[发明专利]风电叶片应变采集系统

说明书

本发明公开了风电叶片应变采集系统，包括中央采集控制站、风场通讯基站和机组采集子系统，机组采集子系统包括传感器、叶片采集控制器、轮毂采集节点和机舱处理节点，传感器将采集信号放大后传输到叶片采集控制器，叶片采集控制器转换成数字信号后无线发送到轮毂采集节点，轮毂采集节点整合自身采集数据后无线发送到机舱处理节点，机舱处理节点采集气象站的数据并整合后以无线形式发送到中央采集控制站。叶片应变采集系统便于校准调试，信号数字化后传输距离远、传输信号准确率有保障，便于风场大规模应变采集设备部署，可同时实现风场多个机组叶片应变采集与管理，同时减少了设备安装过程中的机组改动，降低了人员对采集系统的管理压力。

技术领域

本发明涉及风电领域，尤其涉及一种风电叶片应变采集系统。

背景技术

作为一个将风能转换为机械能的大型结构件，风力机叶片具有尺寸大、结构复杂、承受风载等特点。叶片自身结构复杂，从材料上通常采用玻纤或碳纤维灌输成型，截面涉及主梁、夹芯、腹板、粘接等铺层结构，外形尺寸上为三维曲面。从叶片展向上看，又存在搭接等不均匀结构。

由于旋转、受风载以及外部环境因素影响，其结构安全性能尤为重要。因此叶片需要采集运行条件下应变，且叶片应变采集所需测点较多，用于设计验证、结构监测和载荷测试等工作。

由于叶片连接轮毂组成的风轮绕机组主轴旋转，同时叶片可通过变桨驱动装置相对轮毂旋转做变桨运动，应变监测难度较大。

常规有线方案中，为了降低干扰，使用的屏蔽电缆导致线缆总体尺寸增加，变桨和旋转易导致线缆损坏。

常规无线方案中，使用的自带电池的无线传感器电源更换周期短，而且由于传感器自带数模转换、微控制芯片和通讯模块，触发同步采集困难；此外，应变片信号受激励电压影响，需要高品质稳压电源，但单个应变片配置电源会导致成本增加、安装难度增加。同时，由于采集涉及风场业主、风场运维、整机制造商、叶片制造商等多方，采集系统部署需要尽可能减少机组改动。

此外，在现有技术中，叶片应变监测还存在以下几个问题：

1、常规测试中，由于单机组测量点数多，通常采用轮毂本地存储或改造滑环以有线形式传输数据，同时还需要采集机组控制数据，需要协调各方，增加了设备安装难度，而且本地存储存在需要人员定期上机组检查，增加工作量。

2、由于风场地形复杂、机组型号不同、叶片型号不同以及控制策略不同，导致各机位实际载荷差异，需要对多个机组同时进行应变采集。由于机组较为分散，采用人工往来点位检查存在工作量大及各机位之间采集时间差异导致数据对比困难。如果借助风场原有网络，需要协调业主和运维团队，存在无法落实的可能。

3、由于风场气象条件复杂，应变测量需要参考风速、风向、温湿度、气压等信息，常规树立测风塔导致测量成本增加，如果引用机组数据存在传感器缺少标定、改造调整困难、设备类型复杂等因素，需要能便捷解决气象数据测量问题。

发明内容

本发明实施方式提供的风电叶片应变采集系统，包括中央采集控制站、风场通讯基站和机组采集子系统，所述机组采集子系统包括传感器、叶片采集控制器、轮毂采集节点和机舱处理节点，传感器位于叶片处，所述叶片采集控制器电性连接轮毂采集节点，传感器将采集信号放大后传输到叶片采集控制器，叶片采集控制器转换成数字信号后无线发送到轮毂采集节点，所述轮毂采集节点整合自身采集数据后无线发送到机舱处理节点，所述机舱处理节点采集气象站的数据并整合后以无线形式发送到中央采集控制站。

本发明中的叶片应变采集系统便于校准调试，信号数字化后传输距离远、传输信号准确率有保障，便于风场大规模应变采集设备部署，可同时实现风场多个机组叶片应变采集与管理，同时减少了设备安装过程中的机组改动，降低了人员对采集系统的管理压力。

进一步地，机舱处理节点采用天线阵列，通过多天线技术接收轮毂采集节点数据。