CN100434693C - 风力发电设备的转子叶片及测量其挠曲的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电设备的转子叶片，其包括连接到风力发电设备转子轮毂的转子叶片连接部和一个位于转子叶片另一端的转子叶片梢。该转子叶片包括：至少一个电导体铺设在转子叶片的整个长度上，其中该电导体从该转子叶片连接部开始沿转子叶片的纵向延伸，并返回到该转子叶片连接部，并且设置有一个用于检测导体的电阻的检测器，该检测器连接到一个能够评估所述电阻值的评估设备上。本发明基于以下认识：转子叶片的任何挠曲将导致其支持结构被拉伸，且当这种拉伸被传递到一个导体中时，将改变其电阻值。转子叶片的挠曲程度能够从电阻值的变化来推断，因为电阻值的变化正比于导体的拉伸，而后者正比于转子叶片的挠曲。

Description

风力发电设备的转子叶片及测量其挠曲的方法及设备

技术领域

本发明涉及一种风力发电设备的转子叶片，该转子叶片包括一个连接到风力发电设备转子轮毂的转子叶片连接部和一个位于转子叶片另一端的叶片梢。这种转子叶片基本上已经久为公知，并被应用于几乎所有的水平轴风力发电设备。

本发明还涉及具有这种转子叶片的风力发电设备。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种可以通过简单装置检测其挠曲的转子叶片。

在本说明书开头部分提出的转子叶片中，本发明的目的是这样实现的：在转子叶片的整个长度上铺设至少一个电导体，其中电导体从转子叶片连接部开始，沿转子叶片的纵向延伸，并返回到转子叶片连接部。还有一个检测导体电阻的检测器，并且该检测器跟一个评估导体电阻值的评估设备相连。

在这方面，该发明基于以下现实：转子叶片的挠曲总是导致其支持结构的伸长，而当这种伸长被传递到一个电导体时，导致其电阻的变化。

因为电阻的变化正比于导体的伸长，因此电阻的变化正比于该转子叶片的挠曲。在最简单的例子中，可以通过预先设定电阻变化的一个极限值，该极限值同时表明转子叶片的挠曲一旦超出这个值将导致结构损坏。因此，发现这种情况能保证及时更换转子叶片或检查以确定该转子叶片是否需要更换。

在本发明的一个优选的实施例中，风力发电设备的载荷能从转子叶片的载荷中推断出，并在超出一个预先设定的极限值时，关闭风力发电设备。这样有效地避免了进一步和更严重的加载。

为了能补偿导体的电阻由于温度造成的阻值变化和/或者为了提供多个测量结果，该设备可以有多个电导体。这些导体沿着转子叶片的纵向延伸并和一个检测器连接。在这种情况下，多个导体和一个检测器连接或每一个导体和它自己的检测器连接。用于温度补偿的导体应安装为不承受挠曲载荷，因此它只随温度变化而改变电阻。用这种方法，可以得知温度引起的电阻，并可以恰当考虑。

多个导体还允许冗余使用。在一个导体有问题的情形下，其电阻变化可以通过冗余的导体检测出。这样避免了由于一个导体出现故障而必须进行昂贵的大修。

另外，冗余使用导体还允许比较性地确定电阻的变化。这样，导体可以通过比较检测到的电阻变化来彼此相互监测。

在一个特别的优选结构中，至少一个电导体在转子叶片的纵向延伸一个预定距离，但该距离短于转子叶片的长度。该导体并没有达到转子叶片梢，而终止于转子叶片上一个预定位置。这样每一个导体都受到转子叶片挠曲的不同的影响，并相应地改变它们的电阻。因此，挠曲效应的精确模式可根据电阻变化的值来推断。

在一个优选的实施例中，长度短于转子叶片长度的导体也可以作为延伸于整个转子叶片长度的导体的分支。为此，它们在预定的位置被电连接到延伸于整个转子叶片长度的那个导体上。这样检测转子叶片挠曲的分辨率可依照分支的数目和间距来改变。

为了避免电导体的不必要的变形，它们最好被连接到转子叶片的支持结构上，而且一个特别优选的特征是它们和转子叶片支持结构结合在一起。在这种情况下，作为一个特别优选的特征，该要被转子叶片的挠曲拉伸的该导体接合在该支撑结构的内部。以分支的形式被电连接到这样的导体上的起回路作用的导体也可以被自由安装在支持结构的外面，比如，以电缆的形式。

在这方面，沿转子叶片纵向在每一个支持结构中设置至少一个导体是特别有利的。这样的安排还有可能检测转子叶片的挠曲方向，因为其中的一个电导体受到拉伸效应并因此而改变，或更明确地，电阻增加了，同时，至少一个其它的导体没有受到拉伸。相反，采用合适的安装结构，该导体受到一个压缩载荷而不是拉伸载荷，并因此被缩短而不是被拉长。相应地它的电阻值至多沿相反的方向改变。因此，它的电阻值减小了。

在一个特别优选的特征中，根据本发明，电导体包括至少一个铝组件或者由铝组成。这样在该导体的弹性形变区域足以产生显著的电阻变化，这种电阻变化完全是可逆的并因此是可重复的。当挠曲发生后，通过一种相应的方式不需要更换导体(甚至不需要更换整个转子叶片)挠曲就能被永久监测。注意，原则上任何电导体都适合作为传感器。但是在这方面，为了获得跟周围材料之间好的机械接合，导体应有预定的表面粗糙度。

当电导体区域出现问题后，比如，过度拉伸之后或由于材料缺陷，为了避免更换整个转子叶片，导体最好被整合到一个部件中，该部件和支持结构连接但也可以从支持结构上卸下来。本发明的这样一个实施例还使已经生产出来的转子叶片能够再次安装。

本发明还提供了一种测量风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲或者长度变化的方法，其中，在该风力发电设备的转子叶片或塔架中铺设有测量线路，该测量线路随风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲和/或长度变化而产生长度变化；其中由一信号发生器发生一个信号，并将所述信号在测量导线的第一输入端输入到测量导线中，在该测量线路的第二端设置有一个信号接收器，当收到从信号发生器传来的信号时使得该信号发生器发出另一个信号，其中还提供有一设备，该设备配置成可测量在预定的单位时间内所发射的信号数，这样，该风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲和/或长度的增加可通过将预定的单位时间内所测量得到的发出的信号数与一个存储的表进行比较来确定。

另外一种测量风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲或者长度变化的方法，其中，在该风力发电设备的转子叶片或塔架中铺设有一个测量线路，该测量线路随风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲和/或长度变化而产生长度变化；其中由一信号发生器发生一个信号，并在测量线路的第一输入端输入到测量线路中；其中在测量线路的第二端设置有一个反射器，其将从信号发生器传来的信号反射回到测量线路的第一输入端，并在所述第一输入端被一个信号接收器接收；所述信号接收器在收到来自所述信号发生器的信号时，使得信号发生器发出另一个信号，以及，其中信号发生器和信号接收器连接在一起，而且从信号被接受到由信号发生器对后续信号进行触发之间的时间大致是恒定的。

相应地，本发明提供了一种风力发电设备，包括带有转子轮毂的转子，和至少一个连接到所述轮毂的转子叶片，所述风力发电设备还包括：用于测量风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲或者长度变化的装置，该装置包括：铺设在该风力发电设备的转子叶片或塔架中的测量线路，该测量线路随风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲和/或长度变化而产生长度变化；信号发生器，该信号发生器用于发生一个信号，并在测量线路的输入端输入到测量线路中；设置在该测量线路的输出端的一个信号接收器，该信号接收器配置为当收到从信号发生器传来的信号时，使得该信号发生器发出另一个信号，配置成可测量在预定的单位时间内所发射的信号数，并且配置成通过将预定的单位时间内所测量得到的发出的信号数与一个存储的表进行比较来确定该风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲和/或长度的增加的设备。

还提供了另一种风力发电设备，包括：带有转子轮毂的转子，和至少一个连接到所述轮毂的转子叶片，所述风力发电设备还包括：用于测量风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲或者长度变化的装置，该装置包括：铺设在该风力发电设备的转子叶片或塔架中的测量线路，该测量线路随风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲和/或长度变化而产生长度变化；信号发生器，该信号发生器用于发生一个信号，并将该信号在测量线路的第一输入端输入到测量线路中；设置在该测量线路的第二端的反射器，该反射器配置为将来自所述信号发生器的信号反射到该测量线路的第一输入端，在该第一输入端，该信号由信号接收器接收；所述信号接收器配置为当收到从信号发生器传来的信号时，使得该信号发生器发出另一个信号，其中信号发生器和信号接收器连接在一起，而且从信号被接受到由信号发生器对后续信号进行触发之间的时间大致是恒定的。

附图说明

以下将参考附图对本发明做出更加详细的描述，其中：

图1显示的是本发明第一实施例中一局部剖切转子叶片的平面图；

图2显示的是本发明第二实施例中一局部剖切转子叶片的平面图；

图3显示的是本发明第三个实施例一局部剖切转子叶片的平面图；

图4显示的是以第一种方式挠曲的转子叶片的简化侧视图；

图5显示的是以第二种方式挠曲的转子叶片的简化侧视图；

图6显示的是一个转子叶片的简化了的横截面视图；

图7显示的是一个转子叶片的进一步简化的横截面视图；

图8显示的是本发明所采用的一个导体的电阻曲线；

图9显示的是一个根据本发明的转子叶片的原理配置图，和存在一模拟相移情形中的测量图b)-e)；

图10显示的是a)在使用转子叶片的情况下，依据本发明的测量装置的原理图，和在数字相移的情况下(b)-d))的测量结果图；

图11显示的是具有测量线路的转子叶片的原理图；

图12显示的是一个具有外加电流或电压的如图11所示的转子叶片；

图13显示的是一个依据本发明的具有测量线路的转子叶片的原理图和在输入一个输入脉冲的情况下，测量的输出脉冲及其相应的时间示意图，

图14显示的是一个秒表程序的开关示意图和时间示意图，

图15显示的是如图14所示的电路的光学结构，及其相应的测量时间示意图。

具体实施方式

图1是转子叶片10的平面图。为了清楚地图示其结构，转子叶片10被部分剖切，使得能够看见两个导体20、22的路径。

转子叶片10通过一个转子叶片根部11安装到一个风力发电设备的轮毂12上，在这里和在其它的附图中，仅仅是为了示出方位的目的而显示了轮毂。第一导体20和第二导体22在转子叶片中从转子叶片根部11延伸到转子叶片梢13并返回。相应地，每一个导体20、22包括一个出去的导体20a、22a和一个返回导体20b、22b。两个导体20、22都被连接到确定其电阻值的检测器16中。

此时第一导体20被显示为是直的。这说明该导体被以这样一种方式连接到转子叶片中：转子叶片结构的拉伸也会导致导体20的拉伸。所示的第二导体22在转子叶片梢13区域呈一非直线结构放置。这表明这个导体并非以随其一起变形的方式结合到转子叶片10上。相反，应该精确地使第二导体不变形。它的电阻主要是随温度而改变，因此可以得知温度对电阻变化的影响，并在检测第一导体20的电阻变化时将其考虑进去，避免导致错误的结果。

检测器16可跟风力发电设备的控制系统相连接，因此在风力发电设备的运转中，转子叶片的挠曲也被考虑进去。

图2显示的是和参照图1已描述过的结构相似的结构。注意，这儿显示了四个导体20、22、24、26。为了使图更清楚，图上没有显示用于温度补偿的导体，但很自然地，本实施例中也可以设置该导体。

在这个图中，所有的四个电导体20、22、24、26以随着随转子叶片10挠曲的方式连接到转子叶片10。但是因为这些导体10沿着转子叶片的纵向延伸了不同的距离，因此知道其长度就可以从每一个单独导体的电阻变化推断出转子叶片10的变形。

如果只有延伸到转子叶片梢13的第一导体20存在，则从其电阻变化只能推断整体挠曲。不过因为第二导体22并没有延伸到转子叶片梢13，有可能从第一导体20的电阻变化中得出挠曲发生在转子叶片梢的结论。如果其它导体22、24、26的电阻没有变化(这里和这之后所说的电阻变化指由拉伸造成的电阻变化)，那么很清楚，挠曲仅仅局限于转子叶片10的外部区域并靠近转子叶片梢。

如果导体20、22和24的电阻发生变化，而导体26的电阻没变，这意味着转子叶片沿纵向的外半部发生挠曲。

在这个图中，导体20、22、24、26也和检测器16连接，后者进而可与控制风力发电设备的控制系统连接。

图3显示的是本发明的另一种可选实施例。一个导体20在转子叶片10内沿转子叶片的整个长度从检测器16开始一直延伸到转子叶片梢13。各分支28通过电连接点29和导体20连接。分支的数目和位置的选择可以预先决定转子叶片的哪个区域要以多高的精度进行监控。或者换句话说，在转子叶片10的哪个区域和以多高的分辨率检测挠曲。

特别是在这个图所示的本发明的实施例中，在转子叶片根部区域11使用一个插头式连接器是有利的(虽然未示出)，因为在生产转子叶片10的过程中，导体20、28可以预先和插头式连接器连接并检测连接状况。在安装地点进行转子叶片的装配时，有可能用已配好的电缆和检测器连接。这样就提供了一个低出错度的简单装配程序。

图4是一个挠曲了的转子叶片10的简化侧视图。这个图还显示了叶片根部区域11、示意性的轮毂12和检测器16。在这种情况下，导体20相对于转子叶片10的表面的间距决不是说和真实比例一致。相反，事实上导体20越接近转子叶片10表面，检测的挠曲度越精确。为描述方便，很自然地，转子叶片10的表面和导体在图中应清晰可辨。在图中，转子叶片10向下弯曲。相应地，让转子叶片10顺着挠曲方向的一侧为下侧，其相对侧为相应的上侧。

从这个图中将清楚地看到，导体20设置在转子叶片10的上侧，而导体21设置在转子叶片10的下侧。由于所显示的转子叶片的挠曲，位于转子叶片上侧的导体20被拉伸并引起电阻的显著变化，使得电阻的该显著变化能被检测器16可靠地检测到。由于转子叶片的这种挠曲，位于转子叶片下侧的导体21没被拉伸而最多被缩短。这肯定不能在导体中引起电阻的增加。因此，转子叶片的挠曲方向可以从位于转子叶片10上侧的导体20的电阻变化中被可靠地推断出来。

图5显示的是转子叶片10的挠曲的特殊情形，但这种挠曲在现实中并不奇怪。在这个例子中，转子叶片10在它的中心区域沿着箭头A的方向(向叶片下侧)挠曲，但在它的靠近转子叶片梢13的外部区域，转子叶片10沿着箭头B的方向挠曲，就是说朝转子叶片的上侧挠曲。在转子叶片10上配置两个均延伸到转子叶片梢13的导体20，21，这将产生对两个导体的拉伸。

这样，如果刚好有一个故障情形被忽视，则也可以推断出转子叶片10的危险挠曲，而且能适当地控制发电设备，例如，将其关闭。但是，应该注意到从中仍不能得到转子叶片挠曲的实际情况。由于还设置了没有延伸到转子叶片梢13的导体22、23，这样，在图示的挠曲情形中，导体22也被拉伸并因此相应地增加了它的电阻。相应地，转子叶片10的实际挠曲情况现在可以从检测器16所测到的导体20、21、22、23的电阻或电阻变化中推断出来。就这一点应该再次强调，导体20、21、22、23相互紧密并列在一起延伸，并且尽可能地靠近转子叶片10的相应表面，从而使得位于转子叶片下侧的第二导体23实际不会发生如图中所示的显见拉伸。

作为具有不同长度的多个导体20、21、22、23的本实施例(这里导体可以被制成回路的形式)的可代替方案，图1所显示的本发明的实施例也可以自然地被应用在转子叶片10的上侧和/或下侧。这样也自然地提供了该实施例中所述的优点，特别是可以通过选择分支的数量和间距，来预测所测转子叶片挠曲的准确度。

图6和7是根据本发明的一个转子叶片的横截面的简化视图。其中显示了支持结构34、36沿位于如图6所示的转子叶片纵向延伸。支持结构34、36可以是(比如)粗纱带，就是说由玻璃纤维束和环氧树脂制成的支持结构，并大体上在转子叶片的整个长度上延伸。

电导体20、21、22、23嵌在那些支持结构34、36中。就此，为了清楚说明每个装置包括一个从转子叶片根部沿着转子叶片纵向延伸并返回的导体，出去和返回的导体分别由字母a和b区分开。

把导体20、21、22、23结合到支持结构34、36中意味着导体的放置路线能被精确地确定。这样也确保了导体能尽可能贴近转子叶片的相应表面，因此有可能从电阻的变化中得出具有足够可信度的结论。

图7也显示了支持结构34、36。不过应该注意到，在这个例子中导体20、21、22、23并没有被结合到支持结构34、36本身，而是结合到载具38中。载具38可以具有和支持结构34、36一样的结构，因此载具38和导体20、21、22、23之间的协作关系精确地对应于导体和支持结构34、36之间的协作关系。

在这个例子中，载具38可以固定地但可拆卸地与支持结构34、36连接。如果由于材料缺陷或其它损伤需要更换一个导体，就不必要导致损失整个转子叶片或非常昂贵的修理费用，仅仅需要把相应的载具38从支持结构34、36卸下来并更换一个新的即可。

本发明的实施例借助于支持结构34、36和载具38间的连接方式，或者在转子叶片10的表面(自然是内侧)和载具38间的连接方式的适当选择，允许已经制造出来的转子叶片进行再次安装(retro-fitted)。

图8显示的是由经验确定的一根导线随拉应力的电阻变化曲线。该曲线的左手区域40呈直线延伸，该曲线的中间区域42部分显著升高而右手区域44部分开始时直线延伸，接着电阻突然升高并紧接着下降，最后电阻上升。

图8所示曲线的右手区域44已经被证明是在极高拉应力情况下导体被撕断的特征。相反，该曲线的中间区域42的电阻变化位于该导体弹性形变的一个范围内。在确定该曲线的一系列测量中，该导体的弹性形变范围被确定在该导体相对于原长度沿纵向的伸长小于百分之一，具体地当导体为铝时，形变位于小于0.3％的区域内。

因此，一根铝导线沿纵向伸长0.3％是弹性形变，其会导致一个显著的、可检测的电阻变化。这种电阻变化在系列测量中可高达25mΩ。

当形变为弹性时，该电导体不会因此受损并且电阻的变化能够可靠地再现。相应地，可以用相同的电导体对转子叶片的挠曲进行重复检测。

此外图9和10分别显示了上述过程或上面公开方法的一种附加的和可代替的方案。该方法可以采用模拟和/或数字信号实施。图9和10所示的两种解决方案的共同点是延时检测程序中不涉及信号在电路中的延迟时间。这样可以确定线路中的实际延迟时间。

图9和10中的模拟和数字解决方案的结构大体上是相似的。在两种情况下，在发射器和接收器之间有两根线路，也就是一根长度不变的参考线和一根与之平行的测量线，比如通过拉长该线，可检测一个转子叶片的挠曲。这里除了可以比较参考线和测量线之间的延迟时间外，这两条线都受到相同的温度影响，因此可以对热的影响进行补偿。

在模拟装置(第一可选方案)中，在不变形条件(rest condition)下参考信号(一个模拟电信号)和测量信号同相。相应地，存在一个频率相同但幅值变大的和信号。

如果由于测量线受拉伸而发生相位偏移，和信号自然也会变化。一方面峰峰值小于信号同相时的情形，另外，和信号有一个变化了的包络曲线。

现有技术中已公知足够多的检测这种变化的方法。容易看出幅值变小，直到180度的相移。超出这个范围直到一个完整的周期，信号的正负符号也不得不被考虑进去以获得相位的可靠信息。

在数字解决方案中，接收器处具有同相的输入信号，该装置具有最低的算术平均值(自然也取决于脉冲占空比)。不过，若假设脉冲占空比仍相同，则算术平均值随参考信号和测量信号间的相位偏移的增加而增加。因此这是一种与接收器处信号相位偏移相关的测量。

上述过程可以由电信号、光信号并基本上也可由声学信号来实施。基本上是这样一种情形，对于微量的拉伸，选择高频信号是有利的(就是说频率高于1kHz，最好是几MHz)，而对较大的拉伸，为了在一个周期内获得相应的相位差，最好选用低频信号。

本申请特别结合了德国专利申请No.3821642和No.3712780的内容。从那些申请材料中能知道由诸如温度或压力等物理参数的变化而导致的长度或间隔的变化是如何通过对一个处于该物理参数下的光纤中的电信号进行延时测量来确定的。信号通过光学多谐振荡器输到光纤中。在那种情形下，多个脉冲的总延迟通过一个高频计数器来确定。通过与一个标准的计数结果(参考值)相比较，可确定真实测量的计数结果与标准计数结果的偏差，因此，可从中确定发生的长度和间距的差异，并且将长度或间距的差异转变为待决定的物理参数。

DE3712780公开了一种方法和设备，用于精确和快速地测量一条待测线中出现电中断的线路的长度，其中一个脉冲边缘发生器将一脉冲边缘传到线路的一端，检测由中断部位返回到该端的反射脉冲边缘，当检测到反射的脉冲边缘后，再经过一预定的时间触发产生一脉冲边缘，从而使得脉冲边缘发生器以一个和在线路中传播的时间延迟相关的频率重复发出脉冲边缘，并且测量该频率。因此DE 37 12 780描述了如何检测线路中的一个“中断”，并公开了利用延迟时间的倒数，更明确地说是频率而非延迟时间来检测的可能性。

根据DE 38 21 642，对线路中发射器和接收器之间的延迟时间进行检测，并由所谓的秒表方法进行，就是说，当一个脉冲发出时，以一个相当高的频率开始计数，并且计数一直延续到接收器收到脉冲。因此计数值是延迟时间的一种测量。

现在参考图11(已经参考了图9和图10)，图11基本上显示了一个具有测量线路的转子叶片，该测量线路设置在转子叶片中，并最好是以测量线(或者光纤或OFC)的形式被置于转子叶片的表面内。机械载荷(风载)使转子叶片挠曲并且测量线路沿着它的长度被拉伸或被压缩。因此，载荷的变化正比于长度的变化：

ΔF～Δl

长度变化希望处于0.0％和0.2％之间，对应于载荷处于0.0和100％之间。因此，任务是用可达的最高分辨率确定长度的变化。

作为第一种解决方案，线路的欧姆电阻可假设正比于长度，因此也正比于载荷。

ΔR～Δl～ΔF

对线路施加电流，并且通过如图2所示的方法测量压降。

测试显示这个原理是可行的。

但是存在一些问题，因为信号等于绝对值的0.2％，并且必须被分成至少100步，这需要一个很高的测量精确度(＜0.002％)。另外线路的欧姆电阻随温度变化很剧烈。所述信号上叠加有可由电磁场产生的噪声。当发生雷暴时这变得特别明显。线路及与之连接的电子设备可被闪电袭击直接损坏。

图13显示了另一可选解决方案。在这种情况下传输线路的长度由一个脉冲的延迟时间确定。该速度等于三分之二光速，就是说大约等于200000公里/秒。

由图13可见：

Δt～Δl～ΔF

传输时间的变化是载荷的一个度量。

假设线路长度等于40m，则t＝200ns并且叠加的Δt介于0和400ps之间。

由于时间不容易由一个测量方法检测，可以给出其倒数，更明确地为：

$f=\frac{1}{t+\mathrm{\Δt}}$

现在上式变成了一个频率。

测量频率值很简单，而且测量值能任意精细地分辨(通过调整频率计数器的选通时间)。

现在通过一个程序由信号的延迟时间形成一个频率，在此程序中输入脉冲立即向线路中发出一个新脉冲(秒表过程)。每秒所发出的脉冲数等于频率。

图14显示了一个对应的电路图和一个时间示意图。

电平的变化代替了脉冲，并且，如所期望的一样，存在如下的频率：

$f=\frac{1}{2t},$ 就是说， $t=\frac{l}{2\left(\frac{2}{3}c\right)}$

对于长度为40m的线路，有：

$f=\frac{40m}{2(200\·{10}^{-9}m/s+\mathrm{\Δt})}=2.5\mathrm{MHz}$

由于载荷的作用，频率介于2.5MHz和2.505MHz之间，就是说频率变化5000Hz。

一个选通时间(gate time)等于20ms的频率计数器能够以载荷1％的分辨率每秒传递50个数值。因而这些数值已经包括50个长度测量值的平均值。

因此，有这样的优点：不需要高灵敏度的模拟传感器系统，因为信号具有高信噪比(0V或10V)，并且不存在由于温度波动造成的延迟时间变化的麻烦问题。

这特别适用于如图9和10所示的装置，这些装置除了有测量线路，还有参考线路。

在上述实施例中，测量线路至少在其端部以干涉锁紧的关系与该风力发电设备的转子叶片或塔架连接。

或者，测量线路至少在一个给定的区域以干涉锁紧的关系和该风力发电设备的转子叶片或塔架连接，并且所述测量线路仅在所述预定区域随该风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲或拉长而受到拉伸。

上述解决方案也可以用光信号实施。在这种情形下，如图15所示，线路被光纤缆线代替，而且反馈由OFC发射器和OFC接收器进行。

这种情形的优点特别是：不需要高灵敏度的模拟传感器系统，因为信号具有高信噪比(光源开或关)，没有由温度波动导致的延迟时间变化的麻烦问题，光纤电缆不会由于电磁场而受噪音干扰，并且也不用担心闪电袭击。

实际中，希望能清楚测得长度变化小于1mm的叶片挠曲。尽管本申请所描述的本发明方案是用于转子叶片长度的变化，但应注意到，如果对应地将测量线呈螺旋形安装在转子叶片的表面，使得转子叶片的扭曲自动导致缠绕测量线长度的变化，则本发明也可以用于测量转子叶片的扭曲。

特别是依据本发明的测量方法也可以通过一个测量程序被用来监视转子叶片与载荷相关的部分和沿长度方向的拉伸，这对出现阵风时的叶片梢部很有帮助，能更好地检测在特定情况下的一给定叶片载荷时的风险。

应该特别指出的是，图11到图14中所公开的内容很明显也可以和其它图中所公开的内容结合在一起。当提到秒表过程时，需要清楚的是，这意味着秒表在收到所发出的脉冲时停止，并同时重新启动，相应地表示在一个给定的时间范围，比如1秒钟内，停止/启动循环的频率。

在这方面，可以想象任何形式的脉冲信号，包括根据函数sine x/x的线性调频脉冲信号。

Claims (25)

1.一种风力发电设备的转子叶片，所述转子叶片(10)包括：

位于转子叶片(10)的转子叶片根部(11)的转子叶片连接部，用于将所述转子叶片(10)连接到风力发电设备的转子轮毂(12)上；和一个转子叶片梢(13)，其位于转子叶片的与所述转子叶片根部(11)相对的另一端；

其特征在于，在转子叶片(10)的整个长度上铺设至少一个电导体(20、21、22、23、24、26、28)，在所述转子叶片挠曲和/或长度发生改变时，所述电导体(20、21、22、23、24、26、28)的长度也会发生改变，使得至少一个电导体(20、21、22、23、24、26、28)受到与所述转子叶片(10)相同的挠曲负载；

其中，该电导体(20、21、22、23、24、26、28)从位于该转子叶片根部(11)的该转子叶片连接部开始朝向所述转子叶片梢(13)沿转子叶片(1)的纵向延伸，并返回到该转子叶片连接部；使得所述电导体(20、21、22、23、24、26、28)能够电连接到一个用于检测电导体(20、21、22、23、24、26)的实际电阻的检测器(16)；其中该检测器(16)连接到一个评估设备，所述评估设备由所述电阻值的改变对所述转子叶片的实际挠曲进行评估。

2.如权利要求1所述的风力发电设备的转子叶片，其特征在于，多个导体(20、21、22、23、24、26、28)自位于所述转子叶片根部(11)的转子叶片连接部开始沿转子叶片(10)的纵向铺设，并返回，并且所述电导体(20、21、22、23、24、26、28)连接到检测器(16)。

3.如权利要求2所述的风力发电设备的转子叶片，其特征在于，所述电导体(20、21、22、23、24、26、28)中的至少一个沿转子叶片的纵向延伸一个预定的距离，该距离短于转子叶片的长度。

4.如权利要求2所述的风力发电设备的转子叶片，其特征在于，所述电导体(20、21、22、23、24、26)中的至少一个延伸到转子叶片梢(13)。

5.如权利要求4所述的风力发电设备的转子叶片，其特征在于，至少一个分支导体(28)在一个预定的位置通过电连接点(29)被电连接到所述延伸于整个转子叶片长度的至少一个电导体(20)上，使得检测转子叶片挠曲位置的分辨率与所使用的分支导体(28)的数目和间距相应。

6.如权利要求1所述的风力发电设备的转子叶片，其特征在于，所述转子叶片(10)包括一个支持结构(34、36)，所述至少一个电导体(20、21、22、23、24、26)被固定连接到所述支持结构(34、36)上。

7.如权利要求6所述的风力发电设备的转子叶片，其特征在于，电导体(20、21、22、23、24、26)被封装在转子叶片(10)的所述支持结构(34、36)内。

8.如权利要求6所述的风力发电设备的转子叶片，其特征在于，电导体(20、21、22、23、24、26)被封装在一个载具(38)内，该载具可拆卸地连接到所述支持结构(34、36)。

9.如权利要求6所述的风力发电设备的转子叶片，其特征在于，至少一个电导体(20、21、22、23、24、26、28)沿转子叶片的纵向设置在每个支持结构(34，36)之上或之内。

10.如权利要求1所述的风力发电设备的转子叶片，其特征在于，所述电导体(20、21、22、23、24、26、28)至少包含一个预定的铝元件，或由铝构成，使得电导体(20、21、22、23、24、26、28)电阻的可检测到的改变发生在电导体(20、21、22、23、24、26、28)的弹性变形区域。

11.如权利要求1所述的风力发电设备的转子叶片，其特征在于，所述电导体(20、21、22、23、24、26、28)具有预定的表面粗糙度，使得可与转子叶片的周围材料实现好的机械连接。

12.如权利要求1所述的风力发电设备的转子叶片，其特征在于，所述转子叶片(10)在转子叶片根部(11)区域包括用于所述电导体(20、21、22、23、24、26、28)的相应插头式连接器，所述电导体(20、21、22、23、24、26、28)连接到所述插头式连接器。

13、如权利要求1～12中任一项所述的转子叶片，其中具有至少一个用于进行温度补偿的另外的参考导体(22)，该参考导体以如下方式不连接到所述转子叶片(10)：所述至少一个参考导体(22)不与所述转子叶片(10)的挠曲或长度改变一起变形。

14.一种测量风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲或者长度变化的方法，其中，在该风力发电设备的转子叶片或塔架中铺设有测量线路，该测量线路随风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲和/或长度变化而产生长度变化；

其中由一信号发生器发生一个信号，并将所述信号在测量导线的第一输入端输入到测量导线中，在该测量线路的第二端设置有一个信号接收器，当收到从信号发生器传来的信号时使得该信号发生器发出另一个信号，

其中还提供有一设备，该设备配置成可测量在预定的单位时间内所发射的信号数，这样，该风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲和/或长度的增加可通过将预定的单位时间内所测量得到的发出的信号数与一个存储的表进行比较来确定。

15.一种测量风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲或者长度变化的方法，其中，在该风力发电设备的转子叶片或塔架中铺设有一个测量线路，该测量线路随风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲和/或长度变化而产生长度变化；

其中由一信号发生器发生一个信号，并在测量线路的第一输入端输入到测量线路中；

其中在测量线路的第二端设置有一个反射器，其将从信号发生器传来的信号反射回到测量线路的第一输入端，并在所述第一输入端被一个信号接收器接收；

所述信号接收器在收到来自所述信号发生器的信号时，使得信号发生器发出另一个信号，

其中信号发生器和信号接收器连接在一起，而且从信号被接受到由信号发生器对后续信号进行触发之间的时间大致是恒定的。

16.如权利要求14或15所述的方法，其中，所述测量线路是电导体或光纤缆线。

17.如权利要求14或15所述的方法，其中，所述测量线路至少在其端部以干涉锁紧的关系与该风力发电设备的转子叶片或塔架连接。

18.如权利要求14或15所述的方法，其中，所述测量线路至少在一个给定的区域以干涉锁紧的关系和该风力发电设备的转子叶片或塔架连接，并且所述测量线路仅在所述预定区域随该风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲或拉长而受到拉伸。

19.一种风力发电设备，包含至少一个如权利要求1到12所述的转子叶片(10)。

20.如权利要求19所述的风力发电设备，其特征在于，所述评价设备连接到所述风力发电设备的控制设备上，当电阻值的变化超过预定值时，风力发电设备能被关闭。

21.一种风力发电设备，包括带有转子轮毂的转子，和至少一个连接到所述轮毂的转子叶片(10)，所述风力发电设备还包括：

用于测量风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲或者长度变化的装置，该装置包括：

铺设在该风力发电设备的转子叶片或塔架中的测量线路，该测量线路随风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲和/或长度变化而产生长度变化；

信号发生器，该信号发生器用于发生一个信号，并在测量线路的输入端输入到测量线路中；

设置在该测量线路的输出端的一个信号接收器，该信号接收器配置为当收到从信号发生器传来的信号时，使得该信号发生器发出另一个信号，

配置成可测量在预定的单位时间内所发射的信号数，并且配置成通过将预定的单位时间内所测量得到的发出的信号数与一个存储的表进行比较来确定该风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲和/或长度的增加的设备。

22.一种风力发电设备，包括带有转子轮毂的转子，和至少一个连接到所述轮毂的转子叶片(10)，所述风力发电设备还包括：

用于测量风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲或者长度变化的装置，该装置包括：

铺设在该风力发电设备的转子叶片或塔架中的测量线路，该测量线路随风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲和/或长度变化而产生长度变化；

信号发生器，该信号发生器用于发生一个信号，并将该信号在测量线路的第一输入端输入到测量线路中；

设置在该测量线路的第二端的反射器，该反射器配置为将来自所述信号发生器的信号反射到该测量线路的第一输入端，在该第一输入端，该信号由信号接收器接收；

所述信号接收器配置为当收到从信号发生器传来的信号时，使得该信号发生器发出另一个信号，

其中信号发生器和信号接收器连接在一起，而且从信号被接受到由信号发生器对后续信号进行触发之间的时间大致是恒定的。

23.如权利要求21或22所述的风力发电设备，其中，所述测量线路是电导体或光纤缆线。

24.如权利要求21或22所述的风力发电设备，其中，所述测量线路至少在其端部以干涉锁紧的关系与该风力发电设备的转子叶片或塔架连接。

25.如权利要求21或22所述的风力发电设备，其中，所述测量线路至少在一个给定的区域以干涉锁紧的关系和该风力发电设备的转子叶片或塔架连接，并且所述测量线路仅在所述预定区域随该风力发电设备的转子叶片或塔架的挠曲或拉长而受到拉伸。

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