[发明专利]基于无线声发射传感器网络的风电叶片损伤监测定位系统

权利要求书

1.一种基于无线声发射传感器网络的风电叶片损伤监测与定位系统，包括叶片裂纹数据采集无线声发射传感器节点(1)、对数据进行中继传输的簇头节点(2)、汇聚数据的网管汇聚节点(3)以及监控中心，其特征在于：

每个叶片上部署多个无线声发射传感器节点（1）用于采集数据，每个叶片上的无线声发射传感器节点构成一个簇，并为每个簇分配一个作为数据中继的簇头节点（2），无线声发射传感器节点在规定的时隙内向簇头节点发送数据，簇内节点通过D-S证据理论和三点定位方法实现裂纹的位置定位；簇头节点部署在叶片根部，采用电源/锂电池供电，不间断的监听簇内节点的数据，每个簇分配一个常用工作频率；簇头节点将数据发送到网管汇聚节点（3），不间断的监听簇头节点发送的数据；网管汇聚节点（3）通过以太网或者GPRS/3G网络连接现场监测网络，将裂纹数据存储入数据中心；无线声发射传感器节点（1）、簇头节点（2）和汇聚节点（3）都具有自检模块，在节点启动或者根据用户指令完成节点自检，检测节点各模块是否正常工作；如果出现异常，将及时在客户端进行显示和预警；终端用户通过监控中心实时掌握风电叶片的服役状态，实时了解叶片裂纹的扩展情况，及时预警。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：安装于风电叶片上的无线声发射传感器节点(1)包括：FPGA控制单元、数据缓存模块、电源管理模块、声发射传感器、数据高速采集模块、前置放大器、高速数据处理模块、无线射频单元；节点启动后实时监测叶片裂纹信息，利用数据采集模块可以实现声发射数据的高速采集，将采集的数据经过前置放大处理后，通过高速数据处理模块从采集的数据中提取声发射参数特征数据，然后利用2.4G无线射频模块将特征参数数据打包发送至中继簇头节点；无线声发射传感器节点(1)采用锂电池独立供电，具有电压监测功能，在电池电压下降到阈值时，及时报警，提醒监控中心更换电池；无线声发射传感器节点的自检模块用于节点各模块的功能检测，防止由于节点出现故障而延误裂纹数据采集。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：汇聚节点(3)包括无线射频模块、以太网控制模块、数据通信模块、数据缓存模块、微控制单元、GPRS/3G网络模块、USB和串口通讯单元、自检模块、电源管理模块，使用220V电源供电，在电源出现问题时自动切换到电池供电功能，保证数据的存储和传输；数据缓存模块用于保存临时缓存中继节点发送的数据，或者突发网络中断情况下无法发送到监控中心的数据，保证网络数据的稳定传输；汇聚节点可以通过以太网或者GPRS/3G网络与风电场监控网络连接，将数据传输至监控中心；汇聚节点具有频率扫描功能，在簇头节点的使用的所有频率上进行扫描，接收来自簇头节点的数据；汇聚节点的自检模块实现节点的各硬件单元是否正常工作的自动检测。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：对数据进行中继传输的簇头节点(2)的无线射频模块具有频率扫描功能，当无线声发射传感器节点(1)感知到裂纹数据的特征值超过阈值，所有感知到这个裂纹的节点启用应急频率发送数据，当中继节点进行通道扫描时，一旦频率与无线声发射传感器节点(1)使用的应急频率一致时，无线声发射传感器节点将裂纹数据发送到簇头节点(2)，簇头节点(2)进而将数据发送到汇聚节点(3)；簇头节点的自检模块用于检测各模块能否正常工作，确保簇头节点工作正常。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：整个系统的不仅包括前端的硬件部分，还包括在监控中心的调度服务器、数据库服务器、应用程序服务器、Web服务器以及客户端组成，系统利用簇内相关的无线声发射传感器节点(1)通过D-S证据理论和裂纹数据达到时间对裂纹位置进行三维定位，并通过图形界面在客户端显示裂纹的三维位置信息，并能根据设定的裂纹阈值进行报警。