[发明专利]基于音频信号的风机叶片保护漆的损伤监测方法和系统

说明书

本申请涉及一种基于音频信号的风机叶片保护漆的损伤监测方法和系统，包括训练阶段和在线运行阶段。通过音频设备采集一段时间内包含风机扫风气动噪声的声音信号，通过对声音信号进行分析，实现对风机叶片保护漆损伤的实时监测和故障诊断。本申请在能够实时监控叶片健康状态阶段的同时，达到无损检测的目的。同时，本申请能够对正在发生劣化的叶片进行预警，指导维护的时间点。

技术领域

本申请涉及一种基于音频信号的风机叶片保护漆的损伤监测方法和系统，适用于风机健康监测的技术领域。

背景技术

风力发电机叶片是风电机组将风能转化为机械能的重要部件之一，是获取较高风能利用系数和经济效益的基础，叶片状态的好坏直接影响整机的性能和发电效率。当叶片运转时，叶片周围空气中的粒子将不断对叶片前缘进行腐蚀：包括雨滴、冰雹、盐雾、沙石以及野外高空生物等，带来的直接影响就是破坏了叶片的气动外形，从而影响到整个机组的气动性能，导致年发电量损失。同时，前缘腐蚀也会导致叶片气动噪声呈现数量级的增长，引发噪声扰民等问题。如果腐蚀过于严重，长时间得不到妥善处理，会进一步影响到叶片的结构层，最终导致更长的维修时间，且难以恢复到原有气动外形。为延缓或降低叶片前缘腐蚀的影响，在叶尖前缘区域喷涂保护漆的方法常被采用。因此可通过判断保护漆的损伤程度监测叶片前缘腐蚀损伤水平，确保在前缘腐蚀发展到结构层前能够及时有效的进行处理。

目前，针对风电机组叶片保护漆损伤的监测方法主要有人工望远镜目视检测、高空蜘蛛人或操作平台检查等方法。另外，结合近几年突飞猛进的图像智能处理技术，采用无人机巡检的方法也更为直观，更为细致，取得了不错的效果。除此之外，也有部分系统采用在叶片上安装振动传感器或者通过敲击叶片，判断叶片是否存在损伤。然而，上述方法均存在明显的缺点，如不能实时监控叶片健康状态，检测方法对叶片本身有损伤，可能涉及巡检人员的生命安全等。

中国专利申请201810680085.0提出一种根据当前风力发电机组的运行状态和当前环境的气象信息，对风力发电机组进行雨蚀监测和控制，从而避免风力发电机组的叶片出现疲劳累计损伤的方法。该方案是一种预防性的控制方法，并不能对已经产生的保护漆损伤进行识别监测。

US9395337B2公开了采用安装在风力发电机塔筒底部的麦克风装置来记录叶片的声音信号，并采用多普勒频移分析的方法对声音信号中的哨声进行分析，从而对叶片的故障进行定位。该专利中主要提到了通过多普勒分析方法定位叶片损伤位置的原理和机理公式，但其关注的叶片特征为哨声，而哨声是多种叶片表面故障的特征之一。因此，该方法并不能对叶片的故障进行诊断，也不能通过此种方法判断保护漆损伤。

中国专利申请201811408152.X还提出了一种对无人机采集到叶片的多个局部区域进行图像拼接，从而实现故障定位的方法。但是，由于无人机在空中飞行，容易受到风速、电磁干扰等因素的影响，拍摄抖动性强，得到的图像或视频像素较低，对叶片的较小损伤不能及时识别。同时，无人机飞行为定期巡检方法，并不能为叶片健康状态提供持续实时的监控。

中国专利申请201410017842.8通过使用敲击锤敲击叶片时获得敲击声和环境噪声，采用滤波、小波变换、傅里叶变换、模态分解等方法提取特征，采用神经网络算法对叶片脱层情况直接进行预测。该方法不能实现无损和实时检测，重复的敲击对叶片本身结构和性能有潜在的威胁，且检测时需要停机进入塔筒，所以不宜经常进行。同时，专利中提到敲击采集的信号只能判断该敲击处是否有损伤，可以推断进行整个叶片的检查将费时费力。

除了上述方法之外，还有从防腐蚀材料、改造叶片结构的角度对叶片前缘腐蚀进行防护。现有技术中均没有通过叶片扫风产生的气动噪声声音信号来监测叶片前缘保护漆损伤的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于音频信号的风机叶片保护漆的损伤监测方法和系统，在能够实时监控叶片健康状态阶段的同时，达到无损检测的目的。同时，本申请能够对正在发生劣化的叶片进行预警，指导维护的时间点。