[发明专利]风机叶片转速传感器和风机叶片姿态测量方法

说明书

本发明公开了一种风机叶片转速传感器和风机叶片姿态测量方法。本发明实施例的风机叶片转速传感器，包含壳体以及集成在壳体中的：惯性测量模块，用于测量轮毂转角参数；采集模块，用于采集并校正轮毂转角参数；解算模块，与采集模块相连，用于解算校正后的轮毂转角参数，获取风机叶片的姿态；接口模块，用于输出风机叶片的姿态。本发明内置三轴加速度计和三轴陀螺仪的组合，可有效消除风机振动影响、长期持续运转下的陀螺仪漂移、风机偏航影响，能够输出稳定可靠的转角数据；采用微机电技术，无可动部件，能承受较大的瞬时冲击和振动，适应环境能力强；同时，无转轴，可安装在轮毂内腔附件的任意位置，且可水平安装或垂直安装。

技术领域

本发明涉及风电技术领域，特别涉及一种风机叶片转速传感器和风机叶片姿态测量方法。

背景技术

变桨距风力发电机组在额定风速以下时叶片攻角处于零度附近，此时，叶片角度受控制环节精度的影响，变化范围很小，可看作等同于定桨距风力发电机。在额定风速以上时，变桨距机构发挥作用，调整叶片攻角，保证发电机的输出功率基本保持不变。由于桨距角可以随风速大小而进行自动调节，因而能够尽可能多的捕获风能，又可以在高风速时保持输出功率平稳，不致引起发电机的过载，还能在风速过大(超出切出风速)时通过顺桨(叶片的几何攻角趋于零升力的状态)防止对风力发电机组的损坏。因此，变桨距风力发电机组通过转速传感器在叶片变浆时的PID（Proportional-Integral-Derivative，比例-积分-微分）控制中进行角度测量反馈。

现有技术中，风机叶片转速传感器一般基于光电原理的编码器、基于加速度计测角技术的传感器和基于陀螺仪测角速度的传感器。

由于风机振动和强风瞬时冲击的影响，基于光电原理的编码器无法有效适应环境能力，很容易出现故障，而导致变浆控制失效造成严重的安全事故。

基于加速度计测角技术的传感器，其测角部件不能在动态环境下保证测量精度。加速度计测角是利用静态环境下测倾斜角度在加速度计的敏感轴上产生的重力分量，如果在转动环境下，加速度计除了能够检测到倾斜造成的重力分量，还可以检测到运动产生的线性加速度，和向心加速度，即加速度计值为a=a_g+a_i，a_g为重力分量，a_i为线性加速度。利用反正弦公式解算出的倾斜角度会被引入线性加速度误差。同样，存在角振动情况下，加速度计敏感轴也会检测到角加速度。由于无法剥离出真正的重力分量，倾斜角度的测量误差会更大，只能在静态环境下不存在角振动、线性加速度干扰时，倾斜角度的测量才是最准确的。

而基于陀螺仪测角速度的传感器，在测角速部件长时间运行时存在漂移，积分时引入不可消除的误差，无法精确测量转角。

发明内容

根据本发明实施例，提供了一种风机叶片转速传感器，包含壳体，以及，集成在壳体中的：

惯性测量模块，惯性测量模块用于测量轮毂转角参数；

采集模块，采集模块与惯性测量模块相连，用于采集并校正轮毂转角参数；

解算模块，解算模块与采集模块相连，用于解算校正后的轮毂转角参数，获取风机叶片的姿态；

接口模块，接口模块用于输出风机叶片的姿态。

进一步，惯性测量模块中集成有：三轴陀螺仪和三轴加速度计，三轴陀螺仪和三轴加速度计用于测量轮毂转角参数。

进一步，轮毂转角参数包含：三轴加速度计测量的空间坐标中XYZ方向上所分别产生的加速度变化，以及，三轴陀螺仪测量的空间坐标中XYZ方向的轴向上所分别产生的角速率变化。

进一步，采集模块包含：ADC采样电路，ADC采样电路与惯性测量模块相连，用于采集轮毂转角参数，并对轮毂转角参数进行滤波以完成校正。