[发明专利]用于结构体上的雷击检测系统、装置和方法

说明书

本发明名称为“用于结构体上的雷击检测系统、装置和方法”。本发明涉及并公开了一种用于结构体(115)的雷电检测和损坏估计系统(100)。该系统(100)包括：耦连到避雷装置(125)的雷电接受器(110)，其被配置成接收多次雷击(120)，并在耦连到避雷装置(125)的拾波线圈(127)中感应雷电流。通过拾波线圈(127)耦连到避雷装置(125)的集成电路(130)包括：非易失性存储器(250)，用于连续存储多次雷击(120)的雷电感应电流的一个或多个样本。损坏估计单元(260)被配置成基于对来自于非易失性存储器(250)的多次雷击(120)的雷电感应电流的存储样本历史进行分析来估计结构体(115)状况。

技术领域

本发明涉及结构体的雷电检测技术，并且更具体地涉及用于估计由于此雷电引起的结构体状况的系统、装置和方法。

背景技术

诸如但不限于风力涡轮机、航空器、船舶结构体、通信塔或其它高的结构体的各种结构体可能会遇到由于例如雷击造成的放电。例如，由于风力涡轮机叶片的尺寸增大，风力涡轮机叶片越来越易于遭到雷击。而且，风力涡轮机叶片在遇到雷击时可能会受到不利影响。结果，由于需要相对长的停机周期来检查并进一步维修和/或更换受到影响的叶片或组件，因此这可能导致生产率降低。

过去已经提出了几种可应用于风力涡轮机的雷电检测系统。此类系统的基本方法是提供沿风力涡轮机的转子叶片的长度分布的几个磁和/或电场传感器，并测量沿着转子叶片的磁和/或电场强度。连接到磁和/或电场传感器的评估单元接收其测量信号，并计算对风力涡轮机的损坏，并且具体地计算由雷击引起的对转子叶片的损坏。然而，基于测量的磁和/或电场强度的评估不一定能估计风力涡轮机的各组件或部分的状况。

为了满足上述需求，一种通用的检测系统利用位于风力涡轮机的各个部分上的磁卡，其中由雷击产生的磁场在磁卡的磁条上标记痕迹。此技术能够读到叶片遭受的最大雷电流。然而，该读取过程需要中止风力涡轮机的工作来手动读取。同样，该技术不能以雷击发生的顺序和/或时间记录几次雷击。而且，由于假设与相对低幅度的雷击相比，高幅度的雷电流可能导致对结构造成损坏的更大可能性，所以只有具有最高幅度的最近的雷击登记在磁卡上。例如，在幅度低于第一阈值(例如30kA)的雷电流的雷击情况下，雷击可能并不登记在磁卡上。相反地，在幅度高于第二阈值(比如大约50kA)的雷电流的雷击情况下，雷击可能登记在磁卡上。然而，在一段时间内出现的一系列低幅度雷击也可能导致对结构体造成损坏的潜在风险，但即使如此也不记录。

解决关于前述磁卡系统缺陷的一种尝试可包括使用电子存储介质来登记雷击。然而，需要连续供电以保持存储数据，这使其不能安装在诸如风力涡轮机的叶片的旋转组件上。虽然，可充电/可更换电池可提供此类存储介质所需的电力，但需要在一段时间里连续更换电池使他们不适于很少并隔很久才进行人工干预的远程、近海应用。

因此，需要可以解决上述列出的一个或多个问题的改进的雷电检测系统。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于检测结构体上的雷击的集成电路。该集成电路包括从入射到结构体上的多次雷击提取雷电感应电流的处理单元。该集成电路进一步包括用于连续存储多次雷击中每次雷击的雷电感应电流的一个或多个样本的非易失性存储器。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于结构体的雷电检测和损坏估计系统。该系统包括避雷装置，其用于接收多次雷击，并产生所述多次雷击中每次雷击的雷电感应电流。耦连到所述避雷装置并安装在所述结构体上的集成电路包括非易失性存储器和损坏估计单元。非易失性存储器被配置成连续存储所述多次雷击中每次雷击的雷电感应电流的一个或多个样本。损坏估计单元被配置成基于对来自于所述非易失性存储器的所述多次雷击的雷电感应电流的存储样本历史进行分析来估计结构体状况。雷电检测系统进一步包括能量收集单元，其被配置成从所述雷电感应电流中收集能量，以为所述集成电路供电。