[发明专利]一种基于激光强度测量的风机叶片结冰监测系统及方法

说明书

本发明公开的一种基于激光强度测量的风机叶片结冰监测系统及方法，属于风力发电技术领域。包括圆形激光束发生系统、第一光强测量仪、光纤传输系统、第二光强测量仪和数据处理及分析系统；圆形激光束发生系统设在叶根内部，第一光强测量仪与圆形激光束发生系统连接；第二光强测量仪设在叶片表面；光纤传输系统的输入端与圆形激光束发生系统连接，输出端正对第二光强测量仪，输出端与第二光强测量仪之间为覆冰监测区域；第一光强测量仪和第二光强测量仪分别连接至数据处理及分析系统连接。本发明实现了对目标区域内叶片表面的覆冰形成与发展的有效监测，具有覆冰检测灵敏度高与准确性高的优点。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种基于激光强度测量的风机叶片结冰监测系统及方法。

背景技术

南方低风速地区与部分高风速地区的风电场中，在冬季及春季普遍存在着较为严重的冰冻问题。风电机组出现覆冰的普遍特点是气温在-10℃以上，在南方地区的冬季，当温度降到0℃时在风电机组及风机叶片上都会出现结冰情况。叶片覆冰改变了叶片的气动外形与重量分布及频率，打破了叶片载荷平衡，将导致叶片及风轮的振动等问题，对风电机组的运行、风电机组的经济性与安全性产生直接影响。

当风电机组叶片出现覆冰，需借助于热鼓风除冰、电加热除冰等方法除去叶片表面覆冰，保证风电机组在低温气象条件下的正常运行。而风机叶片的智能除冰系统需要建立在对叶片覆冰的准确预测与监测上，比如，若能检测到叶片表面的3mm以内的薄覆冰，除冰系统即以较小功率启动运行，即能有效除冰，抑制覆冰层的持续生长，又降低了除冰系统的能耗，对于整个除冰系统的智能化运行与经济性的提升具有明显作用。因此，如何准确对叶片覆冰进行准确的预测与监测，是目前亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于激光强度测量的风机叶片结冰监测系统及方法，实现了对目标区域内叶片表面的覆冰形成与发展的有效监测，具有覆冰检测灵敏度高与准确性高的优点。

本发明通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种基于激光强度测量的风机叶片结冰监测系统，包括圆形激光束发生系统、第一光强测量仪、光纤传输系统、第二光强测量仪和数据处理及分析系统；

圆形激光束发生系统设在叶根内部，第一光强测量仪与圆形激光束发生系统连接；第二光强测量仪设在叶片表面；光纤传输系统的输入端与圆形激光束发生系统连接，输出端正对第二光强测量仪，输出端与第二光强测量仪之间为覆冰监测区域；第一光强测量仪和第二光强测量仪分别连接至数据处理及分析系统连接。

优选地，圆形激光束发生系统包括激光发射器和光圈过滤器，激光发射器正对光纤传输系统，光圈过滤器设在激光发射器与光纤传输系统之间的圆形激光束传播路径上。

进一步优选地，光圈过滤器的光圈直径为2～3mm，且光圈的孔径可调，第二光强测量仪的测量面直径＞圆形激光束的直径。

进一步优选地，光圈过滤器与光纤传输系统之间设有分光镜，第一光强测量仪设在分光镜的反射光路径上。

进一步优选地，分光镜与激光发射器发射的激光夹角为45°，分光镜的反射光光强为激光发射器发射激光光强的4％～5％。

优选地，光纤传输系统包括激光输入端子、光纤和激光输出端子，激光输入端子设在叶根内并正对圆形激光束发生系统，激光输出端子设在叶片表面并正对第二光强测量仪，光纤的两端分别与激光输入端子和激光输出端子连接。

进一步优选地，激光输出端子的前端设有保护盖。

优选地，圆形激光束发生系统发出激光的波长为10^-2～10^-1μm。

优选地，数据处理及分析系统包括示波器、信号处理器和计算机，第一光强测量仪和第二光强测量仪分别与示波器连接，示波器与信号处理器连接，信号处理器与计算机连接。