[发明专利]通过求测量点坐标的风电叶片弯曲测量装置及方法

权利要求书

1.一种通过求测量点坐标的风电叶片弯曲测量装置，其特征在于：包括2套测量装置，一套位于风电叶片的一侧，另一套位于风电叶片的另一侧，所述的测量装置包括一个超声波发射装置和三个超声波接收装置，所述的超声波发射装置为由双晶探头构成的超声波发射装置，所述的三个超声波接收装置为一个双晶探头构成的超声波接收装置和两个分别由单晶探头构成的超声波接收装置；

所述超声波接收装置包括超声传感器接收装置、信号放大调理装置、F/V变换装置、距离及相位测量装置和数值计算装置，所述的超声传感器接收装置将超声波的声强时间特性转换为电压时间特性以及频率时间特性，通过信号放大调理装置将超声传感器接收装置输出的信号放大调理，滤除干扰，经过F/V变换装置调理输出的频率信号变换成电压时间特性，实现频率电压的变换。

2.根据权利要求1所述的一种通过求测量点坐标的风电叶片弯曲测量装置，其特征在于：所述超声波发射装置的双晶探头与超声波接收装置的双晶探头和单晶探头前均设有锥形共振盘，锥形共振盘安装的高度为风电电机轴承高度和风电叶片长度两者积的0.5倍。

3.根据权利要求1所述的一种通过求测量点坐标的风电叶片弯曲测量装置，其特征在于：所述的三个超声波接收装置以等腰直角三角形的形式安装在风电叶片的下方地面，其中双晶探头构成的超声波接收装置位于90度角上，两个分别由单晶探头构成的超声波接收装置位于45度角上。

4.一种通过求测量点坐标的风电叶片弯曲测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：记录测量点的位置，在风电叶片表面涂覆吸声材料，在测量点上不涂吸声材料，并记录测量点在风电叶片上的位置；

S2：安装测量装置，风电叶片下方地面上在相对位置处安装两套测量装置，一套位于风电叶片的一侧，另一套位于风电叶片的另一侧，其中每套测量装置包括一个超声波发射装置和三个超声波接收装置，超声波发射装置均设置在风电叶片下方的地面上，且三个超声波接收装置均安装在以风电立柱为圆心，叶片长度为半径的圆外侧；

S3：根据频率确定超声波信号来自于哪个测量点，其中测量点的线速度为v_i，与测量点运动的圆周相切的平面与测量点到超声波接收装置的连线夹角为α_i，根据多普勒效应，则超声波接收装置接收的各个测量点反射的超声波频率为：

式中c为超声波在空气中的速度，f为超声波发射装置的发射频率，当测量点离电机轴承中心点的距离越大时，f′越大，接收端可以根据频率的不同确定超声波信号来自于哪个测量点；

S4：测量点到超声波接收装置的距离，其中通过双晶探头构成的超声波发射装置发射出一个频率为f的超声波脉冲后，由一个双晶探头构成的超声波接收装置和两个分别由单晶探头构成的超声波接收装置，分别在t1、t2、t3时刻后收到频率为f’的超声波信号，则测量点到超声波接收装置中的由一个双晶探头构成的超声波接收装置和两个分别由单晶探头构成的超声波接收装置的距离分别为：

其中，r₁、r₂、r₃分别为测量点到由一个双晶探头构成的超声波接收装置和两个分别由单晶探头构成的超声波接收装置的距离；

S5：计算测量点的方向角，得到测量点坐标，设测量点为O，一个双晶探头构成的超声波接收装置为A、一个由单晶探头构成的超声波接收装置为B和一个由单晶探头构成的超声波接收装置为C，则在三角形ΔOAB中，同理在三角形ΔOBC中，过A点作垂直于地面的直线AD，以AB为X轴、AC为Y轴、AD为Z轴，则AO的方向角(α,β,γ)，为线段OA与平面ADC的夹角，为线段OA与平面ADB的夹角，γ＝arccos(1-cos²α-cos²β)；则，测量点O点的坐标为(r₁cosα,r₁cosβ,r₁cosγ)，同理，根据f′的不同可以测得风电叶片上不同测量点的坐标，其中，d为单晶探头与双晶探头之间的距离；

S6：确定风电叶片另一侧的测量点坐标，通过安装在风电叶片另一侧的测量装置对测量点测量并通过上述步骤得出该侧的测量点的三维坐标，此测量点的数量与风电叶片另一侧的数量相同，且测量点的连线与风电叶片的中轴线垂直，并所有的测量点在同一平面上；

S7：计算弯曲半径，令风电叶片上一侧的相邻测量点为a_i(x₁,y₁,z₁)、a_i+1(x₃,y₃,z₃)，风电叶片上另一侧的相邻测量点为b_i(x₂,y₂,z₂)、b_i+1(x₄,y₄,z₄)，由结构工程中的平截面假定可知，在发生弯曲后a_ib_i仍然与风电叶片的中轴线垂直，通过a_i、b_i作直线l_i，通过a_i+1、b_i+1作直线l_i+1，假定相邻两组测量点之间的弯曲半径相同，则相邻两组测量点连线的延长线必然相交于弯曲圆的圆心即直线l_i与直线l_i+1相交于点O，点O与b_i的距离，即为b_i b_i+1内的弯曲半径，具体算法如下：

直线l_i的方程为：

直线l_i+1的方程为：

两条直线的交点为：

弯曲半径

根据风电叶片的弯曲半径就可以知道风电叶片的弯曲程度了，即风电叶片的弯曲半径越大，风电叶片的弯曲越小。

5.根据权利要求4所述的一种通过求测量点坐标的风电叶片弯曲测量方法，其特征在于：所述步骤S2中测量装置中的超声波发射装置在频率的选择上，应该满足以下条件：其中之一的超声波发射装置发射频率为f时，另一超声波发射装置发射频率应该大于从而保证了两个测量装置互不干扰，其中，ω表示风电叶片的角速度，L为风电叶片的长度。