BR112016003409B1 - Sistema e método para o monitoramento dos movimentos de uma estrutura - Google Patents

Abstract

sistema e método para o monitoramento dos movimentos de uma estrutura. a presente invenção se refere a um sistema para o monitoramento de uma estrutura (1), cujo sistema compreende pelo menos um dispositivo de medição inercial (5) montado sobre a referida estrutura para detectar taxas de rotação e valores de aceleração no sistema inercial fixado em terra. uma unidade central (11) determina um valor de monitoramento com base nas taxas de rotação e nos valores de aceleração usando um algoritmo de navegação. adicionalmente, a invenção se refere a uma unidade de saída (12) para gerar o valor de monitoramento.

Description

[001] A presente invenção se refere a um sistema e a um método para o monitoramento de movimentos de uma estrutura.

[002] Estruturas móveis como, por exemplo, edificações e grandes máquinas podem sofrer movimentos ou oscilações por meio de influências ambientais ou por meio de seus movimentos operacionais propriamente ditos, o que pode danificar a estrutura ou prejudicar a operação. Para prevenir contra danos, para planejar manutenção ou para estimar a vida útil residual, tais movimentos podem ser observadas e monitoradas.

[003] Para o monitoramento de turbinas eólicas, sensores conhecidos tais como sensores de aceleração uniaxial com tecnologia piezoelétrica, medidores de tensão, sistemas de fotometria ou sistema de medição a laser são usados. Por meio desses meios, simples mudanças de posição e análise de frequência de som emitido pela estrutura propriamente dita podem ser realizadas, algo que permite a detecção de danos possíveis de partes da turbina tal como os suportes, parte de engrenagens ou lâminas do rotor.

[004] Aqui há uma desvantagem na qual os valores medidos detectam um movimento do sistema apenas uniaxialmente e apenas em localizações de medição selecionada.

[005] O pedido de patente internacional publicado sob o No. WO 2012/049492 A1 revela um sistema para corrigir a informação de navegação inercialmente derivada para uso na navegação em um ambiente de navegação. O sistema usa informações relativas a edifícios e/ou outros recursos no ambiente de navegação para corrigir um desvio na saída de sensores inerciais. Mais especificamente, o sistema usa quatro indicações das paredes externas de um edifício para determinar a direção provável de deslocamento de um usuário do sistema quando no interior de um edifício. Esta informação é usada para corrigir um desvio de rota. O sistema incorpora um filtro estocástico, em particular um filtro de Kalman, para processar os dados inerciais e aplicar correções aos dados inerciais. O filtro de Kalman também permite a integração de outros sensores de navegação tal como um GPS. O sistema também extrai as informações de indicação a partir de imagens aéreas, tais como mapas e dados de fotogrametria utilizando detecção de borda e algoritmos de detecção de linha reta.

[006] O pedido de patente norte-americana publicado sob o No. US 2009/326851 A1 descreve uma unidade de medida inercial que inclui uma base tendo uma pluralidade de setores fisicamente distintos, sobre a qual estão posicionados três grupos de detetores de variação angular ortogonalmente orientados, cada grupo posicionado em um diferente setor da base. Três acelerômetros High-G ortogonalmente orientados também estão posicionados sobre a base, bem como três acelerômetros Low-G ortogonalmente orientados. Um processador está posicionado sobre a base tendo um software residente no mesmo para receber sinais a partir dos três grupos de detetores de variação angular e dos três acelerômetros High-G e dos três acelerômetros Low-G. O software é também residente no processador para calcular a partir dos sinais recebidos de um ou mais dos seguintes: uma mudança de atitude, uma mudança de posição, uma mudança na variação angular, uma mudança na velocidade e uma mudança na aceleração da unidade ao longo de uma multiplicidade de incrementos de tempo finito.

[007] O pedido de patente internacional publicado sob o No. WO 2013/110215 A1 descreve um método para a determinação de parâmetros de uma turbina eólica. O método pode geralmente incluir receber sinais a partir de pelo menos uma unidade de medição inercial micro (MIMU) montada sobre ou no interior de um componente da turbina eólica e determinar pelo menos um parâmetro da turbina eólica com base nos sinais recebidos do pelo menos um MIMU.

[008] A patente alemã DE 10 2006 005 258 A1 revela um método para determinar cargas sobre uma estrutura mecânica e/ou danos a ou estados da estrutura mecânica resultantes a partir das cargas sobre a estrutura mecânica. As rotações de uma parte da estrutura mecânica, que são causadas por cargas sobre/danos à estrutura mecânica, são medidas usando um sensor de rotação de fibra óptica que está ligado à parte da estrutura de uma forma mecanicamente rígida, e as cargas sobre/danos ao/estados da estrutura mecânica é/são inferidos a partir da rotação medida.

[009] O documento “Condition Monitoring and Fault Detection of Wind Turbines and Related Algorithms: A Review” de Z. Hameed et al. (Renewable and Sustainable Energy Reviews, Elsevier Science, New York, Volume 13, No. 1, páginas 1-39) descreve diferentes técnicas para monitorar turbinas eólicas e suas saídas.

[010] É um objetivo da presente invenção proporcionar um sistema e um método para o monitoramento de movimentos de uma estrutura o qual permite um monitoramento eficiente e seguro da estrutura e que proporcione uma base para medidas reparatórias, planejamento de manutenção, e/ou estimativa da vida útil residual das partes da estrutura.

[011] Este objetivo é resolvido por meio de um sistema de acordo com a reivindicação 1 para o monitoramento de movimentos de uma estrutura e um método de acordo com uma reivindicação independente adicional para o monitoramento dos movimentos de uma estrutura. Realizações adicionais são indicadas nas reivindicações dependentes.

[012] Um sistema para o monitoramento de movimentos de uma estrutura compreende pelo menos um dispositivo de medição de inércia, montado sobre a referida estrutura, para detectar taxas de rotação e valores de aceleração no sistema inercial fixado em terra. Adicionalmente, o sistema compreende uma unidade central para determinar um valor de monitoramento com base sobre a taxa de rotação e o valor de aceleração por meio de um algoritmo de navegação e uma unidade de saída para gerar o valor de monitoramento.

[013] A estrutura pode ser um objeto arbitrário que pode ser colocado em movimento e/ou oscilações por meio de influências externas (influências ambientais) ou influências internas (comportamento operacional). Por exemplo, pode ser uma edificação, tal como um edifício com múltiplos andares ou uma torre de transmissão, ou pode ser uma máquina, tal como uma máquina de construção, um guindaste ou algo similar. Adicionalmente, também pode ser uma estrutura que é construída como uma edificação e operada como uma máquina, tal como que, por exemplo, uma roda de Ferris, uma plataforma offshore ou uma turbina eólica.

[014] Por outro lado, tais estruturas podem ser movimentadas por meio de influências ambientais tais como vento, corrente marítima, impacto por ondas ou movimentos da superfície da Terra, por exemplo, durante terremotos. Por outro lado, tais estruturas também podem ser movimentadas por meio de seus movimentos operacionais próprios tais como movimento quando em trabalho de uma parte da estrutura, oscilações operacionais ou vibrações de engrenagens. Adicionalmente, interações podem ocorrer entre as influências ambientais e os movimentos internos das estruturas, algo que pode acarretar em um movimento comportamental complexo.

[015] Tais movimentos e oscilações podem danificar a estrutura e podem acarretar em fatiga de material tal como rachaduras ou fraturas de fatiga. Adicionalmente, isto pode influenciar o comportamento operacional das estruturas e pode limitar desta maneira, o campo de aplicação ou a eficiência de operação.

[016] Adicionalmente, também é possível que a estrutura mude durante o tempo, por exemplo, por envelhecimento, desgaste, danos estruturais, danos mecânicos ou por meio de influências ambientais. Por exemplo, em estruturas móveis complexas tais como turbinas eólicas, acúmulo de gelo ou acúmulo de água nas lâminas dos rotores pode ocorrer. Devido ao estresse e a fatiga do material, as características do material podem mudar, partes da estrutura podem se tornar mais fracas e podem rachar ou apresentar fissuras. Tais mudanças da estrutura são refletidas no comportamento de movimento da estrutura. Por exemplo, a frequência ou a amplitude de oscilações ou de movimentos pode mudar, As mudanças podem ser detectadas com base nas taxas de rotação e nos valores de aceleração medidos pelo dispositivo de medição inercial. Isto permite a identificação da necessidade de medidas, por exemplo, para a manutenção, para o bom desempenho ou para a operação e para realizar tais medidas antes da ocorrência de danos significativos.

[017] Portanto, o monitoramento dos movimentos da estrutura é algo requerido por razões de uma operação segura assim como uma eficiência operacional.

[018] Para o monitoramento dos movimentos, um ou mais dispositivos de medição inercial podem ser fixados sobre a estrutura ou sobre uma parte da estrutura, algo que permite detectar as taxas de rotação e os valores de aceleração ocorrendo sobre as posições de montagem no que diz respeito ao sistema inercial fixado em terra. Com esta finalidade, os sistemas com sensores inerciais (sensores de taxa de aceleração e de rotação) do tipo MEMS (sistemas micro elétrico mecânico) e/ou FOG IMU (unidades de medição giro inercial de fibra ótica) podem ser usados.

[019] Os valores de aceleração e as taxas de rotação detectadas podem ser transmitidos para a unidade central, por exemplo, via uma rede sem fio ou com fiação para uma comunicação uni ou bidirecional.

[020] Na unidade central, as velocidades e as velocidades angulares assim como a orientação e uma posição do dispositivo de medição inercial dentro de um espaço, podem ser determinadas com base nas taxas de rotação e valores de aceleração por meio de um algoritmo de navegação, por exemplo, por meio de uma integração ou uma sumarização contínua das taxas de rotação e aceleração medidas.

[021] Com esta finalidade, os algoritmos típicos de navegação podem ser usados, os quais são conhecidos, por exemplo, a partir de veículos de campo, chip ou navegação de voos, por exemplo, com uma compensação de Schuler das taxas de rotação e acelerações detectadas.

[022] Com base nas taxas de rotação e valores de aceleração medidos, as velocidades (angular) calculadas, a orientação e/ou os movimentos de posição da estrutura podem ser detectados e monitorados. Em particular, os movimentos, oscilações e deflexões presentes nas localizações de medição podem ser determinados.

[023] Adicionalmente, com base nisto o valor de monitoramento pode ser determinado. O valor de monitoramento pode, por exemplo, compreender a taxa de rotação medida, o valor de aceleração medido, a velocidade (angular) calculada, a orientação e/ou a posição ou um valor adicional deduzido a partir dali tal como a frequência e/ou a amplitude do movimento, da torção e/ou da deflexão.

[024] O valor de monitoramento pode ser transmitido por meio de uma comunicação sem fio ou com fiação para a unidade de saída. A unidade de saída pode compreender, em um caso mais simples, uma tela para exibir o valor de monitoramento ou a sua evolução, mas também pode compreender componentes adicionais tais como um armazenamento de dados para coletar e para documentar a evolução do valor de monitoramento em dependência de tempo. Alternativamente ou adicionalmente a unidade de saída pode compreender um sistema de aviso e de alarme complexo.

[025] Adicionalmente, é possível acoplar a unidade de saída de uma maneira como um sistema de laço de controle com acionadores da estrutura. Neste caso dependendo da informação de controle do valor de monitoramento, tal como variáveis acionadoras, isto pode ser transmitido para os acionadores. No caso do monitoramento de uma turbina eólica é, por exemplo, possível controlar uma orientação relativa das lâminas do rotor dependendo de um valor de monitoramento que permita a determinação de flexão das lâminas do rotor para evitar uma carga excessiva sobre as lâminas do rotor.

[026] Com base no valor de monitoramento, assim como em informação de monitoramento adicional, é possível determinar os movimentos e as oscilações da estrutura e, desta forma, por exemplo, determinar o mau funcionamento, fatiga ou os danos. Isto permite, por exemplo, estimar a vida útil residual da estrutura ou de seus componentes e pode ser usado como uma base para o planejamento de manutenção. Tais estimativas são, em particular, úteis para o monitoramento de estruturas que são de difícil acesso (por exemplo, turbinas eólicas offshore) e para máquinas com uma alta carga de trabalho (prensas de uma grande indústria de prensagem) para as quais cada uma das manutenções é ligada a altos custos. Adicionalmente, tais valores característicos são importantes tendo em vista o requerimento de segurança, uma vez que o monitoramento contínuo é regularmente documentado e a necessidade de manutenção é imediatamente indicada.

[027] De acordo com uma realização o dispositivo de medição inercial compreende três sensores de taxa de rotação com eixos de detecção que são linearmente independentes, um a partir dos outros, e/ou ortogonais, um em relação aos outros, respectivamente, assim como três sensores de aceleração com direções de detecção que são linearmente independentes no que diz respeito um aos outros e/ou ortogonais um em relação aos outros, respectivamente.

[028] Por exemplo, os sensores de taxa de rotação podem compreender três eixos de detecção x, y e z, os quais são ortogonais, um em relação aos outros e correspondem as direções de detecção dos sensores de aceleração. Pelos sensores de taxa de rotação (os sensores giroscópios), o movimento rotacional pode ser calculado, enquanto que pelos sensores de aceleração (os sensores de translação), o movimento de translação pode ser calculado. Assim sendo, movimentos arbitrários do dispositivo de medição inercial de acordo com os seis graus de liberdade podem ser determinado.

[029] De acordo com uma realização, a unidade central é configurada para determinar e/ou para corrigir um erro de medição do dispositivo de medição inercial com base de uma condição limítrofe predeterminada pela estrutura.

[030] Em particular, a navegação inercial clássica que começa a partir de uma posição inercial predeterminada sofre um aumento contínuo da orientação ou do erro de posição que resulta a partir da integração ou da sumarização de erros possíveis ou da medição de imprecisões (por exemplo, erro do ponto zero) dos sensores inerciais (sensores de taxa de rotação e de aceleração). Este aumento é chamado de derivação.

[031] Para restringir ou para compensar uma derivação da posição e da orientação e desta forma também do valor de monitoramento, requerimentos e condições estáveis, as quais estão presentes na estrutura, podem ser considerados durante a aplicação do algoritmo de navegação. Estas condições podem, por exemplo, ser incorporadas na navegação na forma de condições limítrofes. Assim sendo, o algoritmo de navegação pode ser suportado por meio destes requerimentos e condições. Um erro no resultado dos cálculos ou um erro do valor de monitoramento pode ser estimado e/ou compensado com base nisto.

[032] Levando em consideração as condições limítrofes, isto pode compreender no caso mais simples, uma comparação da condição limítrofe (por exemplo, uma posição geográfica conhecida da estrutura) com valores calculados (velocidade, velocidade angular, posição e orientação). Com base nisto, o erro (por exemplo, erro de ponto zero) do dispositivo de medição inercial (sensores de taxa de rotação e de aceleração) pode ser estimado e a precisão da medição pode ser continuamente intensificada e aperfeiçoada. Por exemplo, o ato de levar em consideração condições limítrofes variadas e complexas, pode ser realizado por meio de um filtro de Kalman dentro do algoritmo de navegação.

[033] De acordo com uma realização adicional, a unidade central pode ser configurada para determinar as condições limítrofes com base em pelo menos uma informação de um grupo compreendendo uma posição substancialmente estacionária da estrutura, uma posição de pelo menos uma parte da estrutura determinada com base em um sinal de posicionamento com base em um satélite, uma coerção ou restrição de um grau de liberdade de um movimento de pelo menos uma parte da estrutura, um valor médio de um movimento de pelo menos uma parte da estrutura e/ou do dispositivo de medição inercial (por exemplo, predeterminado ou derivado a partir dos valores de medição ou dos valores calculados), e de uma velocidade de vento, direção de vento, velocidade de corrente, direção de corrente e/ou direção de impacto de onda agindo sobre a estrutura.

[034] Assim sendo, as condições atuais da estrutura e o seu arranjo no ambiente assim como qualquer outro conhecimento acerca de condições ambientais podem ser usadas para suportar o algoritmo de navegação ou para estimar ou corrigir a derivação em posição ou em orientação.

[035] Tais condições limítrofes não são conhecidas na navegação de veículo clássica, uma vez que as mesmas, a princípio, não se encontram presentes em veículos. Portanto, no contexto de navegação de veículo clássica, as mesmas não são usadas para a correção de erros ou para evitar derivações. Durante o monitoramento de estruturas móveis, as quais podem, por exemplo, ser arranjadas de forma estacionária, tais condições podem, contudo, estar presentes e podem ser usadas para a correção de erros.

[036] A estimativa de erro e corrigir de erro intensificado e aperfeiçoado por meio de condições limítrofes tornam possível indicar ou calcular os valores determinados com uma precisão mais alta ou, alternativamente, usar os dispositivos de medição inercial que são menos caros, mas suscetíveis à derivação, uma vez que os erros ocorrentes podem ser estimados e corrigidos.

[037] Em particular, edificações e/ou grandes sistemas tais como turbinas eólicas ou plataformas offshore ou os similares são frequentemente estacionários, por exemplo, instalados em uma localização fixa no sistema inercial fixo da terra. Para tais sistemas o suporte do algoritmo de navegação por meio de condições limítrofes é possível.

[038] Um suporte em conformidade também é possível para estruturas fixas não posicionadas, se um sinal de posicionamento pode ser usado para determinar a posição da estrutura. Por exemplo, um receptor de um sistema global de navegação por satélite (GNSS) pode ser usado para receber e para avaliar um sinal com base em satélite para determinar uma posição, por exemplo, um receptor de GPS, GLONASS- ou Galileo. Alternativamente, também algo diferente, por exemplo, sinal de posicionamento ótico local, pode ser usado para determinar posição, ou um método de reconhecimento ótico pode ser usado, o qual analisa uma imagem captada por meio de uma câmera. A posição determinada desta maneira pode ser usada para reconhecer e para corrigir uma derivação dos sensores, um erro da posição calculada e dos valores de orientação, ou um erro sistemático do valor de monitoramento.

[039] A condição limítrofe também pode ser determinada por meio de uma coerção ou restrição de um grau de liberdade de um movimento de pelo menos uma parte da estrutura. Por exemplo, durante a rotação e/ou a oscilação de uma lâmina de rotor, uma posição ao longo da lâmina de rotor e, desta forma, por exemplo, uma distância de um ponto ao centro raramente mudará. Assim sendo, os movimentos deste ponto são restritos no seu grau de liberdade pela fixação da lâmina do rotor no centro. Esta coerção ou restrição pode ser usada como uma condição limítrofe para reconhecer ou para corrigir, por exemplo, um erro de medição sistemático dos sensores.

[040] Adicionalmente, também, um ângulo de inclinação de pelo menos uma parte da estrutura pode ser determinado como uma condição limítrofe. Por exemplo, uma inclinação de uma torre de uma turbina eólica pode acarretar em uma mudança na posição de um dispositivo de medição inercial localizado no alojamento da turbina eólica. Se apenas a posição estacionária conhecida da estrutura é detectada para suportar o algoritmo de navegação, o movimento de translação do dispositivo de medição inercial é possivelmente considerado como a derivação de posição e uma inclinação possivelmente crítica da torre não será reconhecida. Levando em consideração o ângulo de inclinação permite o reconhecimento e o monitoramento separado ou a correção da derivação e da inclinação de posição.

[041] Adicionalmente, a condição limítrofe pode ser determinada com base em um valor médio de um movimento de pelo menos uma parte da estrutura e/ou do dispositivo de medição inercial. Por exemplo, é possível que a parte da estrutura na qual o dispositivo de medição inercial está montado é ajustado para oscilações, por exemplo, por carga de vento ou por impacto de ondas. As oscilações mudam a posição do dispositivo de medição inercial e são detectadas como aceleração. Não obstante e com o objetivo de ser capaz de detectar um erro de ponto zero ou uma derivação sistemática do dispositivo de medição inercial, um valor médio do movimento durante um período de tempo predeterminado pode ser fixado e pode ser usado como uma condição limítrofe para determinar e corrigir dos erros de medição, por exemplo, com base em um filtro de Kalman.

[042] Adicionalmente, a condição limítrofe também pode ser determinada com base em influências ambientais agindo sobre a estrutura. Em particular, as influências ambientais tais como uma velocidade de vento, uma direção de vento, uma velocidade de corrente, uma direção de corrente e/ou uma direção de impacto de onda podem, por exemplo, para turbinas eólicas offshore ou para plataformas offshore acarretar em movimentos e/ou oscilações das turbinas eólicas ou das plataformas offshore, as quais são medidas pelo dispositivo de medição inercial nelas fixadas. Tais influências ambientais estão, portanto, agindo sobre a determinação da posição e sobre a orientação da estrutura e podem, portanto, ser consideradas erroneamente como sendo um erro de ponto zero, por exemplo, uma derivação sistemática, do dispositivo de medição inercial. Todavia, de durante corrigir de medição a condição limítrofe determinada com base nas influências ambientais for lavada em consideração, a correção das medições será possível assim como o reconhecimento da mudança de posição ou orientação do dispositivo de medição inercial.

[043] De acordo com uma realização adicional, o sistema compreende vários dispositivos de medição inercial montado na estrutura, nos quais a unidade central é configurada para determinar o valor de monitoramento com base em um movimento relativo entre quaisquer dois dos vários dispositivos de medição inercial.

[044] Devido ao uso de vários dispositivos de medição inercial, é possível medir os movimentos ou as oscilações da estrutura em várias localizações de medição (localizações de montagem dos sensores inerciais). Devido a este fator, uma detecção precisa e exata dos movimentos relativos no interior da estrutura é possível, algo que permite a determinação de deflexões, torções e/ou flexões entre as localizações de medição. Tais movimentos tem uma influência direta sobre o material e, portanto, proporcionam informação importante para o monitoramento, para determinar intervalos de manutenção e/ou para a estimativa de tempo de vida útil.

[045] De acordo com uma realização, a estrutura pode compreender vários componentes acoplados, uns aos outros, sobre pelo menos dois dos quais componentes um dispositivo de medição inercial está disposto, respectivamente.

[046] O arranjo dos dispositivos de medição inercial sobre vários componentes permite o monitoramento de movimentos relativos dos componentes no que diz respeito um ao outro, devido ao qual o movimento dos componentes no que diz respeito um ao outro, e desta forma, por exemplo, uma carga dos dispositivos de acoplamento entre os componentes se faz detectável.

[047] Vários dispositivos de medição inercial podem, por exemplo, ser usados para o monitoramento de uma turbina eólica com uma torre, um alojamento arranjado na parte de cima da torre e um rotor arranjado sobre o alojamento, o rotor tendo lâminas de rotor para operacionalizar um gerador.

[048] Quando do uso de vários dispositivos de medição inercial, arranjados sobre uma lâmina de rotor, a flexão da lâmina de rotor, por exemplo, pode ser detectada. Com base nisto uma mensagem de aviso pode ser gerada e/ou uma orientação da lâmina de rotor no que diz respeito ao vento pode ser ativamente controlada. Devido a isto, é possível reconhecer e identificar e/ou evitar danos.

[049] Adicionalmente, uma orientação do dispositivo de medição inercial montado sobre o alojamento no que diz respeito ao dispositivo de medição inercial montado sobre a torre pode ser determinada. Com base nisto, a orientação do alojamento pode ser avaliada ou corrigida sobconsideração de uma direção de vento detectada.

[050] Portanto, o uso de vários dispositivos de medição inercial sobre a estrutura ou em partes diferentes da estrutura torna possível detectar e avaliar movimentos da estrutura em modos mais altos e monitorar a estrutura eficiente e efetivamente.

[051] De acordo com uma realização adicional, a estrutura é uma turbina eólica e o dispositivo de medição inercial está disposto sobre uma lâmina de rotor da turbina eólica. Aqui, o dispositivo de medição eólica pode ser arranjado de tal maneira que uma tangente de uma trajetória de rotação do dispositivo de medição inercial é ortogonal e/ou paralelo a nenhuma das direções de detecção dos sensores de taxa de rotação (conjunto oblíquo/oblíquo - angulado). Adicionalmente ou alternativamente a unidade central pode ser configurada para determinar a condição limítrofe com base em pelo menos uma informação do grupo compreendendo: aceleração de gravidade que age ciclicamente durante a revolução do rotor por sobre o dispositivo de medição inercial, a rotação da terra que age ciclicamente durante a revolução do rotor por sobre o dispositivo de medição inercial, e um sinal de saída de um gerador de pulso rotativo do rotor.

[052] O conjunto oblíquo dos sensores sobre a lâmina do rotor assegura que os eixos de detecção ou as direções não são arranjados colinearmente a uma tangente de rotação da lâmina do rotor. Assim sendo, todos os eixos de medição são comparativamente sujeitos a aceleração ou a rotação durante a revolução da lâmina do rotor.

[053] Por causa do arranjo do dispositivo de medição inercial sobre a lâmina do rotor, o dispositivo de medição inercial rota durante a operação da turbina eólica em conjunto com a lâmina do rotor. Então, a aceleração da gravidade de +/- 1g age ciclicamente durante a revolução do rotor e por sobre o dispositivo de medição inercial. Da mesma maneira a rotação da terra age ciclicamente durante a revolução do rotor por sobre o dispositivo de medição inercial. Estas influências são refletidas nas taxas de acelerações e de rotação detectadas pelo dispositivo de medição inercial e desta forma no sinal de saída do dispositivo de medição inercial.

[054] A aceleração e a rotação de gravidade da terra que age ciclicamente durante a revolução do rotor são superimpostas para o sinal de saída e podem ser detectadas e compensadas no sinal de saída. Em particular, elas podem ser usadas como condições limítrofes para a correção de erro aqui acima descrita. Aqui é possível detectar, estimar ou compensar erros sistemáticos do dispositivo de medição inercial, em particular de um erro de fator de escala de giroscópio do dispositivo de medição inercial. Devido a este fator, um aumento do erro pelo erro de fator de escala de giroscópio pode ser prevenido.

[055] Tal correção de erro pode, em particular, ser usada durante a calibragem dos sensores. O conjunto oblíquo do dispositivo de medição inercial sobre a lâmina do rotor permite a calibragem de todos os eixos de medições ou dos sensores correspondentes desta maneira.

[056] O sinal de saída de um gerador de pulso rotativo, alternativamente ou adicionalmente, também pode ser usado para detectar a revolução do rotor e para avaliar com base neste fator, a influência da aceleração de gravidade ou de rotação da terra sobre o resultado da medição e para a calibragem, do dispositivo de medição inercial.

[057] De acordo com uma realização adicional, a estrutura também é uma turbina eólica. O dispositivo de medição inercial está disposto sobre um alojamento da turbina eólica. Adicionalmente, a unidade central é configurada para determinar a condição limítrofe com base em um codificador rotativo do alojamento.

[058] Por exemplo, o codificador rotativo pode ser instalado sobre uma localização de acoplamento da torre e do alojamento. O sinal de saída do codificador rotativo pode ser comparado a um sinal de saída do dispositivo de medição inercial e pode ser usado como uma condição limítrofe para a estimativa de erro ou para a calibragem do dispositivo de medição inercial. Devido a isto, um fator de escala de giroscópio do dispositivo de medição inercial pode ser detectado ou corrigido. Consecutivamente, uma orientação do alojamento em uma direção de azimute pode ser detectada e adaptada, por exemplo, no que diz respeito a uma direção de vento. Isto permite um uso otimizado de energia de vento/eólica. De acordo com uma realização adicional, a unidade central é configurada para determinar o valor de monitoramento com base em pelo menos uma informação do grupo compreendendo: um valor de saída de um modelo matemático da estrutura, uma taxa de rotação, uma aceleração, uma velocidade angular, uma velocidade, uma orientação e/ou uma posição em uma localização da estrutura diferente a partir da localização da instalação do dispositivo de medição inercial, uma amplitude e/ou uma frequência do movimento de uma oscilação da estrutura, e uma torção entre duas localizações diferentes da estrutura.

[059] Em particular, é possível inserir nos valores de taxa de aceleração e de rotação medidas pelo dispositivo de medição inercial, por exemplo, em um modelo matemático que é, por exemplo, gerado com base nos elementos finitos e reflete as condições físicas da estrutura, e o qual pode ser armazenado em um dispositivo de armazenamento. Por exemplo, a unidade central pode dar entrada dos valores de medição pelo acesso ao dispositivo de armazenamento e pode sucessivamente calcular com base nos valores de medição, um comportamento dinâmico da estrutura. Devido a este fator, o modelo matemático é estimulado e o comportamento dinâmico (movimentos e oscilações) da estrutura é simulado.

[060] Alternativamente ou adicionalmente, a informação do estado da estrutura tal como um parâmetro operacional tal como um ajuste de engrenagem e/ou uma energia gerada da turbina eólica podem ser usados para determinar o valor de monitoramento. Também, pode se dar entrada desta informação no modelo matemático da estrutura ou pode ser comparada ao comportamento dinâmico simulado do modelo matemático. Desta maneira os mesmos podem por um lado ser usados para estimular o modelo matemático e por outro lado para validar o modelo matemático.

[061] Por exemplo, como um parâmetro ambiental para determinar do valor de monitoramento (com base em satélite), sinais de posicionamento no que diz respeito a posição de pelo menos uma parte da estrutura, uma orientação do alojamento, um ângulo de rotação do rotor, um afastamento/arfagem das lâminas do rotor, uma direção de vento e uma força de vento, uma direção de onde e uma força de onda, uma corrente, uma temperatura e uma saída de energia de, por exemplo, uma turbina eólica podem ser consideradas. Por exemplo, informação no que diz respeito a uma direção de vento medida pode ser usada para avaliar ou para corrigir uma orientação do alojamento em uma direção de azimute.

[062] Adicionalmente, a unidade central pode ser configurada para determinar os movimentos de uma localização da estrutura que defere a partir da localização de instalação do dispositivo de medição inercial. Isto pode ser conseguido por meio de inserir as taxas de rotação tridimensionais e de acelerações no modelo mecânico, nas quais as taxas de rotação e as acelerações são medidas por meio de um ou de vários dispositivos de medição inercial com localizações de instalação diferentes a partir da referida localização da estrutura. Com base nisto, também é possível calcular os movimentos no que diz respeito a localizações adicionais da estrutura. Por exemplo, as torções entre duas diferentes localizações da estrutura, por exemplo, entre duas diferentes localizações de uma lâmina de rotor ou uma torre, e, desta forma, as cargas mecânicas da estrutura podem ser detectadas. Desta maneira, os movimentos com os modos mais altos podem ser determinados ou calculados. Isto permite uma modelagem mais eficiente e um monitoramento de movimentos e de oscilações da estrutura completa.

[063] Adicionalmente, o valor de monitoramento pode ser determinado com base em uma amplitude e/ou uma frequência de movimento de uma oscilação da estrutura. Em particular, com base nos valores de aceleração medidos, por exemplo, tridimensionais, as oscilações da estrutura ou das suas partes, e desta forma o som produzido pela estrutura, podem ser detectados. Isto permite a identificação de danos mecânicos sobre a estrutura, por exemplo, sobre a seção operacional de uma turbina eólica (por exemplo, fraturas e desgastes das engrenagens, das catracas, e/ou nos suportes os quais acarretam em mudanças nos sons produzidos pela estrutura).

[064] Por meio de uma análise do som produzido pela estrutura com base nos dispositivos de medição inercial que são arranjados sobre as lâminas do rotor, acúmulo de gelo sobre ou rachaduras sobre as lâminas do rotor podem, por exemplo, ser detectadas e as medidas de manutenção em conformidade podem ser iniciados.

[065] De acordo com uma realização adicional, a unidade central pode ser configurada para captar um valor limítrofe do valor de monitoramento e transmitir, depois de exceder pelo menos um dos valores limítrofes, a informação para a unidade de saída. A mesma pode ser configurada para transmitir com base no valor de monitoramento, uma proposta para o acionamento de variáveis para ajustar os acionadores sobre a estrutura para a unidade de saída. Alternativamente ou adicionalmente, a unidade central pode ser configurada para transmitir as variáveis de acionamento para os acionadores com base no valor de monitoramento.

[066] Esta realização permite uma pluralidade de possibilidades de monitoramento variando a partir de monitoramento de limítrofes e mensagem de limítrofe excedente e a determinação de propostas de controle para uma regulação ativa do comportamento dinâmico da estrutura.

[067] Isto permite a identificação e a notificação de danos eminentes. No contexto de manutenção de turbinas eólicas a identificação e a notificação de acúmulo de gelo, de desbalanceamento do rotor ou de danos em engrenagens permitem uma operação segura e a identificação da necessidade de manutenção e gerenciamento.

[068] Adicionalmente, o pessoal de manutenção pode ser auxiliado pelas saídas da unidade de saída, por exemplo, pela geração de propostas para o controle da turbina eólica. Por exemplo, uma modificação da orientação das lâminas do rotor ou uma modificação do ajuste de engrenagens podem ser propostas. Por intermédio disto, danos podem ser evitados e uma melhor utilização pode ser obtida.

[069] Adicionalmente, a unidade central pode transmitir, além da saída do valor de monitoramento, variáveis atuantes para os acionadores da estrutura. Isto permite uma reação rápida em relação a um estado crítico detectado com base no valor de monitoramento e permite, por exemplo, mover, depois de um dano as engrenagens, as lâminas do rotor rápida e ativamente fora da direção do vento. Adicionalmente, um controle da saída de energia que é adaptado a necessidades existentes e que conserve ao mesmo tempo o material pode ser realizado.

[070] Dependendo do nível crítico do valor de monitoramento determinado, a transmissão das variáveis de acionamento para os acionadores pode depender de uma confirmação humana pelo pessoal de manutenção.

[071] Um método para o monitoramento de movimentos de uma estrutura compreende detectar taxas de rotação e de valores de aceleração no sistema inercial fixado em terra de pelo menos um dispositivo de medição inercial montado sobre a estrutura, a determinação de um valor de monitoramento com base nas taxas de rotação e nos valores de aceleração por meio de um algoritmo de navegação, e a saída do valor de monitoramento.

[072] O método pode, por meio de exemplo, ser realizado em qualquer realização arbitrária do sistema aqui acima descrito.

[073] De acordo com uma realização, o método pode compreender a entrada das taxas de rotação e dos valores de aceleração em um modelo matemático da estrutura, a validação do modelo matemático com base em uma comparação da evolução das taxas de rotação medidas e dos valores de aceleração medidos, respectivamente, com as taxas de rotação e os valores de aceleração calculados pelo modelo e a determinação do valor de monitoramento com base no modelo matemático.

[074] Este método permite a estimulação do modelo matemático, por exemplo, com os valores de medição e o cálculo com base no estímulo do comportamento dinâmico do modelo, por exemplo, etapa por etapa durante um período de tempo predeterminado, os valores de medição correspondentes dos sensores de aceleração e de taxa de rotação do dispositivo de medição inercial podem ser detectados durante o período de tempo correspondente em paralelo. Por meio de uma comparação das taxas de rotação detectadas e calculadas da velocidade angular, velocidade, orientação ou posição que podem ser ou são calculadas com base nas taxas de rotação, o modelo matemático pode ser validado.

[075] Por exemplo, o modelo matemático pode ser considerado como sendo adequado se as derivações são sempre menores do que um limítrofe predeterminado. Se este não for o caso, uma necessidade para a adaptação do modelo matemático ou do método de cálculo pode ser identificada. Com base no modelo matemático validado, o valor de monitoramento pode ser determinado e dado à saída.

[076] De acordo com uma realização adicional do método, a estrutura pode compreender pelo menos uma parte de uma turbina eólica com um rotor e lâminas de rotos, na qual o dispositivo de medição inercial está disposto sobre uma das lâminas do rotor. O método pode compreender a calibragem da unidade de medição inercial com base na aceleração da gravidade que atua ciclicamente durante a revolução do rotor por sobre a unidade de medição inercial, e/ou com base em um codificador rotativo do rotor (de acordo com a maneira aqui acima descrita).

[077] A partir de uma montagem oblíqua do dispositivo de medição inercial sobre uma das lâminas do rotor, o erro de ponto zero e o fator de escala do giroscópio do dispositivo de medição inercial podem ser estimados e corrigidos durante a calibragem. Este método pode, em particular, ser de utilidade durante a inicialização da turbina eólica.

[078] De acordo com uma realização adicional, a estrutura compreende pelo menos uma parte de uma turbina eólica com um rotor e lâminas de rotor, na qual o dispositivo de medição inercial está disposto sobre o rotor. O método compreende a detecção de um desbalanceamento do rotor com base nas taxas de rotação detectadas e nos valores de aceleração.

[079] Este método pode, em particular, ser usado para o balanceamento do rotor. Os desbalanceamentos podem ser detectados e corrigidos, algo que permite uma operação eficiente e a prova de fatiga da turbina eólica.

Breve Descrição dos Desenhos

[080] Estas e outras características da invenção serão discutidas com base nos exemplos sendo considerados das figuras acompanhantes as quais se encontram a seguir.

[081] A Fig. 1 ilustra um sistema para o monitoramento de uma turbina eólica com base nos resultados de medições de vários dispositivos de medição inerciais por meio de um algoritmo de navegação; e

[082] A Fig. 2 ilustra um diagrama esquemático de um sistema para o monitoramento de uma turbina eólica com base em um modelo matemático.

[083] A Fig. 1 ilustra um sistema para o monitoramento dos movimentos de uma turbina eólica 1 constituindo uma estrutura.

Descrição Detalhada da Realização Preferida

[084] A turbina eólica 1 compreende uma torre 2, a qual é ereta sobre o chão, e sobre a qual um alojamento 3 com um rotor 4 ali proporcionado com lâminas de rotor 4a, 4b e 4c, está disposto. Sobre a turbina eólica 1 ou os seus componentes 2, 3, 4, 4a, 4b e 4c, um ou mais dispositivos de medição inercial 5 são arranjados, respectivamente. Estes referidos dispositivos estão ilustrados no desenho por meio de pequenas caixas e não são separadamente referidos a com referência aos sinais por uma razão de clareza.

[085] Os dispositivos de medição inercial 5 compreendem, cada um, três sensores de taxa de rotação que têm eixos de detecção que são linearmente independentes, um do outro, e/ou ortogonais, um ao outro, assim como três sensores de aceleração tendo cada um direções de detecção que são linearmente independente, um do outro e/ou ortogonais, um ao outro. Os seus sinais de saída podem ser usados para determinar, por meio de um algoritmo de navegação, por exemplo, conhecido a partir de uma navegação de veículo, navio, ou de voo, um cálculo de velocidades angulares e velocidades ou orientações e posições dos respectivos dispositivos de medição inercial 5 em um sistema inercial fixado em terra.

[086] Como uma base para tais cálculos, uma unidade de transmissão 6 coleta os valores medidos pelo dispositivo de medição inercial 5 assim como, se necessário for, parâmetros ambientais e informação de estado das turbinas eólicas medidos por uma unidade de sensor 7 adicional. Os parâmetros ambientais podem ser referir, por exemplo, a direção do vento, a força do vento, a temperatura, a direção de onda e/ou a força de onda (por exemplo, para as estruturas offshore). A informação de estado pode se referir a um estado da turbina eólica e compreende, por exemplo, uma orientação do alojamento 3, um ângulo de rotação do rotor 4, um afastamento/arfagem ou uma flexão das lâminas do rotor 4a, 4b e 4c e uma saída de energia da energia gerada. Adicionalmente, a informação de estado também pode compreender, por exemplo, um sinal de posicionamento recebido a partir de um satélite 8, o qual pode ser recebido a partir da unidade de sensor 7 e ser transmitido para a unidade de transmissão 6.

[087] Os dados coletados podem, por exemplo, ser enviados a partir da unidade de transmissão 6 por meio de uma comunicação sem fio ou com fios para um receptor 9 de um dispositivo de monitoramento 10. O dispositivo de monitoramento 10 pode ser localizado localmente no entorno da turbina eólica 1 mas, também pode ser localizado remotamente a partir da turbina eólica 1. Um arranjo local do dispositivo de monitoramento 10 também pode incluir um arranjo no interior ou sobre a turbina eólica 1 ou um arranjo no seu entorno próximo. Por exemplo, o dispositivo de monitoramento 10 pode ser proporcionado em um centro de monitoramento e de controle de uma fazenda eólica que inclui a turbina eólica 1. Um arranjo remoto a partir da turbina eólica 1 é, por exemplo, vantajoso para turbinas eólicas offshore.

[088] O dispositivo de monitoramento 10 pode compreender uma unidade central 11 para determinar do valor de monitoramento com base nos dados transmitidos, em particular, com base nas taxas de rotação e nos valores de aceleração medidos pelos dispositivos de medição inercial 5. Por exemplo, a unidade central 11 pode realizar um algoritmo de navegação clássico com uma compensação de Schuler.

[089] Devido a este fator, cada um dos dispositivos de medição inercial pode calcular uma velocidade angular e uma velocidade de um movimento, e uma posição e uma orientação dentro de um espaço. Movimentos relativos adicionais dos dispositivos de medição inercial no que diz respeito uns aos outros podem ser determinados e avaliados. Com base nisto, um valor de monitoramento pode ser determinado, por exemplo, um afastamento/arfagem de uma das lâminas do rotor 4c ou uma torção da torre 2 causados por uma carga de vento.

[090] O valor de monitoramento pode ser enviado para uma unidade saída 12, a qual torna disponível ou indica o valor de monitoramento, por exemplo, para o pessoal operacional. Alternativamente, o valor de monitoramento também pode ser captado em um armazenamento 13 e armazenado para propósitos documentários.

[091] Para o uso de algoritmos de navegação clássicos para o monitoramento dos movimentos da estrutura, há a possibilidade de incluir restrições e condições, as quais resultam a partir de características estruturais da estrutura no algoritmo de navegação e em particular na estimativa de erro ou correção de erro.

[092] Em particular, erros são tipicamente superimpostos aos valores de medição dos dispositivos de medição inercial 5, os quais tem como base, por exemplo, um erro de ponto zero ou um erro de fator de escala dos sensores de aceleração e de rotação usados. Durante a determinação das velocidades direcional e angular ou da posição e da orientação, esses erros são integrados e acarretam em uma derivação progressiva.

[093] Para o monitoramento das condições físicas de estruturas da estrutura, podem ser consideradas como condições limítrofes para o algoritmo de navegação e pode ser considerado no contexto de correção de erro, por exemplo, por meio de um filtro de Kalman. Tais condições limítrofes são, por exemplo, uma posição (geográfica) da estrutura, a qual é fixada em princípio para edificações ou para estruturas construídas em solo sólido. Para as estruturas offshore, a posição pode, por exemplo, ser determinada por meio de um satélite com base em sinais de posicionamento (GPS). Adicionalmente, as condições limítrofes também podem ser determinadas conforme aqui acima descrito a partir de informação ambiental ou por meio de sensores adicionais, por exemplo, por meio de um sensor de inclinação de torre.

[094] As condições limítrofes permitem uma estimativa e corrigir de erros sistemáticos de resultados de medições dos dispositivos de medição inercial. Devido a isto, uma determinação precisa da posição e da orientação se torna possível, algo que proporciona uma base útil para determinar do valor de monitoramento. Condições limítrofes adicionais que podem acarretar em uma intensificação e aperfeiçoamento da estimativa e da correção de erros já fora aqui acima descrito e pode ser usada na realização ilustrada na Fig. 1.

[095] Adicionalmente, a unidade central 11 do dispositivo de monitoramento 10 pode ser configurada para captar valores limítrofes do valor de monitoramento e para enviar informação para uma unidade de saída 12, se pelo menos um desses limítrofes for excedido. O pré-ajuste de limítrofes permite a detecção e a notificação de danos iminentes assim como uma necessidade para uma manutenção e para uma regulagem.

[096] A unidade central 11 também pode fazer, realizar, como base no valor de monitoramento, uma proposta para variáveis atuantes para ajustar acionadores da turbina eólica 1. Tais propostas podem ser indicadas para o pessoal operacional, por exemplo, pela unidade de saída 12. Tais propostas podem, por exemplo, compreender a orientação do alojamento 3 de acordo com uma direção de vento detectada, a orientação das lâminas de rotor no que diz respeito a uma saída a ser gerada, e/ou um desligamento da turbina eólica, por exemplo, por causa de danos iminentes ou no caso de danos.

[097] Adicionalmente, a unidade central 11 pode transmitir as variáveis atuantes via uma unidade de transmissão 14 para uma unidade receptora 15 da turbina eólica 1. Na turbina eólica 1, as variáveis atuantes recebidas podem ser usadas para controlar os acionadores da turbina eólica em conformidade, e para iniciar, por exemplo, a rotação do alojamento 3 ou a orientação das lâminas de rotor 4a, 4b,e 4c.

[098] Adicionalmente, a unidade central 11 pode, por exemplo, determinar o valor de monitoramento com base em um modelo matemático que calcula um comportamento dinâmico da turbina eólica 1 e pode, por exemplo, ser armazenado no armazenamento 13. As taxas de rotação e as acelerações medidas pelos dispositivos de medição inercial 5 ou as velocidades, velocidades angulares, posições e orientações determinadas a partir dali podem ser inseridas no modelo matemático, o qual calcula, simula ou representa dinamicamente com base nisto, o comportamento dinâmico da turbina eólica.

[099] Também, os dados adicionais medidos pela unidade de sensor 7 e transmitidos pela unidade de transmissão 6, tais como os parâmetros ambientais e a informação de estado, podem ser usados para o estímulo do modelo.

[0100] O comportamento dinâmico calculado pode ser testado e avaliado contra os antecedentes ou os valores de medição adicionais nos dispositivos de medição inercial 5 ou na informação de estado adicional de tal maneira que esses valores permitem em paralelo o estímulo e o suporte do modelo matemático.

[0101] O modelo matemático pode, por exemplo, ser usado para detectar e para avaliar os movimentos da turbina eólica 1 com modos mais altos, tais como que, por exemplo, torções da torre 2 ou a flexão da lâminas do rotor 4a, 4b e 4c.

[0102] Um nível de detalhes das etapas de cálculo do modelo matemático pode ser determinado no que diz respeito à exatidão informática desejada e a energia da informática disponível. Se o dispositivo de monitoramento 10 e em particular a unidade central 11 tem uma capacidade de informática suficiente, os cálculos e a avaliação podem ser realizados substancialmente sobcondições em tempo real apenas com algum pequeno atraso.

[0103] Durante a operação, o sistema para o monitoramento da turbina eólica ou o método de monitoramento ali implementado podem ser usados como sistemas de monitoramento de condição por meio de uma comparação de movimentos, oscilações, frequências e/ou amplitudes determinados com limítrofes predeterminados. No contexto de monitoramento de condições, avisos podem ser emitidos se os limítrofes forem excedidos.

[0104] Adicionalmente, os valores de medição e de cálculo podem ser considerados como variáveis de controle que, por um lado permitem o ajuste otimizado da turbina eólica 1 no que diz respeito as forças atuantes e por outro lado no que diz respeito a energia a ser disponibilizada. Isto permite uma boa utilização em paralelo com a operação de conservação de material.

[0105] Uma avaliação de mudanças na carga e de cargas diferentes durante um período estendido permite a determinação de uma vida útil residual da turbina eólica 1 ou de seus componentes, e/ou o planejamento de medidas de manutenção.

[0106] Conforme já aqui acima indicado, os valores de medição e de cálculo podem também ser usados durante o desenvolvimento e durante os testes de estruturas assim como durante a iniciação para detectar e corrigir, por exemplo, cargas excessivas e desbalanceamentos.

[0107] A Fig. 2 mostra um diagrama esquemático de uma realização de um sistema de monitoramento, por exemplo, o sistema de monitoramento da Fig. 1.

[0108] Na passagem aqui acima mencionada, os sensores e os seus arranjos são descritos. Em conformidade a torre 2, o alojamento 3 e as lâminas de rotor 4a, 4b e 4c compreendem, cada um, n dispositivos de medição inercial (IMU: unidade de medição inercial), os quais são montados em posições diferentes dos respectivos componentes, respectivamente.

[0109] Os dispositivos de medição inercial 5 enviam dados para as unidades de navegação dos respectivos componentes que são ilustrados na parte do meio da Fig. 2, dentro das quais os cálculos de navegação com base no algoritmo de navegação são realizados. Aqui, por exemplo, as velocidades, as velocidades angulares, as posições e as orientações Dops dispositivos de medição inercial podem ser determinados. A navegação é suportada, respectivamente, por meio de dados adicionais ou condições limítrofes da estrutura, por exemplo, por meio de um sinal de GPS, uma orientação do alojamento, um ângulo de rotação do rotor, e/ou um afastamento/arfagem das lâminas do rotor. Conforme aqui acima descrito, esta informação pode ser usada, por exemplo, para a estimativa de erro, a correção de erro e/ou para a calibragem do sensor.

[0110] A parte inferior da Fig. 2 ilustra a filtração com base no modelo dos dados nos quais os resultados do cálculo de navegação assim como parâmetros ambientais adicionais (direção do vento, força do vento, temperatura, direção de onda, força de onda) e informação de estado (orientação do alojamento, ângulo de rotação do rotor, afastamento/arfagem das lâminas do rotor, energia de saída) da turbina eólica 1 são inseridos. Neste processo, os dados podem ser processados continuamente ou substancialmente em tempo real. A filtração com base no modelo pode, portanto, corresponder a uma simulação que permite a avaliação suportada pelo modelo dos dados “on line”, por exemplo, sem atraso, por exemplo, de acordo com as condições possivelmente pré-ajustadas em tempo real.

[0111] No contexto da filtração suportado por modelo, um modelo matemático da turbina eólica é usado para calcular o comportamento dinâmico da turbina eólica 1. Conforme aqui acima descrito os dados de navegação podem estimular, suportar e validar o modelo. A filtração suportada pelo modelo fornece como saída, por exemplo, informação no que diz respeito ao estado do movimento de posições selecionadas, avisos depois de limítrofes predefinidos sendo excedidos, e/ou características de tempo de vida útil. Estes resultados podem, por exemplo, ser enviados para a unidade de saída 12 para torná-los acessíveis para o pessoal operacional. Na verdade, isto pode ser realizado no contexto do monitoramento da condição de planejamento de manutenção e/ou no contexto de uma regulagem ativa da turbina eólica 1.

[0112] Como um resultado, usando os sistemas de medição inercial e os algoritmos de navegação clássicos no campo de edificações e facilidades o monitoramento pode permitir um monitoramento e uma regulagem eficiente da respectiva estrutura. As condições limítrofes válidas para tais edificações e facilidades podem ser usadas para estimar e compensar erros que tipicamente ocorrem no contexto de navegação inercial (erros de ponto zero e de fator de escala). Com base nisto, por um lado uma operação eficiente e por outro lado uma conservação de facilidade de turbinas eólicas, e um planejamento de manutenção otimizado no que diz respeito a custos, podem ser conseguidos e alcançados.

Claims (12)

1. Sistema para o monitoramento dos movimentos de uma estrutura estacionária (1) compreendendo: pelo menos um dispositivo de medição inercial (5) montado na estrutura (1) para determinar taxas de rotação e valores de aceleração em um sistema inercial fixado em terra, uma unidade central (11) para determinar um valor de monitoramento com base na taxa de rotação e nos valores de aceleração por meio de um algoritmo de navegação, e uma unidade de saída (12) para dar saída do valor de monitoramento, caracterizado pelo fato que a unidade central (11) é configurada para determinar e/ou corrigir um erro de medição do dispositivo de medição inercial (5) com base em uma condição limítrofe predeterminada pela estrutura para suportar o algoritmo de navegação; e a unidade central (11) é configurada para determinar as condições limítrofes com base em pelo menos uma informação de um grupo compreendendo: uma posição substancialmente estacionária da estrutura (1), uma restrição de um grau de liberdade de movimento de pelo menos uma parte da estrutura (1), um ângulo de inclinação de pelo menos uma parte da estrutura (1), e um valor médio de um movimento de pelo menos uma parte da estrutura (1) e/ou do dispositivo de medição inercial (5).

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que o dispositivo de medição inercial (5) compreende três sensores de taxa de rotação tendo eixos de detecção que são, cada um, linearmente independentes um dos outros e/ou ortogonais uns aos outros, bem como três sensores de aceleração tendo direções de detecção que são, cada uma, linearmente independente uma das outras e/ou ortogonais umas às outras.

3. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato que compreende uma pluralidade de dispositivos de medição inercial (5) montados na estrutura, em que a unidade central (11) é configurada para determinar o valor de monitoramento com base em um movimento relativo entre qualquer um de dois da referida pluralidade de dispositivos de medição inercial (5).

4. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato que a estrutura (1) compreende uma pluralidade de componentes (2, 3, 4, 4a, 4b, 4c) que estão acoplados uns aos outros, em que um dispositivo de medição inercial (5) está montado em pelo menos dois dos componentes (2, 3, 4, 4a, 4b, 4c), respectivamente.

5. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato que a estrutura é uma turbina eólica (1) e o dispositivo de medição inercial (5) está disposto sobre uma lâmina de rotor (4a, 4b, 4c) da turbina eólica (1), em que o dispositivo de medição inercial (5) está disposto de tal maneira que uma tangente de uma trajetória de rotação do dispositivo de medição inercial (5) não é perpendicular a e/ou paralela a qualquer uma das direções de detecção dos sensores de taxa de rotação; e/ou a unidade central (11) está configurada para determinar as condições limítrofes com base em pelo menos uma informação do grupo compreendendo: a aceleração da gravidade agindo ciclicamente durante uma revolução do rotor (4) por sobre o dispositivo de medição inercial (5), a rotação da terra agindo ciclicamente durante a revolução do rotor (4) por sobre o dispositivo de medição inercial (5), e um sinal de saída de um gerador de pulso rotativo do rotor (4).

6. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato que a estrutura é uma turbina eólica (1) e o dispositivo de medição inercial está disposto sobre um alojamento (3) da turbina eólica (1), em que a unidade central (11) é configurada para determinar a condição limítrofe com base em um codificador rotativo do alojamento (3).

7. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato que a unidade central é configurada para determinar o valor de monitoramento com base em pelo menos uma informação do grupo compreendendo: um valor de saída de um modelo matemático da estrutura (1), uma informação de estado da estrutura (1), um parâmetro ambiental, uma taxa de rotação, uma aceleração, uma velocidade angular, uma velocidade, uma orientação e/ou uma posição de uma localização da estrutura diferente a partir de uma localização de instalação do dispositivo de medição inercial (5), uma torção entre duas diferentes localizações da estrutura, e uma amplitude e/ou uma frequência de movimento de uma oscilação da estrutura.

8. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato que a unidade central (11) está configurada para captar valores limítrofes do valor de monitoramento e enviar informação para a unidade de saída (12), se pelo menos um dos valores limítrofes for excedido; enviar, com base no valor de monitoramento, uma proposta para variáveis atuantes para ajustar os acionadores da estrutura (1) para a unidade de saída (12) e/ou enviar, com base no valor de monitoramento, as variáveis atuantes para os acionadores.

9. Método para o monitoramento dos movimentos de uma estrutura (1) caracterizado pelo fato que compreende: determinar taxas de rotação e valores de aceleração no sistema inercial fixado em terra de pelo menos um dispositivo de medição inercial (5) montado na estrutura (1), determinar o valor de monitoramento com base nas taxas de rotação e nos valores de aceleração por meio de um algoritmo de navegação, determinar e corrigir um erro de medição do dispositivo de medição inercial (5) com base em uma condição limítrofe predeterminada pela estrutura; e gerar um valor de monitoramento, em que um erro de medição do dispositivo de medição inercial (5) é determinado e/ou corrigido com base na condição limítrofe predeterminada pela estrutura, e a condição limítrofe é determinada com base em pelo menos uma informação de um grupo que compreende: uma posição substancialmente estacionária da estrutura (1), uma restrição de um grau de liberdade de movimento de pelo menos uma parte da estrutura (1), um ângulo de inclinação de pelo menos uma parte da estrutura (1), e um valor médio de um movimento de pelo menos uma parte da estrutura (1) e/ou do dispositivo de medição inercial (5).

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato que compreende: alimentar as taxas de rotação e os valores de aceleração em um modelo matemático da estrutura, validar o modelo matemático com base em uma comparação da evolução das taxas de rotação e dos valores de aceleração medidos com as taxas de rotação e com os valores de aceleração, respectivamente, que são calculados com o modelo, e determinar o valor de monitoramento com base no modelo matemático.

11. Método de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato que a estrutura compreende pelo menos uma parte de uma turbina eólica (1) tendo um rotor (4) com lâminas de rotor (4a, 4b, 4c), em que o dispositivo de medição inercial (5) está disposto sobre uma das lâminas de rotor (4a, 4b, 4c), compreendendo calibrar o dispositivo de medição inercial (5) com base na aceleração de gravidade que age ciclicamente durante uma revolução do rotor (4) por sobre o dispositivo de medição inercial (5), com base na rotação da terra que age ciclicamente durante a revolução do rotor (4) por sobre o dispositivo de medição inercial (5), e/ou com base em um codificador rotativo do rotor (4).

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 9 a 11, caracterizado pelo fato que a estrutura compreende pelo menos uma parte de uma turbina eólica (1) tendo um rotor (4) na qual o dispositivo de medição inercial (5) está disposto sobre o rotor (4), compreendendo detectar um desbalanceamento do rotor (4) com base nas taxas de rotação e nos valores de aceleração detectados.

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