CN102713269B - 设置有光学风速测量系统的风力涡轮机叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包括许多叶片的风力涡轮机，所述叶片包含至少一个从主轴上的轮毂处基本上径向延伸的第一风力涡轮机叶片，主轴具有基本上水平的中心轴。叶片和轮毂一起构成了具有转子平面的转子，并且其能通过风进行旋转，且每个叶片具有包括叶片根部区段的最内部分和包括叶片末梢区段的最外部分。风力涡轮机包括光学检测系统，其包括诸如激光器的光源、光传输部件、光接收部件及信号处理器。光源被光学地耦合到光传输部件。光传输部件包括发射点且适用于从发射点沿着探测方向发射光。光接收部件包括接收点和检测器，其中光接收部件适于在接收点处沿探测方向从探测区域接收光的反射部分，以便基于所接收的被反射光从检测器产生信号。信号处理器适于从由光接收部件产生的信号确定至少一个第一速度分量。光传输部件的发射点位于离中心轴第一径向距离处的第一叶片中，且光传输部件的接收点位于离中心轴第二径向距离处的第一叶片中。

Description

设置有光学风速测量系统的风力涡轮机叶片
技术领域
本发明涉及一种包括许多叶片的风力涡轮机，这些叶片包含至少一个从主轴上的轮毂处基本上径向延伸的第一风力涡轮机叶片，所述主轴具有基本上水平的中心轴，叶片和轮毂一起构成了具有转子平面的转子，并且其能通过风进行旋转，且每个叶片具有最内部分和最外部分，最内部分包括叶片的根部区段，最外部分包括叶片的末梢区段，其中风力涡轮机包括光学测量系统，所述光学测量系统包括诸如激光器的光源、光传输部件、光接收部件以及信号处理器。光源被光学地(optically)耦合到光传输部件。光传输部件包括发射点并且适用于从所述发射点沿着探测方向发射光。光接收部件包括接收点和检测器，其中光接收部件适于在接收点处沿着探测方向从探测区域接收光的反射部分，并且将光的所述反射部分引导至检测器，以便基于所接收的被反射的光从检测器产生信号。信号处理器适于从通过光接收部件产生的信号来确定入流(inflow)的至少一个第一速度分量。本发明还涉及一种操作风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括许多叶片，所述叶片包含至少一个从主轴上的轮毂处基本上径向延伸的第一风力涡轮机叶片，所述主轴具有基本上水平的中心轴，叶片和轮毂一起构成了具有转子平面的转子，并且其能通过风进行旋转，且每个叶片具有最内部分和最外部分，最内部分包括叶片的根部区段，最外部分包括叶片的末梢区段。
背景技术
现代风力涡轮机用于产生电力。它们通常具有达到并超过60米的叶片的非常大的结构，并且由诸如壳元件等纤维加固聚合体结构制成。这些风力涡轮机设置有控制器件，控制器件可以防止风力涡轮机和叶片在阵风和高风速时过载。如果风速变得过高，也能将这样的控制器件用于使转子慢下来并使其完全停止。除了这些器件之外，涡轮机可以包括被布置成与风力涡轮机的主轴相连通的制动系统。
控制器件可以由俯仰度控制的(pitch-controlled)叶片形成，这些叶片被安装到轮毂上以使得它们能够围绕着它们的纵向轴转动。叶片由此可以被连续地调整成提供产生所期望动力的升力。在所谓失速控制(stall-controlled)的风力涡轮机中，叶片被固定安装到轮毂上，并且由此未能围绕着它们的纵向轴转动。在这种情形下，叶片的失速特性被用来减少空气升力，并且由此减少动力的输出。
风力涡轮机叶片的长度多年来已经增加，并且如之前所提及的现在可以超过60米。长度上的增加也导致来自强风以及来自风中波动的机械载荷的增加。这些载荷主要由局部入流或湍流中的变化引起。这转而引起风力涡轮机叶片表面上方的压力变化，其最终改变了叶片上的载荷。通常，通过使用被安装在叶片上或被嵌入在该叶片的壳结构中的应变仪来测量载荷。这样的应变仪可以例如是电阻式的或是采用光纤的形式，例如设置有布拉格光栅(Bragggratings)。然而，一旦对载荷的影响被检测，再要完全补偿载荷变化就已经太晚了。为此，需要预先(即在这些入流变化冲击风力涡轮机叶片之前)得知入流或湍流中的变化。这可以例如通过在叶片前缘处布置皮托管(pitottube)以便探测风速来获得。然而这样的皮托管影响叶片的流动特征，而且皮托管可用作闪电接收器，由此吸引了潜在地破坏风力涡轮机叶片的雷击。可以将光探测和测距(LIDAR，LightDetectionAndRanging)系统用于对风力涡轮机逆风的风速进行非侵入式探测，并且已被提议连同对迎角误差(yawerror)或通过使各个风力涡轮机叶片倾斜而保持转子的旋转速率基本上恒定的补偿一起使用。LIDAR系统通常被提议安装在风力涡轮机的机舱顶部上，并且探测位于风力涡轮机前面几百米处的探测区域中的风速。
US6320272描述了在机舱顶部上设置有LIDAR系统的风力涡轮机。该LIDAR系统被用来预测风力涡轮机逆风的风速并且使叶片倾斜，以便获得基本上恒定的转子旋转速率。
US2006140764公开了一种安装在风力涡轮机的轮毂中的LIDAR系统。该LIDAR具有倾斜于旋转轴的视角方向，从而使得轮毂的旋转确保了在转子前面的扫描。
US2007075546公开了一种设置有LIDAR系统的风力涡轮机，该LIDAR系统用于测量在一部分风力涡轮机叶片前面的风速。该LIDAR被安装在轮毂中或塔的底座处。
然而，由于湍流、塔阴影、风切变、迎角误差、伴流影响以及其它因素，在风力涡轮机长度上的风是非均匀的。这种非均匀性导致沿着叶片的变化的力，其转而导致风力涡轮机上的疲劳载荷和极端载荷。随着风力涡轮机叶片变得越来越长，这些现象甚至变得非常显著。为补偿这样的波动，在转子前面几百米处获得的单个测量是不够的。
WO2007045940公开了一种具有可变空气动力轮廓的风力涡轮机叶片。该文献还提及可以用来测量叶片前面风速的激光风速计，并且可以将一个风速计布置在靠近叶片末梢处。然而，该文献没有提供应如何将这样的风速计安装到叶片上以及风速计确切地应在何处探测风速的任何细节。
WO2004075681公开了一种基于局部叶片流体测量的控制风力涡轮机的空气动力载荷的方法。该文献提及可以将激光多普勒(Doppler)风速计用于测量即时迎角(angleofattack)或风速。然而，该文献没有提供在何处以及如何布置风速计的任何细节。
发明内容
本发明的一个目的在于获得一种新的叶片，其克服或改进了现有技术的至少一个缺陷或者其提供了有用的替换物。
根据本发明的第一方面，光传输部件的发射点位于离中心轴第一径向距离处的第一叶片中，并且光传输部件的接收点位于离中心轴第二径向距离处的第一叶片中。这样，风力涡轮机促进光学测量系统(诸如LIDAR(光探测和测距)系统等)来测量局部地在第一风力涡轮机叶片处的入流的至少一个第一参数(诸如风速或风向)。光发射装置和接收装置一起限定了在其中可做测量的探测区域或探测体积。
贯穿本文，入流将被理解为如从第一叶片上位置(point)所见那样清晰可见的风向，即为风速矢量和在第一叶片上特定横截面中的局部相对转子速度矢量的矢量差。
从光发射装置发射的光的反射部分将被理解为通过浮粒上的反射、通过衍射、通过弹性或非弹性散射、或通过任何其它物理现象朝向接收装置返回的光的任何部分。如此，它就没有被限制为光学意义中的纯反射。在优选的实施方式中，风力涡轮机包括两个或三个叶片。优选地，风力涡轮机是具有基本上水平的轴的逆风风力涡轮机。根据有利的实施方式，探测方向被引导向第一风力涡轮机叶片的逆风方向。
在有利的实施方式中，发射点与第一风力涡轮机叶片的表面基本上齐平。由此，光学测量系统是真正无阻碍的，由于没有在叶片表面上找到突出(protrusion)或凹进(indentation)，并且只有光被发送至探测区域，由此没有影响到叶片附近的流动。
根据有利的实施方式，第一径向位置与第二径向位置基本上是相同的。由此，被反射的光基本上被聚集在如同将它发射时一样的径向位置处。
根据优选的实施方式，第一叶片还包括可调整的流动改变装置，诸如分布式致动器、襟翼(flap)或微片(microtap)，流动改变装置用于调整叶片的空气动力参数且位于离轮毂第三径向距离处，可调整的流动改变装置由控制装置进行控制，并且其中控制装置适于从信号处理器接收信号，所述信号至少基于第一速度分量。由此，流动改变装置响应于被测量的风速分量做出调整，风力涡轮机由此能够调整风速中的波动。有利地，第三径向位置与第一径向位置基本上是相同的。由此，为符合局部风速测量，流动改变装置做局部地调整。
在另一个实施方式中，风力涡轮机包括第二风力涡轮机叶片，并且其中第二风力涡轮机叶片设置有用于调整第二叶片的空气动力参数的可调整的流动改变装置，诸如分布式致动器、襟翼或微片，所述可调整的流动改变装置由控制装置进行控制，且其中控制装置适于从信号处理器接收信号，所述信号至少基于第一速度分量。由此，第二叶片的空气动力参数为符合经由第一叶片进行的测量做出调整。由此，假设在进行风速测量的时候、在遇到第一叶片的位置之前，第二叶片能相应地做出调整。显然，可以将流动改变装置布置在离轮毂对应第一(或第二)径向距离的径向距离处。由此，第二叶片的流动改变装置被大致定位在离轮毂如同从第一叶片进行测量一样的距离处。
在有利的实施方式中，光学测量系统适于探测离发射点在0.5-10m、或0.75-8m、或1-5m范围内的速度分量。由此，显然它确实是被测量的局部、近场(nearfield)风速，并且流动改变装置将要在几十秒内做出调整以便补偿波动。
在另外一个有利的实施方式中，第一风力涡轮机叶片的发射点和/或接收点都位于第一叶片前缘和叶片压力侧上最大厚度的位置之间。例如发射点和/或接收点可以位于邻近于第一叶片的前缘处。发射点和/或接收点也可以位于第一风力涡轮机叶片的压力侧上。由此，确保了将探测方向基本上设在逆风方向中，如从叶片轮廓所见那样。
在第一实施方式中，在转子旋转期间，发射点依循具有对应于(correspondingto)离中心轴第一径向距离的半径的同心圆，并且其中探测方向被基本上布置成切向于同心圆。由此，从位于离中心轴第一径向距离处的同心圆基本上切向地发射探测光束(beam)。在第二个实施方式中，在转子旋转期间，发射点依循具有对应于离中心轴第一径向距离的半径的同心圆，并且其中光学系统适于探测基本上位于离中心轴第一径向距离处的探测体积中的风速。由此，光学系统可以探测来自同一同心圆上的区域或来自位于附加同心圆上的另一个区域的风速，附加同心圆具有对应于离中心轴第一径向距离的半径，该附加同心圆例如位于转子平面的逆风位置。
在有利的实施方式中，探测方向位于翼弦方向(从叶片的前缘看)和法线之间的象限中，法线垂直于所述翼弦方向并且从叶片压力侧延伸。由此，将探测方向设在叶片的前缘的前方及/或叶片压力侧的前方。如果将翼弦方向限定为0度并将法线限定为90度，探测方向将有利地位于从0度至60度或甚至更有利地为0度至45度的区间中。如果在叶片的单个横截面中使用超过一个探测光束，所有探测光束可以有利地位于这些区间内。
根据有利的实施方式，光学测量系统适于探测位于转子平面的逆风的逆风平面中的探测体积中风速。有利地，探测体积位于离中心轴第一径向距离处的逆风平面中。通过在逆风平面和转子平面之间适当地选择距离，光学测量系统可以探测叶片之后将冲击的颗粒或浮粒的风速。由此，流动改变装置可以非常精确地做出调整，以便补偿冲击叶片的风的速度波动。
根据本发明一个有利的实施方式，使光源从发射点分离，光源通过光引导装置(诸如光纤等)被光学地连接至发射点。这样，单个光源可以方便地向叶片内的多级光发射装置提供光。而且，光源的径向位置由此不会被约束为基本上第一径向距离，而是可以更自由地选择。由此，例如由于转子旋转的机械影响的缘故，光发射装置可以位于光源将无法物理地配合的地方、或者光源将不能可靠起作用的地方。而且，例如如果需要维护时可以更容易获取光源。在优选的实施方式中，光引导装置是光纤。这样，光发射装置可以与光源电绝缘，由此大大减少了对光发射装置雷击的风险。光源可以有利地位于风力涡轮机的轮毂中或机舱中。这样，单个光源可以方便地用于向位于不同叶片中的多级光发射装置提供光。
光源或光引导装置包括光束分流装置，并且其中光束分流装置不仅被光学地连接至光引导装置，而且经由第二光引导装置被光学地连接至具有第二发射点的第二传输部件。由此，提供了一个简单的解决方案用于向独立的叶片中的单独光学测量系统或同一叶片上独立位置中的单独光学测量系统提供光。可替换地，将光源连接至多路装置，以便继而给不同的光传输部件提供光，即一个时段用于第一发射装置，接着一个时段用于第二发射装置等。由此，根据有利的实施方式，发射点位于第一叶片中，并且第二发射点位于第二叶片中，即不同的风力涡轮机叶片。在另一个有利的实施方式中，发射点位于同一风力涡轮机叶片中，使得第一发射点位于离轮毂或中心轴第一径向距离处，并且第二发射点位于离轮毂或中心轴第一附加径向距离处。
在一个实施方式中，传输部件包括用于输出(outgo)光的传输路径，并且接收部件包括用于接收光的反射部分的接收路径，并且其中传输路径和接收路径具有重叠部分，其中传输路径和接收路径基本上是重叠的。由此，重叠部分可以不仅用于光学测量系统的传输部件而且用于光学测量系统的接收部件，并且尤其重叠部分可以包括发射点和接收点。由此发射点和接收点是重合的。发射点(诸如聚焦透镜)由此也能用于聚集被反射的光并且引导其至检测器。
有利地，光束分流器不仅被布置在光源和发射点之间的传输路径中，而且被布置在接收点和检测器之间的接收路径中。由此，可见公共路径从发射点/接收点延伸至光束分流器。
根据的第一有利的实施方式，光学测量系统是激光多普勒风速计(LDA)系统。根据特别有利的实施方式，LDA系统是Michelson类型的风速计。前述的光束分流器由此能用于将一部分迎面而来的光引导至参考镜，其之后与从颗粒或浮粒处所接收的被反射的光混合。被测量的频移对应于探测方向中的风速。当使用安装在风力涡轮机叶片上或风力涡轮机叶片中的LDA系统时，应注意，由于光源移动(即发射点与叶片一起旋转)并且由于反射光的颗粒或浮粒的移动，所以部分地发生了多普勒频移。被测量的多普勒频移对应于在探测方向中通过叶片“观察”的风速，即局部转子速度和风速结合的入流。
根据另一个实施方式，光学测量系统是基于进入光源(即激光器)的反馈。由此，所接收的被反射的光中的至少一部分被传输至光源，从而干扰了光源的动力输出端。由此，检测器检测了被干扰的动力输出端，并且从被干扰的动力输出端计算出风速。
使用相干光源(例如激光器)是有利的。激光器可以是连续波激光器或脉冲激光器。激光器可以例如是CO2激光器、氩激光器或Nd:YAG激光器。然而，激光器也可以是特别适合于紧凑单元的激光器二极管或垂直腔面发射激光器(VCSEL)。原则上，只要这样的光源的相干性允许如此，使用发光二级管(LED)或有机发光二极管(OLED)也就足够了。
检测器可以是任何适合的检测器，诸如光敏电阻器、光电倍增管、光电二极管等。信号处理器可以有利地包括锁相环和锁频环，由此得出例如光源的波长的多普勒频移。
光源意味着适合于探测风速的任何光源，有利地如之前提及的激光器。激光束的波长可以处于紫外线光谱范围、可见光谱范围或红外线光谱范围内。由此，波长在例如从100nm至20μm范围内可以是任意的。然而，本发明不受这些波长限制。
根据有利的实施方式，接收点(或光学测量系统的接收部件)具有高灵敏度的方向，并且其中高灵敏度的方向被定向成基本上与探测方向一致。
根据另一个有利的实施方式，至少传输部件、接收部件和检测器被布置在第一风力涡轮机叶片中单个的第一单元中。优选地，光源和/或信号处理器也被布置在所述第一单元中。由此，在第一风力涡轮机叶片中可以容易地插入或替换第一单元。然而，第一单元也可以设置有用于耦合来自光源的内部光(inlight)的内耦合、和/或用于耦合外部光(outlight)并且将所述光引导至检测器的外耦合。
有利地，可以将第一单元布置在第一风力涡轮机叶片中的轴衬(诸如套管等)中。在制造期间，可以将轴衬例如模制成第一风力涡轮机叶片。由此，可以容易地替换第一单元。而且，这意味着不需要将光纤或其它波导模制成制造期间的结构。同样，可以将轴衬预布置从而设定预期的探测方向。由此，光学测量系统的光学器件(optic)在将它安置到风力涡轮机中之后不需要做出调整。轴衬也可以容纳调整装置以便根据叶片的几何形状调准第一单元。
可以将轴衬例如设置为套管。套管可以例如设置有内螺纹，因而第一单元可以设置有相配的外螺纹。可替换地，第一单元可以例如通过螺丝、螺母和螺栓等依附于套管或机械地与之接合。使用套管将使得光纤可替换，并且由此确保了利于维护的系统。而且，套管可以设置有小度数调整的可能性，以便例如在几度内(例如达到两度)调整探测方向。
在一个实施方式中，第一风力涡轮机叶片还设置有使用例如加压空气的清洁系统，其适于清洁发射点和/或接收点的表面。由此，清洁系统能清洁随着时间的推移由于风力涡轮机叶片的旋转而受到风携带的颗粒污染的光学测量系统。可以将清洁系统例如设置成与套管连接。
根据有利的实施方式，光学测量系统适于发射至少一个第一探测光束和第二探测光束。这可以例如通过让光学测量系统包括两个单独的发射/接收单元来实现。也可以通过将光束分成两个单独的光束并且将光从两个单独的发射点处发射来实现。由此，也将光有利地聚集在两个单独的接收点处。然而，从同一发射点例如通过使用光栅来发射两个或更多激光束也是可能的。两个单独光束可以探测在有利地位于彼此邻近处的两个不同的探测体积中的风速。由此，根据两个测量之间的加权(weighting)(例如两个测量之间的平均数)可以对流动改变装置进行调整，由此补偿局部湍流或风速波动。
在一个实施方式中，第一探测光束和第二探测光束形成位于5-90度、或有利地是7-75度、或有利地是10-60度的区间中的探测角。通过沿着两个不同的方向探测，得出风速入流矢量的两个速度分量或对应地在平面中的风速以及所述迎角是可能的。通过添加第三探测方向，得出第三速度分量也是可能的。
原则上，将光分成从两个单独的发射点发射、并且在公共测量体积或探测体积中相互交叉的两个单独的探测光束也是可能的。由此，在探测体积中会出现干涉图案，并且可以通过测量穿过公共体积的风颗粒的频率来测量风速。然而，这种实施方式要求两个单独的探测光束具有高的精度。
根据有利的实施方式，第一探测光束和第二探测光束被基本上定向在叶片的局部横截面的横截面平面中。由此，在局部叶片轮廓的同一横截面平面中发射两个光束。由此，得出横截面平面中的两个速度分量(例如风速和局部转子速度)是可能的，由此能够得出准确的入流(诸如风速和迎角)。该横截面平面是平的，其不仅包含了局部翼弦而且包含了局部弧。
然而，也能从转子的旋转速率推导出局部转子速度。由此，两个单独的速度分量不是必要的。在这种情形下，使用两个单独的风速测量来计算来自两个探测区域的两个测量之间平均数是更合适的。在这种情形下，速度测量当然需要补偿共同的探测角。
当使用两个探测光束用于得出两个单独的风速分量时，在两个探测光束之间使用大的角度(理想地是90度)可以是有利的。然而由于结构上的原因，探测角可以有利地为较低的，例如45-60度。当使用两个探测光束用于得出来自彼此邻近的两个探测体积处的风速的平均数时，使用低的探测角(例如5-30度)是有利的。
当需要得出两个单独的风速分量时，在原则上使用单个探测光束和两个观察方向(即经由单个发射点和两个接收点)也是可能的。在两个观察方向之间的角度由此能用来得出两个速度分量。然而，难以在观察方向之间实现足够大的角度，因为探测体积必须位于非常靠近风力涡轮机叶片处，或者必须将两个接收点远远地间隔开，在这种情形下反射光的聚集也可能是成问题的。
根据一个实施方式，第一风力涡轮机叶片包括成型轮廓，其沿着径向方向被分成：根部区域，其具有离轮毂最近的基本上圆形或椭圆形轮廓；翼面区域，其具有离轮毂最远的升力产生轮廓；以及优选地，在根部区域与翼面区域之间的过渡区域，其具有沿着径向方向从根部区域的圆形或椭圆形轮廓到翼面区域的升力产生轮廓逐渐变化的轮廓。由此，风力涡轮机叶片具有本质上常规的成型轮廓。
根据有利的实施方式，发射点位于翼面区域中。优选地，接收点也位于翼面区域中。而且，流动改变装置也可以有利地位于翼面区域中。根据有利的实施方式，发射点和/或接收点位于翼面区域的75%外部之内，即离轮毂最远的部分。根据另一个有利的实施方式，发射点和/或接收点位于翼面区域的50%外部之内。各种不同的发射点和接收点可仅位于所述外部区域内。
根据一个有利的实施方式，第一叶片包括多组发射点，所述多组发射点位于离中心轴不同的径向距离处。每组可以有利地包括一个、两个或三个发射点。每组发射点对应于单独的流动改变器件。由此，许多局部装置被设置成控制局部空气动力性能并且减轻载荷。
光学系统可以由局部电源单元提供动能。电源单元可以例如位于轮毂或机舱内。在一个实施方式中，局部电源位于第一风力涡轮机叶片内。由于转子的旋转，这样的电源可以例如从质量与重力的变型中提取能量。
根据另一个有利的实施方式，附加的光学系统被设置用于探测转子前面的逆风风速。可以将附加的光学系统例如安置在风力涡轮机的机舱顶部上或在轮毂中。该系统可以用于补偿迎角误差、风切变等，或被用于确保转子的旋转速率基本上恒定。这可以通过使独立的叶片倾斜(例如叶片的周期倾斜来获得。由此，本发明提供了用于补偿全部风波动及通过使叶片倾斜对这些波动做出反应的光学系统，并且提供了用于探测邻近于风力涡轮机叶片的局部风波动的光学系统，这些局部波动通过局部流动改变装置来补偿。
根据一个有利的实施方式，第一风力涡轮机叶片具有叶片长度(L)，并且发射点和接收点位于叶片长度为0.2L至0.9L的区间内、或有利地在叶片长度为0.22L至0.85L的区间内、或更有利地在叶片长度为0.25L至0.8L的区间内，如从第一叶片的根部所见那样。通过这种表示方式，叶片根部位于0位置处并且叶片末梢位于L位置处。由此，系统易适于探测在对风力涡轮机的全部能量生产贡献最大的叶片的径向位置处叶片前面的风速。
根据另一个有利的实施方式，第一风力涡轮机叶片具有叶片长度(L)，并且探测区域位于其中风在叶片长度为0.5L至0.9L的区间内、或有利地在叶片长度为0.55L至0.80L的区间内、或更有利地在叶片长度为0.6L至0.75L的区间内冲击第一风力涡轮机叶片或第二风力涡轮机叶片的位置处，如从第一叶片的根部所见那样。根据另一个有利的实施方式，发射点位于同一叶片长度区间内。由此，光学测量系统可以适于探测其中叶片具有其最大载荷、并且其中补偿具有对载荷波动起其最大影响的区域。
在有利的实施方式中，第一风力涡轮机叶片是可倾斜的(pitchable)，并且光学测量系统包括用于补偿第一叶片的俯仰角(pitchangle)的补偿装置。在第一简单实施方式中，补偿装置可以简单地是计算装置，其补偿了取决于第一风力涡轮机叶片的俯仰角的风速测量。计算装置也可以用于补偿转子的旋转速率的变化，由此影响了通过径向叶片区段感知的局部迎角和风速。
根据另一个优选的实施方式，第一风力涡轮机叶片是可倾斜的，并且探测方向取决于第一叶片的俯仰角是可变的。由此，例如调整探测方向从而使得尽管叶片俯仰度(pitch)被改变并且/或者为了使被探测的风速的分辨率最大，而探测区域没有发生改变是可能的。相似地，探测方向取决于转子的旋转速率是可变的。
意识到的是，探测方向可以以许多不同的方式变化。可以将光学测量系统的大部分传输部件例如容纳在单个单元中，并且其中该单元相对于第一风力涡轮机叶片在角度上是可变的。在另一个实施方式中，光学测量系统适于改变在传输透镜上迎面而来的光的位置。传输透镜可以例如是位于光学测量系统的发射点处的透镜，并且迎面而来的光的位置通过改变光源的位置可以例如在角度上或在位置上变化。在一个实施方式中，这通过移动光源本身来获得，并且在另一个实施方式中，这通过移动光纤的发射端的位置来获得。在可替换或补充的实施方式中，光学系统适于改变传输透镜的位置。由此，透镜可以例如沿着迎面而来的光的基本上横向方向移动。
根据第二方面，本发明提供了一个方法，其中该方法包括步骤：a)在第一风力涡轮机叶片上从发射点沿着探测方向发射光，所述发射点位于离中心轴第一径向距离处；b)在接收点处沿着探测方向接收来自探测区域的光的反射部分，接收点位于离中心轴第二径向距离的位置处的第一风力涡轮机叶片上；c)将光的所述反射部分引导至检测器；d)基于步骤c)中所检测的光产生信号；以及e)基于来自步骤d)的信号计算第一速度分量。如之前所提及的那样，第二径向距离优选地相当于第一径向距离。
在一个有利的实施方式中，该方法还包括步骤：f)调整在第一风力涡轮机叶片上的可调整的流动改变装置以便调整第一风力涡轮机叶片的空气动力特征，所述可调整的流动改变装置位于离中心轴第三径向距离处。如之前所提及的那样，第三径向距离优选地相当于第一径向距离。
在另一个有利的实施方式中，该方法还包括取决于第一风力涡轮机叶片的俯仰角和/或转子旋转速度来调整探测方向的步骤。
该方法当然也可以应用于风力涡轮机的任何一个前述实施方式。
附图说明
参考图中所示实施方式以下详细解释本发明，在图中：
图1示出了风力涡轮机，
图2示出了翼面轮廓的示意图，
图3示出了翼面轮廓处流动速度和空气动力的示意图，
图4示出了设置有局部光学测量系统和对应的局部流动改变装置的风力涡轮机叶片的示意图，
图5a-c示出了具有不同布置的局部测量系统的实施方式的截面视图，
图6a-d示出了具有不同探测方向的转子的示意图，
图7示出了风力涡轮机的示意图，其中光学测量系统探测位于转子平面前面的探测区域中的风速，
图8示出了设置有位于中央的激光源的风力涡轮机转子的示意图，
图9a和9b分别示出了激光多普勒风速计系统的第一实施方式和第二实施方式的示意图，
图10示出了包括两个探测光束的激光多普勒风速计系统的示意图，
图11a-g示出了流动改变器件的各种不同的实施方式，以及
图12示出了第一实施方式，其中探测方向是可变的，
图13示出了第一实施方式，其中探测方向是可变的，以及
图14示出了第一实施方式，其中探测方向是可变的。
具体实施方式
图1图示了根据所谓“丹麦概念(Danishconcept)”的常规的现代逆风水平轴风力涡轮机，其具有塔4、机舱6以及具有基本上水平的转子轴的转子。转子包括轮毂8和从轮毂8径向延伸的三个叶片10，每个叶片具有离轮毂8最近的叶片根部16和离轮毂8最远的叶片末梢14。
图2示出了用各种不同参数描绘的风力涡轮机的典型叶片的翼面轮廓50的示意图，这些参数通常用于限定翼面的几何形状。翼面轮廓50具有压力侧52和吸力侧54，它们在使用期间--即在转子旋转期间--通常分别面朝向迎风侧和背风侧。翼面50具有翼弦60，翼弦60具有在叶片的前缘56与后缘58之间延伸的翼弦长度c。翼面50具有厚度t，其被限定为压力侧52与吸力侧54之间的距离。翼面的厚度t沿着翼弦60变化。由弧线(camberline)62给出了离对称轮廓的偏离，弧线62为穿过翼面轮廓50的中线。通过从前缘56到后缘58画出的内切圆可找到该中线。该中线依循这些内切圆的中心，并且离翼弦60的偏离或距离被称为弧高f。通过使用称为上弧和下弧的参数也能限定不对称，这些参数分别被限定为从翼弦60到压力侧54及吸力侧52的距离。
常通过下列参数将翼面轮廓特征化：翼弦长度c、最大弧高f、最大弧高f的位置d f 、最大翼面厚度t(其是沿着中间弧线62内切圆的最大直径)、最大厚度t的位置d t 以及翼尖(nose)半径(未示出)。通常将这些参数限定为对翼弦长度c的比值。
图3示出了翼面轮廓50处流动速度和空气动力的示意图。翼面轮廓位于转子的径向位置或半径r处，叶片是转子的一部分，并且将轮廓设为给定的扭转角或俯仰角θ。轴向自由流速度v a (根据理论其被最佳给定为风速v w 的2/3)和切向速度r*ω(将其沿着转子的旋转方向64定向)联合形成合成速度v r 。与翼弦长度60一起，合成速度v r 限定了入流角φ，从入流角φ能推导出迎角α。
当翼面轮廓50受到入射气流冲击时，产生了垂直于合成速度v r 的升力66。同时，翼面受拖曳力(drag)68的影响，拖曳力68以合成速度v r 的方向定向。因为知道每个径向位置的升力和拖曳力，使得沿着叶片总体长度来计算合成空气动力70的分布成为可能。通常将这些空气动力70分成两个分量，即切向力74(分布在转子的旋转平面中)和推力(thrust)72，推力72被定向成与切向力74成直角。而且，翼面受力矩系数75的影响。
通过在叶片的总体径向长度上求切向力74的积分可以计算转子的驱动转矩。驱动转矩和转子的旋转速度一起为风力涡轮机提供了全部的转子动力。在叶片的总体长度上求局部推力72的积分得出例如相对于塔的总转子推力。
如果发生风速改变或局部风速波动，则切向速度受到影响，并且因此升力和影响叶片轮廓的力(或载荷)也同样受到影响。通过使用活动的流动改变器件能减轻载荷波动，所述流动改变器件可以例如改变局部轮廓的全部弧高或者可以改变升力系数，由此重新调整速度三角形(v r 、v a 、r*ω)以及力三角形(70，72，74)。然而为了这样做，在流体实际冲击局部叶片轮廓50之前，需要知道关于风速变化或波动的信息，以便能足够迅速地做出补偿。
图4示出了根据本发明的风力涡轮机叶片10的第一实施方式的示意图。风力涡轮机叶片10具有常规的风力涡轮机叶片的形状，并且包括离轮毂最近的根部区域30、离轮毂最远的成型或翼面区域34、以及在根部区域30与翼面区域34之间的过渡区域32。叶片10包括当叶片安装到轮毂上时面向叶片10旋转方向的前缘18、以及面向前缘18相反方向的后缘20。
翼面区域34(也称为成型区域)具有就产生升力而言理想的或几乎理想的叶片形状，而根部区域30由于结构上的考虑而具有基本上圆形或椭圆形的横截面，这例如使得将叶片安装到轮毂更容易且更安全。根部区域30的直径(或翼弦)沿着总体根部区域30通常是恒定的。过渡区域32具有过渡轮廓42，过渡轮廓42从根部区域30的圆形或椭圆形形状40向翼面区域34的翼面轮廓50渐变。过渡区域32的宽度通常随着离轮毂的距离r的增大而基本上线性地增大。
翼面区域34具有翼面轮廓50，翼面轮廓50具有在叶片10的前缘18与后缘20之间延伸的翼弦。该翼弦的宽度随着离轮毂的距离r的增大而减小。
应当注意的是，叶片的不同区段的翼弦通常并不位于一个公共平面中，由于叶片可以被扭曲和/或弄弯(即预弯曲)，从而为翼弦平面提供了相应的被扭曲和/或弄弯的路径，这是最通常的情况以便补偿叶片的局部速度，该叶片的局部速度取决于离轮毂的半径。
根据本发明的风力涡轮机叶片10设置有第一光学测量系统或激光多普勒风速计(LDA)系统80，当将风力涡轮机叶片10安装到轮毂上时，其位于离转子15的中心轴第一径向距离r 1 处，并且由此也位于离轮毂第一距离处。风力涡轮机叶片还设置有位于离转子的中心轴第二径向距离r 2 处的第二激光多普勒风速计系统81，以及位于离转子的中心轴第二径向距离r 2 处的第三激光多普勒风速计系统82。这三个激光多普勒系统80、81、82分别被可操作地连接至第一流动改变器件90、第二流动改变器件91以及第三流动改变器件92。在所描绘的实施方式中，流动改变器件90、91、92是表面安装的襟翼，其能根据由激光多普勒系统80、81、82所获得的风速测量进行部署，以便调整如相对于图3描述的速度三角形及载荷三角形。每个LDA系统80、81、82可以包括一个、两个或三个探测光束用于分别测量在一个、两个或三个探测体积中的风速。
图5a-c示出了设置有成不同构造的LDA系统的风力涡轮机叶片的各种不同的实施方式。为了清晰起见，没有在这些图中描绘这些流动改变器件。
图5a示出了设置有LDA系统180的风力涡轮机叶片110的第一实施方式的截面视图。LDA系统180在靠近叶片前缘处布置有发射点185。LDA系统180沿着探测方向发射探测光束186，并且探测基本上位于风力涡轮机叶片横截面逆风位置的探测区域或探测体积187中的风速。探测光束186聚焦于离发射点185距离f L 处。探测区域187在此被描绘成基本上是球形的。然而，实际上该探测区域(其通常被限定为半最大值全宽度(FWHM)强度的区域)在探测区域中是伸长的。当焦距f L 增加时，探测区域通常更长。在该实施方式中，探测方向被设为沿着从前缘且稍微朝向叶片110的压力侧的方向发射探测光束的方向。穿过探测区域187的颗粒或浮粒反向散射或反射光。该反射光在接收点185处由LDA系统180聚集。通常，发射点和接收点是重合的，例如由窗或透镜进行限定，其不仅用于聚焦探测光束186而且用于聚集反射光。
图5b示出了风力涡轮机叶片210的第二个实施方式的截面视图，其中相同的数字指的是图5a中示出的第一实施方式的相同部件。在该具体的实施方式中，风力涡轮机叶片210在同一横截面中设置有两个LDA系统280、280’。第一LDA系统在靠近叶片前缘处布置有发射点285。第一LDA系统280沿着探测方向(其从前缘引导出并且基本上延续局部横截面轮廓的翼弦260定向)发射探测光束286，并且探测位于轮廓前缘前面的探测区域或探测体积287中的风速。第二LDA系统280’在轮廓的压力侧上布置有发射点285’。第二LDA系统280’沿着探测方向发射探测光束286’，并且探测位于叶片210的轮廓前缘前面及压力侧上(即通常从转子平面的逆风的平面)的探测区域或探测体积287’中的风速。在两个探测光束286、286’之间的角度被标示为δ。
可见，发射点285、285’都位于在前缘与叶片压力侧上最大厚度的位置之间的区域中(也参见与图2相关所给出的定义)。在坐标系统中，将从前缘沿着直接延续翼弦260方向的发射方向限定为0度，并且将对叶片压力侧上翼弦的法线288限定为90度，发射点和探测方向被有利地在0度和90度之间的象限中找到。更有利地是，在0度和60度之间、或者甚至更有利地在0度至45度找到探测方向。
在图5a和5b中示出的实施方式是用于探测第一风力涡轮机叶片的局部横截面轮廓的逆风风速。基于这些测量，第一风力涡轮机叶片的局部流体引导器件(未示出)受到控制。LDA系统有利地适于探测位于离发射点0.5-10m、或0.75-8m、或1-5m范围内的探测区域中的速度分量。由此，该系统确实探测了局部风速和风波动。
然而，还能将风速测量用于控制第二风力涡轮机叶片的流体引导器件。在这种情况下，可以替代地期望探测位于第二风力涡轮机叶片逆风的探测区域中的风速。在图5c中描绘了这样的实施方式的例子，其示出了风力涡轮机叶片910的横截面轮廓。第一LDA系统980在靠近叶片后缘处布置有发射点985。第一LDA系统980沿着从后缘引出且基本上延续局部横截面轮廓的翼弦260进行定向的探测方向发射探测光束986，并且探测位于轮廓前缘后面的探测区域或探测体积987中的风速。第二LDA系统980’在轮廓的压力侧上布置有发射点985’。第二LDA系统980’沿着探测方向发射探测光束986’，并且探测位于轮廓后缘后面及叶片910的压力侧上(即通常从转子平面的逆风的平面)的探测区域或探测体积987’中的风速。将两个探测光束986、986’之间的角度标记为δ。在该实施方式中，探测范围f L 可以有利地大于在图5a和5b中所示出实施方式的探测范围。探测区域987、987’可以有利地位于第二叶片中0.5m至15m的范围内。
图6a-d示出了对位于风力涡轮机叶片中的LDA系统的各种不同的可能探测方向。
图6a示出了第一实施方式，其图示了该系统中可能的探测方向。在转子旋转期间，位于转子中风力涡轮机叶片内的LDA系统380依循沿着同心圆325的运动，同心圆325具有始自转子315中心轴的半径。在该实施方式中，LDA系统380在LDA系统380处局部轮廓的横截面平面中发射探测光束(或多个探测光束)。由此，探测光束被切向地引导至同心圆325。探测区域位于始自第二同心圆325’上中心轴的第二半径处。由此，实际上在探测区域中冲击风颗粒的叶片部分可位于叶片上的该第二半径处。由此，流动改变器件可以有利地位于第二半径处或朝向第二半径处移置。
图6b示出了第二实施方式，其图示了该系统中可能的探测方向。在转子旋转期间，位于转子的风力涡轮机叶片内的LDA系统480依循沿着同心圆425的运动，同心圆425具有始自转子415中心轴的半径。在该实施方式中，LDA系统480在LDA系统480处局部轮廓的横截面平面外部以向内的方向发射探测光束(或多个探测光束)。探测区域在该实施方式中位于如同发射点一样距离中心轴415的径向距离处。由此，该系统可以更精确地探测局部叶片区段实际上冲击的颗粒的风速。
图6c示出了第三实施方式，其图示了对应图5c中所示出实施方式的系统中可能的探测方向。在转子旋转期间，位于转子的第一风力涡轮机叶片1010内的LDA系统1080依循沿着同心圆1025的运动，同心圆1025具有始自转子1015中心轴的半径。在该实施方式中，LDA系统1080在LDA系统1080处局部轮廓的横截面平面外部以向内的方向发射探测光束(或多个探测光束)。探测光束(或多个探测光束)从邻近于第一叶片1010后缘的位置处发射，并且探测区域位于第二风力涡轮机叶片1010’的前缘的前面。在该实施方式中，探测区域位于如同LDA系统1080一样距离中心轴1015的径向距离处。探测方向也可以基本上切向于同心圆1025。
图6d示出了第四实施方式，其图示了该系统中可能的探测方向。在转子旋转期间，位于转子的风力涡轮机叶片内的LDA系统依循沿着第一同心圆的运动，而探测区域位于第二同心圆(其具有小于第一同心圆的半径)处。在图示的实施方式中，将观察方向和探测区域定位使得观察方向被基本上切向地引导至第二同心圆。然而，认识到的是，LDA系统可位于叶片的更远内侧或更远外侧。
LDA系统可以有利地探测来自位于转子平面的(即前面的)逆风的风速。在图7中描绘了这种情况。在转子旋转期间，位于转子的第一风力涡轮机叶片内的LDA系统依循沿着转子平面1125内同心圆的运动。探测区域位于第二平面1127中，第二平面1127位于转子平面的逆风位置。
在之前示出的实施方式中，LDA系统被描绘为叶片内的单个单元。然而，也可以设想其中光源(即激光源)位于风力涡轮机的轮毂内或机舱内的实施方式。在图8中描绘了这样的实施方式。一个或多个激光源585位于转子的轮毂内。来自激光源的激光被分成许多单独的光束，这些光束例如通过光纤被引导至转子的风力涡轮机叶片内的发射点。一个光束通过光束分流器586或可替换的多路单元被分成许多单独的光束。将被分开的光经由第一光纤587引导至第一LDA单元580、经由第二光纤588引导至第二LDA单元581，并且经由第三光纤589引导至第三LDA单元582。在该实施方式中，LDA单元580、581、582从邻近于风力涡轮机叶片前缘的发射点处发射探测光束(未示出)。将由第一LDA单元580测量的风速用来控制第一流动改变器件590，将由第二LDA单元581测量的风速用来控制第二流动改变器件591，并且将由第三LDA单元582测量的风速用来控制第三流动改变器件592，以便减轻局部载荷波动。
图9a示出了可用于本发明的LDA单元680的第一实施方式。LDA单元680包括光源装置674，光源装置674包含例如激光二极管和聚光透镜。从光源装置674发射的光被引导至光束分流器675，光束分流器675将光分成参考光束和探测光束，参考光束被引导至参考镜(referencemirror)676，探测光束通过透镜系统677及可选的窗678被发送，其由此构成了LDA单元680的发射点。在可替换的实施方式中，透镜系统677的透镜可以构成发射点。通过窗678来反射、或反向散射并且聚集由穿过探测体积的颗粒或浮粒所反射的光，接着其穿过透镜系统677并且到达光束分流器675，反射光与参考光束在那里混合。混合光由光电检测器679检测。可见，该系统对应基于Michelson的激光多普勒风速计系统，其中所检测的多普勒频移取决于穿过探测体积的颗粒的速度。来自光电检测器679的信号被发送至放大器693，并且从放大器693被发送到信号处理器694(例如包括锁相环和锁频环)上。来自信号处理器694的信号被发送至电子输出端(electricaloutput)695，电子输出端695可以用来控制对应的流动改变器件。
图9b示出了可用于本发明的LDA单元780的第二实施方式，并且其中相同的序号对应图9a中所示LDA单元的相同部件。LDA单元780包括光源装置774，光源装置774包含来自中央激光器的光的内耦合(例如如图8中所示)和聚光透镜。从光源装置774发射的光被引导至光束分流器775，光束分流器775将光分成至参考光束和探测光束，参考光束被引导至参考镜776，探测光束通过透镜系统777及可选的窗778被发送，其由此构成了LDA单元780的发射点。在可替换的实施方式中，透镜系统777的透镜可以构成发射点。通过窗778来反射、反向散射并且聚集由穿过探测体积的颗粒或浮粒所反射的光，接着其穿过透镜系统777并且到达光束分流器775，发射光与参考光束在那里混合。混合光由光电检测器779检测。可见，该系统对应基于Michelson的激光多普勒风速计系统，其中所检测的多普勒频移取决于穿过探测体积的颗粒的速度。来自光电检测器779的信号被发送至放大器793，并且从放大器793被发送到信号处理器794(例如包括锁相环和锁频环)上。来自信号处理器794的信号被发送至电子输出端795，电子输出端795可以用来控制对应的流动改变器件。
如之前提及的，图5a和5b示出了在风力涡轮机叶片的同一横截面轮廓中使用两个探测光束的实施方式，并且其中探测光束由单独的LDA单元产生。然而，从单个的LDA单元产生两束或多个探测光束也是可能的。在图10中示出了这样的实施方式。在该实施方式中，迎面而来的光束例如通过使用沃拉斯顿(Wollaston)棱镜896被分成两个单独的光束，由此产生第一光束和第二光束。第一光束和第二光束可以有利地每一个都被发送至第二光束分流器875，第二光束分流器875将光束分成参考光束和探测光束，参考光束被发送至参考镜876，探测光束可以通过透镜系统发送并且被发送至发射点(未示出)。在可替换的实施方式中，迎面而来的光束通过光栅被分成单独的光束。如果需要两个探测光束，例如有可能使用零级光束、以及第一级光束中的一个光束并且抑制其它级光束，或者替换地使用第一级和第二级光束并且抑制其余光束。如果需要三个光束，既使用零级光束也使用第一级光束是可能的。
图11a-g示出了适合于本发明的流动改变器件的各种不同的实施方式。襟翼是流动改变装置的一种类型，其非常适合于局部轮廓的空气动力特性的快速调整。可以以各种不同的方式来实施襟翼。如图11a中所示，可以将襟翼实施为表面安装的襟翼，其在部署时从叶片轮廓的表面突起。也可以将襟翼设置为如图11b中所示的单独元件，其可以相对于叶片本身旋转和/或平移移动。由此，叶片轮廓是多元件轮廓。可替换地，可以将襟翼实施为如图11c中所示的弧形襟翼，其能用于改变叶片轮廓的弧线。还有可能使用如图11d中所示的微片，其被放置在局部轮廓的上表面并且/或者下表面上。可以非常迅速地部署这些流动改变器件，使得它们从叶片表面突起。
流动改变装置也可以包括用于在叶片内部和叶片外部之间进行吹或抽吸的许多通风口。这些通风口被有利地应用于叶片的吸力侧，如图11e和图11f中所示。能利用通风口来创造出被附加流动的带。从通风口排出的空气可以用于强化(energise)和重新强化边界层，以便维持被附加于叶片外表面的流动，如图11f中所示。可替换地，如图11e中所示，通风口可以用于抽吸，由此在边界层中的低动量流被移除，并且剩余流由此被重新强化且被拉引朝向叶片的表面。
也有可能使用如图11g中所示的缝翼(slat)。可以以相对于局部叶片轮廓旋转和/或平移的可移动的方式将该缝翼连接至叶片。
图12示出了设置有LDA系统1280的风力涡轮机叶片1210的第一实施方式的截面视图，LDA系统1280具有可变的探测方向。在该实施方式中，LDA系统1280相对于局部叶片区段是可变的。由此，探测体积1287也可以相对于局部叶片区段是变化的。由此，补偿叶片俯仰角和/或转子旋转速度上的改变是可能的。如果叶片俯仰度例如随着角度θ变化，那么探测方向可以同样地随着对应的角度变化，以便补偿俯仰度的改变。
认识到的是，探测角可以以各种不同的方式变化。如图13中所示，例如有可能使位于光学测量系统的发射点处的传输透镜上迎面而来的光的位置(或角度)变化。这可以例如通过使光源(例如，激光二极管或光纤的传输端)相对于迎面而来的光(或传输透镜)沿着基本上横向的方向移动来获得。可替换地或除此以外，例如通过使传输透镜相对于迎面而来的光沿着基本上横向的方向移动，如图14中所示，相对于迎面而来的光使传输透镜的位置变化是可能的。
参考优选的实施方式已经描述了本发明。然而，本发明的范围不限于所图示的实施方式，并且在没有脱离本发明范围的情况下能进行替换和修改，其由权利要求所限定。
附图标记清单
2风力涡轮机
4塔
6机舱
8轮毂
10、110、210、1010、1010’、1210叶片
14叶片末梢
16叶片根部
18前缘
20后缘
30根部区域
32过渡区域
34翼面区域
50翼面轮廓
52压力侧
54吸力侧
56前缘
58后缘
60、260翼弦
62弧线/中线
64旋转方向
66升力
68拖曳力
70合成空气动力
72轴向力(推力)
74切向力
80、180、280、280’、380、480、580、680、780、880、980、980’、1080、1280激光风速计
81、581激光风速计
82、582激光风速计
90、590流动改变装置/襟翼
91、591流动改变装置/襟翼
92、592流动改变装置/襟翼
185、285、285’发射点
186、286、286’探测光束
187、287、287’、1287探测区域/探测体积
288法线
315、415、1015中心轴
325、425、1025、1125圆
585激光源
586分流器/多路单元
587、588、589光引导件/光纤
674、774光源
675、775、875光束分流器
676、776、876参考镜
677、777透镜系统
678、778窗
679、779、879光电检测器
693、793放大器
694、794信号处理器
695、795电子输出端
896光束分流器/沃拉斯顿棱镜
1127逆风平面
C翼弦长度
d t 最大厚度的位置
d f 最大弧高的位置
F弧高
f L 探测长度
r*ω旋转速度
T厚度
V a 轴向速度
V r 合成速度/入流速度
V w 风速
α迎角
δ探测角
θ俯仰角
φ入流角

Claims (52)

1.一种包括许多叶片的风力涡轮机，所述叶片包含至少一个从主轴上的轮毂处基本上径向延伸的第一风力涡轮机叶片，所述主轴具有基本上水平的中心轴，所述叶片和所述轮毂一起构成了具有转子平面的转子，并且其能通过风进行旋转，且每个叶片具有最内部分和最外部分，所述最内部分包括所述叶片的根部区段，所述最外部分包括所述叶片的末梢区段，其中所述风力涡轮机包括光学测量系统，所述光学测量系统包括光源、光传输部件、光接收部件以及信号处理器，其中：
-所述光源被光学地耦合到所述光传输部件，
-所述光传输部件包括发射点并且适用于从所述发射点沿着探测方向发射光，
-所述光接收部件包括接收点和检测器，其中所述光接收部件适于在所述接收点处沿着所述探测方向从探测区域接收光的反射部分，并且将光的所述反射部分引导至所述检测器，以便基于所接收的被反射的光从所述检测器产生信号，并且
-所述信号处理器适于从通过所述光接收部件产生的所述信号确定入流的至少一个第一速度分量，其特征在于：
-所述光传输部件的所述发射点位于离所述中心轴第一径向距离处的第一叶片中，并且
-所述光传输部件的所述接收点位于离所述中心轴第二径向距离处的所述第一叶片中，其中，所述测量系统适用于至少发射第一探测光束和第二探测光束，所述第一探测光束和所述第二探测光束布置为发射光，以探测至少两个不同的探测体积中的风速。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述光源为激光器。
3.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述第一径向距离与所述第二径向距离基本上是相同的。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中所述第一叶片还包括可调整的流动改变装置，所述可调整的流动改变装置用于调整所述叶片的空气动力参数且位于离所述轮毂第三径向距离内，所述可调整的流动改变装置由控制装置进行控制，并且其中所述控制装置适于从所述信号处理器接收信号，所述信号至少基于所述第一速度分量。
5.根据权利要求4所述的风力涡轮机，其中所述可调整的流动改变装置为分布式致动器、襟翼或微片。
6.根据权利要求4所述的风力涡轮机，其中所述第三径向距离与所述第一径向距离基本上是相同的。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中所述风力涡轮机包括第二风力涡轮机叶片，并且其中所述第二风力涡轮机叶片设置有用于调整所述第二叶片的空气动力参数的可调整的流动改变装置，所述可调整的流动改变装置由控制装置进行控制，且其中所述控制装置适于从所述信号处理器接收信号，所述信号至少基于第一速度分量。
8.根据权利要求7所述的风力涡轮机，其中所述可调整的流动改变装置为分布式致动器、襟翼或微片。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中所述光学测量系统适用于探测在离所述发射点为0.5-10m范围内的速度分量。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中所述光学测量系统适用于探测在离所述发射点为0.75-8m范围内的速度分量。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中所述光学测量系统适用于探测在离所述发射点为1-5m范围内的速度分量。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中所述第一风力涡轮机叶片的所述发射点和/或所述接收点位于所述第一叶片的前缘和所述叶片的压力侧上最大厚度的位置之间。
13.根据项权利要求12所述的风力涡轮机，其中所述探测方向位于翼弦方向和法线之间的象限中，所述翼弦方向从所述叶片的所述前缘可见，所述法线垂直于所述翼弦方向并且从所述叶片的所述压力侧延伸。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中所述发射点在所述转子的旋转期间依循同心圆，所述同心圆具有对应于离所述中心轴所述第一径向距离的半径，并且其中所述探测方向基本上被布置在所述同心圆的切向上。
15.根据项权利要求14所述的风力涡轮机，其中光学系统适于探测基本上位于离所述中心轴所述第一径向距离处的探测体积中的风速。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中所述光学测量系统适用于探测位于所述转子平面的逆风的逆风平面中的探测体积中的风速。
17.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中所述光源从所述发射点分离，所述光源通过光引导装置被光学地连接至所述发射点。
18.根据项权利要求17所述的风力涡轮机，其中所述光引导装置为光纤。
19.根据项权利要求17所述的风力涡轮机，其中所述光源位于所述风力涡轮机的所述轮毂中或机舱中。
20.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中至少所述发射部分、所述传输部件和所述检测器被布置在所述第一风力涡轮机叶片中的单个的第一单元中。
21.根据权利要求20所述的风力涡轮机，其中所述第一单元被布置在所述第一风力涡轮机叶片中的轴衬中。
22.根据项权利要求21所述的风力涡轮机，其中所述轴衬为套管。
23.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述第一探测光束和所述第二探测光束形成探测角，所述探测角位于5-90度的区间中。
24.根据项权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述第一探测光束和所述第二探测光束形成探测角，所述探测角位于7-75度的区间中。
25.根据项权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述第一探测光束和所述第二探测光束形成探测角，所述探测角位于10-60度的区间中。
26.根据权利要求1或23-25中任一项所述的风力涡轮机，其中所述第一探测光束和所述第二探测光束被基本上定向在所述叶片的局部横截面的横截面平面中。
27.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中所述第一风力涡轮机叶片具有叶片长度(L)，并且其中所述发射点和所述接收点位于0.2L至0.9L的叶片长度区间内，如从所述第一叶片的根部所见那样。
28.根据项权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中所述第一风力涡轮机叶片具有叶片长度(L)，并且其中所述发射点和所述接收点位于0.22L至0.85L的叶片长度区间内，如从所述第一叶片的根部所见那样。
29.根据项权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中所述第一风力涡轮机叶片具有叶片长度(L)，并且其中所述发射点和所述接收点位于0.25L至0.8L的叶片长度区间内，如从所述第一叶片的根部所见那样。
30.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中所述第一风力涡轮机叶片具有叶片长度(L)，并且其中所述探测区域位于在0.5L至0.9L的叶片长度区间内的一个位置处，风在该位置中冲击第一风力涡轮机叶片或第二风力涡轮机叶片，如从所述第一叶片的根部所见那样。
31.根据项权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中所述第一风力涡轮机叶片具有叶片长度(L)，并且其中所述探测区域位于在0.55L至0.80L的叶片长度区间内的一个位置处，风在该位置中冲击第一风力涡轮机叶片或第二风力涡轮机叶片，如从所述第一叶片的根部所见那样。
32.根据项权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中所述第一风力涡轮机叶片具有叶片长度(L)，并且其中所述探测区域位于在0.6L至0.75L的叶片长度区间内的一个位置处，风在该位置中冲击第一风力涡轮机叶片或第二风力涡轮机叶片，如从所述第一叶片的根部所见那样。
33.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中所述第一风力涡轮机叶片是可倾斜的，并且其中所述光学测量系统包括用于补偿所述第一叶片的俯仰角的补偿装置。
34.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中所述第一风力涡轮机叶片是可倾斜的，并且其中所述探测方向取决于所述第一叶片的俯仰角是可变的。
35.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中所述探测方向取决于所述转子的旋转速率是可变的。
36.根据权利要求34所述的风力涡轮机，其中所述光学测量系统包括具有传输部件的单元，所述传输部件相对于所述第一风力涡轮机叶片在角度上是可变的。
37.根据权利要求35所述的风力涡轮机，其中所述光学测量系统包括具有传输部件的单元，所述传输部件相对于所述第一风力涡轮机叶片在角度上是可变的。
38.根据权利要求34中任一项所述的风力涡轮机，其中所述光学测量系统适于改变迎面而来的光在传输透镜上的位置。
39.根据权利要求35所述的风力涡轮机，其中所述光学测量系统适于改变迎面而来的光在传输透镜上的位置。
40.根据权利要求36所述的风力涡轮机，其中所述光学测量系统适于改变迎面而来的光在传输透镜上的位置。
41.根据权利要求37所述的风力涡轮机，其中所述光学测量系统适于改变迎面而来的光在传输透镜上的位置。
42.根据权利要求34中任一项所述的风力涡轮机，其中所述光学系统适于改变传输透镜的位置。
43.根据权利要求35所述的风力涡轮机，其中所述光学系统适于改变传输透镜的位置。
44.根据权利要求36所述的风力涡轮机，其中所述光学系统适于改变传输透镜的位置。
45.根据权利要求37所述的风力涡轮机，其中所述光学系统适于改变传输透镜的位置。
46.根据权利要求38所述的风力涡轮机，其中所述光学系统适于改变传输透镜的位置。
47.根据权利要求39所述的风力涡轮机，其中所述光学系统适于改变传输透镜的位置。
48.根据权利要求40所述的风力涡轮机，其中所述光学系统适于改变传输透镜的位置。
49.根据权利要求41所述的风力涡轮机，其中所述光学系统适于改变传输透镜的位置。
50.一种操作风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括许多叶片，所述叶片包含至少一个从主轴上的轮毂处基本上径向延伸的第一风力涡轮机叶片，所述主轴具有基本上水平的中心轴，所述叶片和所述轮毂一起构成了具有转子平面的转子，并且其能通过风进行旋转，且每个叶片具有最内部分和最外部分，所述最内部分包括所述叶片的根部区段，所述最外部分包括所述叶片的末梢区段，其中所述方法包括步骤：
a)在所述第一风力涡轮机叶片上从发射点沿着探测方向发射光，所述发射点位于离所述中心轴第一径向距离处，
b)在接收点处沿着所述探测方向接收来自探测区域的光的反射部分，所述接收点位于所述第一风力涡轮机叶片上在离所述中心轴第二径向距离内的位置处，
c)将光的所述反射部分引导至检测器，
d)基于步骤c)中所检测的光产生信号，以及
e)基于来自步骤d)的所述信号计算第一速度分量，其中，光从至少第一探测光束和第二探测光束发射，所述第一探测光束和所述第二探测光束布置为发射光，以探测至少两个不同的探测体积中的风速。
51.根据权利要求50所述的方法，其中所述方法还包括步骤:
f)调整在所述第一风力涡轮机叶片上的可调整的流动改变装置以便调整所述第一风力涡轮机叶片的空气动力参数，所述可调整的流动改变装置位于离所述中心轴第三径向距离处。
52.根据权利要求50或51所述的方法，其中所述方法还包括取决于所述第一风力涡轮机叶片的俯仰角和/或所述转子的旋转速度来调整所述探测方向的步骤。
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