[发明专利]一种基于毫米波雷达的风机叶片防撞监测装置、系统及方法

说明书

本发明公开一种基于毫米波雷达的风机叶片防撞监测方法，通过毫米波雷达发射的无线电波来测量叶片与塔柱的净空距离，可以解决雨雾干扰问题，稳定性更高；并且将雷达安装在叶尖与塔柱重合所对应高度位置，相比于安装在机舱顶部或塔柱底部来说，安装塔柱外壁上的雷达进行距离探测时离风机叶片更近，减小了天线波束的宽度，提高了数据精度，并且本方法监测时，雷达之间采用错频的方式监测，避免由于叶片较宽，使得雷达的多径效应导致测量的距离错误。本发明还公开一种防撞监测装置和系统，本发明的防撞监测装置能够降低安装难度，且不破坏风机塔柱本身的结构；本发明的防撞监测系统能避免扫塔事故的发生。

技术领域

本发明涉及风机监测领域，具体涉及一种基于毫米波雷达的风机叶片防撞监测装置、系统及方法。

背景技术

风机叶片是将风能转化为电能的重要设备，但在运行过程中叶片会因承受不同载荷的风力而产生一定的形变和位移，塔柱是风机的主要承重机构，对于大型风机而言，通常高度都会达到百米以上，目前，风机叶片在旋转过程中和塔柱发生碰撞而导致风机损毁已是屡见不鲜，净空距离是指叶片尖端(即叶尖)扫过塔柱表面时叶尖部位距离塔柱的最小几何距离，为了避免出现叶尖扫塔的现象，当净空距离小于安全值时须立即产生预警并进行叶片调整和降速等操作，从而有效地保证了风机的运行安全。

现有风机叶片防撞监测存在的问题是：1、监测部件安装在塔柱机舱尾部，机舱会在外部风荷载的作用下任意摆动，安装在机舱尾部的监测部件也会随机舱摆动，继而导致测量叶片相对于塔柱壁的净空距离时缺乏准确可靠的原始基准点，所建立的测量坐标系并不准确，其次监测部件安装相对叶片探测区域较远，发射的天线波束的宽度较大，精度较低，缺陷较大；2、现有技术中采用摄像机视频监测的方法，这种方法的不足点在于所拍摄的图像质量极其容易受大雾、雨、雪、沙尘等因素影，导致测量误差较大，实用性大打折扣；3、基于激光测距的测量方法，这种方法的不足点在于激光发射装置需要安装在风机叶片腔体内，在风机叶片制作时就得将反光装置安装进去，设备一旦损坏难以维修，其次叶片变形过大的时候反光装置容易超过激光反射点，只能预估叶尖变形值，具有较高的应用局限性；4、基于叶尖安装的红外线发射装置的测量方法，这种方法的不足点在于风机叶片叶尖处红外线发射装置容易引起雷电，造成设备损坏，安全性较低。

综上所述，急需一种基于毫米波雷达的风机叶片防撞监测装置、系统及方法以解决现有技术中监测不便和监测精度低的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于毫米波雷达的风机叶片防撞监测装置、系统及方法，以解决现有技术中监测不便和监测精度低的问题，具体技术方案如下：

一种基于毫米波雷达的风机叶片防撞监测方法，包括以下步骤：

步骤S1：将多个雷达沿周向安装在塔柱的外周壁上；

步骤S2：利用雷达获取雷达与叶片之间的相对距离；

步骤S3：外部主控制系统根据相对距离的最小值判断是否调整叶片位置；

所述步骤S1中，雷达所在的高度与叶片的叶尖旋转至最靠近地面时所在的高度一致，且周向相邻的两个雷达之间的信号频段不同。

以上技术方案优选的，所述步骤S2中，利用三角波测距原理和式1)得出相对距离R，式1)如下：

其中，R为雷达与叶片之间的相对距离；N是三角波进行快速傅里叶变换后的频点数；N_u为雷达输出的上三角波进行快速傅里叶变换后的峰值频点位置；N_d为雷达输出的下三角波进行快速傅里叶变换后的峰值频点位置；c为光速；T为三角波的上三角时间；B为雷达带宽。

以上技术方案优选的，所述塔柱的外周壁上等间距安装有八个雷达。