[发明专利]一种风力发电机组叶片载荷测量装置及其测量方法

权利要求书

1.一种风力发电机组叶片载荷测量装置，至少三光纤光栅传感器阵列，一解调模块及一载荷数据处理模块，每一光纤光栅传感器阵列装设在风力发电机组叶片根部，其特征在于：

每一光纤光栅传感器阵列均由至少四光纤光栅传感器组依次串联而成，每一光纤光栅传感器组均由一应变传感器及一温度传感器组成，应变传感器用于测量叶片在受载荷情况下对应的应变量，温度传感器用于补偿环境温度变化造成的应变传感器温度漂移；每一光纤光栅传感器阵列中，至少两传感器组安装在叶片迎风面，另至少两传感器组安装在叶片的背风面；

解调模块用于将应变传感器、温度传感器的信号分别转换成对应的应变量值和温度值；

载荷数据处理模块集成载荷算法，将各测量点的应变量值和温度值进行处理，转换成叶片挥舞弯矩和摆振弯矩并输出给风力发电机组变桨距控制系统或主控系统。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组叶片载荷测量装置，其特征在于：应变传感器由玻璃纤维材料封装而成，且应变传感器大致呈片状。

3.根据权利要求1或者2所述的一种风力发电机组叶片载荷测量装置，其特征在于：应变传感器通过表面粘贴的方式装设在风力发电机组叶片根部的内圆表面。

4.根据权利要求2所述的一种风力发电机组叶片载荷测量装置，其特征在于：每一光纤光栅传感器组均通过光纤串联而成。

5.一种如权利要求1所述的风力发电机组叶片载荷测量装置采用的叶片载荷测量方法，包括

步骤1：将叶根半径R_内和叶根传感器安装截面的抗弯刚度参数输入载荷数据处理模块；

步骤2：解调模块将光纤光栅传感器阵列测量得到应变及环境温度数据发送到载荷数据处理模块，载荷数据处理模块对各测量点的应变量数据进行温度补偿，得到叶片根部迎风面应变传感器测得的应变量ε_ps、背风面应变传感器测得的应变量ε_ss、前缘应变传感器测得的应变量ε_le及后缘应变传感器测得的应变量ε_te；

步骤3：载荷数据处理模块利用R_内、抗弯刚度、ε_ps及ε_ss计算叶片根部迎风面和背风面的挥舞弯矩，具体计算公式为：

M_yps=EI_flat*ε_ps/R_内，

M_yss=EI_flat*ε_ss/R_内（其中，EI_flat为弦长坐标系下挥舞方向抗弯刚度）；

步骤4：载荷数据处理模块对M_yps、M_yss进行如下计算：

M_y=(M_yps-M_yss)/2，并得到叶片的挥舞弯矩；

步骤5：载荷数据处理模块利用步骤4得到的M_y分别计算叶根处于前缘应变传感器位置和处于后缘应变传感器位置的摆振弯矩M_xle、M_xte，具体计算公式为：

通过前缘应变传感器测得数据算出的摆振弯矩为

通过后缘应变传感器测得数据算出的摆振弯矩为

其中，α表示近前后缘应变传感器粘贴位置与圆心连线和前后缘与圆心连线之间的夹角，EI_edge为弦长坐标系下摆振方向抗弯刚度；

步骤6：载荷数据处理模块对M_xte、M_xle进行如下计算：

M_x=(M_xte-M_xle)/2；

步骤7：载荷数据处理模块将步骤4中得到的M_y及步骤6中得到的M_x传送给风力发电机组变桨距控制系统或主控系统。

6.根据权利要求5所述的一种风力发电机组叶片载荷的测量方法，其特征在于：在步骤1中，通过同一叶片叶根处两相交的内圆直径求平均半径的方式获得R_内，即