[发明专利]具有光纤风力传感器的风力涡轮机部件

说明书

技术领域

本发明涉及具有光纤风力传感器的风力涡轮机部件和用于操作传感器的对应方法。

背景技术

当操作风力涡轮机时，为了控制和安全性目的，需要知道入射风速。在常规操作中，例如，获知风速允许涡轮机操作员利用功率曲线来监控产电，以及将风力涡轮机效率反馈给监控和控制程序。

而且，在强风下，操作风力涡轮机可能不安全且可能需要使得涡轮机停机。替代地，可能期望将风力涡轮机叶片隔开，以使得风溢出且加载在叶片上的相关的风不超过最大安全操作阈值。

至今，用于确定入射风速的传感器遇到许多劣势。许多传感器依靠通常被定位在风力涡轮机的机舱上的杯形风速计。这些系统通常不给出风速的准确测量，因为它们位于风力涡轮机转子的后方(下风)，并且在转子叶片转动时受到转子叶片的激发影响。

其他传感器依靠安装在机舱或转子轮毂上且有赖于转子测量遥远场地风速的LIDAR(光检测和搜索)系统。这些系统普遍昂贵且需要定期维护以保持它们无累积的尘埃或冰。如同杯形风速计，LIDAR不提供在风力涡轮机上的局部风速的准确信息，仅提供入射风的更广泛的测量。

已经提出利用光纤的其他传感器系统用于测量局部风速，即，靠近风力涡轮机部件的风速。这些传感器系统设置成如LIDAR系统那样操作，但是在附近场地工作。光从嵌入风力涡轮机部件或风力涡轮机叶片中的光纤输出且从入射风中的颗粒或浮粒反射。反射光能够在风力涡轮机中收集且能够受到处理。这种系统优于遥远场地LIDAR系统的完全复杂性，但是通常也要求复杂的处理以给出可靠的信号。

因此已经理解的是，期望提供具有操作容易且安装便宜的光纤传感器系统的风力涡轮机部件。

发明内容

现在参考独立权利要求限定本发明。有利的特征在从属权利要求中列出。

在本发明的第一方面，提供一种风力涡轮机部件，包括：光纤，其具有感应部分，感应部分从风力涡轮机部件表面伸入邻近风力涡轮机部件表面的气流，以使得光纤感应部分由于由气流施加的力而弯曲；光源，其用于将光信号输入光纤的至少一端，光信号具有通过光信号穿过光纤的传递和光纤弯曲的量来改变的光学特征；光检测器，其用于从光纤的感应部分接收光信号；和控制器，其联接到光检测器以从接收的光信号的光学特征确定风速。

用于检测光纤弯曲的系统有利地提供低成本风速传感器，所述风速传感器不易于吸引雷击或累积尘埃或冰。

在一个实施方式中，光纤感应部分的弯曲被限制到第一轴向方向。这对于来自传感器的测量提供方向敏感性，以简化风速的测量，所述风速在层流流动状况下能够假设为很大程度上是跨过风力涡轮机部件的单向的。

有利的是，光纤感应部分的弯曲具有由最大值和最小值限定的范围，最小值对应于无风状况或中间值对应于无风状况。因此，传感器能够用于提供方向指示及速度指示。

感应部分的第一端固定在风力涡轮机部件的表面，且感应部分的第二端在气流中自由移动。光源和光检测器然后可联接到感应部分的第一端，并且感应部分的第二端具有用于在光纤内进行内部反射光的镜面。这允许光纤传感器也用作用于风力涡轮机叶片的失速传感器。

在一个实施方式中，光学特性是接收的光的强度，并且其中，光纤感应部分的表面具有设置成允许光从光纤离开的一个或多个光损部分，从光纤离开的光量取决于光损部分的弯曲的量。光强度的测量直接实施。而且，已经发现强度测量对于光纤的热膨胀或缩小具有非常低的敏感性。

光损部分可包括在光纤的覆盖层中的切口，并且还可包括具有进入芯体或覆盖层中的锯齿部的切口。锯齿部或切口增加在光损部分的暴露面积上的弯曲的作用。

在另一实施方式中，感应部分附连到也伸入气流的弹性支撑部件。弹性支撑部件能够用于将第二光纤安装到风力涡轮机部件上以给出方向性测量，或替代地可以用于提供附加刚性或提供对于单一光纤的支撑。

光纤感应部分可具有一个或多个光栅，光栅的间距由于感应部分的弯曲而改变。

光纤可具有两个感应部分，并且光纤原路折回自身，以使得感应部分邻近彼此，并且光纤在两个位置从风力涡轮机部件的表面延伸。

在本发明的另一方面，提供失速传感器以用于包括以上提及的风力涡轮机部件的风力涡轮机叶片。

在本发明的另一方面，提供滞留点传感器以用于包括以上提及的风力涡轮机部件的风力涡轮机叶片。

本发明的另一方面提供对应方法和用于执行所述方法的计算机程序。

附图说明

现在将通过示例且参考附图描述本发明的优选实施方式，在所述附图中：