[发明专利]用于叶片和翼型的压力及流分离的测量的接触传感器

说明书

相关申请 

本申请涉及并要求享有由Danian Zheng等于2008年8月26日提交的美国临时申请61/091,928的权益。本申请还涉及由Danian Zheng等于2008年9月25日提交的案卷233329-3。 

技术领域

本申请通常涉及大型的叶片和翼型，更具体地说，涉及用于叶片性能测量的风力涡轮叶片的传感器和装备。 

背景技术

通常用于翼型，尤其是用于风力涡轮叶片的叶片流体动力学参数的测量大多采用传统的机械压力检测的方法。这种压力检测器包括基于压电/应变的压力传感器，该压力传感器需要膜片以测量由压力引起的应力和应变。在翼型或叶片的结构中需要相当大的管道或通孔以容纳膜片的封装。这阻碍了在风力涡轮的生产中采用压力测量。使用这种装备，典型地需要通过喷嘴和管将压力引入传感器膜片中，导致压力测量的方向性被进一步限制。 

因此，在风力涡轮叶片上需要提供一种用于结合传感器的结构，以提供可用于评估和控制风力涡轮性能的压力测量。传感器在风力涡轮运转的期间必须处于适当位置，所以安装不能对叶片的完整性和流体动力学运转的造成负面影响。此外，还需要提供一种结构，其以不对叶片的完整性和流体动力学运转造成负面影响的方式向数据采集系统提供信号。 

发明内容

本发明涉及一种流体动力学电阻式接触传感器，其用于测量翼型上的流体压力，其中，所测量的压力可以是空气压力或液体压力。本发明还涉及允许流体动力学传感器测量翼型的性能参数的翼型装备布置，该翼型可以是风力涡轮叶片。 

根据本发明的第一方面，提供了一种流体动力学电阻式接触传感器，其适合于测量翼型上的流体压力。该传感器包括导电的压敏元件。导电的底板可操作地连接到压敏元件的一端上。导电的压力传感膜片可操作地连接到压敏元件的第二端上，用于施加预负荷，并感测与环境压力相关的力。电绝缘体将底板和压力传感膜片分离。提供了用于将压力传感膜片接合到底板上的装置。还提供了用于提供穿过压敏元件的电流的装置。 

根据本发明的另一方面，提供了一种用于制造适合于流体压力的测量的流体动力学电阻式接触传感器的方法。该方法包括提供导电的底板，并将压敏元件的一端安装在底板上。该方法还包括将导电的压力传感膜片安装在压敏元件的第二端之上，并将压力传感膜片与底板电隔离。该方法还包括将压力传感膜片与底板接合。 

根据本发明的又一方面，提供了一种用于流体动力学电阻式接触传感器的风力涡轮叶片的装备结构，这种电阻式接触传感器适合于测量与风力涡轮叶片性能相关的流体动力学参数。该结构包括多个流体动力学电阻式接触传感器，该接触传感器包括由聚合物和传导填料形成的压敏传导复合材料，其中，所述多个接触传感器根据预定的形式而分布在风力涡轮叶片的表面上。该结构还包括一种针对位于风力涡轮叶片上的多个流体动力学电阻式接触传感器的安装结构，其适合于在风力涡轮运转的期间将多个流体动力学电阻式接触传感器保持固定在合适的位置上。还提供了装置以用于在位于叶片上的多个流体动力学电阻式接触传感器和数据采集终端之间电气地传送信号。 

附图说明

当参照附图并阅读以下详细描述时，将更好地理解本发明的这些以及其它的特征、方面和优点，其中，在所有附图中，相似的标号表示相似的部件，其中： 

图1A图示了用于测量流体压力的流体动力学压力传感器的一个实施例的等距视图； 

图1B图示了流体动力学电阻式接触压力传感器的一个实施例的横截面； 

图1C图示了流体动力学电阻式接触压力传感器的第二实施例的横截面，该传感器采用了用于将底板和压力传感膜片接合的非金属夹具； 

图1D图示了压敏元件的平坦形状的顶面和压力传感膜片之间的接触基于压敏元件在底板上的定位的变化； 

图1E图示了压敏元件105的凸顶面的冠顶和压力传感膜片之间的接触； 

图1F图示了用于将传感器空腔抽真空的过程； 

图1G图示了来自压力模式下的传感器的压力输出信号的线性度； 

图2图示了安装在翼型上的流体动力学电阻式接触传感器的布置； 

图3图示了针对制造流体动力学电阻式接触压力传感器的方法的流程； 

图4A图示了沿着叶片的全部翼弦分布并捕获围绕翼型的全部压力分布的流体动力学电阻式接触压力传感器；