CN104303008A - 碰撞位置检测装置、风力发电装置及风力发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种碰撞位置检测装置(50)，该碰撞位置检测装置(50)具有：由碰撞产生电压的压电元件(51)，检测对所述压电元件(51)的碰撞产生的信号的信号检测单元，根据所述信号检测单元所检测的信号确定对压电元件的碰撞位置的处理单元。所述压电元件(51)是由细长的压电体(51b)、被层叠在所述压电体(51c)两面的导电体(51a，51c)和被覆在其外周的被覆体(51d)构成的细长压电元件(51)，检测从所述细长压电元件(51)的前端产生的前端信号和从所述细长压电元件(51)的后端产生的后端信号两方信号，能够确定碰撞位置。将该碰撞位置检测装置设置在风车的叶片上能够检测碰撞到叶片的鸟类的信息。

Description

碰撞位置检测装置、风力发电装置及风力发电系统
技术领域
本发明涉及一种碰撞位置检测装置、设置所述碰撞位置检测装置的风力发电装置及风力发电系统。
背景技术
在风力发电装置中，没有看到旋转叶片的鸟类碰撞到叶片上的事故时有发生。不仅对风力发电装置造成损坏，也发现了自然保护鸟类或候鸟碰撞到风力发电机的叶片而死亡的一些事例。但由于碰撞掉落的鸟类被附近动物吃掉的情况比较多，没有一种能够对鸟类碰撞的实况进行准确掌握的手段。另一方面，由于近年电力的不足，风力发电装置不仅在陆地上，而且也在海上推进建设，容易设在候鸟的飞行线路上，更加可能会导致鸟类的遭受伤害虑。然而，由于难以掌握实况故而很难采取有效的对策。
为了防止这种事故，已知的飞来物体检测装置从风力发电装置相离不同距离的位置上配设多个线传感器，该线传感器通过检测光从风力发电装置由远而近的被连续遮挡，以检测鸟类的接近(专利文献1)。
另外，还有如雷达，从风力发电装置发射电磁波捕捉从前方飞来物体或鸟类的反射以检测的方法。但是，系统复杂，价格高。而且，不能作为实际上是否发生了碰撞的明确数据。此外，还考虑过在风力发电装置的附近设置摄像机连续拍摄，对飞来物体通过图像处理技术进行处理的方法。但是，需要对庞大的摄影数据进行解析，系统复杂，且成本高。
另一方面，使用压电元件检测振动的装置已经存在(专利文献2)。专利文献2是，在基板上垂直的配设电缆状压电元件的振动检测传感器。所述电缆状压电元件由被配设在芯电极和其周围的压电体、配设在所述压电体周围的外侧电极和被覆所述外侧电极的被覆层构成。如果向所述电缆状压电子端部连接输出检测器，通过检测被施加弯曲载荷时的输出变化就能够检测振动。另外，所述压电元件的另一端，在所述芯电极的前端附近连接断线检测电阻，且在使芯电极的前端和所述外侧电极能够导通的状态下由导电树脂密封。
此外，还提供了一种在剖面为圆形的芯电极外周上被覆压电体，并在所述压电体被覆外电极的电缆状压力传感器，其特征在于，所述外电极由被间隔配设的2个外电极1和外电极2构成(专利文献3)。向外电极施加压力时在该部分引起电荷(Q)，该电荷被存储在芯电极和外电极的静电电容(C)，因此可以通过振动电压检测单元检测振动电压(Vd＝Q/C)。外电极1上被施加压力时通过振动电压检测单元1能够检测信号，外电极2上被施加电压时通过振动电压检测单元2能够检测信号。通过信号检测能够得知对电缆状压力传感器的外电极1、外电极2的哪个外电极上被施加了压力。
另外，还有在剖面为圆形的芯电极上分别被覆压电体、控制电阻被覆层、压阻膜层、导电体层以及外包覆层形成的传感器电缆(专利文献4)。在传感器电缆的两端测定导电体层和控制电阻被覆层之间的电阻和在芯电极和控制电阻被覆层之间的电压差，以检测电缆的变形。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2009-228554号公报；
专利文献2：JP特开2006-78393号公报；
专利文献3：JP特开2000-230872号公报；
专利文献4：US专利第6534999号说明书。
发明内容
专利文献1的飞来物体检测装置中，一方面会有误检测出鸟类以外的飞来物体例如塑料袋等的可能性，另一方面很难判断实际上是否碰撞，是否经过了风力发电装置的附近。特别是，大雪地带等，由于雪的影响很难准确地捕捉飞来的鸟类，存在能够观测的时间带和季节受限的问题。而且，获取图像的方式中，为了检测夜间飞来的物体需要配备使用红外线的影像系统等。
另外，还想到了在风车的叶片上配设碰撞检测单元的方法。所述专利文献2记载振动检测传感器虽然能够检测电缆状压电元件的振动，但是无法确定振动位置。所述专利文献3记载的电缆状压力传感器也相同，仅能够判断向外电极1和外电极2中的哪个外电极施加了压力，很难确定碰撞位置。而且，所述专利文献4所记载的传感器电缆是一种由控制电阻被覆层和压阻膜层层叠而成的特殊电缆，不容易获得，且电阻膜使信号容易衰减，不能够进行高敏感度的信号接收。
本发明是鉴于上述实际情况而提出的，其目的在于提供一种碰撞时能够简便地确定碰撞位置的碰撞位置检测装置。
进一步地，其目的在于提供一种配设这种碰撞位置检测装置，当鸟类向风车的叶片碰撞时能够确定碰撞位置的风力发电系统。
本发明者对由所述压电体、被层叠在压电体两面的导电体和被负载在这些外周的被覆体构成的细长压电元件详细研究的结果发现：当被施加碰撞等载荷时在所述导电体之间产生由于压电效果的电动势，基于所述电动势的电压信号从碰撞部分分别向压电元件的前端部和后端部传播，到各端部的传播时间与从碰撞部到端部的距离对应，因此如果检测出两端部的传播时间差就能够计算出与被施加碰撞的场所之间的距离，从而完成了本发明。
即本发明的碰撞位置检测装置包括：由碰撞产生电压的压电元件；检测对所述压电元件的碰撞所产生的信号的信号检测单元；根据所述信号检测单元所检测的信号确定对压电元件的碰撞位置的处理单元，所述压电元件为细长的压电元件，具有细长的压电体和传输所述压电体产生的信号的一对导电体，所述信号检测单元检测从所述细长压电元件的前端产生的前端信号和从所述细长压电元件的后端产生的后端信号两方信号，所述处理单元根据所述前端信号和后端信号之间的信号产生时间差确定压电元件的碰撞位置。
此外，本发明还提供所述处理单元根据所述前端信号和后端信号的信号强度评价碰撞强度的所述碰撞位置检测装置。
另外，本发明提供一种具有上述碰撞位置检测装置的风力发电装置，所述压电元件被配置在风车叶片内，通过所述信号检测单元及处理单元能够确定与叶片碰撞的碰撞物体的碰撞位置。
另外，本发明提供一种具有风力发电装置和接收装置的风力发电系统，其特征在于，所述接收装置包括：接收部、控制部和存储部，所述接收部接收从碰撞位置检测装置输出的信号信息，所述存储部保存所述接收部接收的信号信息和将所述信号信息和碰撞物体的种类相关联的信号-碰撞物体表，所述控制部对比被保存在所述存储部的所述信号信息和所述信号-碰撞物体表确定碰撞物体的种类。
此外，本发明提供进一步包括向所述碰撞物体照射激光的激光照射单元的风力发电系统。
此外，本发明提供进一步包括向所述碰撞物体产生声音的声音产生装置的风力发电系统。
本发明的碰撞位置检测装置以简便的结构能够检测碰撞的碰撞位置。
本发明的风力发电系统能够检测与风车的叶片碰撞的碰撞物体的位置。
附图说明
图1是说明本发明的碰撞位置检测装置所使用的压电元件的图；
图2是说明本发明的碰撞位置检测装置的示意图；
图3是本发明的碰撞位置检测装置所使用的压电元件的信号处理电路的时序图；
图4是为了说明本发明的风力发电系统的图；
图5是本发明的风力发电系统的示意图；
图6是表示本发明的风力发电系统的接收装置结构的框图；
图7是本发明的风力发电系统的接收装置的存储部中保存的信号-碰撞物体表；
图8是为了说明本发明的风力发电系统的图，表示具有圆筒状扩散器和激光照射装置以及声音产生装置的风力发电系统的图；
图9是表示本发明的风力发电系统中使用的接收装置结构的框图。
具体实施方式
本发明一方面提供一种碰撞位置检测装置，包括：由碰撞产生电压的压电元件，检测由对所述压电元件的碰撞产生的信号的信号检测单元，以及根据所述信号检测单元所检测的信号确定对压电元件的碰撞位置的处理单元，所述压电元件为细长的压电元件，具有细长的压电体和传输所述压电体产生的信号的一对导电体，所述信号检测单元检测从所述细长压电元件的前端产生的前端信号和从所述细长压电元件的后端产生的后端信号两方信号，所述处理单元根据所述前端信号和后端信号之间的信号产生时间差确定压电元件的碰撞位置。
本发明使用的压电元件51是具有细长的压电体和传输所述压电体产生的信号的一对导电体，进一步也能够由被覆体被覆其外周。被配设在所述压电体的一对导电体分别作为“电机”起作用。为方便起见，将碰撞物体碰撞侧的导电体称为外部导电体51c，另一导电体称为接地导电体51a。但是，也可以将一对电极的任一导电体称为外部导电体51c，另一导电体称为接地导电体51a。所述接地导电体51a和外部导电体51c不接触的被配设在压电体51b上。因此，如图1(a)所示，可在细长板状的压电体51b的两面分别层叠导电体51a和51c，进一步可以使用以保护层51d被覆其外周的结构等。压电体51b的形状不限于细长板状，例如也可以是电缆状。图1(b)中示出了电缆传感器状压电元件51的形态，接地导电体51a为电缆状，在其外周依次以同轴电缆状形成压电体51b、外部导电体51c和保护层51d。而且，外部导电体51c的形状不限于板状，也可以是被覆压电体51b的筒状或膜状。由此，在被绝缘层51e被覆的电缆状接地导电体51a上层叠或缠绕由外部导电体51c被覆的压电体51b，在其外周也可以由保护层51d进行被覆。图1(c)中示出了压电元件51，由绝缘层51e被覆的电缆状接地导电体51a上，缠绕由外部导电体51c被覆压电体51b的被覆压电体A，其外周以保护层51d被覆。
接地导电体51a和外部导电体51c采用能够作为电极功能的材料构成，优选为铜、锡、银、铝等金属，也可以使用在软铜线、镀锡软铜线、镀银软铜线、铜线上缠绕螺旋状银合金的结构。另外，压电体51b是被施加压力时产生电压的电介质。例如，可以使用聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯和其它树脂的混合物、偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物、其它高分子压电体；钛酸铅或锆酸铅、及其混晶的钛酸铅锆酸铅、将所述化合物添加到橡胶或树脂以及其他材料上所形成的复合体或压电陶瓷等。另外，作为绝缘层51e或保护层51d可以适当地使用聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等合成树脂。压电体、导电体和被覆体的形状除了板状以外还可以是箔状、薄膜状、电缆状、编织网络状等可根据最终的细长压电元件的形状适当的选择。例如，压电元件为同轴电缆状时，作为接地导电体51a可以适当地使用软铜线，以聚偏氟乙烯被覆所述软铜线作为压电体51b，以编织铜线被覆其外周作为外部导电体51c，也可以适当地使用以合成树脂膜被覆其外周作为保护层51d。外部导电体51c由软铜编织的铜线构成，能够确保碰撞后的恢复力。另外，作为保护层51d如果使用聚氯乙烯、聚乙烯，可以给予压电元件51柔软性，变得容易沿着曲面状设置。而且，由于具有适当的弹性，碰撞后短时间恢复形状。
进一步地，本发明所使用的压电元件51的截面积(保护层51d的内侧面积)优选为1～100mm2，更优选为2～70mm2。本发明中，虽然从压电元件51检测电压，但是没有必要取出大电流。在上述范围内将压电体51b的变厚可以确保信号强度，并且也可以为小型轻量化的配设容易进行。另外，压电元件51的长度优选为5～2000m，更优选为10～1500m。在该范围可以精确地检测碰撞位置。
本发明的碰撞位置检测装置从压电元件51检测信号。为方便起见，将所述压电元件51中的任一端称为前端，另一端称为后端。本发明的碰撞位置检测装置50的示意图如图2所示。压电元件51的所述前端的接地导电体51a和外部导电体51c经电缆52被连接到脉冲波形整形电路55。从压电元件51前端的信号被输入到脉冲波形整形电路55，接着由运算放大器56a被放大。从后端的信号也同样地，接地导电体51a和外部导电体51c经电缆52被连接到脉冲波形整形电路55，被输入到脉冲波形整形电路55的信号，由运算放大器56b被放大。
所述脉冲波形整形电路55具有整流二极管55a和平滑电容器55b，是将来自压电元件51的电流转换成整形后脉冲信号的电路，相当于本发明的信号检测单元。运算放大器56a、56b被电连接到微型计算机58。微型计算机58相当于处理单元，具有输入输出电路58a、CPU58b、存储部58c和计时电路58d。输入输出电路58a将从运算放大器56a、56b输入的模拟信号转换为数字信号，例如可以由将保存在存储部58c的运算结果等信息(电信号)输出到未图示的无线转换装置等的A/D转换器构成。CPU58b是根据存储部58c内的程序控制微型计算机58运作的中央处理装置。存储部58c是包括：用于暂时存储CPU58b计算结果等的RAM(Random Access Memory)和存储程序或数据的ROM(Read Only Memory)的存储器。计时电路58d是根据CPU58b的指示开始计时或终止的电路。
向压电元件51施加碰撞时，在接地导电体51a和外部导电体51c之间由压电效果产生电动势，基于所述电动势的电压信号，从碰撞部分别向压电元件51的前端和后端传播。由所述脉冲波形整形电路55检测出的来自压电元件51的前端和后端的电流峰值，具有与从碰撞部到各端部之间的距离相应的时间差。图3中，以横轴为时间轴，纵轴为电压轴，表示了来自压电元件51的前端的信号和后端的信号的电位变化。由于碰撞物体P对压电元件51的碰撞，在Ta时刻从前端接收到电位上升的信号，在Tb时刻从后端接收到电位上升的信号。各信号被运算放大器56a、56b波形整形后输入到微型计算机58。微型计算机58通过计时电路58d确定所述信号产生时刻Ta、Tb，通过CPU58b算出Ta-Tb的绝对值。从这些信息和压电元件51的信号传输速度可以计算碰撞位置。
例如，压电元件51的长度为50m，信号在200毫秒传遍压电元件51的全长时，如果|Ta-Tb|为0，则碰撞物体在压电元件51的大体中央，即可以计算出碰撞到了距离前端25m的位置发生了碰撞。另一方面，Ta＜Tb，|Ta-Tb|为200毫秒的情况下，可以计算出碰撞到了压电元件51的前端。
另外，可以在存储部58c预先保存表示Ta、Tb、|Ta-Tb|和压电元件51的碰撞位置之间关系的信号-碰撞位置表。计算Ta、Tb和|Ta-Tb|，并对照所述信号-碰撞位置表能够检测压电元件51的哪个位置发生了碰撞。此外，Vth表示运算放大器56a、56b的阈值，以运算放大器56a、56b的比较功能，可以对Vth以下的信号进行消除等设定，使得可以不检测一定以下的信号。
另外，所述信号的测量时，可在测量电路设置作为基准的时序产生电路，以将时序产生电路作为基准测量脉冲产生的时间，还可以将Ta时刻，Tb时刻的任一被输入的信号作为微型计算机58的中断信号进行输入，以此作为契机来测量|Ta-Tb|。根据本发明，压电元件51的长度在5m以上时，能够充分的测量两端的信号延迟差。
另外，Va表示前端信号的强度，Vb表示后端信号的强度，通过测量该信号强度可以得到碰撞的大小。在压电元件51内不发生信号衰减的情况下，Va和Vb值相同。另一方面，当衰减导致Va和Vb不同时，优选测量双方的值中并记录大的值。但是，也可以将Va和Vb双方都记录或者记录Va和Vb的平均值。
本发明的碰撞位置检测装置还可以从前端或后端输入信号到脉冲波形整形电路55的任意电缆52上包含平滑电容器55b。图2表示了，与压电元件51的前端的接地导电体51a连接设置的电缆的一部分配设有平滑电容器55b的实施例。通过配设平滑电容器55b可以将由压电元件51的碰撞信号输入到脉冲波形整形电路55的时间延迟数mSec到数十mSec的范围，即使使用处理速度慢的微型计算机58也可以计算出|Ta-Tb|，并且能够根据所述|Ta-Tb|确定压电元件51上的碰撞部。与光或激光反射的测量电路不同，不需要高速、精密的信号处理，可以由价格便宜的硬件结构实现本发明。另外，在保存所述信号-碰撞位置表的情况下，根据附加包含滤波电容器时的|Ta-Tb|，确定碰撞位置。
另外，测定的从压电元件51的前端的信号接收时刻Ta、从后端的信号接收时刻Tb、Va和Vb，计算的|Ta-Tb|、压电元件51的碰撞位置等信息被保存在存储部58c。
本发明的碰撞位置检测装置50由于使用细长压电元件51，通过将这种压电元件51围在从外部入侵的入侵者的入侵位置能够检测侵入场所，可以作为安全系统的一部分使用。以往，在围上电线的情况下，将电线切断作为信号接收或接收任一电线产生的电位变化，为了确定入侵部分需要配设多个电线。但是，本发明中使用电线状的压电元件通过评价其前端和后端的电位变化就能够确定碰撞位置，因此仅配设一根细长的压电元件51就能够确定入侵部分。
本发明的碰撞位置检测装置50通过使用所述细长压电元件51，电测该细长压电元件51上碰撞的碰撞力，能够确定碰撞位置。由于直接测定碰撞物体碰撞到压电元件51时的电压，所以能够抑制其他噪声的影响，灵敏度也很好。因此，例如对于具有移送大量流体等的管线的工厂等而言，将压电元件51沿着管线配设，伴随管线破损等产生的声音作为振动进行捕捉，从而能够确定破损部分。另一方面，通过以降低检测灵敏度的控制方式，使得对细微的振动检测不到，在深林或私人住宅等的地下埋设压电元件51，调整压电元件51只对被施加一定压力以上的情况下接收信号，还可以将信号检测作为害兽等入侵的检测。
此外，本发明的碰撞位置检测装置50为了检测压电元件51的切断状况，可以设置定期的向压电元件51给予微弱的震荡，并接收所产生的测试脉冲的结构。例如，向压电元件51发送测试脉冲，从末端部监控反射信号的水平，由此能够监视压电元件51劣化或切断的状况。发生腐蚀等劣化的情况下信号特征也会下降，如上所述可以简便的对压电元件51的状况进行监视。无法接收测试脉冲的情况下可以判断切断状态。
进一步地，本发明的碰撞位置检测装置50上还可以连接设置温度传感器或威胁音产生装置等。例如，配设温度传感器的情况下，感知碰撞和温度两方，容易检测管道内的火灾发生等，能够构建低价的火灾检测系统。此外，一并设置威胁音产生装置的情况下，例如以信号接收时作为能够确定害兽入侵的条件，在接收信号时可以产生威胁音。
本发明另一方面提供一种具有所述碰撞位置检测装置的风力发电装置，所述压电元件被配置在风车叶片内，风力发电装置通过所述信号检测单元及处理单元能够确定向叶片碰撞的碰撞物体的碰撞位置。另外，本发明再一方面提供一种具有所述风力发电装置和接收装置的风力发电系统，其特征在于，所述接收装置包括：接收部、控制部和存储部，所述接收部接收从碰撞位置检测装置输出的信号信息，所述存储部保存所述接收部接收的信号信息和将所述信号信息和碰撞物体的种类相关联的信号-碰撞物体表，所述控制部对比被保存在所述存储部的所述信号信息和所述信号-碰撞物体表确定碰撞物体的种类。
如图4所示，本发明实施例的风力发电系统100包括风力发电装置10和接收装置80，风力发电装置10由在地面G上设置的钢筋混凝土制的地基12上竖立的塔11、被设置在塔11上端部的机舱20和被支撑为能够围绕大致水平的横向旋转轴线周围旋转，且被设在机舱20前端部侧的轮毂30构成。如图5所示，所述风力发电装置10上配设有所述碰撞位置检测装置50。压电元件51配设在叶片40上，以检测作为碰撞物体的鸟类碰撞到叶片40时的电压，能够检测对叶片40的碰撞状态。
所述塔11例如是以钢等金属形成为筒状的。塔11的内部配设有不能够经受外部的风雨的电气设备等。机舱20形成为筒状，在其内部配设有用于提高速度的齿轮21和发电机22。
轮毂30具有多个(例如3个)沿着放射方向延伸的叶片40。叶片40是以能够传达由碰撞产生振动的具有既定硬度的材料，例如FRP(Fiber Reinforced Plastics)或纤维增强复合材料等形成为空心状。
轮毂30的机舱20侧上连接有向机舱20的内部延伸的转子轴23。转子轴23的另一端连接到机舱20内的用于提高速度的变速齿轮21上。变速齿轮21上连接有动力传递轴24。而且，动力传递轴24的另一端被连接到发电机22上。
如上所示结构的风力发电装置10中，风作用于叶片40旋转轮毂30时，轮毂30的旋转传达到转子轴23。接着，由转子轴23的旋转，旋转变速齿轮21，并经动力传递轴24驱动发电机22进行发电。所发电的电力通过未图示的电缆被送到塔11内部的电气设备。
另外，机舱20与叶片40一起能够在塔11的上端在水平方向上旋转，通过未图示的驱动装置和控制装置进行控制，使得经常指向上风方向，能够以良好的效率发电。
下面对检测向叶片40碰撞的碰撞物体的碰撞位置检测装置50进行说明。
本发明的风力发电装置10或风力发电系统100中使用的压电元件51，当压电体51b受到碰撞时，通过接地导电体51a和外部导电体51c之间的压电效果产生电压。此时产生的电压量最好是这样一个范围：重量为100g的物体从30cm高度落下到压电元件51时产生100～200V的电压。在这个范围内不会在风等弱碰撞的情况下产生电压，可以高精度的检测鸟类的碰撞。为了如上控制敏感度需要选择构成压电体的压电材料，特别是可以调整压电材料中聚偏氟乙烯或锆钛酸铅的含量，调整压电体的厚度等。另外，也可以从市场上的传感器电缆等中选择使用上述灵敏度的压电体。如果采用上述灵敏度，能够保证压电元件51的信号滤波器的功能，使得能够对轻微的振动产生低电压或基本上不产生电压，只对一定以上碰撞才反应。由此，沙子或灰尘等小碰撞所产生的信号被压电元件51的滤波器功能切断。另外，通过运算放大器56a、56b的比较功能切断Vth以下的信号，调整为不检测碰撞物体以外的小碰撞，以提高对鸟类碰撞的信号精度。对于Vth的设定可根据风力发电系统100的设置环境进行适当的选择。
如图5所示，碰撞位置检测装置50包括：压电元件51、由2个脉冲波形整形电路55构成的信号检测单元、微型计算机58构成的处理单元。叶片40前端侧的压电元件51的接地导电体51a和外部导电体51c分别连接到电缆52，信号从旋转线圈53a和固定线圈53b构成的第一旋转变压器53输入到脉冲波形整形电路55，接着，输入信号由运算放大器56a被放大。同样地，叶片40的轮毂30侧压电元件51的接地导电体51a和外部导电体51c分别连接到电缆52，信号从旋转线圈54a和固定线圈54b构成的第二旋转变压器54输入到脉冲波形整形电路55b，接着，输入信号由运算放大器56b被放大。
由运算放大器56a、56b放大的信号被输入到由微型计算机58构成的处理单元，如在所述碰撞位置检测装置50的说明，算出信号接收时刻Ta、Tb以及信号传输差|Ta-Tb|，并根据该数值确定压电元件51的碰撞位置，进而可以确定叶片40的碰撞位置。
另外，CPU58b将输入到微型计算机58的来自压电元件51的后端的信号和前端的信号中，由碰撞P产生从前端或后端被传输的信号中先到达的信号可以为第一碰撞信号，后到达的信号可以为第二信号。第一碰撞信号被输入时通过计时电路58d开始计时，检测后到达的第二碰撞信号为止的时间。此时，被设定为如果第二碰撞信号被输入，则停止由计时电路58d的计时。
另外，本发明中使用的压电元件51一般能够在150～300毫秒内将信号传输长度50m。由于该传输速度与激光等传输时间相比比较慢，|Ta-Tb|会比较大，因此可以高灵敏度的检测|Ta-Tb|。进一步地，如图5所示，通过在压电元件51的轮毂30侧的信号传输电路上配设平滑电容器55b，可以进一步增大信号差|Ta-Tb|。由此，可以使用通用计算机简便且廉价的结构实施本发明。此外，与图5不同也可以在压电元件51的叶片40前端侧的信号传达电路上配平滑电容器55b。
本发明中，配设将从微型计算机58输出的信号发送到接收装置80的无线转换装置59。接收装置80如图6所示，包括接收部81和控制部82。
所述接收部81中进行与无线转换装置59的传输方法对应的接受处理。例如，所述无线变换装置59可以使用由电池驱动的弱无线电模块形成的装置。
无线转换装置59由弱无线电模块形成的情况下可以进行扩展频谱通信。扩展频谱通信中，发送侧使用扩频码对载波进行调制(扩散)后发送，此时，将所述扩频码的相位偏移传输延迟时间以进行同步，并与接收信号相乘。接收侧中将所述扩频码偏移发送延迟时间进行逆扩散。为了在不清楚传输延迟时间的状态下成功接收信号，需要一点一点滑动扩频码的同时反复尝试解扩操作，例如可以采用这样的同步检测方法，作为给扩频码的偏移量，在每个执行步骤增加1个码片(扩展码的最小时间单元)，之后根据再现载波是否处于有效程度，来判断是否成功接收的同步检测方法。
另外，作为其他同步检测方法也可以采用利用所接收信号载波的相位变化点的方法。按时间顺序排列的相变点与预先建立的将1码片时间的扩频码反转的数据进行比较计算相变点和扩频码之间的偏差量(偏移量)的候补。以每个偏差量的候补求出的逆扩频码执行逆扩散进行解调是否成功的判断。通过该方法由以预先推定的逆扩频码进行逆扩散，因此可以高速的对接收信号进行同步。进一步地，由于按时间顺序排列的相变点与预先建立的将1码片时间的扩频码反转的数据进行比较，即使接收信号中包含因噪声产生的简短的相变点，也不会将该相变点作为以1码片时间的整数倍出现的相变点检测出来。因此，即使被配设到如风力发电装置等产生较大噪声的装置上也不会受到噪声的影响。
输入到微型计算机58的Ta、Tb、|Ta-Tb|、Va和Vb、碰撞位置等信息从无线转换装置59被发送，并被接收部81接收。
控制部82是根据保存在存储部83的程序控制接收装置80行为的中央处理装置。接收部81接收的所述信号信息保存在存储部83。
存储部83还保存压电元件51产生的信号信息和与所述信号信息对应的表示与碰撞物体之间相关的信号-碰撞物体表84。作为信号信息有测定电压或电压变化时间等信号强度，作为碰撞物体是鸟类名。信号-碰撞物体表84还可以包含季节或时间等事项。另外，优选地，对于风力发电装置10的配设地区分别制作信号-碰撞物体表84。那是因为，根据地区碰撞物体会存在差异。信号-碰撞物体表84的一个示例如图7所示。
如上所示结构的风力发电系统100如下所示的运作。
首先，如图4所述的风力发电装置10开始运行，当风撞击到叶片时，轮毂30以转子轴23为中心旋转。没能够看到高速旋转的叶片40的鸟类作为碰撞物体接近风力发电装置10并碰撞到叶片40。
由于鸟类碰撞到叶片40使压电元件51直接或间接的受到碰撞产生电压。而且，电流分别传播到压电元件51的前端和后端。另外，叶片40是以能够传达基于碰撞的振动而具有一定硬度的材料形成的，因此即使碰撞物体不直接碰撞到压电元件51，由叶片40的振动也能够使压电元件51产生电压。
到达压电元件51的端部的电流分别经电缆52传播到第一旋转变压器53和第二旋转变压器54，到达第一旋转变压器53和第二旋转变压器54的电流被脉冲波形整形电路55整形转换为脉冲信号。被脉冲波形整形电路55整形的脉冲信号分别被运算放大器56a、56b放大。
由运算放大器56a、56b放大的模拟信号信号输出到微型计算机58，接着，由微型计算机58的输入输出电路58a转换为数字信号。
微型计算机58如所述碰撞位置检测装置中所记载，测定来自压电元件51的前端的信号产生时刻Ta和来自后端的信号产生时刻Tb并保存，测定作为所述Ta和Tb的信号强度的Va和Vb并保存，计算Ta和Tb的绝对值，确定碰撞位置，并将这些信息保存在存储部58c。这些信息经无线转换装置59被发送到接收装置80。
在接收部81接收的信息解调后至少将与|Ta-Tb|相关的时间差信息A、与所述Ta或Tb中先产生的信号(第一碰撞信号)相关的碰撞信息B、与第一碰撞信号被输入的时间相关的时间信息C、与第一碰撞信号的信号强度相关的信号强度信息D、与碰撞位置的信息相关的碰撞位置信息E等保存到配设在控制部82的存储部83。也可以代替所述第一碰撞信号的各信息使用Ta以及Tb等信息。
控制部82对比预先保存在存储部83的信号-碰撞物体表84和，接收装置80接收的时间信息C、信号强度信息D，以确定碰撞物体。例如，所输入的时间信息C为1月，信号强度信息D为250V的情况下，控制部82参照信号-碰撞物体表84能够从中提取鸟名BBBB作为碰撞物体。此外，被输入的时间信息C为3月，信号强度信息D为350V的情况下，控制部82参照信号-碰撞物体表84能够从中提取鸟名DDDD作为碰撞物体。另外，信号-碰撞物体表84也可以更加详细的被分类。例如，0:00～6:00、6:00～12:00、12:00～18:00、18:00～24:00等，也可以对每个小时进行分类。鸟类的大小、飞来时间、季节等信息，通过鸟类研究一定程度上已被掌握，因此通过与这些信息的比较可以大体确定碰撞的鸟类。另外，接收装置80上配设显示装置的情况下，也可以根据上述碰撞位置信息E将碰撞物体碰撞到叶片40上的位置显示在显示装置上。进一步地，也可以在显示装置上显示所确定的碰撞物体的信息。本发明的风力发电系统100以简便的结构在运行中能够确定碰撞物体。
本发明中，通过合计从多个风力发电装置的碰撞数据可以在全球范围掌握碰撞到风力发电装置上的鸟类等的状况。基于该数据可以确定能够避免碰撞的风力发电装置的地理条件。从而，有助于环保。而且，本发明的系统由于不使用电磁波，因此不会影响到鸟类或附近居民，对环境的负担较小。
本发明的风力发电系统100利用保存在接收装置80的碰撞位置信息E能够采取针对碰撞物体的鸟类驱避手段，由此可以避免再次碰撞。例如，如图8所示，可以配设向碰撞物体照射激光的激光照射单元90、91或者，向碰撞物体产生声音的声音产生装置95、96等鸟类驱避单元。另外，为了增加向叶片40的风速，风力发电装置10可以在叶片40的周围具备圆筒状扩散器110。如图8中，表示了所述激光照射装置90在地面G上，激光照射装置91配设在扩散器110上的示例。此外，声音产生装置95、96是产生鸟不喜欢的声音的装置，图8中表示了声音产生装置95配设在在地面G上，声音产生装置96配设在扩散器110上的示例。所述激光照射装置90、91或声音产生装置95、96的控制不仅为ON-OFF控制，也可以控制激光照射装置90、91照射各种颜色或光量的激光，还可以根据碰撞的鸟类种类变更颜色或光量。进一步，可以从声音产生装置95、96产生各种频率或音量的声音，使避免飞来鸟类的碰撞。本发明不限于激光照射装置90、91也可以配设具有发光二极管的照明装置。
作为配设鸟类驱避单元的风力发电系统100例如图9所示，可以包含：在接收装置80上的接收部81和在控制部82上的发送部85。例如，当接收装置80上保存新的碰撞位置信息E时，设定为从控制部82向接收部85输出对激光照射装置90、91和/或声音产生装置95、96进行ON-OFF控制的操作信号。例如，鸟类碰撞到任意叶片40上时，由碰撞位置检测装置50确定Ta、Tb、|Ta-Tb|、碰撞位置信息，并保存在作为处理单元的微型计算机58的存储部58c。该信息经无线转换装置59发送到接收装置80，并保存到存储部83。碰撞位置信息E被新的碰撞更新时，从控制部82输出，面向碰撞位置使激光照射装置90、91和/或声音产生装置95、96为0N，经过既定时间后将这些装置返回OFF的操作信号。候鸟等鸟成群飞来的情况下，检测到最初的碰撞后采取鸟类驱避手段以避免新的碰撞。
本发明的风力发电系统100作为鸟类驱避手段将风力发电装置10的轮毂30以透明材料构成，轮毂30的内部收纳有投影机，可以从投影机向透明材料透射猛禽类的影像。猛禽类的影像被投影到轮毂30的表面，经透明材料可以从外部目视影像。靠近叶片40的鸟类看到从轮毂30投影的猛禽类影像，由此可以避免向轮毂30或叶片40接近。另外，影像不限于猛禽类，只要是能够驱避鸟类的接近的即可，可以使用广泛的对象。可以在接收装置80保存新的碰撞位置信息E的情况下，从控制部82向发送部85发送将影像投影既定时间的指示信息，以实施这种影像的投影。
由多个风力发电系统100构成风电场的情况下，配设在某个风力发电系统100上的碰撞位置检测装置50检测到鸟类的碰撞时，可以向其他风力发电系统100通知该信息，以停止这些风力发电系统100的叶片40旋转，或者对其他风力发电系统100的激光照射装置和声音产生装置进行ON-OFF控制。
本发明不限于上述实施例，可以进行各种变换以及应用。另外，上述实施例的各结构要素也可以自由的进行组合。
本发明是基于2012年5月1日申请的日本专利申请2012-104490号的发明。本发明说明书中将日本专利申请2012-104490号的说明书、权利要求、整个附图作为参考包含在内。
【标号说明】
10：风力发电装置
11：塔
12：地基
15：照明装置
20：机舱
21：变速齿轮
22：发电机
23：转子轴
24：动力传递轴
30：轮毂
40：叶片
50：碰撞位置检测装置
51：压电元件
51a：接地导电体
51b：压电体
51c：外部导电体
51d：保护层
51e：绝缘层
52：电缆
53：第一旋转变压器
53a：旋转线圈
53b：固定线圈
54：第二旋转变压器
54a：旋转线圈
54b：固定线圈
55：脉冲波形整形电路
55a：整流二极管
55b：平滑电容器
56a、56b：运算放大器
58：微型计算机
58a：输入输出电路
58b：CPU
58c：存储部
58d：计时电路
59：无线转换装置
80：接收装置
81：接收部
82：控制部
83：存储部
84：信号-碰撞物体表
85：发送部
90、91：激光照射装置
95、96：声音产生装置
100：风力发电系统
110：扩散器

Claims (6)

1.一种碰撞位置检测装置，包括：
由碰撞产生电压的压电元件；
检测对所述压电元件的碰撞产生的信号的信号检测单元；
根据所述信号检测单元所检测的信号确定对压电元件的碰撞位置的处理单元；
其特征在于，
所述压电元件为细长压电元件，具有细长的压电体和传输所述压电体产生的信号的一对导电体，
所述信号检测单元检测从所述细长压电元件的前端产生的前端信号和从所述细长压电元件的后端产生的后端信号两方信号，
所述处理单元根据所述前端信号和后端信号之间的信号产生时间差确定压电元件的碰撞位置。
2.如权利要求1所述的碰撞位置检测装置，其特征在于，所述处理单元还用于根据所述前端信号和后端信号的信号强度评价碰撞强度。
3.一种具有如权利要求1或2所述的碰撞位置检测装置的风力发电装置，其特征在于
所述压电元件被配置在风车叶片内，
通过所述信号检测单元及处理单元能够确定对叶片碰撞的碰撞物体的碰撞位置。
4.一种具有如权利要求3所述的风力发电装置和接收装置的风力发电系统，其特征在于，
所述接收装置包括：接收部、控制部和存储部，
所述接收部接收从碰撞位置检测装置输出的信号信息，
所述存储部保存所述接收部接收的信号信息以及将所述信号信息和碰撞物体的种类相关联的信号-碰撞物体表，
所述控制部对比被保存在所述存储部的所述信号信息和所述信号-碰撞物体表确定与叶片碰撞的碰撞物体的种类。
5.如权利要求4所述的风力发电系统，其特征在于，还包括：
向所述碰撞物体照射激光的激光照射单元。
6.如权利要求4或5所述的风力发电系统，其特征在于，还包括：
向所述碰撞物体产生声音的声音产生装置。
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