[发明专利]基于移动感知的风机塔筒振动监测系统及模态参数提取方法

说明书

本公开提供一种基于移动感知的风机塔筒振动监测系统，包括：第一运载装置，固定在目标风机的塔筒外壁，第一运载装置上设置有第一振动传感器及第一光学对准装置；第二运载装置，可在目标风机的塔筒外壁上移动，第二运载装置上设置有第二振动传感器及第二光学对准装置；数据处理系统，至少基于第一振动传感器采集的振动信号以及第二振动传感器采集的振动信号对目标风机的振动模态进行识别，获得目标振动模态的频率、阻尼比及模态振型。本公开还提供一种风机塔筒模态参数提取方法，能够指导第二运载装置快速移动至最佳监测位置，提高监测效率及模态振型预测的可靠性。

技术领域

本公开涉及风机监测技术领域，本公开尤其涉及一种基于移动感知的风机塔筒振动监测系统及方法。

背景技术

风力发电机的塔筒部分，起到支撑风电机组以及吸收风电机组振动能量的作用。为了实现稳定可靠的风机发电，风机塔筒常将风力发电机组支撑于60米以上的高空，其造价可占总成本的15％左右。在风力发电机使用期间，风机塔筒经常暴露在极端的风环境中，大挠度变形和重复应力循环都会导致塔筒的损坏。作为机组的支撑构件，它的损坏可能导致结构的灾难性破坏。尽管对于风机叶片和机械部件的检测与健康监测已经取得进展，但对于风机塔筒的健康监测工作却很少受到关注。

结构损伤会引起机械参数(如质量和刚度)的变化，从而改变系统的动态特性(如模态参数)，因此，基于模态特性的结构健康监测，为确保风机塔筒的安全性和可用性提供了解决方案。通过对塔筒进行动态响应测量，可获得其振动响应数据，进而可从中提取到塔筒的结构频率、阻尼比和模态振型，这些参数可用于风机塔筒的损伤检测和结构识别。但是现有技术中对塔筒动态响应的测量多依赖于传统固定式传感器，如加速度传感器、应变片等，至少存在以下三点不足：

一、传统固定式传感器需安装于塔筒内壁，需要安装人员沿扶梯爬至预定位置进行操作，安装、拆卸困难，灵活性差。

二、为确保模态参数的高识别精度，需要沿塔筒高度布置大量的固定式传感器；且固定式传感器长期工作于振动环境下，振动导致的松动将导致可靠性降低，同时损耗率较高，经济性差。

三、传统固定式传感器对于测点布置位置有较高要求，无法做到测点全覆盖，不能保证所有点模态信息的评估精度。同时，如果传感器远离损伤位置，则检测成功的概率明显降低。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供一种基于移动感知的风机塔筒振动监测系统及方法。

根据本公开的一个方面，提供一种基于移动感知的风机塔筒振动监测系统，包括：N1个第一运载装置，所述第一运载装置能够被固定保持在目标风机的塔筒外壁，所述第一运载装置上设置有第一振动传感器，以采集所述第一运载装置在塔筒外壁所处位置的振动信号，其中，N1＝1；所述第一运载装置上设置有第一高度获取装置以获取所述第一运载装置的高度信息；

N2个第二运载装置，所述第二运载装置可移动地保持在所述目标风机的塔筒外壁，所述第二运载装置上设置有第二振动传感器，以采集所述第二运载装置在塔筒外壁上不同高度位置的振动信号，其中，N2＝1；所述第二运载装置上设置有第二高度获取装置以获取所述第二运载装置的高度信息；

数据处理系统，所述数据处理系统与所述第一振动传感器以及所述第二振动传感器通信连接，获取所述第一振动传感器采集的振动信号以及所述第二振动传感器采集的振动信号，所述第二振动传感器采集的振动信号包括塔筒外壁N2个高度位置的振动信号，所述数据处理系统至少基于所述第一振动传感器采集的振动信号以及所述第二振动传感器采集的振动信号对目标风机的目标振动模态进行识别，以获得目标振动模态的频率、阻尼比以及模态振型；

其中，所述第一运载装置与所述第二运载装置在所述目标风机的塔筒外壁上沿同一竖直方向排列。

根据本公开的至少一个实施方式的基于移动感知的风机塔筒振动监测系统，所述第二振动传感器采集的塔筒外壁N2个高度位置的振动信号为覆盖整个塔筒外壁的N2个高度位置的振动信号。