CN102628430A - 测量对象的偏转的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及测量对象的偏转的装置。本发明涉及测量对象的偏转或弯曲的装置，优选地涉及测量风力涡轮机叶片的偏转或弯曲。根据本发明，反射器被布置在第一位置处，其被指定为对象的第一端。天线系统被布置在第二位置处，其被指定为对象的第二端。天线系统包含发射天线和接收天线，而且反射器和天线系统通过无线电信号耦合。无线电信号被从发射天线经由反射器朝向接收天线发送。接收天线与评估单元连接，所述评估单元被准备以便基于所接收到的无线电信号测量对象的第一端和对象的第二端之间的偏转。

Description

测量对象的偏转的装置
技术领域
本发明涉及测量对象的偏转或弯曲的装置，优选地涉及测量风力涡轮机叶片的偏转或弯曲。
背景技术
现代风力涡轮机的叶片非常长，它们长达45米或甚至更长。因此，它们的形状和它们的特性需要被最优化，特别是防止在风力涡轮机处于操作中时旋转的叶片碰到塔架。
特别地，需要知道叶片在其尖端（tip-end）附近的偏转或弯曲从而防止那些损坏。
已知将应变仪附接在叶片表面上。它们主要被用于测试目的，以便在叶片受到压力时收集关于该叶片的某些知识。
量器（gauge）的安装和它们需要的电气线缆的安装是昂贵的，特别是在处于操作中的风力涡轮机旁边的安装。装备（特别地线缆）被暴露于雷击，因此量器主要被用于时间受限的测试目的。
已知使用距离测量系统来测量叶片偏转。系统的部件（比如用于无线发射的光学信号的反射器）被布置在叶片的腔内部，而系统的其它部件（比如光学发射器和/或光学接收器）被布置在风力涡轮机的轮轴内部。
由于系统部件的位置的缘故，利用这些系统仅可以测量特定的叶片偏转。叶片尖端的偏转仅可以被近似，因为该腔不能朝向叶片的尖端拉长。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种用于测量延伸的对象（特别地对于风力涡轮机叶片）的偏转或弯曲的改进的装置和方法。
该目的由权利要求1的特征和权利要求10的特征来实现。
本发明的优选实施例是从属权利要求的对象。
根据本发明，提供一种测量对象的偏转的装置。反射器被布置在第一位置处，其被指定为对象的第一端。天线系统被布置在第二位置处，其被指定为对象的第二端。天线系统包含发射天线和接收天线，而且反射器和天线系统通过无线电信号耦合。无线电信号被从发射天线经由反射器朝向接收天线发送。接收天线与评估单元连接，所述评估单元被准备以便基于所接收到的无线电信号来测量对象的第一端和对象的第二端之间的偏转。
由于该装置的缘故，在叶片内部不需要附加的线缆。因此，雷击损坏所使用的组件的可能性较小。
在风力涡轮机处于操作模式时可以测量叶片偏转。所有相关组件是风力涡轮机的适当集成的部件，因此该装置是“长时间完全起作用的（long-time fully functional）”。
优选地，天线系统是主动雷达系统。雷达系统包含被用来发送和接收作为无线电信号的雷达信号的雷达发射器和雷达接收器。雷达发射器与发射天线连接，而雷达接收器与接收天线连接。
由于所使用的雷达信号的缘故，整个系统非常可靠，甚至在坏天气状况下。
此外，从现有技术来看，整个系统提供高精确度和采样率，并且不需要任何种类的图像处理。
优选地，无源反射器（semi-passive reflector）被布置在风力涡轮机叶片的尖端处，而且尖端是对象的第一端。因此尖端限定第一位置。
如果无源反射器被布置在叶片的尖端中，则将不会另外产生雷电保护问题。
优选地，叶片经由其根端（root-end）与轮轴连接，所述根端是对象的第二端。天线系统被布置在叶片的根端处，因此叶片的根端限定第二位置。
天线系统可以甚至被布置在风力涡轮机的轮轴旁边，因此轮轴限定第二位置。
优选地，叶片经由其根端与风力涡轮机的轮轴连接，所述根端是对象的第二端，而且轮轴与风力涡轮机的机舱连接。因此叶片和轮轴围绕该机舱的纵轴旋转。天线系统被布置在机舱处，因此机舱限定第二位置。
优选地，接收天线包含多个单个天线，它们可能被布置为线性天线阵列。
这允许每个单个天线接收具有特定相位差（其被指定为特定单个天线的位置）的无线电信号。评估单元被布置和准备以测量这些相位差并基于相位差来计算偏转。
优选地，反射器和天线系统通过多个无线电信号耦合。因此测量被增强并且结果更加精确。
优选地，风力涡轮机的每个叶片包含无源反射器。因此在处于操作中的风力涡轮机处完成测量，并且从每个叶片来看结果更加精确。
优选地，接收天线是定向天线以便经由其天线增益最大化无线电信号的信号强度。
优选地，发射天线可能是定向天线以便经由其天线增益最大化无线电信号的信号强度。
优选地，反射器可能被准备并且定形成放大无线电信号。
优选地，反射器是角形反射器或半无源反射器。
半无源反射器可以通过电池的帮助以低功率操作。半无源反射器可以甚至被用于调制所反射的无线电信号。因此，信号灵敏度被改进。甚至降低了由环境引起的无线电信号的干扰反射。
优选地，反射器被准备以便调制所反射的无线电信号。因此结果更加精确。
附图说明
通过图的帮助更详细地示出本发明。
图示出优选配置并且不限制本发明的范围。
图1示出根据本发明的一个优选装置；
图2示出依据图1的装置所测量的相位差；
图3示出依据图1的改进的装置；以及
图4示出依据图3的改进的装置。
具体实施方式
图1示出根据本发明的一个优选装置。
风力涡轮机叶片BL的偏转DEF或弯曲需要被测量。
反射器REF被布置在叶片BL的第一端旁边。
天线系统LAA包含至少一个发射天线TA和（如在该示例中所示）四个接收天线RA。
天线系统LAA被布置在风力涡轮机的机舱旁边并且靠近叶片BL的第二端。
天线系统LAA是主动雷达系统的一部分。
四个接收天线RA被布置为“线性天线阵列”。
反射器REF和天线系统LAA通过无线电信号RS耦合，该无线电信号RS被从发射天线TA经由反射器REF朝向接收天线RA发送。
接收天线RA与评估单元EU连接，所述评估单元EU被准备以便基于所接收的无线电信号RS测量叶片BL的第一端和叶片BL的第二端之间的偏转DEF。
叶片BL围绕机舱的纵轴AX旋转并且因为例如风荷载而弯曲或偏转。
在风力涡轮机处于操作中/工作时测量叶片BL的偏转DEF。如果偏转超过某一限制，则叶片BL“转向离开风”。这样的动作可能通过叶片BL的桨距系统（pitch-system）的帮助或者如果需要的话，通过机舱的偏航系统的帮助（在此处没有详细示出）来完成。
图2示出依据图1的装置的所测量的相位差Δφ。
四个接收天线RA1、RA2、RA3和RA4被排成一行而布置为线性天线阵列。
无线电信号RS被反射器REF反射，因此所反射的无线电信号RS被四个接收天线RA1一直到RA4接收。
单个天线RA1至RA4中的每一个接收具有特定相位差Δφ的无线电信号RS，而且相位差Δφ被指定为特定信号天线RA1至RA4的位置。
如在图1中示出的评估单元EU被布置并准备用于测量这些相位差Δφ并且基于该相位差Δφ来计算偏转DEF。
相位差Δφ还可以被写为角度α，其是叶片BL的偏转DEF的特定值。
特定相位差Δφ与叶片BL的偏转DEF紧密相关。如果偏转DEF增加则相位差Δφ的值增加。
利用角度α的帮助，有可能计算叶片BL的偏转DEF。
图3示出依据图1和图2的改进的装置。
风力涡轮机WT的每个叶片BL被装备有专用反射器REF。
图4示出依据图3的改进的装置。
天线系统LAA被布置有在转子的后面的主动雷达系统的其它部件，并且与风力涡轮机WT的机舱NA连接。

Claims (13)

1.测量对象的偏转的装置，
-其中反射器被布置在第一位置处，所述第一位置被指定为对象的第一端；
-其中天线系统被布置在第二位置处，所述第二位置被指定为对象的第二端；
-其中天线系统包含发射天线和接收天线；
-其中反射器和天线系统通过无线电信号耦合，所述无线电信号被从发射天线经由反射器朝向接收天线发送；
-其中接收天线与评估单元连接，所述评估单元被准备以便基于所接收的无线电信号来测量对象的第一端和对象的第二端之间的偏转。
2.根据权利要求1所述的装置，
-其中天线系统是主动雷达系统的一部分；
-其中雷达系统包含被用来发送和接收作为无线电信号的雷达信号的雷达发射器和雷达接收器；
-其中雷达发射器与发射天线连接；以及
-其中雷达接收器与接收天线连接。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中所述对象是风力涡轮机的叶片。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的装置，其中无源反射器被布置在叶片的尖端处，而且所述尖端是对象的第一端，以及而且所述尖端限定第一位置。
5.根据权利要求4所述的装置，
-其中叶片经由其根端与轮轴连接，所述根端是对象的第二端；以及
-其中天线系统被布置在叶片的根端处，因此叶片的根端限定第二位置；或者
-其中天线系统被布置在轮轴的旁边，因此轮轴限定第二位置。
6.根据权利要求4所述的装置，
-其中叶片经由其根端与轮轴连接，所述根端是对象的第二端；以及
-其中轮轴与风力涡轮机的机舱连接，而且叶片和轮轴围绕机舱的纵轴旋转；以及
-其中天线系统被布置在机舱处，因此机舱限定第二位置。
7.根据权利要求1所述的装置，
-其中接收天线包含多个单个天线；
-其中单个天线以每个单个天线接收具有特定相位差的无线电信号的方式被布置和定位，所述特定相位差被指定为特定单个天线的位置；以及
-其中评估单元被布置和准备以便测量这些相位差并且基于所述相位差来计算偏转。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述接收天线是线性天线阵列。
9.根据权利要求1所述的装置，其中反射器和天线系统通过多个无线电信号耦合。
10.根据权利要求3所述的装置，其中风力涡轮机的每个叶片包含无源反射器。
11.根据权利要求1所述的装置，
-其中接收天线是定向天线以经由其天线增益来最大化无线电信号的信号强度；以及/或者
-其中发射天线是定向天线以经由其天线增益来最大化无线电信号的信号强度；以及/或者
-其中反射器被准备和定形以便放大无线电信号。
12.根据权利要求11所述的装置，
-其中反射器是角形反射器；或者
-其中反射器是半无源反射器，其由能量源供电以便实现反射器的特定增益；以及/或者
-其中反射器被准备以便调制反射的无线电信号。
13.根据权利要求1所述的装置，其中发射天线和接收天线被布置在转子后面。
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