[发明专利]一种平面法线方位角测量装置、方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种平面法线方位角测量装置、方法及应用。

背景技术

方位角又称地平经度，是从某点的指北方向线起，依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角。风力发电机的风向标基准轴线指向与叶轮旋转平面法线平行，对风力机准确对风尤其关键。因此，准确调整风向标基准轴线则需要准确测定叶轮旋转平面的法线的方位角。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种平面法线方位角测量装置，使其能够简单、准确、有效地测定任意平面法线方位角。

本发明的又一个目的是提供应用上述装置测量平面法线方位角的两种方法。

本发明的再一个目的是提供所述平面法线方位角的两种测量方法在风力发电机的风向标基准轴线调整中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种平面法线方位角测量装置，包括可调平支架，安装于所述支架上的主机系统，所述主机系统包括：激光发射装置，用于发射激光束；偏转装置，与所述激光发射装置连接，用于改变激光束发射方向；反射光接收装置，用于通过接收激光反射信号计算激光束的投射距离；电子罗经，用于测量激光发射装置的激光基准线的方位角；以及控制装置，连接并控制激光发射装置和偏转装置，同时连接并接收所述反射光接收装置、电子罗经的测量信号，并计算待测平面的平面法线方位角。

进一步地，还包括用于显示支架是否调平的水平仪。

进一步地，还包括用于记录当前测量位置及时间的GPS定位装置。

进一步地，所述主机系统外部设有壳体，所述壳体上设有与控制装置连接的显示屏。

进一步地，所述偏转装置为偏转镜或可驱动所述激光发射装置转动的步进电机。

进一步地，所述反射光接收装置为距离传感器。

进一步地，所述激光发射装置为多个。

应用所述的装置测量平面法线方位角的一种方法，包括以下步骤：A.调平所述支架，测量激光发射装置激光基准线的方位角θ；B.启动激光发射装置，向待测平面发射激光束，通过偏转装置使激光束保持水平的同时偏转不同角度；C.采集待测平面反射的激光信号，获得不同偏转角度下激光束到待测平面的投射距离；D.找出当投射距离最小时对应的初始激光束的偏转角度β；E.根据γ＝θ+β计算待测平面法线的方位角γ。

进一步地，当待测平面处于电磁干扰区时，所述步骤A中的方位角θ通过如下方式校正：先在非电磁干扰区获得初始激光束的方位角θ₀，再到待测平面所处的电磁干扰区放置激光发射装置并调平后，测量激光发射装置位移产生的角度α，则校正后方位角θ＝θ₀+α。

进一步地，所述角度α通过电子陀螺仪测量。

应用所述的装置测量平面法线方位角的另一种方法，包括以下步骤：A.调平所述支架，测量激光发射装置激光基准线的方位角θ；B.启动激光发射装置，向待测平面发射初始激光束，并采集此时待测平面反射的激光信号，获得初始激光束到待测平面的投射距离s；C.通过偏转装置使激光束保持水平的同时偏转角度η，采集此时待测平面反射的激光信号，获得偏转后的激光束到待测平面的投射距离l；D.通过下式计算投射距离最小时的激光束方向与初始激光束方向之间的夹角β：

E.根据γ＝θ+β计算待测平面法线的方位角γ。

进一步地，当待测平面处于电磁干扰区时，所述步骤A中的方位角θ通过如下方式校正：先在非电磁干扰区获得初始激光束的方位角θ₀，再到待测平面所处的电磁干扰区放置激光发射装置并调平后，测量激光发射装置位移产生的角度α，则校正后方位角θ＝θ₀+α。

进一步地，所述角度α通过电子陀螺仪测量。

所述的两种测量平面法线方位角的方法的应用，用于通过测量滑环断面的法线的方位角，并将其值作为叶轮旋转平面的轴线方位角值来调整风力发电机的风向标基准轴线。

由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：

(1)可简单、准确、有效地获得任意平面的法线方位角。

(2)平面法线方位角测量装置，可避免环境中电气设备磁场的干扰，并且实现测量过程自动化，最大限度降低人为因素影响及提高生产效率。

(3)应用于风力发电机，通过测量滑环断面的方位角，可以准确获得叶轮旋转平面的轴线方位角，为风机数据分析、优化提供必要的数据支撑。

附图说明