[发明专利]一种风电发电机组的螺栓在线监测系统及方法

说明书

本发明属于风电发电机技术领域，公开了一种风电发电机组的螺栓在线监测系统及方法，连接风电发电机上螺栓的光纤传感器，和光纤传感器连接的信号处理系统和显示装置，以及向工作人员传达预警信息的报警器；螺栓和光纤传感器用探测光缆连接，信号处理系统接收由光纤传感器发出的光信号，并进行数据分析处理，显示装置用于数据显示，测试以及预警。利用光纤传感器，能够实现长距离分布式监测，以及多螺栓的实时监测。另外，本发明在信号处理系统中引入了编码技术将光脉冲信号在注入被测光纤前进行序列编码，避免了传统移动平均法的局限性，提高了信号处理系统的信噪比，增大了双光束OTDR的测量动态范围。

技术领域

本发明属于风电发电机技术领域，尤其涉及一种风电发电机组的螺栓在线监测系统及方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：风电发电机组经过长期运行转动，部分螺栓会出现松动脱落或断裂的情况，固定风力发电机叶片的螺栓位于距离几十米的高空。松动和脱落的螺栓无法及时更换，而且风电机组上的螺栓很多，现有技术中无法实现风电发电机上多个螺栓同时在线监测并定位。基于OTDR技术的螺栓紧固程度在线监测系统及方法中，根据光时域反射仪的光强数据可以判断螺栓是否松动或脱落，并且通过探测光缆获取后向散射光，并将其转化为不同光缆位置的光强来实现螺栓的定位。这种方法可以实现多个螺栓同时在线监测，并且可以知道松动螺栓的位置，但该结构探测灵敏度受光源线宽影响越大，且使用过程中始终有一段盲区。

由于光纤中的后向散射光信号及其微弱，而菲涅尔反射光信号相对来说是比较强的(常高出30多dB)，为了有效测量小功率的后向散射信号，需对OTDR接收器的灵敏度要求非常高。当高强度的反射产生时，光电接收器接收到的的反射功率要比后向散射功率要高出4000多倍，因此OTDR内部的检测器遇到光纤散射事件后，会出现反射峰值，接收器随后就会进入饱和状态，而反应在曲线上的特性是出现一段平区，曲线从饱和状态(平区)恢复到不饱和状态(线性区域)需要一定的时间，在这段时间内，包括散射信号在内的其他所有信号均被掩盖，OTDR此时不能准确检测到后项散射信号，进而形成了盲区。一般情况下，反射越多，盲区越长。

可设光脉冲宽度为T，光在真空中的速度为C，被测光纤的群折射率为N,则出现盲区平顶的大小为L＝CT/2N。由盲区和脉冲宽度的关系可知，对同样幅度大小的激光脉冲，盲区会随脉冲宽度的增加而增大。对于风电发电机这种距离大范围的监测要求，测量时脉冲宽度应该加大，脉宽越大，功率越大，可测得距离越长，但分辨率会降低，测量精度和探测灵敏度也会降低。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有的基于OTDR技术的螺栓紧固程度在线监测方法探测灵敏度受光源线宽影响越大，且使用过程中始终有一段盲区，盲区会随脉冲宽度的增加而增大，对于风电发电机这种距离大范围的监测要求，测量时应使用宽脉冲，但增大脉冲宽度会降低其分辨率和探测灵敏度，而且应用于风电发电机螺栓监测，受周围环境噪音影响，对探测结果有较大影响。

解决上述技术问题的难度和意义：

随着OTDR制造技术的日益成熟，其测量精度在不断提高，但盲区影响却一直存在而且不可避免，在风电发电机螺栓的监测过程中，如果盲区过长，一些链路连接器可能会被漏掉，技术人员无法识别它们，这使得风力发电机叶片上松动螺栓的定位等工作难以实现。在早期的国外产品中，大多采用光屏蔽技术来减小盲区，其原理是在光信号的返回通道中加入一个高速光开关，如声光偏转器等，把强反射信号截断掉，在反射光脉冲过后，再恢复正常光信号，这样就使得OTDR接收器不受大信号影响，从而减小测试盲区。这种技术虽然对减小盲区有较好的效果，但实现起来比较复杂，需在所有有反射信号的地方都设置屏蔽点，参数调整会很困难，成本也高。