[发明专利]基于多元传感信息的风力发电机叶片健康状态监测系统

权利要求书

1.基于多元传感信息的风力发电机叶片健康状态监测系统，其特征在于，包括有分别在一个叶片上各自设置的双轴振动加速度传感器A（1）、双轴振动加速度传感器B（2）、双轴振动加速度传感器C（3）和轮毂上的轮毂传感器（4），双轴振动加速度传感器A（1）、双轴振动加速度传感器B（2）、双轴振动加速度传感器C（3）采集叶片的振动数据，轮毂传感器采集轮毂的振动数据；在叶片根部设置应变片（5），利用应变片采集叶片根部的动态应变数据；通过轮毂采集器提取叶片振动与叶片根部的应变数据；轮毂采集器与机舱内的工业交换机相连，轮毂采集器通过无线传输方式将振动与应变数据传送给机舱内的工业交换机；工业交换机通过风场环网与主控室的叶片监测服务器相连，工业交换机通过风场环网将采集的数据发送到主控室的叶片监测服务器；叶片监测服务器与报警装置、存储器均相连，叶片监测服务器通过分析数据并修正提取的数据特征，对所述叶片进行健康状态评估，并提供异常报警功能及数据存储功能；

所述的叶片根部内表面环向粘贴2~4只应变片；

所述的轮毂采集器与机舱工业交换机均带有无线WIFI模块，可收发稳定的无线WIFI信号；工业交换机通过网线直接接入风场环网；所述的叶片监测服务器将工业交换机传输的数据进行分析，通过应变数据分析叶片受力状态、通过振动数据提取叶片的固有频率；

通过对2~4只应变片采集到的应变数据分析，不仅能够获得叶片当前的受力状态，还能够以应变数据作为参考对叶片固有频率进行修正；

通过对2~4只应变片采集到的应变数据分析，应变数值大小可以显示叶片当前的应变状态，通过正交各向异性材料胡克定理计算出对应应力大小，对比采集的应力大小与叶片材料许用应力，判断叶片是否过载；

对2~4只应变片采集到的应变数据可作为叶片受力的工况，使用三个月非结冰期采集的每只叶片2~4组应变数据建立2~4维矩阵，矩阵中每一个点为一个工况点，每个工况点指向一组叶片的固有频率，在两个相邻工况点之间通过插值来提高分辨率。

2.根据权利要求1所述的基 于多元传感信息的风力发电机叶片健康状态监测系统，其特征在于，通过叶片固有频率的变化差异判断叶片是否发生损伤、损伤区域及损伤程度，还能够根据叶片固有频率的变化发现叶片结冰并判断结冰厚度；

叶片监测服务器将工业交换机传输的叶片振动数据进行分析，根据频域幅值谱提取叶片的固有频率，将机组的三只叶片的频率曲线绘制在一幅图中，观察如果哪只叶片频率曲线峰值与其他两只发生偏移，则认为该叶片发生结构损伤；

将新采集的每只叶片的固有频率与所述机组对应工况点所指向的固有频率对比；如果新采集的叶片固有频率与对应工况点所指向的固有频率偏差大于一定阈值，则认为该叶片发生结构损伤；

叶片不同位置发生损伤会影响不同阶固有频率的增大或减小，由此可判断叶片发生损伤的区域；叶片损伤程度越大，叶片特定固有频率的偏差值越大，由此可判断叶片的损伤程度；

叶片监测服务器能够根据损伤程度或结冰厚度给出相应的预警及警告；

叶片监测服务器能够识别的叶片非健康状态包括雷击裂纹、叶尖开裂、叶脊严重点蚀、叶片上的各种横向、纵向扩展裂纹与叶片结冰。