CN103502789A - 用于确定风力涡轮机叶片的载荷的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

风力涡轮机叶片（10）包括具有光径的传感器系统，所述光径包括第一光学传感器纤维（84）、第二光学传感器纤维（86）和跳接光纤（88），所述第一光学传感器纤维包括具有第一纤芯直径的第一纤芯，其中所述第一光学传感器纤维从第一端延伸到第二端，并且包括至少一个传感器（47A），第二光学传感器纤维包括具有第二纤芯直径的第二纤芯，其中所述第二光学传感器纤维从第一端延伸到第二端，并且包括至少一个传感器（47B），所述跳接光纤包括具有跳接纤芯直径的跳接纤芯，其中所述跳接光纤从第一端延伸到第二端，并且连接所述第一光学传感器纤维和所述第二光学传感器纤维，其中所述第一纤芯直径和所述跳接纤芯直径相同。

Description

用于确定风力涡轮机叶片的载荷的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种风力涡轮机叶片，及一种用于确定或估计例如风力涡轮机叶片的弯矩等载荷的方法和装置，特别涉及风力涡轮机叶片的根端附近或根端处的根部力矩。
背景技术
为了使年发电量最大化，风力涡轮机制造商一直致力于提高他们的风力涡轮机的效率。进一步地，因为研发新的风力涡轮机机型需要花费很长时间和很多资源，所以风力涡轮机制造商对于延长他们的风力涡轮机机型的寿命感兴趣。用于监控风力涡轮机和诸如风力涡轮叶片等风力涡轮机部件的工作参数的系统已成为日益受到关注的领域，以为了优化性能和延长不同部件的寿命。
因此，需要一种风力涡轮机叶片、方法及装置，其能够精确和有效地监控风力涡轮机或风力涡轮机叶片的一项或多项工作参数。受到特别关注的领域可能是在风力涡轮机操作时，监控被施加于风力涡轮机叶片上的载荷和压力。
发明内容
因此，本发明提供了一种风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片沿着纵向轴线从根端延伸到尖端，并且在垂直于纵向轴线的横平面内延伸，该横平面具有穿过弹性中心点延伸的主轴线，所述风力涡轮机叶片包括形成具有压力侧和吸力侧的成型轮廓的叶片壳体、以及具有翼弦的前缘和后缘，翼弦具有在前缘和后缘之间延伸的弦长，主轴线平行于翼弦。所述风力涡轮机叶片可以包括传感器系统，该传感器系统包括位于距根端第一距离处的第一传感器位置的第一传感器组，第一传感器组例如用来测量第一弯矩，第一传感器组包括用来测量主要分量的第一主要传感器和用来测量次要分量的第一次要传感器，其中位于横平面内的第一主要传感器轴线沿由第一主要传感器和弹性中心点限定的方向定向，并且位于横平面内的第一次要传感器轴线沿由第一次要传感器和弹性中心点限定的方向定向。第一主要传感器轴线和第一次要传感器轴线之间的角度可以介于从50°到130°的范围内。
因此，根据本发明的风力涡轮机叶片允许仅用两个位于横截面内的传感器来确定弯矩，从而节约制造成本。
也公开了一种风力涡轮机叶片，其沿着纵向轴线从根端延伸到尖端，并且在垂直于纵向轴线的横平面内延伸，该横平面具有穿过弹性中心点延伸的主轴线，所述风力涡轮机叶片包括形成具有压力侧和吸力侧的成型轮廓的叶片壳体、以及具有翼弦的前缘和后缘，翼弦具有在前缘和后缘之间延伸的弦长，并且主轴线设置为与翼弦平行。该风力涡轮机叶片可以包括具有多个传感器组的传感器系统，每个传感器组均包括多个传感器，所述多个传感器包括分别用于测量主要分量和次要分量的主要传感器和次要传感器。所述多个传感器组包括第一传感器组和第二传感器组，第一传感器组用于测量距根端第一距离处的第一传感器位置的第一弯矩，第二传感器组用于测量距根端第二距离处的不同于第一传感器位置的第二传感器位置的第二弯矩。该第一距离可以为至少1m。该第二距离可以为至少3m。
也公开了一种用于估计风力涡轮机叶片的弯矩的方法，例如如本文公开的风力涡轮机叶片的弯矩。该风力涡轮机叶片沿着纵向轴线从根端延伸到尖端，并且具有根部区域、过渡区域和翼型区域，所述方法包括如下步骤：获得第一传感器组信号，所述第一传感器组信号指示在沿着风力涡轮机叶片的纵向轴线的不同于尖端的第一传感器位置处的第一弯矩；以及基于第一传感器组信号估计沿着纵向轴线的第一估计位置处的弯矩，其中，第一传感器位置沿着纵向轴线不同于第一估计位置。
进一步地，公开了一种用于监控包括传感器系统的风力涡轮机叶片的叶片监控系统，该叶片监控系统包括处理单元和连接到处理单元的接口。该处理单元配置为用于接收第一传感器组信号，第一传感器组信号指示沿着纵向轴线从根端延伸到尖端的风力涡轮机叶片的第一传感器位置处的第一弯矩。该处理单元配置为用于基于第一传感器组信号估计沿着纵向轴线的第一估计位置处的弯矩，其中第一传感器位置沿着纵向轴线不同于第一估计位置。
需要一种具有低损耗的光学传感器系统的风力涡轮机叶片。
因此，提供一种风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片沿着纵向轴线从根端延伸到尖端，并且在垂直于纵向轴线的横平面内延伸，该横平面具有穿过弹性中心点延伸的主轴线，所述风力涡轮机叶片包括形成具有压力侧和吸力侧的成型轮廓的叶片壳体、以及具有翼弦的前缘和后缘，翼弦具有在前缘和后缘之间延伸的弦长，主轴线平行于翼弦。所述风力涡轮机叶片包括具有光径（optical path）的传感器系统，所述光径包括第一光学传感器纤维、第二光学传感器纤维、以及可选地还有跳接光纤，第一光学传感器纤维包括具有第一纤芯直径的第一纤芯，其中第一光学传感器纤维从第一端延伸到第二端，并且包括至少一个传感器，第二光学传感器纤维包括具有第二纤芯直径的第二纤芯，其中第二光学传感器纤维从第一端延伸到第二端，并且包括至少一个传感器。跳接光纤包括具有跳接纤芯直径的跳接纤芯，其中跳接光纤从第一端延伸到第二端。跳接光纤可以连接第一光学传感器纤维和第二光学传感器纤维，并且第一纤芯直径可以和跳接光纤直径相同。
具有跳接光纤的传感器系统在设计风力涡轮机叶片方面提供高度的设计自由度，并且提供可容易适配的光学传感器系统，该光学传感器系统可用于不同的构造简单的结构和风力涡轮机叶片机型中。
进一步地，因为传感器系统的组装不需要专业知识或工具，因此风力涡轮机叶片的制造可简化。
进一步地，根据本发明的风力涡轮机叶片，容许在叶片壳体部件模制和组装后，容易对传感器系统重新配置。
风力涡轮机包括多个风力涡轮机叶片，所述多个风力涡轮机叶片包括如本文所述的第一风力涡轮机叶片，其中风力涡轮机包括叶片监控系统，叶片监控系统配置用来基于来自第一风力涡轮机叶片的传感器系统的传感器组信号，估计第一风力涡轮机叶片的弯矩。
本发明涉及一种风力涡轮机叶片，例如用于具有大体水平的转子轴的风力涡轮机的转子，该转子包括轮毂，叶片在安装到轮毂上时，从轮毂大体沿径向延伸，叶片沿着纵向轴线从根端延伸到尖端，并且在垂直于纵向轴线的横平面内延伸，该横平面具有穿过弹性中心点延伸的主轴线。该风力涡轮机叶片包括形成具有压力侧和吸力侧的成型轮廓的叶片壳体、以及具有翼弦的前缘和后缘，翼弦具有在前缘和后缘之间延伸的弦长。该成型轮廓当被入射气流冲击时，产生提升力。该成型轮廓分成：根部区域，其具有大体圆形或椭圆形轮廓，最接近根端，并具有根部直径，该根部直径为根端处的弦长；翼型区域，其具有产生提升力的轮廓，离根端最远；及位于根部区域和翼型区域之间的过渡区域，过渡区域具有在从根部区域的圆形或椭圆形轮廓到翼型区域的产生提升力的轮廓沿径向逐渐改变的轮廓，并且设有肩，肩具有肩宽度和肩距离，并位于过渡区域和翼型区域之间的边界处，在该处叶片具有叶长。通过肩来表示在风力涡轮机叶片具有其最大弦长的位置，并且肩距离是从根端到肩的距离。该长度区间被限定为从根端至尖端，因此沿着纵向轴线，根端位于r=0处并且尖端位于r=L处。
叶片可以包括具有壳体主体的叶片壳体。例如，该壳体主体可由压力侧壳体和吸力侧壳体组装在一起，压力侧壳体和吸力侧壳体在前缘附近和后缘附近互相粘合或结合。在另一实施例中，该壳体通过一次成型法制成，例如通过封闭式中空模制成型方法（closed hollow molding method）。
壳体主体可以包括纵向延伸承载结构，例如主层压件（main laminate）。这样一种承载结构或主层压件典型地形成为纤维插入件，该纤维插入件包括多个纤维增强层，例如在20层到50层之间的纤维增强层。在承载结构的各侧上，叶片典型地包括夹层结构，该夹层结构具有诸如轻木或泡沫聚合物等中心材料，并且具有由纤维增强聚合物制成的内表层和外表层。
一个或多个传感器可以设置在主层压件中或者主层压件的边缘中，例如一个或多个传感器组的第一传感器轴线可以横穿主层压件或主层压件边缘。
叶片壳体典型地由纤维增强聚合物材料制成。该增强纤维可以例如是玻璃纤维、碳纤维、芳香聚酰胺纤维、诸如钢纤维的金属纤维、或者植物纤维；而该聚合物可以例如是环氧树脂、聚酯或乙烯基酯。
风力涡轮机叶片包括具有至少一个传感器的传感器组，例如用来测量或确定弯矩。传感器组可以替代地或结合地配置为用于测量其他参数。所述至少一个传感器组包括沿着纵向轴线位于第一传感器位置处的第一传感器组。该第一传感器组可以位于距根端第一距离d1处。
该风力涡轮机叶片可以包括具有第一传感器组和沿着纵向轴线位于第二传感器位置处的第二传感器组的多个传感器。第二传感器组可以位于距根端第二距离d2处。
所述多个传感器组可以包括用于测量在距根端第三距离d3处的第三传感器位置的第三弯矩的第三传感器组。
所述多个传感器组可以包括用于测量在距根端第四距离d4处的第四传感器位置的第四弯矩的第四传感器组。
所述多个传感器组可以包括用于测量在距根端第五距离d5处的第五传感器位置的第五弯矩的第五传感器组。
第一距离d1可以介于从大约1m到大约20m的范围内，并且第二距离d2可以介于从大约3m到大约50m的范围内。
可选地，距根端的传感器位置距离可以依赖于风力涡轮机叶片的长度L和/或肩距离或位置ds而定。
第一距离d1可以在从d1,min到d1,max的范围内选择。第一距离d1可以介于从大约4m到大约15m的范围内，例如介于从大约6m到大约10m的范围内，优选地为大约8m。
第一距离d1可以依赖于肩距离ds而定，即，d1可以是肩距离ds的函数。例如，d1可以通过以下得出：
d1=α1ds，
其中α1在从0.2到1.0的范围内。
第一距离d1可以依赖于风力涡轮机叶片的长度而定，即，d1可以是叶片长度L的函数。例如，d1可以通过以下得出：
d1=β1L，
其中β1在从大约0.05到大约0.95的范围内。
第一距离d1可以依赖于根部直径droot而定，即，d1可以是根部直径droot的函数。第一距离d1可以至少是根部直径。
例如，d1可以通过以下得出：
d1=γ1droot，
其中γ1为至少0.8。
最小第一距离d1,min可以依赖于根部直径droot而定，例如通过以下得出：
d1,min=γ1droot，
其中γ1为至少0.8，例如是大约1。
最大第一距离d1,max可以依赖于肩距离ds而定，例如通过以下得出：
d1,max=α1ds，
其中α1在从0.5到1.0的范围内。
肩距离ds可以介于从11m到15m的范围内，例如，对于具有大约61.5m长度的风力涡轮机叶片，肩距离ds为大约13m。
根部直径droot可以介于从2m到5m的范围内，例如，对于具有从40m到50m长度的风力涡轮机叶片，根部直径droot为大约2.5m；或者对于具有从60m到75m长度的风力涡轮机叶片，根部直径droot为大约3.5m。
第二距离d2可以在从d2,min到d2,max的范围内选择。第二距离d2可以介于从大约5m到大约40m的范围内，例如介于从大约10m到大约30m的范围内，譬如大约12m或大约23m。
第二距离d2可以依赖于肩距离ds而定，即，d2可以是肩距离ds的函数。例如，d2可以通过以下得出：
d2=α2ds，
其中α2在从0.5到10.0的范围内。
第二距离d2可以依赖于风力涡轮机叶片的长度而定，即，d2可以是叶片长度L的函数。例如，d2可以通过以下得出：
d2=β2L，
其中β2在从0.1到0.8的范围内。
第二距离d2可以依赖于根部直径droot而定，即，d2可以是根部直径droot的函数。例如，d2可以通过以下得出：
d2=γ2droot，
其中γ2为至少0.8。
最小第二距离d2,min可以依赖于根部直径droot而定，例如通过以下得出：
d2,min=γ2droot，
其中γ2为至少0.8，例如为大约2。
最大第二距离d2,max可以依赖于肩距离ds而定，例如通过以下得出：
d2,max=α2ds，
其中α2在从0.5到3.0的范围内。
传感器组距根端的距离d1、d2、d3……可以为至少6m，以在传感器测量中最小化或避免来自变桨轴承（pitch bearing）的不期望的非线性。
在一个或多个实施例中，传感器组距根端的距离d1、d2、d3……可以小于25m，例如小于20m，以在传感器测量中减小或避免过多叠加误差。
为了便利期望的测量，例如为了估计沿着风力涡轮机叶片的譬如在一个或多个估计位置的弯矩，对多个传感器组之间的沿着纵向轴线的距离进行选择。传感器位置之间的距离以dij指示，其中i和j是对传感器组及其传感器的标号。
第一传感器组和可选的第二传感器组之间沿着纵向轴线的距离d12可以介于从大约1m到大约30m的范围内，例如从大约3m到大约20m的范围，例如大约4m、大约10m、大约15m。
第一传感器组和可选的第三传感器组之间沿着纵向轴线的距离d13可以介于从大约1m到大约50m的范围内，例如从大约10m到大约40m的范围，例如大约15m、大约25m、大约35m。
第一传感器组和可选的第四传感器组之间沿着纵向轴线的距离d14可以介于从大约1m到大约60m的范围内，例如从大约15m到大约50m的范围，例如大约20m、大约30m、大约40m。
第一传感器组和可选的第五传感器组之间沿着纵向轴线的距离d15可以介于从大约20m到大约L-d1的范围内，例如从大约20m到大约60m的范围，例如大约30m、大约40m、大约50m。
传感器组可以包括一个或多个传感器。传感器组的所述一个或多个传感器可以包括主要传感器和可选的次要传感器。传感器组的传感器可适于测量弯矩分量，即，传感器组可以包括用于测量关于垂直于纵向轴线的第一轴线的主要弯矩分量MX的主要传感器、和/或用于测量关于垂直于纵向轴线的第二轴线的次要弯矩分量MY的次要传感器。在一个或多个实施例中，传感器组由两个用于测量弯矩分量的传感器组成，由此允许仅用两个传感器对风力涡轮机叶片进行弯矩测量。
风力涡轮机叶片包括位于距根端第一距离处的第一传感器位置的第一传感器组，例如用于测量第一弯矩。
第一传感器组可以包括第一主要传感器和第一次要传感器，第一主要传感器用于测量关于垂直于纵向轴线的第一轴线（第一主要传感器）的第一弯矩的主要分量（MX,1），第一次要传感器用于测量关于垂直于纵向轴线的第二轴线（第一次要传感器）的第一弯矩的次要分量（MY,1）。
第二传感器组可以包括第二主要传感器和第二次要传感器，第二主要传感器用于测量关于垂直于纵向轴线的第一轴线（第二主要传感器）的第二弯矩的主要分量（MX,2），第二次要传感器用于测量关于垂直于纵向轴线的第二轴线（第二次要传感器）的第二弯矩的次要分量（MY,2）。
传感器组的传感器位于距根端相同的距离处，即，在相同的横平面内。在一个或多个实施例中，传感器组的传感器，例如主要传感器和次要传感器，可以沿着纵向轴线移置（displace）。传感器组中的传感器之间沿着纵向轴线的距离应该尽可能得小。传感器组中的传感器之间的最大距离可以小于1m，例如小于0.5m。更大的距离也可以使用。在传感器组的移置传感器的情况下，至根部的传感器组距离是传感器组中的传感器的平均距离。
风力涡轮机叶片的长度L可为至少40m。
从风力涡轮机的控制观点来看，风力涡轮机叶片的根部力矩是期望的，例如为了控制桨距和其他工作参数以优化风力涡轮机的操作和功率输出。然而，用位于叶片根端处的传感器测量根部力矩，受到来自变桨轴承的非线性力矩的很大影响。
为了获得精确的测量及为了减小或消除例如非线性影响等不期望的影响，在风力涡轮机叶片中正确定位传感器是重要的。从成本和制造的观点来看，期望使用数量较少的传感器。
主要传感器位于穿过该主要传感器所在的横平面内的弹性中心延伸的主要传感器轴线上。次要传感器位于穿过该次要传感器所在的横平面内的弹性中心延伸的次要传感器轴线上。
第一主要传感器轴线和第一次要传感器轴线之间的角度可介于从大约85°到大约95°的范围内。第一主要传感器轴线和第一次要传感器轴线之间的角度可以是约90°。
在垂直的第一和第二传感器轴线的情况下，第一弯矩M1可以通过以下给出：
Figure 473838DEST_PATH_IMAGE001
诸如在根端处的第一估计位置处的弯矩的估计主要分量Mx,est,1，可以作为一个或多个传感器信号S11、S12、S21、S22……的函数而被给出，其中S11是第一主要传感器信号，S12是第一次要传感器信号，S21是第二主要传感器信号，S22是第二次要传感器信号等等。 
诸如在根端处的第一估计位置处的弯矩的估计次要分量MY,est,1，可以作为一个或多个传感器信号S11、S12、S21、S22……的函数而被给出，其中S11是第一主要传感器信号，S12是第一次要传感器信号，S21是第二主要传感器信号，S22是第二次要传感器信号等等。 
传感器信号可以以时间和/或频率/波长的方式多路传输。为了减少读取单元中的分量数量和减小传感系统的成本，时分多路传输可为优选的。
第一估计位置处的弯矩的估计主要分量Mx,est,1可以仅基于来自一个或多个传感器组中的主要传感器的主要传感器信号来估计。第一估计位置处的弯矩的估计次要分量MY,est,1可以仅基于来自一个或多个传感器组中的次要传感器的次要传感器信号来估计。附加地或替代地，Mx,est,1可以基于来自一个或多个传感器组中的次要传感器的次要传感器信号来估计，和/或MY,est,1可以基于来自一个或多个传感器组中的主要传感器的主要传感器信号来估计。
第一估计位置处的弯矩Mest,1可以通过以下估计或给出：
Figure 296301DEST_PATH_IMAGE002
第一估计位置处的弯矩Mest,1可以通过以下估计或给出：
Figure 501017DEST_PATH_IMAGE003
其中αX和βY是用于对不垂直的第一轴线和第二轴线进行补偿的补偿系数。
风力涡轮机叶片可以包括位于距根端第二距离处的第二传感器位置的第二传感器组，例如用于测量第二弯矩。该传感器组可以包括用于测量主要分量的第二主要传感器和用于测量次要分量的第二次要传感器，其中位于横平面内的第二主要传感器轴线沿由第二主要传感器和弹性中心点限定的方向定向，并且位于横平面内的第二次要传感器轴线沿由第二次要传感器和弹性中心点限定的方向定向。第二主要传感器轴线和第二次要传感器轴线之间的角度可以介于从50°到130°的范围内，例如介于从85°到95°的范围内。第一主要传感器轴线和第一次要传感器轴线之间的角度可以是大约90°。
主要传感器，例如第一主要传感器和/或第二主要传感器，可例如设置在叶片的压力侧或吸力侧处，有利地设置在承载结构处或嵌入承载结构内，承载结构譬如为叶片壳体结构的主层压件。
次要传感器，例如第一次要传感器和/或第二次要传感器，可以例如设置在风力涡轮机叶片的前缘或后缘处。
将主要传感器和次要传感器分别定位在压力侧上和前缘处，可以便利应变式传感器的使用。一个或多个传感器，例如主要传感器和/或次要传感器，可以是应变式传感器。
一个或多个传感器，例如主要传感器和/或次要传感器，可以是光学传感器，譬如光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating)。
传感器中的至少一个可以嵌入叶片壳体内。一个或多个传感器可以附接到或安装在叶片壳体的内表面上。风力涡轮机叶片可以包括与壳体连接的梁，并且在这种示例中，传感器中的至少一个可安装在梁上。一个或多个传感器可以安装在壳体主体的主层压件上或嵌入壳体主体的主层压件内。
风力涡轮机叶片可以包括附接到壳体的腹板（web），并且传感器中至少一个可以安装在腹板上。
所述一个或多个传感器组，例如，第一传感器组，和/或第二传感器组，可以设置在风力涡轮机叶片的根部区域、过渡区域或者翼型区域内。
风力涡轮机叶片的传感器提供指示弯矩的传感器信号，例如呈指示被施加于传感器的应变/压力的应变/压力信号的形式。传感器的应变/压力信号可以通过利用传感器系统参数转换为弯矩或其分量，例如在风力涡轮机叶片校准和/或设计期间确定的传感器系统参数。
指示弯矩的传感器信号可以是来自位于光纤内的诸如光纤布拉格光栅等光学传感器的光学信号，其中传感器信号是具有依赖于被施加于传感器的应变而定的波长的反射光。传感器信号可以被馈给至读取单元，该读取单元例如位于风力涡轮机叶片中或风力涡轮机的轮毂中。读取单元可以配置为确定或获得一个或多个传感器信号的波长，并且将传感器信号的波长提供给叶片监控系统中的处理单元。读取单元可以是与传感器系统和叶片监控系统可连接的独立装置，以接收传感器信号，并且将经过处理的传感器信号发送到叶片监控系统。在一个或多个实施例中，读取单元可以嵌入叶片监控系统中，即，叶片监控系统包括读取单元，并且可通过接口的一个或多个传感器端口与传感器系统连接。
在传感器实施为光纤中的光纤布拉格光栅的一个或多个实施例中，传感器信号是具有波长λ11(第一主要传感器)、λ12（第一次要传感器）、λ21（第二主要传感器）、λ22（第二次要传感器）……λij的光学信号，其中i和j是用于传感器组及其传感器的标号。传感器信号可以以时间和/或频率/波长的形式多路输出。施加于传感器的应变和/或压力可以从传感器信号的波长获得。处理单元可以配置为从传感器信号获得弯矩和/或弯矩分量，例如，基于存储在记忆单元中的传感器系统参数来获得。
对于具有包括第二光学传感器纤维和跳接光纤的光学传感器系统的风力涡轮机，第二纤芯直径可以相同。传感器系统中的光径可以具有相同的直径，即该系统中的不同光纤可以具有相同的纤芯直径或模场直径。
第一光学传感器纤维可以包括第一主要传感器和可选的第二主要传感器，用于分别指示在距风力涡轮机叶片根端第一距离处的应变和可选地在距风力涡轮机叶片根端第二距离处的应变。
第二光学传感器纤维可以包括第一次要传感器和可选的第二次要传感器，用于分别指示在距风力涡轮机叶片根端第一距离处的应变和可选地在距风力涡轮机叶片根端第二距离处的应变。
标准跳接光纤具有9μm的纤芯直径。传感光纤典型地具有小于7μm的纤芯直径。第一光学传感器纤维和跳接光纤具有相同的纤芯直径提供了低衰减的光径，并且因此提供了具有低损耗的传感器系统。为了满足读取单元对传感器系统的要求、或为了减小对读取单元的要求，可以提供具有低损耗的光学传感器系统，例如小于3.5dB的光学传感器系统。
传感器系统可以包括多个具有相同跳接纤芯直径的跳接光纤。
传感器系统可以包括很多光纤，各光纤包括一个或多个传感器，所述很多光纤包括第三光纤和/或第四光纤。第三光纤可定位成平行和邻近风力涡轮机叶片中的第一光学传感器纤维，和/或第四光纤可定位成平行和邻近风力涡轮机叶片中的第二光学传感器纤维。超过两个的具有传感器的光纤可以容许对传感器系统进行简单修复。例如，如果第一光学传感器纤维损坏了，可以简单地将跳接光纤连接至第三光纤，且叶片监控系统配置为基于来自第二光纤和第三光纤中的传感器的传感器信号来估计弯矩，而不是基于来自第一光学传感器纤维和第二光学传感器纤维中的传感器的传感器信号来估计弯矩。
将一个或多个跳接线缆设置为与具有传感器的光纤相同纤芯直径，使叶片设计者具有了高自由度。
具有诸如小于7μm的相对小纤芯直径的光纤，可以优选用于在低的弯曲引起的损耗可为重要的风力涡轮机叶片中进行传感。因为为了便利于制造特定类型的光纤布拉格光栅（FBG）而期望高光敏性，因此可以使用4.2μm的纤芯直径。 
因此，第一纤芯直径、第二纤芯直径和/或跳接纤芯直径可以小于7μm，例如6.4μm、5.3μm或4.2μm。
第一和/或第二光学传感器纤维可以是具有1550nm的设计波长的单模纤维。
跳接光纤可以是具有1550nm设计波长的单模纤维。
在一个或多个实施例中，第一和第二光学传感器纤维和跳接光纤是具有6.4μm的MFD（模场直径）和80μm外径的光纤。
在一个或多个实施例中，第一和第二光学传感器纤维和跳接光纤是具有4.2μm的MFD和125μm外径的光纤。
光纤可以具有在介于从1350nm到1500nm范围内的截止波长。
光纤可以是SM1500（4.2/125）光纤。
传感器系统的传感器之间的距离可沿着传感器系统的光径为至少3m。特别地，为了能够在沿着风力涡轮机纵向轴线的距离处实现传感，第一主要传感器和第二主要传感器之间的距离可沿着第一光学传感器纤维为至少3m，例如，至少5m、至少8m。第一次要传感器和第二次要传感器之间的距离可沿着第二光学传感器纤维为至少3m，例如至少5m、至少8m。
至少3m的传感器间距离便利了传感器信号的时分多路传输。对光纤中传感器之间的距离进行选择，以将传感器布置在风力涡轮机叶片中的期望位置。
第一光学传感器纤维和第二光学传感器纤维可以主要地或至少部分地嵌入叶片壳体中。优选地，第一光学传感器纤维和/或第二光学传感器纤维的一端或多端设置有用于耦联或连接到跳接光纤、读取单元或其他具有传感器的光纤的连接器部。连接器部可以嵌入或容纳在一个或多个安装在叶片壳体上或模制进叶片壳体中的连接器盒内，从而容许容易地安装一个或多个跳接光纤。光纤端部处的连接器部提供了光纤的纤维纤芯的光学连接。
第一光学传感器纤维和第二光学传感器纤维可以至少部分地粘附或安装于叶片壳体。
该风力涡轮机叶片可以包括具有至少一个传感器端口的读取单元，该至少一个传感器端口包括第一传感器端口，第一传感器端口用于将诸如第一光学传感器纤维的传感器系统光学连接到读取单元。该读取单元可以配置为用于读取上述传感器系统中的光学传感器的传感器信号。该读取单元可以配置为获得指示风力涡轮机叶片中的传感器系统中的传感器上的应变的多个传感器信号。
该读取单元可以包括第二传感器端口，例如使得第二光学传感器纤维的第二端可以光学连接到用于读取传感器系统中的光学传感器的传感器信号的第二传感器端口。这种配置与第一光学传感器纤维的第二端和第二光学传感器纤维的第一端光学连接相结合，能够实现对传感器的监控，即使在由第一光学传感器纤维和第二光学传感器纤维形成的光径中的单个点处损坏时也是如此。
温度可以影响到传感器的操作和特性，即，来自光学传感器的传感器信号可依赖于温度而变化。对温度不敏感的弯矩确定方式可为受到期望的。
因此，传感器系统可以包括在第一光学传感器纤维中的第一温度传感器和/或在第二光学传感器纤维中的第二温度传感器。光纤的光纤布拉格光栅（FBG）可以设置在风力涡轮机叶片中，使得无应变或压力方面的变化施加于FBG。由此，FBG可以作用为温度传感器。
第一光学传感器纤维的第一纤芯直径可以等于第二光学传感器纤维的第二纤芯直径。
传感器系统可以包括具有第一、第二和第三端口的光束分离/结合单元，其中第一端口光学连接到第一光学传感器纤维的第一端，并且第二端口光学连接到第二光学传感器纤维的第二端，使得来自第一光学传感器纤维的传感器信号与来自第二光学传感器纤维的传感器信号在连接到读取单元的第三端口处结合。
处理单元可以配置为对温度变化进行补偿，即，弯矩的估计可以包括将补偿系数应用于传感器信号，所述补偿系数是基于来自第一温度传感器和/或第二温度传感器的一个或多个温度信号。
为了减少或消除雷击的破坏，光学传感器是优选的。
第一光学传感器纤维可以包括第一端连接器部和/或第二端连接器部，用于分别将第一端和第二端连接到读取单元、叶片监控系统和/或其他光纤。
第二光学传感器纤维可以包括第一端连接器部和/或第二端连接器部，用于分别将第一端和第二端连接到读取单元、叶片监控系统和/或其他光纤。
连接器部可以是E2000连接器。
在用于估计风力涡轮机叶片弯矩的方法中，假定在风力涡轮机叶片的尖端处弯矩为零，可以实施在第一估计位置处的弯矩估计。
第一传感器位置和第一估计位置之间的沿着纵向轴线的距离可以为至少1m，例如至少3m，优选地在从3m到大约12m的范围内。
在风力涡轮机操作期间，从涡轮机控制角度来看，关于风力涡轮机叶片上的载荷的信息可能是受到关注的。因此，关于风力涡轮机叶片的根部力矩的信息可为期望的参数。第一估计位置可为沿着纵向轴线的任何位置，例如在风力涡轮机叶片的根端处。
第一弯矩可以具有关于垂直于纵向轴线的第一轴线的主要分量和/或关于垂直于纵向轴线的第二轴线的次要分量。
该方法可以包括获得指示在沿着纵向轴线的第二传感器位置处的第二弯矩的第二传感器组信号，并且可以基于第二传感器组信号估计在第一估计位置处的弯矩。
在该方法中，第一传感器位置和第二传感器位置之间的沿着纵向轴线的距离可以是至少1m。
第二弯矩可以具有关于垂直于纵向轴线的第一轴线的主要分量和关于垂直于纵向轴线的第二轴线的次要分量。
第一轴线和第二轴线可互相垂直或形成夹角，例如最小角度可以介于从75°到约90°的范围内。
第一轴线可以垂直于主要传感器轴线。第二轴线可以垂直于次要传感器轴线。
在该方法及叶片监控系统中，估计弯矩可包括在沿着纵向轴线的第一估计位置和/或第二估计位置处，估计关于垂直于纵向轴线的第一轴线的主要分量MX,est和/或关于垂直于纵向轴线的第二轴线的次要分量MY,est。估计弯矩可以包括曲线拟合。
在该方法及叶片监控系统中，可以通过从尖端到第一传感器位置处使用第一逼近函数和从第一传感器位置到第一估计位置处使用第二逼近函数，估计第一估计位置处的弯矩Mest,1或其分量MX,est,1和/或MY,est,1。第二逼近函数可以基于第一逼近函数。不同的逼近函数可以被应用于主要和次要分量，即，第一和第二主要逼近函数可以被应用于主要分量，并且第一和第二次要逼近函数可以被应用于次要分量。
第一逼近函数可以从三次样条函数和多项式函数中选择。多项式函数可以是第一阶、第二阶、第三阶、第四阶或更高阶多项式函数。第二逼近函数可以是线性内插法。
第一传感器位置可以位于风力涡轮机叶片的过渡区域或翼型区域内。
该方法可以包括将估计弯矩或其分量传送至风力涡轮机的控制系统，所述控制系统例如为叶片监控系统、桨距控制系统、风力涡轮机控制器、风场控制器（wind park controller）、报警系统或其他类似的控制系统。
该叶片监控系统可以配置为用于执行本文所述方法的一个或多个部分或步骤。该叶片监控系统使施加于风力涡轮机的一个或多个风力涡轮机叶片的弯矩或其分量能够被确定或估计，例如在风力涡轮机操作期间。因此，该发明允许风力涡轮机的控制系统调整诸如变桨角等工作参数，以最优化风力涡轮机和风力涡轮机叶片的功率输出及寿命。         
该叶片监控系统可以包括连接到处理单元的记忆单元，该记忆单元配置为用于存储传感器系统的传感器系统参数。该处理单元可以配置为用来基于存储于记忆单元中的传感器系统参数估计弯矩，例如，在风力涡轮机叶片校准或制造期间获得的传感器系统参数。       
附图说明
通过以下参照附图对本发明示例性实施方式的详细描述，本领域技术人员将容易清楚本发明的上述以及其他特征及优点，其中：
图1 示出了风力涡轮机，
图2 示出了风力涡轮机叶片，
图3 是风力涡轮机叶片的横截面图，
图4 示出了风力涡轮机叶片的不同视图，
图5 是根据本发明的示例性方法的流程图，
图6 示出了风力涡轮机叶片的横截面图，
图7 示出了风力涡轮机叶片的横截面图，
图8 示出了风力涡轮机叶片的横截面图，
图9 示出了风力涡轮机叶片的横截面图，
图10 示出了风力涡轮机叶片的横截面图，
图11 示出了根据本发明的带有传感器系统的风力涡轮机叶片，
图12 示意性地示出了第一光学传感器纤维和跳接光纤，
图13 示出了叶片监控系统，
图14 示出了叶片监控系统，以及
图15 示出了用曲线拟合估计的弯矩。
具体实施方式
为了清楚起见，上述附图是示意性的和经过简化的，并且这些附图仅仅示出了对于理解本发明很重要的细节，同时将其他细节省去。所有附图中，相同或对应部件用相同的参考标号标示。
图1示出了根据所谓的“丹麦概念（Danish concept）”的常规的现代的逆风型风力涡轮机，其具有塔架4、机舱6和转子，转子具有大体水平的转子轴。转子包括轮毂8和从轮毂8沿径向延伸的三个叶片10，每个叶片具有离轮毂最近的叶根16和离轮毂8最远的叶尖14。转子具有用R表示的半径。
图2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、离轮毂最远的成型区域或翼型区域34、以及在根部区域30和翼型区域34之间的过渡区域32。叶片10包括前缘18和后缘20，当叶片安装在轮毂上时，前缘18面向叶片10的旋转方向，后缘20面向前缘18的相反方向。
翼型区域34（也称为成型区域）具有对于产生提升力而言的理想或几乎理想的叶片形状，然而，出于结构上的考虑，根部区域30具有大体圆形或者椭圆形的横截面，这例如使得将叶片10安装到轮毂上更为容易和安全。根部区域30的直径（或翼弦）可以沿着整个根部区域30恒定。过渡区域32具有从根部区域30的圆形或椭圆形形状向翼型区域34的翼型轮廓逐渐变化的过渡轮廓。过渡区域32的弦长典型地随着距轮毂的距离r的增加而增加。翼型区域34具有翼弦在叶片10的前缘18和后缘20之间延伸的翼型轮廓。位于翼型区域内的翼弦的宽度随着距轮毂的距离r的增加而减小。
叶片10的肩40被限定为叶片10具有其最大弦长的位置。肩40典型地设置在过渡区域32和翼型区域34之间的边界处。
叶片10沿着叶片的纵向轴线具有不同的翼型轮廓41、42、43、44、45以及46。
如图4所示，风力涡轮机叶片10包括至少一个传感器组，该至少一个传感器组包含沿纵向轴线定位于第一位置的第一传感器组。第一传感器组包括第一主要传感器47A、以及可选地包括第一次要传感器47B，第一主要传感器47A及第一次要传感器47B定位在距根端第一距离d1处。传感器47A和传感器47B可以沿纵向移动距离d1，12。距离d1，12可以小于1m。
可选地，风力涡轮机叶片10包括沿纵向轴线位于第二位置的第二传感器组。第二传感器组包括第二主要传感器48A、以及可选地包括第二次要传感器48B，第二主要传感器48A及第二次要传感器48B定位在距根端第二距离d2处。传感器48A和传感器48B可以沿纵向移动距离d2，12。距离d2，12可以小于1m。
在风力涡轮机叶片10中，传感器为光学传感器，该光学传感器呈具有嵌入风力涡轮机叶片的壳体内的光纤布拉格光栅的光纤的形式。风力涡轮机叶片的传感器可以是相同光纤的一部分、和/或由一个或多个光学连接器联接的不同光纤部分中的一部分。
应当注意的是，叶片的不同部分的翼弦通常不在同一平面内，这是由于叶片可以扭曲和/或弯曲（即预弯），因此给翼弦平面提供了相应的扭曲和/或弯曲路线，这在为了对依赖于从轮毂开始的半径的叶片局部速度补偿时经常是这样的情况。
以下表1示出了传感器位置（距根端的距离）的不同合适组合，可选地依赖于风力涡轮机叶片的长度而定。
Figure 699917DEST_PATH_IMAGE004
传感器位置的配置可以依赖于可用的传感器组的数量和估计位置而定。接近根端的传感器位置可以是期望的，然而因为受到来自变桨轴承的影响或噪音，因此过于接近根端的传感器位置是不期望的。
图3和图4绘示了参数，这些参数可以用来解释根据本发明的风力涡轮机叶片的几何结构。
图3示出了绘示有风力涡轮机典型叶片的翼型轮廓50的示意图，该翼型轮廓50通过多种参数来绘示，这些参数典型地用于限定翼型的几何形状。翼型轮廓50具有压力侧52和吸力侧54，压力侧52和吸力侧54在使用过程中——即在转子旋转过程中——通常分别面对迎风（或逆风）侧和背风（或下风）侧。翼型50具有在叶片前缘56和叶片后缘58之间延伸的弦长为c的翼弦60。翼型50具有厚度t，该厚度t被限定为压力侧52和吸力侧54之间的距离。翼型的厚度t沿着翼弦60变化。对于对称轮廓的偏差通过弧线62给出，弧线62为穿过翼型轮廓50的中线。通过从前缘56到后缘58作多个内切圆可以得到该中线。该中线依循这些内切圆的圆心，并且其相对于翼弦60的偏差或者距离称为弯度f。该不对称性也可以通过使用被称为上弯度（或吸力侧弯度）和下弯度（或压力侧弯度）的参数来限定，上弯度（或吸力侧弯度）和下弯度（或压力侧弯度）分别限定为翼弦60距吸力侧54的距离和翼弦60距压力侧52的距离。
翼型轮廓的特点通常通过下述参数来表述：弦长c；最大弯度f；最大弯度f的位置df；最大翼型厚度t，该厚度为沿着中弧线62的内切圆中的最大直径；最大厚度t的位置dt；以及翼尖半径（nose radius，未示出）。这些参数典型地限定为与弦长c的比率。因此，局部相对叶片厚度t/c作为局部最大厚度t与局部弦长c之间的比率给出。进一步地，最大压力侧弯度的位置dp可以作为设计参数使用，当然最大吸力侧弯度的位置也可以作为设计参数使用。
图4示出了叶片的其他几何参数。叶片具有叶片总长L。如图3所示，根端在r=0的位置，且尖端在r=L的位置。叶片的肩40在r=ds的位置，并具有肩宽度W，在肩40处肩宽度W等于弦长。根部的直径被限定为droot。叶片在过渡区域中的后缘的曲率可以通过两个参数来限定，即最小外曲率半径ro和最小内曲率半径ri，上述两者分别被限定为从外侧看（或从后缘后方看）时后缘的最小曲率半径和从内侧看（或从后缘前方看）时最小曲率半径。进一步地，叶片设置有预弯，预弯限定为Δy，其与从叶片的变桨轴线22偏斜的平面外偏斜度对应。
图5示出了根据本发明的一示例性方法。该方法100包括获得102第一传感器组信号，该第一传感器组信号指示沿风力涡轮机叶片纵向轴线的第一传感器位置处的第一弯矩。进一步地，该方法100包括基于第一传感器组信号估计104沿纵向轴线的第一估计位置处的弯矩，其中第一传感器位置沿纵向轴线不同于第一估计位置。该方法可用于本文所述的风力涡轮机叶片。可选地，该方法100包括获得106第二传感器组信号，该第二传感器组信号指示沿纵向轴线的第二传感器位置处的第二弯矩，以及基于第二传感器组信号估计104弯矩。传感器信号可以以串联和/或并联方式获得。
第一传感器组信号包括来自第一主要传感器（47A）的第一主要传感器信号和来自第一次要传感器（47B）的第一次要传感器信号。第一主要传感器信号指示第一弯矩的主要分量MX，1，并且第一次要传感器信号指示第一弯矩的次要分量MY，1。
图6和图7为示出了定位在风力涡轮机叶片上的传感器组的示例的横截面图。
在图6 中，风力涡轮机叶片10’包括第一传感器组，第一传感器组具有位于距根部第一距离d1处的第一主要传感器47A和第二主要传感器47B。第一主要传感器47A位于穿过叶片横截面（第一距离d1处的横平面）的弹性中心70延伸的第一主要传感器轴线74上。第一次要传感器47B位于穿过叶片横截面的弹性中心70延伸的第一次要传感器轴线76上。在图6中，弹性中心位于翼弦60上，并且因此主轴线72与翼弦60重合。两个传感器轴线74和76之间的角度α1为90°。主轴线72和第一主要传感器轴线74之间的角度β1为90°。
在图7中，风力涡轮机叶片10’’包括第一传感器组，第一传感器组具有位于距根部第一距离d1处的第一主要传感器47A和第二主要传感器47B。第一主要传感器47A位于穿过叶片横截面（位于第一距离d1处的横平面）的弹性中心70延伸的第一主要传感器轴线74上。第一次要传感器47B位于穿过叶片横截面的弹性中心70延伸的第一次要传感器轴线76上。在图7中，弹性中心位于翼弦60上，并且因此主轴线72与翼弦60重合。两个传感器轴线74和76之间的角度α1为90°。主轴线72和第一主要传感器轴线74之间的角度β1为75°。
在图6和图7中，传感器嵌入风力涡轮机叶片的壳体主体78中。
图8为示出了定位在风力涡轮机叶片上的传感器组的示例的横截面图。风力涡轮机叶片10’’’包括附连到壳体主体78的梁80，并且第二主要传感器47B在最接近前缘56处附连到梁80。
图9为示出了定位在风力涡轮机叶片上第一距离d1处的第一传感器组的示例的横截面图。风力涡轮机叶片包括壳体主体78，并且传感器47A、47B安装在壳体主体78的内表面上。传感器轴线74和76之间的角度α1为90°。
图10为示出了定位在风力涡轮机叶片上第二距离d2处的第二传感器组的示例的横截面图。风力涡轮机叶片包括壳体主体78，并且传感器48A，48B安装在壳体主体78的内表面上。传感器轴线74和76之间的角度α2为90°。
图11示出了风力涡轮机的一部分。风力涡轮机包括轮毂8，叶片在安装到轮毂8后，从轮毂8大体沿径向延伸，其中示出叶片的第一风力涡轮机叶片10。风力涡轮机叶片10包括具有光径的传感器系统82，所述光径包括第一光学传感器纤维84、第二光学传感器纤维86以及跳接光纤88。光学连接器90连接第一光学传感器纤维84和跳接光纤88，并且光学连接器90’连接第二光学传感器纤维86和跳接光纤88。光纤84、86、88为SM1500（4.2/125）光纤。第一光学传感器纤维包括呈光纤布拉格光栅形式的第一主要传感器47A和第二主要传感器48A、以及可选地还包括第一温度传感器98A。第二光学传感器纤维包括呈光纤布拉格光栅形式的第一次要传感器47B和第二次要传感器48B、以及可选地还包括第二温度传感器98B。第一光学传感器纤维84的第一端85和读取单元92连接，读取单元92用于从传感器系统82读取传感器信号。读取单元92通过数据电缆96将传感器信号的波长值提供给叶片监控系统94。叶片监控系统配置为用来基于传感器信号估计风力涡轮机叶片根端处的弯矩分量，以及配置为用来将估计出的弯矩传输至涡轮机控制器（未示出）。第一光学连接器84的第二端85’和跳接光纤88的第一端89在连接器或连接器组件90内光学连接。跳接光纤88的第二端89’和第二光学传感器纤维86的第一端87在连接器或连接器组件90’内光学连接。
图12示意性地示出了位于第一光学传感器纤维84和跳接纤维88之间的光学连接器或连接器组件90。第一光学传感器纤维84包括具有第一纤芯直径dcore,1的第一纤芯130。跳接光纤88包括具有跳接纤芯直径dcore,p =dcore,1 =4.2μm的跳接纤芯132 。纤维包层材料和板134、136保护纤芯130、131、132。第一光学传感器纤维84包括在第一端处（未示出）的第一端连接器部和在第二端85’处的第二端连接器部138（例如阴型E2000 连接器），并且跳接光纤包括用来连接第一光学传感器纤维84和跳接光纤88的第一端连接器部140（例如阳型E2000 连接器）。连接器组件90’以与由参考标号标示的连接器组件90相同的方法形成。
第二光学传感器纤维86包括具有第二纤芯直径dcore,2= dcore,p的第二纤芯131，其中第二光学传感器纤维从第一端延伸到第二端并且包括至少一个传感器。第二光学传感器纤维86包括在第一端87处的第一端连接器部138’（例如阴型E2000 连接器）和在第二端处的第二端连接器部（未示出），并且跳接光纤包括用来连接第二光学传感器纤维86和跳接光纤88的第二端连接器部140’（例如阳型 E2000 连接器）。
图13示意性地示出了叶片监控系统94。叶片监控系统94包括外壳95，外壳95用于容纳分别通过连接装置155、155’连接到接口152和记忆单元154的处理单元150。接口152包括第一连接器端口156和第二连接器端口158。第一连接器端口156配置用来连接到读取单元，该读取单元用来接收来自风力涡轮机叶片的传感器系统的传感器信号数据。第二连接器端口158配置用来连接到涡轮机控制器，以向涡轮机控制器传输和/或发送数据和/或控制/报警信号。
处理单元150配置用来通过第一连接器端口156接收第一传感器组信号，第一传感器组信号用于指示沿纵向轴线从根端延伸到尖端的风力涡轮机叶片的第一传感器位置处的第一弯矩。进一步地，处理单元150配置用来基于第一传感器组信号估计沿着纵向轴线的第一估计位置处的弯矩或弯矩分量，其中第一传感器位置沿着纵向轴线不同于第一估计位置。
图14示意性地示出了叶片监控系统94’，其中读取单元92集成于叶片监控系统中，并且通过连接装置155’’’连接到处理单元150。接口152包括第一连接器端口156，第一连接器端口156呈第一传感器端口160的形式，用于将诸如第一光学传感器纤维84的传感器系统连接（可选地通过跳接光纤）至叶片监控系统94’的读取单元92。
图15示意性地示出了在具有L=53.2 m的风力涡轮机叶片的根端处（第一估计位置）的弯矩的主要分量Mx,est,1的估计结果。第一距离d1是7 m，且第二距离d2是10.5 m。主要分量Mx,est,1是基于第一主要传感器信号S11和第二主要传感器信号S21来估计的，其中第一主要传感器信号S11来自d1处的第一主要传感器，第二主要传感器信号S21来自d2处的第二主要传感器。
已示出了，从第一主要传感器到风力涡轮机叶片的尖端使用三次样条函数，并且然后使用在第一距离处的弯矩的斜率或导数来对从d1到根端实行线性外插法可为优选的。尖端处的弯矩的斜率为0。进一步地，可以基于d1和d2处的弯矩来估计d1处的弯矩斜率，例如使用后向欧拉法来估计。第一传感器组和第二传感器组之间的大距离可能不是期望的。
如图15所示的估计包括下述步骤，其中利用了d1和d2处测得的弯矩分量：
—借助于使用两个测量点以及弯矩为0的尖端点的“合适（correct）”边界条件，第一三次样条函数被拟合用来执行风力涡轮机叶片端部附近处的点的内插法。此处的“合适”是指该区间两端处的一阶导数合适，
—通过对d1处的弯距（MX,1）和d2处的弯矩（MX,2）使用后向欧拉法来估计d1处的弯矩斜率，此d1处的弯距（MX,1）和d2处的弯矩（MX,2）通过对测得的传感器数据转换得到，并且此时尖端处的导数为0。所述三点，即d1，d2和尖端点，在附图15中被标注为点A。风力涡轮机叶片端部附近的内插点被标注为点B；
—然后，通过使用利用了点A和点B的“非扭结”（not-a-knot）方法，构建覆盖了从d1到尖端这一区间的第二样条函数；
—然后，通过线性外插法将第二样条函数延伸至根端，第二样条函数在d1到根端之间被标注为app. A’。
“非扭结”方法是指当从点的两边看时，在用于该插值的函数域里第二点及倒数第二点的求得三阶导数是相同的。
图15示出了对弯矩的估计。在图中，app.A’表示在d1=7m和d2=10.5m处的传感器位置，而app. B’表示在d1=7m和d2=20m处的传感器位置。正如图15中所见，app A’在根端附近提供了较优的主要分量估计结果，而app B’在距根端10m到50m之间这一段提供了较优的估计结果。
需要说明的是，除了附图所示的本发明的示例性实施例之外，本发明可以以不同的形式实施，而不应该理解为局限于本文所提出的实施例。更确切地，提供这些实施例是为了使得该公开内容充分完整，并且将本发明的构思完全传达给本领域技术人员。
参考标号列表
2  风力涡轮机
4  塔架
6  机舱
8  轮毂
10、10’、10’’、10’’’  风力涡轮机叶片
14  叶尖
16  叶根
18  前缘
20  后缘
22  变桨轴线
30  根部区域
32  过渡区域
34  翼型区域
40  肩
41、42、43、44、45、46  翼型轮廓
47A  第一主要传感器
47B  第一次要传感器
48A  第二主要传感器
48B  第二次要传感器
50  翼型轮廓
52  压力侧
54  吸力侧
56  前缘
58  后缘
60  翼弦
62  弧线/中线
70  弹性中心
72  主轴线
74  主要传感器轴线
76  次要传感器轴线
78  壳体主体
80  梁
82  传感器系统
84  第一光学传感器纤维
85  第一光学传感器纤维的第一端
85’  第一光学传感器纤维的第二端
86  第二光学传感器纤维
87  第二光学传感器纤维的第一端
87’  第二光学传感器纤维的第二端
88  跳接光纤
89  跳接光纤的第一端
89’  跳接光纤的第二端
90，90’  光学连接器
92  读取单元
94  叶片监控系统
94’  叶片监控系统
95  外壳
96  数据电缆
98A  第一温度传感器
98B  第二温度传感器
99  光束分离/结合单元
130  第一纤芯
131  第二纤芯
132  跳接纤芯
134  纤维包层材料和板
136  纤维包层材料和板
138  第一光学传感器纤维的第二端连接器部
138’  第二光学传感器纤维的第一端连接器部
140  跳接光纤的第一端连接器部
140’  跳接光纤的第二端连接器部
150  处理单元
152  接口
154  记忆单元
155、155’、155’’、155’’’、155’’’’  连接装置
156  第一连接器端口
158  第二连接器端口
160  传感器端口
c  弦长
dt  最大厚度位置
df  最大弯度位置
dp  最大压力侧弯度位置
ds  肩距离
droot  根部直径
f  弯度
L  叶片长度
P  功率输出
r  局部半径，距叶片根部的径向距离
t  厚度
vw  风速
θ  扭曲度，变桨角
Δy  预弯
α1  第一主要传感器轴线和第一次要传感器轴线之间的角度
α2  第二主要传感器轴线和第二次要传感器轴线之间的角度
β1  第一主要传感器轴线和主轴线之间的角度
β2  第二主要传感器轴线和主轴线之间的角度
dcore,1  第一纤芯直径
dcore,2  第二纤芯直径
dcore,ρ  跳接纤芯直径

Claims (13)

1.一种风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片沿着纵向轴线从根端延伸到尖端，并且在垂直于所述纵向轴线的横平面内延伸，所述横平面具有穿过弹性中心点延伸的主轴线，所述风力涡轮机叶片包括形成具有压力侧和吸力侧的成型轮廓的叶片壳体、以及具有翼弦的前缘和后缘，所述翼弦具有在所述前缘和所述后缘之间延伸的弦长，所述主轴线与所述翼弦平行，所述风力涡轮机叶片包括具有光径的传感器系统，所述光径包括第一光学传感器纤维、第二光学传感器纤维和跳接光纤，所述第一光学传感器纤维包括具有第一纤芯直径的第一纤芯，其中所述第一光学传感器纤维从第一端延伸到第二端，并且包括至少一个传感器，所述第二光学传感器纤维包括具有第二纤芯直径的第二纤芯，其中所述第二光学传感器纤维从第一端延伸到第二端，并且包括至少一个传感器，所述跳接光纤包括具有跳接纤芯直径的跳接纤芯，其中所述跳接光纤从第一端延伸到第二端，并且连接所述第一光学传感器纤维和所述第二光学传感器纤维，其中所述第一纤芯直径和所述跳接纤芯直径相同。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第二纤芯直径和所述跳接纤芯直径相同。
3.根据前述任一项权利要求所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一光学传感器纤维包括第一主要传感器和第二主要传感器，所述第一主要传感器和所述第二主要传感器用于分别指示在距风力涡轮机叶片根端的第一距离处和第二距离处的应变。
4.根据前述任一项权利要求所述的风力涡轮机叶片，其中，所述传感器系统包括位于第一光学传感器纤维中的第一温度传感器和位于第二光学传感器纤维中的第二温度传感器。
5.根据前述任一项权利要求所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第二光学传感器纤维包括第一次要传感器和第二次要传感器，所述第一次要传感器和所述第二次要传感器用于分别指示在距风力涡轮机叶片根端的第一距离处和第二距离处的应变。
6.根据前述任一项权利要求所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一纤芯直径小于7μm，例如6.4μm、5.3μm、或4.2μm。
7.根据前述任一项权利要求所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一和第二光学传感器纤维是具有1550nm设计波长的单模纤维。
8.根据前述任一项权利要求所述的风力涡轮机叶片，其中，所述传感器系统的传感器之间沿着所述传感器系统的光径的距离为至少3m。
9.根据前述任一项权利要求所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一光学传感器纤维和所述第二光学传感器纤维至少部分地嵌入所述叶片壳体中。
10.根据前述任一项权利要求所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一光学传感器纤维和所述第二光学传感器纤维至少部分地粘附或安装到所述叶片壳体。
11.根据前述任一项权利要求所述的风力涡轮机叶片，包括读取单元，所述读取单元包括至少一个传感器端口，所述至少一个传感器端口包括第一传感器端口，所述第一传感器端口用于光学连接所述传感器系统和所述读取单元，所述读取单元配置用于读取所述传感器系统中的光学传感器的传感器信号。
12.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片，其中，所述读取单元配置用于获得多个传感器信号，所述传感器信号指示位于所述风力涡轮机叶片中的传感器上的应变。
13.一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括多个风力涡轮机叶片，所述多个风力涡轮机叶片包括根据前述任一项权利要求所述的第一风力涡轮机叶片，其中所述风力涡轮机包括叶片监控系统，所述叶片监控系统配置为基于来自所述第一风力涡轮机叶片的所述传感器系统的传感器信号，估计所述第一风力涡轮机叶片的弯矩。
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