說明書風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片狀態(tài)監(jiān)測

說明書風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片狀態(tài)監(jiān)測說明書風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片狀態(tài)監(jiān)測說明書風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片狀態(tài)監(jiān)測說明書風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片狀態(tài)監(jiān)測編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話：傳真:郵編:說明書風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域：本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括葉片受力分析、葉片應(yīng)力傳感器、無線傳輸網(wǎng)絡(luò)、故障分析軟件、監(jiān)測終端等。是一種針對風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片振動的狀態(tài)保護(hù)而進(jìn)行設(shè)計(jì)。背景技術(shù)：風(fēng)力發(fā)電是一種可再生的清潔能源，環(huán)境污染小，自動化程度高，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，可滿足人口稀少、電網(wǎng)不易到達(dá)地區(qū)的用電，因此，風(fēng)力發(fā)電更具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件，葉片在旋轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)葉片由上方轉(zhuǎn)到與下方時，受力改變并且交替變化，以及風(fēng)力狀況的不穩(wěn)定，這些都會引起風(fēng)力機(jī)的振動。風(fēng)力機(jī)長時間工作后，由于其材料老化、硬件的物理疲勞、惡劣環(huán)境等原因引起的扇葉物理性能下降以及損壞，影響了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作效率。因此，對其運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測就顯得尤為重要。傳統(tǒng)風(fēng)力扇葉上并無能夠?qū)ι热~運(yùn)行狀態(tài)很好地監(jiān)測的設(shè)備，多數(shù)都有成本高、布線復(fù)雜、管理效率較低、延時高等問題。而本設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)的監(jiān)測方式、結(jié)構(gòu)等方面做了重大突破。本無線監(jiān)測系統(tǒng)由傳感采集子系統(tǒng)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)和終端監(jiān)控子系統(tǒng)三部分組成。實(shí)用新型內(nèi)容：本實(shí)用新型布置在風(fēng)機(jī)葉片上，首先是獨(dú)立傳感采集子系統(tǒng),針對風(fēng)機(jī)葉片上的監(jiān)測信號,設(shè)計(jì)適合于風(fēng)機(jī)葉片健康狀態(tài)的傳感采集子系統(tǒng),所設(shè)計(jì)的傳感采集子系統(tǒng)能靈活地與無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)配接,更好地完成結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測。傳感器有壓電薄膜傳感器（LH223）、霍爾效應(yīng)式葉片傳感器（HME56）、飛思卡爾三軸加速度傳感器（MMA7260QT）、可編程三軸振動傳感器模塊（AOIS16223CMLZ），用于檢測風(fēng)機(jī)葉片上的壓力信號、振動信號并將其轉(zhuǎn)換成電信號傳給無線通信組件的發(fā)射模塊，在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證傳感器的性能和精度，并確定傳感器的型號。其次是無線傳感網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)，包括由無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)軟件模塊。該系統(tǒng)是整個多點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分,子系統(tǒng)承擔(dān)了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)發(fā)和接收的功能。設(shè)計(jì)主要由數(shù)字處理模塊和射頻模塊組成線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。其次，根據(jù)已經(jīng)得到的典型故障獨(dú)立特征信號的分布特點(diǎn)和范圍，利用小波分析工具對整機(jī)運(yùn)行下采集的信號縮小區(qū)間和范圍，去除典型故障區(qū)間和范圍之外的數(shù)據(jù)。對于多個子系統(tǒng)信號的重疊或者調(diào)制，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊理論等智能算法進(jìn)行處理，析取出部件信號，確定特征信號與故障類型的對應(yīng)關(guān)系，為正確判斷葉片故障奠定理論基礎(chǔ)。在考慮風(fēng)機(jī)葉片內(nèi)部嵌入傳感器的合理布局基礎(chǔ)上，研究風(fēng)機(jī)葉片的不同部位的受力狀態(tài)和故障類型的關(guān)系，合理布局葉片上的傳感器位置和數(shù)量，并根據(jù)傳感器的特點(diǎn)和葉片的位置放置合適的傳感器，使其能夠客觀真實(shí)地檢測出風(fēng)機(jī)葉片的狀態(tài)和故障類型。該系統(tǒng)是一種能夠面向傳感器網(wǎng)絡(luò)的嵌入式操作系統(tǒng),基于組件的架構(gòu)方式,支持組件化編程的語言,能夠?qū)崿F(xiàn)用最少的硬件支持網(wǎng)絡(luò)傳感器的并發(fā)密集操作。設(shè)計(jì)主要包括基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的層次路由協(xié)議和無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的軟件模塊開發(fā)的節(jié)點(diǎn)軟件。終端監(jiān)控子系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)接收、處理系統(tǒng),該終端監(jiān)控子系統(tǒng)主要由中繼節(jié)點(diǎn)與用戶應(yīng)用軟件組成,中繼節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)把整個網(wǎng)絡(luò)的采集數(shù)據(jù)通過串口通信交給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理,設(shè)計(jì)能夠很好確定風(fēng)機(jī)葉片故障位置的算法。具體實(shí)施方案：（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)部分振動傳感器安裝位置如下圖一所示：無線傳輸網(wǎng)絡(luò)葉片應(yīng)力傳感器葉片無線傳輸網(wǎng)絡(luò)葉片應(yīng)力傳感器葉片 圖一振動傳感器安裝位置圖分別在風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的葉尖、和葉根兩個部位各安裝一個、葉中安裝兩個葉片應(yīng)力傳感器來采集葉片的振動信息。傳感器有壓電薄膜傳感器（LH223）、霍爾效應(yīng)式葉片傳感器（HME56）、飛思卡爾三軸加速度傳感器（MMA7260QT）、可編程三軸振動傳感器模塊（AOIS16223CMLZ），并取四者的加權(quán)平均作為最終的振動信號通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)送入數(shù)據(jù)處理器。之后，處理器根據(jù)已經(jīng)得到的典型故障獨(dú)立特征信號的分布特點(diǎn)和范圍，利用小波分析工具對整機(jī)運(yùn)行下采集的信號縮小區(qū)間和范圍，去除典型故障區(qū)間和范圍之外的數(shù)據(jù)。對于多個子系統(tǒng)信號的重疊或者調(diào)制，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊理論等智能算法進(jìn)行處理，析取出部件信號。把整機(jī)運(yùn)行條件下提取出的風(fēng)機(jī)葉片運(yùn)行單純信號與典型故障對應(yīng)的特征信號比較，判斷風(fēng)機(jī)葉片部件是否出現(xiàn)故障或者處于故障的早期。綜合考慮海上風(fēng)電場天氣條件、地理位置、交通工具、庫存情況和維護(hù)人員情況，從降低維護(hù)成本出發(fā)，合理安排風(fēng)機(jī)葉片的運(yùn)行維護(hù)時間段、運(yùn)行維護(hù)手段和方法。（2）電氣控制部分本實(shí)用新型中信號采集及數(shù)據(jù)傳遞實(shí)現(xiàn)整體框圖如下圖二所示：圖二、電氣控制部分圖如圖二所示，四個葉片應(yīng)力傳感器監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的運(yùn)行狀態(tài)，通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)模塊發(fā)送至經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)器，由其換成數(shù)字信號后送入數(shù)據(jù)處理器，然后通過故障分析軟件分析，得出故障判斷結(jié)論。監(jiān)測終端可對各信號進(jìn)行監(jiān)測觀察。整機(jī)運(yùn)行的數(shù)據(jù)來源主要是是合作單位提供的實(shí)際機(jī)組的數(shù)據(jù)。對于本校已有的小功率試驗(yàn)裝置，同樣可以采用