[发明专利]一种基于电容测量的风机叶片覆冰监测系统及方法

权利要求书

1.一种基于电容测量的风机叶片覆冰监测系统，其特征在于，包括正弦信号电源(1)、数据处理系统、计算机(16)和若干平行板电容器；平行板电容器包括接电源电极板和接地电极板，接电源电极板和接地电极板尺寸相同，且平行布置在叶片(11)表面的覆冰监测区域的两端并与叶片(11)表面垂直；若干平行板电容器中的所有接电源电极板在高度方向上依次排布，且相邻的接电源电极板通过绝缘板连接；所有接地电极板在高度方向上依次排布，且相邻的接地电极板通过绝缘板连接；

正弦信号电源(1)分别与数据处理系统和每个接电源电极板连接，每个接地电极板分别接地；正弦信号电源(1)与每个接电源电极板之间设有分压电阻，分压电阻与接电源电极板之间设有电压测点(2)，电压测点(2)与数据处理系统连接，数据处理系统与计算机(16)连接。

2.根据权利要求1所述的基于电容测量的风机叶片覆冰监测系统，其特征在于，数据处理系统包括整流检波器(13)、低通滤波器(14)和A/D转化器(15)，整流检波器(13)的一端与电压测点(2)连接，另一端与低通滤波器(14)连接，低通滤波器(14)与A/D转化器(15)连接，A/D转化器(15)与计算机(16)连接。

3.根据权利要求1所述的基于电容测量的风机叶片覆冰监测系统，其特征在于，接电源电极板和接地电极板的厚度为1～1.5mm，高度为3～5mm。

4.根据权利要求3所述的基于电容测量的风机叶片覆冰监测系统，其特征在于，绝缘板与接电源电极板和接地电极板的厚度和长度相等，高度为1～1.5mm。

5.根据权利要求1所述的基于电容测量的风机叶片覆冰监测系统，其特征在于，接电源电极板与接地电极板之间的距离为5～10mm。

6.根据权利要求1所述的基于电容测量的风机叶片覆冰监测系统，其特征在于，平行板电容器的数量≥2。

7.根据权利要求1所述的基于电容测量的风机叶片覆冰监测系统，其特征在于，计算机(16)通过无线通信模块与风电机组叶片防除冰控制系统通信互联。

8.根据权利要求1所述的基于电容测量的风机叶片覆冰监测系统，其特征在于，正弦信号电源(1)、数据处理系统、计算机(16)、分压电阻和电压测点(2)均设在叶根(12)内。

9.采用权利要求1～8任意一项所述基于电容测量的风机叶片覆冰监测系统进行风机叶片覆冰监测的方法，其特征在于，包括：

正弦信号电源(1)输出正弦交流电经分压电阻至每个平行板电容器的接电源电极板，接地电极板接地，电压测点(2)采集每个平行板电容器的端电压，经数据处理系统处理后发送至计算机(16)；计算机(16)根据平行板电容器端电压的变化趋势，实现对风机叶片表面覆冰的监测。

10.根据权利要求9所述的采用基于电容测量的风机叶片覆冰监测系统，进行风机叶片覆冰监测的方法，其特征在于，若干平行板电容器包括第一电容器(17)和第二电容器(18)，第一电容器(17)底面与叶片(11)连接，第二电容器(18)通过绝缘板设置在第一电容器(17)上部，计算机(16)采集正弦信号电源(1)的输出电压第一电容器(17)的端电压和第二电容器(18)的端电压并分别绘制时间发展曲线，并提取与的时间发展曲线中每个正弦波的幅值A_1c与A_2c，以及与的时间发展曲线与的时间发展曲线的相位差与综合进行叶片(11)表面覆冰情况的监测，分为以下几种情况：

1)若与的时间发展曲线或近似重合，即幅值A_1c与A_2c以及相位差与保持不变，此时第一电容器(17)与第二电容器(18)之间的介质均为空气，叶片(11)表面无覆冰形成；

2)若的时间发展曲线出现了波形的变化，而的时间发展曲线未出现变化，即的时间发展曲线的幅值A_1c和相位差分别变小，而的时间发展曲线的幅值A_2c和相位差保持不变，此时第一电容器(17)的接电源电极板和接地电极板之间出现了覆冰，且覆冰层的最大高度低于第一电容器(17)的接电源电极板和接地电极板的高度，即覆冰只存在于第一电容器(17)的接电源电极板和接地电极板之间的空间内；

3)若与的时间发展曲线均出现波形的变化，此时第一电容器(17)与第二电容器(18)之间都出现了覆冰，具体地：

3.1)若与的时间发展曲线的幅值A_1c与A_2c和相位差与都出现持续下降的变化趋势，此时覆冰往垂直于叶片(11)表面的高度方向生长，第一电容器(17)与第二电容器(18)之间都出现了覆冰，但又均未充满覆冰；

3.2)若的时间发展曲线的幅值A_1c和相位差变小后趋于稳定，而的时间发展曲线的幅值A_1c和相位差仍呈现变小的趋势，此时第一电容器(17)之间充满了覆冰，而第二电容器(18)内出现了覆冰，但未充满覆冰；

3.3)若与的时间发展曲线的幅值A_1c与A_2c和相位差与都趋于稳定，且两条时间发展曲线重新接近于重合，此时第一电容器(17)和第二电容器(18)内均充满了覆冰，覆冰层的高度不低于第一电容器(17)、绝缘板和第二电容器(18)的总高度。