CN102565792A - 用于检查风力涡轮机叶片的系统及方法 - Google Patents

用于检查风力涡轮机叶片的系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102565792A
CN102565792A CN2011104031823A CN201110403182A CN102565792A CN 102565792 A CN102565792 A CN 102565792A CN 2011104031823 A CN2011104031823 A CN 2011104031823A CN 201110403182 A CN201110403182 A CN 201110403182A CN 102565792 A CN102565792 A CN 102565792A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wind turbine
turbine blade
microwave signal
check system
check
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011104031823A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102565792B (zh
Inventor
N·特拉尔沙瓦拉
W·I·费迪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Renovables Espana SL
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN102565792A publication Critical patent/CN102565792A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102565792B publication Critical patent/CN102565792B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/50—Maintenance or repair
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G01N22/02—Investigating the presence of flaws
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/904—SAR modes
    • G01S13/9088—Circular SAR [CSAR, C-SAR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/80—Diagnostics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S13/34—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及用于检查风力涡轮机叶片的系统及方法。具体而言，一种风力涡轮机叶片检查系统(40)，包括：构造成相对于风力涡轮机叶片(22)可动同时发射参考微波信号(66)和接收反射微波信号的调频连续波雷达系统(46)，以及构造成使用合成孔径分析技术基于反射微波信号来获得风力涡轮机叶片(22)至少一个区(116)的聚焦图像的处理器(42)。

Description

用于检查风力涡轮机叶片的系统及方法
技术领域
本发明主要涉及风力涡轮机，且更具体地涉及检查风力涡轮机叶片的系统及方法。
背景技术
风力涡轮机由风的动能发电。各风力涡轮机均包括三个主要构件：结构支承构件、发电机构件以及转子构件。转子构件还包括用于将风的动能转化成机械能的风力涡轮机叶片，该机械能然后由发电机构件转化成电。
风力涡轮机叶片的检查对于正在操作的风力涡轮机而言很重要。用以检查风力涡轮机叶片的一种方法包括使用超声波探测器来扫描风力涡轮机叶片的表面。使用探测器在风力涡轮机叶片表面上测量缺陷是一种复杂的扫描过程，因为探测器需要沿着风力涡轮机叶片的表面轮廓移动并且对于风力涡轮机叶片的超声波测量需要耦合剂。此外，各表面均需要分别地检查，从而导致检查时间更长且成本更高。
因此，需要一种改进的风力涡轮机叶片检查系统。
发明内容
根据本文所公开的一个实施例，一种风力涡轮机叶片检查系统包括：调频连续波雷达系统，其构造成可相对于风力涡轮机叶片运动，同时发射参考微波信号和接收反射微波信号；以及处理器，其构造成使用合成孔径分析技术来基于反射微波信号获得风力涡轮机叶片至少一个区的聚焦图像。
根据另一实施例，一种用于检查风力涡轮机叶片的方法，包括：使用检查系统来向风力涡轮机叶片发射参考微波信号，以及从风力涡轮机叶片接收反射微波信号，同时使检查系统相对于风力涡轮机叶片运动；以及使用合成孔径分析技术基于反射微波信号而获得风力涡轮机叶片至少一个区的聚焦图像。
附图说明
当参照附图阅读如下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更容易理解，所有附图中的相似标号表示相似的零件，在附图中：
图1为风力涡轮机的简图。
图2为根据本发明实施例的包括微波检查系统的风力涡轮机叶片检查系统的框图图示。
图3为根据本发明实施例的在玻璃纤维中的深度分辨率相对于发射至图1中的风力涡轮机叶片的调频连续波雷达信号带宽而变化的模型的图解示图。
图4为根据本发明实施例的包括安装有图2中的微波检查系统的塔架攀爬器的风力涡轮机叶片检查系统的简图。
图5为根据本发明实施例的图2中的微波检查系统的螺旋扫描模型的简图。
图6为根据本发明示例性实施例的包括安装在飞行器上用于检查风力涡轮机叶片的图2中的微波检查系统的风力涡轮机叶片检查系统的简图。
图7和图8为根据本发明又一实施例的构造成用以检查风力涡轮机叶片的基于地面的风力涡轮机叶片检查系统的简图。
图9为根据本发明实施例的包括用于校准和聚焦风力涡轮机叶片处的参考微波信号的宽带自适应介电透镜的平移-倾斜-缩放(pan-tilt-zoom)微波天线的简图。
图10为根据本发明实施例的由描绘可归属于风力涡轮机叶片的较高压力侧(压力侧)和较低压力侧(吸入侧)的器件(feature)的测量所采集的调频连续波雷达数据的图解示图。
图11为根据本发明实施例的所产生的三维图像的简图。
零件清单
10 风力涡轮机
12 塔架
14 支承系统
16 机舱
18 转子
20 可旋转毂
22 风力涡轮机叶片
26 多个根部
28 方向
30 旋转轴线
32 尖端
34 前缘
36 后缘
37 压力侧
38 吸入侧
40 风力涡轮机叶片检查系统
42 微波检查系统
44 检查输送系统
46 调频连续波雷达系统
50 玻璃纤维材料中的深度分辨率的变化模型的图解示图
52 X轴
54 Y轴
56 表示深度分辨率相对于参考微波信号的带宽而变化的曲线
60 包括塔架攀爬器的风力涡轮机叶片检查系统
62 塔架攀爬器
64 表面下的缺陷
66 参考微波信号
68 竖直方向
80 螺旋扫描模型的简图
82 路径
84 参考系
90 风力涡轮机叶片检查系统
92 飞行器
94 间隔距离(standoff distance)
100 构造成检查风力涡轮机叶片的基于地面的检查系统的简图
102 基于地面的检查系统
104 间隔距离
105 构造成检查风力涡轮机叶片的基于地面的检查系统的简图
106 参考信号
110 包括用于校准和聚焦风力涡轮机叶片处的参考微波信号的宽带自适应介电透镜的平移-倾斜-缩放微波天线的简图110
112 平移-倾斜-缩放微波天线
114 宽带自适应介电透镜
116 较小的区
120 由描绘可归属于风力涡轮机叶片压力侧和吸入侧的器件的测量所采集的FMCW雷达数据的图解示图
122 X轴
124 Y轴
126 表示反射微波能随传播时间变化而变化的曲线
128 归属于最接近天线的叶片部分的区
130 归属于离天线最远的叶片部分的区
140 三维图像
142 玻璃纤维板
144 玻璃纤维板的一侧
146 表面下的缺陷
148 表面下的缺陷
150 表面下的缺陷
具体实施方式
本发明的实施例包括风力涡轮机叶片检查系统。风力涡轮机叶片检查系统包括调频连续波(FMCW)雷达系统和处理器。FMCW雷达系统构造成相对于风力涡轮机叶片可动，同时发射参考微波信号和接收反射微波信号。FMCW雷达系统可通过处于可动壳体内而为可动的。此外或作为备选，FMCW雷达系统自身可在壳体内运动。在一个实施例中，FMCW雷达系统在风力涡轮机叶片旋转时沿至少竖直方向运动，同时发射参考微波信号和接收反射的微波信号。在检查静止风力涡轮机叶片时特别有用的另一实施例中，FMCW雷达系统(例如，通过壳体的物理运动和/或改变壳体内的检查系统的方向角)沿至少两个方向运动，同时发射参考微波信号和接收反射的微波信号。处理器可位于FMCW雷达系统的位置处或远程地定位，且构造成使用合成孔径分析技术来基于反射的微波信号而获得风力涡轮机叶片至少一个区的聚焦图像。如本文所用，用语″一个″和″一种″并不表示数量限制，而是表示存在至少一个所提及的物件。
图1为风力涡轮机10的简图。风力涡轮机10包括从支承系统14延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱16，以及联接到机舱16上的转子18。转子18包括可旋转毂20，以及联接到毂20上且从毂20向外延伸的至少一个风力涡轮机叶片22。在示例性实施例中，转子18具有三个风力涡轮机叶片22。风力涡轮机叶片22通过将风力涡轮机叶片22在多个根部26处联接到毂20上而与毂20配合。引至风力涡轮机叶片22的负载经由多个根部26传递至毂20。在一个实施例中，风力涡轮机叶片22具有范围从大约15米(m)至大约91m的长度。
风从方向28撞击风力涡轮机叶片22，这促使转子18围绕旋转轴线30旋转。风力涡轮机叶片22包括尖端32。迎风且为沿风力涡轮机22旋转方向30的前方边缘的风力涡轮机叶片22边缘称为前缘34，而在前缘之后的风力涡轮机叶片边缘称为后缘36。处于较高压力的风力涡轮机叶片22表面(主要面对风28)称为压力侧37，而受到较低压力的风力涡轮机叶片22表面称为吸入侧38。风力涡轮机叶片22在操作期间因正常操作状态的磨损和撕裂而遭到破坏以及因异常环境条件而遭到破坏。
图2为根据本发明实施例的用于图1中风力涡轮机叶片的检查的风力涡轮机叶片检查系统40的框图图示。风力涡轮机叶片检查系统40包括微波检查系统42。微波检查系统42构造为可动的，同时发射参考微波信号和接收反射微波信号。微波检查系统42安装在描绘为检查输送系统44的壳体中。检查输送系统44的示例性实施例包括塔架攀爬器、飞行器以及基于地面的系统。微波检查系统42包括调频连续波(FMCW)雷达系统46，该雷达系统46构造成在宽的频率带宽上朝风力涡轮机叶片(图1)发射参考微波信号。能够提供所期望的分辨率的任何期望带宽都可结合用于提供较高分辨率的较高带宽使用。所期望的分辨率和获得该分辨率的相关带宽至少部分地取决于风力涡轮机叶片的具体材料。在风力涡轮机叶片包括玻璃纤维材料的一个实施例中，例如，频率带宽可包括至少7GHz，其可以任何所期望的频率开始。在更具体的实施例中，使用20GHz的频率带宽。FMCW雷达系统46向旋转的风力涡轮机叶片发射连续波，同时在频率带宽上扫掠连续波的频率。发射的连续波从风力涡轮机叶片反射回，且由FMCW雷达系统46接收。通过确保FMCW雷达系统46和风力涡轮机叶片(图1)之间存在相对运动，可使用合成孔径聚焦算法来改善图像的空间分辨率。
通常，合成孔径雷达(SAR)技术基于以下事实：检查系统与其目标之间的相对运动提供有差别的相干信号变化，该变化可用于获得比常规射束扫描方式所能获得的更精细的空间分辨率。在不同检查位置处相继接收的波形可相干(或结合)地检测、储存且随后在一起进行后处理以分辨目标区图像中的元件。在包括微波天线的雷达系统中，例如，SAR空间分辨率通过以下等式(等式1)δxy＝λc/4sin(θb/2)而与微波天线的孔径尺寸相关，其中λc是中心FMCW雷达频率处的波长，且射束宽度角θb＝λc/D，其中D为天线孔径。此外，深度分辨率由FMCW雷达系统的带宽(B)和风力涡轮机叶片材料的介电常数ε如由以下等式(等式2)
Figure BSA00000631512900071
所示那样确定，其中c为真空中的光速。该技术能够产生三维图像，且因此有时在雷达文献中也称为″全息SAR成像″。
图3为玻璃纤维材料中的深度分辨率相对于发射至玻璃纤维材料的FMCW雷达信号带宽的变化模型的图解示图50。X轴52表示以千兆赫为单位的FMCW雷达系统的带宽。Y轴54表示以毫米为单位的玻璃纤维深度分辨率。曲线56表示深度分辨率相对于参考微波信号带宽的变化。如所观察到的那样，深度分辨率从大约18mm减小至4mm，而参考微波信号的带宽相应地增大。
图4为根据本发明实施例的包括安装有图2中的微波检查系统42的塔架攀爬器62的风力涡轮机叶片检查系统60的简图。塔架攀爬器62沿风力涡轮机的塔架12上下运动，且达到与风力涡轮机叶片22相当的高度。在一个实施例中，塔架攀爬器62可附接到拉索(未示出)上以帮助塔架攀爬器62如在2010年6月25日提交的共同转让的美国专利申请S/N：12/823525中所述那样沿风力涡轮机的塔架12攀爬。
当在风力涡轮机塔架上处于塔架攀爬器62面对风力涡轮机叶片22的高度时，FMCW雷达系统(图2)向旋转的风力涡轮机叶片22发射参考微波信号66，且在竖直方向68上沿风力涡轮机塔架12运动。在塔架攀爬器的实施例中，对塔架与塔架攀爬器62之间距离的机械约束会影响FMCW雷达系统可相对于叶片定位得多接近。在示例性实施例中，塔架攀爬器62与风力涡轮机叶片22之间的间隔距离70可变化，且例如近到2米至远到10米。此外，同时地旋转风力涡轮机叶片22和在竖直方向上相对于风力涡轮机叶片22移动FMCW雷达系统能使微波检查系统(图2)获得风力涡轮机叶片的螺旋扫描(图5)。螺旋扫描由处理器使用以便针对潜在可能的表面和表面下的缺陷64同时地检查风力涡轮机叶片的压力侧(图1)和吸入侧(图1)两者。此外，螺旋扫描使用合成孔径分析技术处理，以便基于反射的微波信号获得风力涡轮机叶片22至少一个区的聚焦图像(如图11中所示类型的图像)。微波检查系统连续地运动以通过重复上述步骤而获得整个风力涡轮机叶片22的图像。在一些实施例中，为了实现对风力涡轮机叶片边缘的较好观察，在检查过程期间可使用风力涡轮机叶片的选择性变桨。在一些实施例中，适合桨距角的选择还可用来对于叶片内更为复杂的结构位置提供更好的检查(以及为了检查而接近)。
图5为根据本发明实施例的图2中的微波检查系统的螺旋扫描80模型的简图。如图所示，微波检查系统构造成用以经由路径82来扫描风力涡轮机叶片22，该路径82在风力涡轮机叶片22的参考系84中由FMCW雷达系统横穿。
图6为根据本发明示例性实施例的包括安装在飞行器92上用于检查风力涡轮机叶片22的图2中的微波检查系统42的风力涡轮机叶片检查系统90的简图。飞行器92经远程控制而在离风力涡轮机叶片22的间隔距离94处到达风力涡轮机叶片22且在竖直方向上沿风力涡轮机叶片22可动，以利用上文参照图3所述的微波检查系统(图2)检查风力涡轮机叶片22的缺陷64。对于间隔距离94，在飞行器92实施例中存在更大的灵活性。间隔距离94可编程为容许在不干扰或碰撞风力涡轮机叶片22的情况下获取最佳雷达数据的任何值。间隔距离94将通常处于但并非必须处于10cm至10m的范围。
在飞行器实施例的一种变型中，叶片旋转，同时飞行器至少沿竖直方向运动以获得上文所述类型的螺旋扫描。如果期望的话，在风力叶片旋转实施例中，除在竖直方向上运动外，飞行器还可水平地运动以便更容易地从风力叶片边缘获取数据，和/或叶片可如上文所述那样有选择地变桨。在飞行器实施例的另一变型中，风力叶片不需要旋转，而飞行器沿至少两个方向(举例来说，例如沿螺旋路径或沿竖直方向和水平方向)运动，同时发射参考微波信号和接收反射微波信号。
图7和图8分别为根据本发明又一实施例的构造成检查风力涡轮机叶片22的基于地面的检查系统102的简图100和105。在一个基于地面的实施例中，FMCW雷达系统(图2)安装在静止的基于地面的检查系统102上，该检查系统102构成在检查过程期间用于连续的多轴线倾斜(如轴线A和B所示)。在另一基于地面的实施例中，基于地面的检查系统102可在地面上沿一个方向(如由方向C所示)运动且沿另一方向(如由方向B所示)倾斜。在另一基于地面的实施例中，基于地面的检查系统102沿至少两个方向运动且不需要倾斜。如果期望的话，可在这些实施例的任一个中额外地使用叶片变桨。
在基于地面的实施例中，风力涡轮机叶片22可相继地运动至9点或3点位置，且在检查过程期间可选以各种角(最常见为90度，但其它角也可有助于检查前缘34或其它结构位置)变桨并保持稳定。通常，基于地面的实施例中的间隔距离104将比其它实施例中的任一个更长，且在一个实例中大约为风力涡轮机塔架12的高度，该高度通常处在从80m至120m高的任何位置。在基于地面的实施例中获得足够的分辨率和准确度可能更具有挑战。在一个实施例中，参考信号106的微波功率高于在塔架攀爬器和飞行器实施例中将用来检查风力涡轮机叶片的微波功率。在用于提高分辨率的一个特定实施例中，微波检查系统(图2)包括平移-倾斜-缩放微波天线，该天线包括宽带自适应介电透镜，其构造成用以对风力涡轮机叶片22缩放而对风力涡轮机叶片22处的微波能提供更好地校准和聚焦。如果期望的话，这类天线可还可用于塔架攀爬器和飞行器实施例。
图9为根据本发明实施例的包括用于校准和聚焦风力涡轮机叶片处的参考微波信号的宽带自适应介电透镜114的平移-倾斜-缩放微波天线112的简图110。宽带自适应介电透镜114将大部分微波能引导至风力涡轮机叶片(图1)的较小区116，这在需要较大间隔距离的情况下特别有用。宽带自适应介电透镜114聚焦和校准微波能以实现对平移-倾斜-缩放微波天线112的缩放功能。此外，平移-倾斜功能通过使平移-倾斜-缩放微波天线112的天线倾斜或旋转来提供。
还提供了一种用于检查风力涡轮机叶片的方法。该方法包括朝风力涡轮机叶片发射参考微波信号，同时使检查系统相对于风力涡轮机叶片运动。该方法还包括接收从风力涡轮机叶片反射的微波信号，同时使检查系统相对于风力涡轮机叶片运动。在一个实施例中，检查系统在风力涡轮机叶片旋转时沿至少竖直方向运动，同时发射参考微波信号和接收反射微波信号。在另一实施例中，检查系统在风力涡轮机叶片静止时沿至少两个方向运动，同时发射参考微波信号和接收反射微波信号。在特定实施例中，发射参考微波信号包括从大约2米至大约10米的间隔距离发射参考微波信号。该方法还包括使用合成孔径分析技术基于参考微波信号和反射微波信号获得风力涡轮机叶片至少一个区的聚焦图像。在一个实施例中，聚焦图像通过同时地检查风力涡轮机的压力侧和吸入侧两者来获得。压力侧和吸入侧针对表面和表面下的缺陷进行检查。对表面和表面下的缺陷的检查可包括检查风力涡轮机叶片中的空隙、断开和脱层。在一个实施例中，通过采集风力涡轮机叶片的多次螺旋扫描来针对表面和表面下的缺陷检查压力侧和吸入侧。多次螺旋扫描产生聚焦图像。在实施例中，聚焦图像为三维图像。
实例
图10为根据本发明实施例的由描绘可归属于风力涡轮机叶片(图1)压力侧和吸入侧的器件的测量所采集的FMCW雷达数据的图解示图。FMCW雷达数据由实验室等级测试中的单次测量来采集，其中风力叶片节段保持静止而天线沿风力涡轮机叶片节段的跨距和翼弦运动。单次测量描绘了可归属于风力涡轮机叶片压力侧和吸入侧的器件。X轴122表示以毫微秒为单位的微波能的飞行时间。Y轴124表示微波能的反射系数。曲线126表示随传播时间变化的反射微波能的变化。该传播时间或飞行时间可通过使用微波在可经由其传播的空气和各种材料中的光速来转化成微波检查系统与风力涡轮机叶片器件之间的距离。该距离表示深度或范围信息。因此，曲线126的区128可归属于最接近天线的叶片部分，而曲线126的区130可归属于离天线最远的叶片部分。例如，当微波检查系统处于塔架(图4)上时，最近的区将可能处于风力涡轮机叶片的吸入侧(图1)上，而当微波检查系统为飞行器实施例(图6)时，最近的区很可能在风力涡轮机叶片的压力侧(图1)上。
图11为根据本发明实施例的由具有已知缺陷的玻璃纤维板142的风力涡轮机叶片检查系统产生的三维图像140的简图。风力涡轮机叶片检查系统包括沿具有12毫米厚的玻璃纤维板142的一侧144的长度和宽度运动至多个位置的天线。由此采集到的空间信息用于生成三维图像140。更具体而言，微波检查系统用于产生随后用于产生三维图像140的多个二维B型扫描和C型扫描图像。三维图像140包括在风力涡轮机叶片中的表面和表面下的缺陷，其中表面下的缺陷由分别具有75mm、125mm和50mm直径的146，148，150示出。
用于检查上述风力涡轮机叶片的检查系统和方法的各种实施例是有用且成本效益合算的，因为这些实施例不需要风力叶片停用且不需要使用耦合剂。
熟练技术人员将从不同实施例中认识到各种特征的互换性。例如，相对于一个实施例的平移-倾斜-缩放微波天线可适于相对于本发明另一实施例使用以提供检查系统来检查风力涡轮机叶片。同样，所述各种特征以及对于各特征的其它公知等同物可由本领域的普通技术人员混合和匹配而构建出根据本公开内容原理的附加系统和技术。
尽管本文仅示出和描述了本发明的一些实施例，但本领域的技术人员将会想到许多修改和变化。因此，应当理解到，所附权利要求意图涵盖落入本发明的真正精神内的所有这些修改和变化。

Claims (10)

1.一种风力涡轮机叶片检查系统(40)，包括：
调频连续波雷达系统(46)，所述调频连续波雷达系统(46)构造成相对于风力涡轮机叶片(22)可动，同时发射参考微波信号(66)和接收反射微波信号；以及
处理器(42)，所述处理器(42)构造成用于使用合成孔径分析技术来基于所述反射微波信号而获得所述风力涡轮机叶片(22)的至少一个区(116)的聚焦图像。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片检查系统(40)，其特征在于，所述调频连续波雷达系统(46)构造成在所述风力涡轮机叶片(22)旋转时沿至少竖直方向(68)可动，同时发射所述参考微波信号(66)和接收所述反射微波信号。
3.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片检查系统(40)，其特征在于，所述调频连续波雷达系统(46)构造成在所述风力涡轮机叶片(22)静止时沿至少两个方向可动，同时发射所述参考微波信号(66)和接收所述反射微波信号。
4.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片检查系统(40)，其特征在于，所述调频连续波雷达系统(46)包含在飞行器(92)中。
5.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片检查系统(40)，其特征在于，所述风力涡轮机叶片检查系统(40)能够针对表面和表面下的缺陷(146，148，150)同时地检查所述风力涡轮机叶片(22)的压力侧(37)和吸入侧(38)两者。
6.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片检查系统(40)，其特征在于，所述调频连续波雷达系统(46)的频率带宽包括至少七千兆赫的带宽。
7.一种用于检查风力涡轮机叶片(22)的方法，包括：
使用检查系统(40)向所述风力涡轮机叶片(22)发射参考微波信号(66)且从所述风力涡轮机叶片(22)接收反射微波信号，同时使所述检查系统(40)相对于所述风力涡轮机叶片(22)运动；
使用合成孔径分析技术基于所述反射微波信号而获得所述风力涡轮机叶片(22)的至少一个区(116)的聚焦图像。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，使所述检查系统(40)运动包括在所述风力涡轮机叶片(22)旋转时使所述检查系统(40)沿至少竖直方向(68)运动，同时发射所述参考微波信号(66)和接收所述反射微波信号。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，使所述检查系统(40)运动包括在所述风力涡轮机叶片(22)静止时使所述检查系统(40)沿至少两个方向运动，同时发射所述参考微波信号(66)和接收所述反射微波信号。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，发射所述参考微波信号(66)包括从大约2米至大约10米的间隔距离(94，104)发射所述参考微波信号(66)。
CN201110403182.3A 2010-11-30 2011-11-30 用于检查风力涡轮机叶片的系统及方法 Active CN102565792B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/956,212 US8120522B2 (en) 2010-11-30 2010-11-30 System and method for inspecting a wind turbine blade
US12/956212 2010-11-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102565792A true CN102565792A (zh) 2012-07-11
CN102565792B CN102565792B (zh) 2016-08-17

Family

ID=43878878

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110403182.3A Active CN102565792B (zh) 2010-11-30 2011-11-30 用于检查风力涡轮机叶片的系统及方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8120522B2 (zh)
EP (1) EP2458402B1 (zh)
CN (1) CN102565792B (zh)
DK (1) DK2458402T3 (zh)
ES (1) ES2427862T3 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103529049A (zh) * 2013-10-11 2014-01-22 上海电机学院 移动式风力发电机组叶片损伤实时检测装置
CN114136998A (zh) * 2021-12-28 2022-03-04 北京西管安通检测技术有限责任公司 一种微波无损检测的方法、装置、系统、设备及介质

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008119350A2 (en) * 2007-03-29 2008-10-09 Vestas Wind Systems A/S Method for inspecting at least one rotor blade of a wind turbine and inspection system for at least one rotor blade of a wind turbine
US8115333B2 (en) * 2010-06-23 2012-02-14 Harris Corporation Wind turbine providing reduced radio frequency interaction and related methods
DE102011017564B4 (de) 2011-04-26 2017-02-16 Airbus Defence and Space GmbH Verfahren und System zum Prüfen einer Oberfläche auf Materialfehler
US8232801B2 (en) 2011-06-30 2012-07-31 General Electric Company Nuclear quadrupole resonance system and method for structural health monitoring
US9188477B2 (en) * 2011-08-18 2015-11-17 Linear Technology Corporation Radar system and method for providing information on movements of object's surface
EP2627901B1 (en) * 2011-12-09 2016-06-29 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind turbine
CN102590812B (zh) * 2012-01-13 2013-08-14 西安电子科技大学 基于调频连续波的sar实时成像方法
DE102012203455A1 (de) * 2012-03-05 2013-09-05 Igus Ingenieurgemeinschaft Umweltschutz Meß-und Verfahrenstechnik GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung des Oberflächenzustandes von Bauteilen
DE102012210150A1 (de) * 2012-06-15 2013-12-19 Wobben Properties Gmbh Windenergieanlage und Verfahren zum Steuern einer Windenergieanlage oder eines Windparks
EP2861972A4 (en) 2012-06-18 2016-01-13 Collineo Inc VISUAL REMOTE TEST SYSTEM AND METHOD
ES2573288T3 (es) 2012-06-26 2016-06-07 Vestas Wind Systems A/S Detección de vibración de palas de turbinas eólicas y calibración de radar
US9002719B2 (en) 2012-10-08 2015-04-07 State Farm Mutual Automobile Insurance Company Device and method for building claim assessment
ES2661595T3 (es) * 2012-10-16 2018-04-02 Krampe, Nina Katharina Robot para la inspección de palas de rotor de turbinas eólicas
WO2014079695A1 (de) * 2012-11-23 2014-05-30 Siemens Ag Österreich Überwachung eines bauteils
CN104995522A (zh) * 2013-02-15 2015-10-21 维斯塔斯风力系统集团公司 具有光纤风力传感器的风力涡轮机部件
US9082015B2 (en) 2013-03-15 2015-07-14 State Farm Mutual Automobile Insurance Company Automatic building assessment
US9194843B2 (en) 2013-03-15 2015-11-24 Digital Wind Systems, Inc. Method and apparatus for monitoring wind turbine blades during operation
US9395337B2 (en) 2013-03-15 2016-07-19 Digital Wind Systems, Inc. Nondestructive acoustic doppler testing of wind turbine blades from the ground during operation
US9453500B2 (en) 2013-03-15 2016-09-27 Digital Wind Systems, Inc. Method and apparatus for remote feature measurement in distorted images
US8818572B1 (en) 2013-03-15 2014-08-26 State Farm Mutual Automobile Insurance Company System and method for controlling a remote aerial device for up-close inspection
US9330449B2 (en) 2013-03-15 2016-05-03 Digital Wind Systems, Inc. System and method for ground based inspection of wind turbine blades
US8872818B2 (en) 2013-03-15 2014-10-28 State Farm Mutual Automobile Insurance Company Methods and systems for capturing the condition of a physical structure
EP2821639A1 (en) * 2013-07-02 2015-01-07 Alstom Renovables España, S.L. Wind turbine blade leading edge inspection
KR101449535B1 (ko) 2013-08-05 2014-10-13 한국전력공사 풍력 터빈 블레이드의 상태 감시를 위한 신호 처리 장치 및 그 방법
US9194819B2 (en) 2013-10-25 2015-11-24 General Electrics Company Systems and methods for inspecting reinforced concrete structures
DE102013113326A1 (de) 2013-12-02 2015-06-03 Hgz Patentvermarktungs Gmbh Verfahren zum optischen Erfassen einer Windkraftanlage zu Prüfzwecken mit Hilfe eines Luftfahrzeuges
CA2941729A1 (en) 2015-09-14 2017-03-14 Sightline Innovation Inc. System and method for specular surface inspection
US10176527B1 (en) 2016-04-27 2019-01-08 State Farm Mutual Automobile Insurance Company Providing shade for optical detection of structural features
EP3483568A1 (de) * 2017-11-13 2019-05-15 Siemens Aktiengesellschaft Winkelsensor mit erfassung der drehstellung mit radartechnik
US10705198B2 (en) * 2018-03-27 2020-07-07 Infineon Technologies Ag System and method of monitoring an air flow using a millimeter-wave radar sensor
CN109490895B (zh) * 2018-10-25 2020-12-29 中国人民解放军海军工程大学 一种基于刀片服务器的干涉合成孔径声纳信号处理系统
US20220099067A1 (en) * 2019-01-28 2022-03-31 Helispeed Holdings Limited Method of Inspection of Wind Turbine Blades
CN110007690A (zh) * 2019-05-08 2019-07-12 北京天龙智控科技有限公司 一种无人机巡检系统及方法
TWI770776B (zh) * 2021-01-20 2022-07-11 健鼎科技股份有限公司 基於物聯網的風力發電葉片測距雷達裝置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050139006A1 (en) * 2003-12-29 2005-06-30 Lorraine Peter W. Method for detection of defects in anisotropic materials
CN1849528A (zh) * 2003-08-11 2006-10-18 电信网络信息有限公司 低层大气中尾流涡旋等的检测
US20100074727A1 (en) * 2008-09-24 2010-03-25 Siemens Energy, Inc. Method and Apparatus for Monitoring Blade Vibration With An Imaging Fiber Optic Ribbon Probe
EP2194400A1 (en) * 2008-12-02 2010-06-09 Thales Nederland B.V. A surveillance system comprising a radar antenna mounted on a blade of a windmill

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3478353A (en) * 1967-03-15 1969-11-11 Lockheed Aircraft Corp Rotor blade antenna inspection device
US3810005A (en) * 1973-03-26 1974-05-07 Ind Dev Design Flaw detection system using microwaves
US3922907A (en) * 1974-06-12 1975-12-02 Westinghouse Electric Corp In-bore turbine inspection device
US4413519A (en) * 1981-07-29 1983-11-08 Westinghouse Electric Corp. Turbine blade vibration detection apparatus
US4507658A (en) * 1982-07-30 1985-03-26 Westinghouse Electric Corp. Narrow beam radar installation for turbine monitoring
US5748003A (en) * 1991-07-29 1998-05-05 Colorado State University Research Foundation Microwaves used for determining fatigue and surface crack features on metal surfaces
US5479826A (en) * 1994-06-17 1996-01-02 Westinghouse Electric Corporation Microwave system for monitoring turbine blade vibration
US5818242A (en) * 1996-05-08 1998-10-06 United Technologies Corporation Microwave recess distance and air-path clearance sensor
JP3751436B2 (ja) 1998-04-09 2006-03-01 株式会社アスペクト タービン動翼翼面自動検査装置
US6448924B1 (en) * 1999-10-12 2002-09-10 Smiths Aerospace, Inc. Microwave blade tracker
US20020049551A1 (en) * 2000-10-20 2002-04-25 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Method for differentiating between burdened and cracked ultrasonically tuned blades
DE10115267C2 (de) * 2001-03-28 2003-06-18 Aloys Wobben Verfahren zur Überwachung einer Windenergieanlage
US7019537B2 (en) * 2003-05-16 2006-03-28 General Electric Company Non-destructive determination of machining induced surface defects on metal parts
US6968730B2 (en) * 2003-05-16 2005-11-29 General Electric Company Non-destructive evaluation of thermal barrier coatings in gas turbine engines
US6881507B2 (en) * 2003-06-04 2005-04-19 Milos Milacic Method and apparatus for measuring the mass flow of hydrogen in a fuel cell
US7554324B2 (en) * 2003-10-28 2009-06-30 Honeywell International Inc. Turbine blade proximity sensor and control system
US7095221B2 (en) * 2004-05-27 2006-08-22 Siemens Aktiengesellschaft Doppler radar sensing system for monitoring turbine generator components
US9000777B2 (en) * 2005-12-14 2015-04-07 Hamilton Sunstrand System to measure time of arrival and thickness of rotor blades via microwave energy
US7432505B2 (en) * 2006-05-04 2008-10-07 Siemens Power Generation, Inc. Infrared-based method and apparatus for online detection of cracks in steam turbine components
DE102006033461A1 (de) * 2006-07-19 2008-01-31 Siemens Ag Radialspaltmessung an Turbinen
US7825669B2 (en) * 2007-03-29 2010-11-02 Hamilton Sundstrand Corporation Microwave position sensing for a turbo machine
GB2463696A (en) 2008-09-22 2010-03-24 Vestas Wind Sys As Edge-wise bending insensitive strain sensor system
EP2239462A1 (en) * 2009-04-07 2010-10-13 Siemens Aktiengesellschaft Method and arrangement to measure the deflection of a wind-turbine blade

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1849528A (zh) * 2003-08-11 2006-10-18 电信网络信息有限公司 低层大气中尾流涡旋等的检测
US20050139006A1 (en) * 2003-12-29 2005-06-30 Lorraine Peter W. Method for detection of defects in anisotropic materials
US20100074727A1 (en) * 2008-09-24 2010-03-25 Siemens Energy, Inc. Method and Apparatus for Monitoring Blade Vibration With An Imaging Fiber Optic Ribbon Probe
EP2194400A1 (en) * 2008-12-02 2010-06-09 Thales Nederland B.V. A surveillance system comprising a radar antenna mounted on a blade of a windmill
WO2010063656A1 (en) * 2008-12-02 2010-06-10 Thales Nederland B.V. A surveillance system comprising a radar antenna mounted on a blade of a windmill

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
姜岩等: "螺旋桨目标的ISAR回波信号建模和分析", 《上海航天》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103529049A (zh) * 2013-10-11 2014-01-22 上海电机学院 移动式风力发电机组叶片损伤实时检测装置
CN114136998A (zh) * 2021-12-28 2022-03-04 北京西管安通检测技术有限责任公司 一种微波无损检测的方法、装置、系统、设备及介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN102565792B (zh) 2016-08-17
DK2458402T3 (da) 2013-09-02
EP2458402B1 (en) 2013-07-10
US8120522B2 (en) 2012-02-21
US20110090110A1 (en) 2011-04-21
ES2427862T3 (es) 2013-11-04
EP2458402A1 (en) 2012-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102565792A (zh) 用于检查风力涡轮机叶片的系统及方法
CN105452899B (zh) 涡轮机流体速度场测量
US7281891B2 (en) Wind turbine control having a lidar wind speed measurement apparatus
EP3347723B1 (en) Wind vector field measurement system
EP2288809B1 (en) A wind turbine, a blade therefor and a method of processing signals reflected therefrom
CN102667495A (zh) 用于远程风感测的方法、装置和系统
CN112711031B (zh) 改进的准无盲区多普勒相干激光雷达风速测量系统及方法
US20130114067A1 (en) High density wind velocity data collection for wind turbine
DK2853729T3 (en) Wind turbine with a vinddetektionsapparat
GB2532585A (en) Turbine fluid velocity field measurement
Mikkelsen et al. 3D WindScanner lidar measurements of wind and turbulence around wind turbines, buildings and bridges
JP2005351853A (ja) 光波レーダ装置
WO2017033009A1 (en) Remote sensing device
US9033660B2 (en) Method for operating a wind turbine, arrangement and system
KR102031121B1 (ko) 레이더를 이용한 풍력발전기 모니터링 시스템
Smith et al. Necessity is the mother of invention: nacelle-mounted lidar for measurement of turbine performance
US11415110B2 (en) Wind turbine blade, a method of controlling a wind turbine, a control system, and a wind turbine
Rettenmeier et al. Nacelle-based lidar systems
Ochieng Overview of GBR
CN115450857A (zh) 一种基于太赫兹的风车三维重建展示系统
Horwood et al. Shallow angle LIDAR for wave measurement
ITMI960990A1 (it) Dispositivo di antenna per la determinazione dell'altezza e suo metodo di funzionamento

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20231231

Address after: Barcelona, Spain

Patentee after: Ge renewable energy Spain Ltd.

Address before: New York, United States

Patentee before: General Electric Co.