在傳感器路徑中的一個(gè)或者多個(gè)應(yīng)變傳感器件，所述傳感器路徑圍住所述轉(zhuǎn)子葉片的區(qū)域，所述傳感器路徑具有三或更多級(jí)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱；以及一個(gè)或者多個(gè)處理器，所述處理器被布置成從所述多個(gè)應(yīng)變傳感器接收信號(hào)；對(duì)于每個(gè)應(yīng)變傳感器，基于當(dāng)所述風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片變形時(shí)所述傳感器路徑的長(zhǎng)度改變，對(duì)由所述傳感器路徑圍住的所述轉(zhuǎn)子葉片的所述區(qū)域計(jì)算應(yīng)變值；以及基于對(duì)于每個(gè)應(yīng)變傳感器計(jì)算的應(yīng)變，對(duì)所述轉(zhuǎn)子葉片確定拍打方向的應(yīng)變。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述傳感器路徑是圓形的、 正多邊形的或者是星形的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述應(yīng)變傳感器包括單一應(yīng)變傳感器件，所述單一應(yīng)變傳感器件包括單一干涉測(cè)量光纖應(yīng)變傳感器，所述單一干涉測(cè)量光纖應(yīng)變傳感器被布置成形成整個(gè)所述圓形或者所述正多邊形的路徑。
4.如權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述應(yīng)變傳感器包括一個(gè)以上的應(yīng)變傳感器件，所述一個(gè)以上的應(yīng)變傳感器件被布置成確定沿著所述圓形或者所述正多邊形的路徑在相等間隔的點(diǎn)之間的應(yīng)變。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述正多邊形路徑是等邊三角形。
6.如權(quán)利要求1至5任一所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，包括單一處理器， 所述單一處理器被布置成從所述一個(gè)或者多個(gè)應(yīng)變傳感器接收信號(hào)。
7.如權(quán)利要求1至5任一所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，包括用于每個(gè)應(yīng)變傳感器的相應(yīng)處理器。
8.一種風(fēng)力渦輪機(jī)，包括如前述任一權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片。
9.一種檢測(cè)風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片上的拍打方向的應(yīng)變的方法，包括在一個(gè)或者多個(gè)處理器處從多個(gè)應(yīng)變傳感器接收信號(hào)，所述多個(gè)應(yīng)變傳感器沿著所述風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的拍打方向被安裝在縱向間隔的位置上，每個(gè)應(yīng)變傳感器包括布置在傳感器路徑中的一個(gè)或者多個(gè)應(yīng)變傳感器件，所述傳感器路徑圍住所述轉(zhuǎn)子葉片的區(qū)域， 并且所述傳感器路徑具有三或更多級(jí)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱；對(duì)于每個(gè)應(yīng)變傳感器，基于當(dāng)所述風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片變形時(shí)所述傳感器路徑的長(zhǎng)度改變，對(duì)由所述傳感器路徑圍住的所述轉(zhuǎn)子葉片的所述區(qū)域計(jì)算應(yīng)變值；以及基于對(duì)于每個(gè)應(yīng)變傳感器計(jì)算的應(yīng)變，對(duì)所述轉(zhuǎn)子葉片確定拍打方向的應(yīng)變。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述傳感器路徑是圓形的、正多邊形的或者是星形的。
11.如權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述應(yīng)變傳感器包括單一應(yīng)變傳感器件，所述單一應(yīng)變傳感器件包括單一干涉測(cè)量光纖應(yīng)變傳感器，所述單一干涉測(cè)量光纖應(yīng)變傳感器被布置成形成整個(gè)所述圓形或者所述正多邊形的路徑。
12.如權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述應(yīng)變傳感器包括一個(gè)以上的應(yīng)變傳感器件，所述一個(gè)以上的應(yīng)變傳感器件被布置成確定沿著所述圓形或者所述正多邊形的路徑在相等間隔的點(diǎn)之間的應(yīng)變。
13.如權(quán)利要求9至12任一所述的方法，其特征在于，所述正多邊形路徑是等邊三角形。
14.如權(quán)利要求9至13任一所述的方法，其特征在于，包括提供單一處理器，所述單一處理器被布置成從所述一個(gè)或者多個(gè)應(yīng)變傳感器接收信號(hào)。
15.如權(quán)利要求9至13任一所述的方法，其特征在于，包括提供用于每個(gè)應(yīng)變傳感器的相應(yīng)處理器。
16.如權(quán)利要求9至15任一所述的方法，其特征在于，包括沿著所述風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的拍打方向在縱向間隔的位置安裝所述多個(gè)應(yīng)變傳感器。
全文摘要
描述了一種具有應(yīng)變傳感器系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片。應(yīng)變傳感器對(duì)于扭曲運(yùn)動(dòng)或者緣向彎曲對(duì)應(yīng)變測(cè)量的影響不敏感。傳感器包括布置在圍住部件區(qū)域的圓形或者正多邊形路徑中的一個(gè)或者多個(gè)應(yīng)變傳感器件。在傳感器系統(tǒng)中，多個(gè)應(yīng)變傳感器沿著風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的拍打方向軸線縱向間隔地設(shè)置。
文檔編號(hào)G01D5/353GK102197285SQ200980141989
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2009年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月22日
發(fā)明者I·奧勒森 申請(qǐng)人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)集團(tuán)公司