CN107701379B - 用于风力发电机组叶片的传感器标定方法和装置 - Google Patents

用于风力发电机组叶片的传感器标定方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN107701379B
CN107701379B CN201711070578.4A CN201711070578A CN107701379B CN 107701379 B CN107701379 B CN 107701379B CN 201711070578 A CN201711070578 A CN 201711070578A CN 107701379 B CN107701379 B CN 107701379B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sensor
torque
sectional
moment
flexure
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.)
Active
Application number
CN201711070578.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107701379A (zh
Inventor
管海芳
袁旭
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.)
Beijing Goldwind Science and Creation Windpower Equipment Co Ltd
Original Assignee
Beijing Goldwind Science and Creation Windpower Equipment Co Ltd
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 Beijing Goldwind Science and Creation Windpower Equipment Co Ltd filed Critical Beijing Goldwind Science and Creation Windpower Equipment Co Ltd
Priority to CN201711070578.4A priority Critical patent/CN107701379B/zh
Publication of CN107701379A publication Critical patent/CN107701379A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107701379B publication Critical patent/CN107701379B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • 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
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/0608—Rotors characterised by their aerodynamic shape
    • F03D1/0633—Rotors characterised by their aerodynamic shape of the blades
    • 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
    • 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)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

提供一种用于风力发电机组叶片的传感器标定方法和装置，所述传感器标定方法包括：在叶片沿长度方向的第一预定截面处设置传感器；在叶片沿长度方向的第二预定截面处施加载荷，并确定第一预定截面处所承载的力矩；获取所述传感器在确定的力矩下的输出值；基于获取的输出值和确定的力矩，确定所述传感器的输出值与第一预定截面处所承载的力矩之间的标定关系。采用本发明示例性实施例的用于风力发电机组叶片的传感器标定方法和装置，能够向叶片的第二预定截面处施加载荷，并确定叶片上设置的传感器的标定关系，以提高该传感器的输出值与第一预定截面处所承载的力矩之间的标定关系的精确性。

Description

用于风力发电机组叶片的传感器标定方法和装置
技术领域
本发明总体说来涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种用于风力发电机组叶片的传感器标定方法和装置。
背景技术
目前，对于风力发电机组，叶片上设置的弯矩传感器主要在风力发电机组上利用叶片的自重进行标定。一般是在现场组装完叶片之后，标定时选择风速较小的时候，认为风载对叶片弯矩的作用为零。但是这种弯矩传感器标定方式，由于是在现场进行标定，风载对于叶片的影响，尤其是对于大叶轮的风机的影响是无法忽略的。此外，对于叶片某些截面的弯矩(例如，靠近叶尖部位的截面)，在自重作用下这些截面上的弯矩较小，相比之下风载造成的弯矩占比会比叶根处更大，因此风载导致的误差也会比较大，特别是对于大叶轮的风力发电机组风载导致的误差更为明显。
此外，随着技术的发展，风机制造商已经意识到叶片的扭矩对风力发电机组的控制、载荷等各方面都存在一定的影响。为了加深对叶片扭矩的认识，并且在此基础上加强对风力发电机组的控制，叶片扭矩的测量需求应运而生。然而相较于叶片弯矩测量，叶片扭矩的测量难度较大，原因之一即是扭矩传感器的标定难度较大。在风力发电机组上，由于难以在叶片上施加已知的扭矩，因此难以进行扭矩传感器的标定。
发明内容
本发明的示例性实施例的目的在于提供一种用于风力发电机组叶片的传感器标定方法和装置。
根据本发明示例性实施例的一方面，提供一种用于风力发电机组叶片的传感器标定方法，所述传感器标定方法包括：在叶片沿长度方向的第一预定截面处设置传感器；在叶片沿长度方向的第二预定截面处施加载荷，并确定第一预定截面处所承载的力矩；获取所述传感器在确定的力矩下的输出值；基于获取的输出值和确定的力矩，确定所述传感器的输出值与第一预定截面处所承载的力矩之间的标定关系。
可选地，所述传感器可包括弯矩传感器和/或扭矩传感器，其中，当所述传感器包括弯矩传感器时，获取的输出值可包括弯矩传感器的输出值，确定的力矩可包括第一预定截面处所承载的弯矩，当所述传感器包括扭矩传感器时，获取的输出值可包括扭矩传感器的输出值，确定的力矩可包括第一预定截面处所承载的扭矩，当所述传感器包括弯矩传感器和扭矩传感器时，获取的输出值可包括弯矩传感器的输出值和扭矩传感器的输出值，确定的力矩可包括第一预定截面处所承载的弯矩和扭矩。
可选地，确定所述传感器的输出值与第一预定截面处所承载的力矩之间的标定关系的步骤可包括：当所述传感器包括弯矩传感器时，基于获取的弯矩传感器的输出值和确定的第一预定截面处所承载的弯矩确定所述弯矩传感器的输出值与第一预定截面处所承载的弯矩之间的标定关系，当所述传感器包括扭矩传感器时，基于获取的扭矩传感器的输出值和确定的第一预定截面处所承载的扭矩确定所述扭矩传感器的输出值与第一预定截面处所承载的扭矩之间的标定关系，当所述传感器包括弯矩传感器和扭矩传感器时，基于获取的弯矩传感器的输出值、获取的扭矩传感器的输出值和确定的第一预定截面处所承载的弯矩确定所述弯矩传感器的输出值、所述扭矩传感器的输出值与第一预定截面处所承载的弯矩之间的标定关系，和/或，基于获取的弯矩传感器的输出值、获取的扭矩传感器的输出值和确定的第一预定截面处所承载的扭矩确定所述弯矩传感器的输出值、所述扭矩传感器的输出值与第一预定截面处所承载的扭矩之间的标定关系。
可选地，所述弯矩传感器可包括至少两个弯矩传感器，所述至少两个弯矩传感器可设置在第一预定截面的叶片挥舞和叶片摆振方向上。
可选地，所述扭矩传感器可包括至少一个扭矩传感器，所述至少一个扭矩传感器可设置在第一预定截面处的任意位置。
可选地，确定第一预定截面处所承载的力矩的步骤可包括：基于施加的载荷、叶片自重来确定第一预定截面处所承载的力矩。
可选地，可在室内无风环境下执行所述传感器标定方法。
可选地，确定第一预定截面处所承载的力矩的步骤可包括：利用力加载装置对叶片的第二预定截面处施加拉力来在第二预定截面处施加载荷，通过改变施加拉力的方向或者通过将叶片旋转预定角度来改变叶片的第一预定截面处所承载的力矩的方向，和/或通过改变施加拉力的大小来改变叶片的第一预定截面处所承载的力矩的大小。
可选地，获取所述传感器在确定的力矩下的输出值的步骤可包括：根据不同方向和/或不同大小的多个力矩，获得所述传感器在所述多个力矩下对应的多个输出值，其中，确定所述传感器的输出值与第一预定截面处所承载的力矩之间的标定关系的步骤可包括：通过对确定的所述多个力矩和获取的所述多个输出值进行拟合，获得所述传感器的输出值与力矩之间的标定关系。
可选地，第一预定截面处所承载的力矩可包括弯矩和/或扭矩，其中，在叶片沿长度方向的第二预定截面处施加载荷的步骤可包括：在叶片的第二预定截面处设置夹具，在所述夹具上设置用于施加拉力的至少一个施力点，利用力加载装置对所述至少一个施力点施加拉力，以使第一预定截面处产生弯矩和/或扭矩。
可选地，所述传感器的输出值可包括波长值或电压值。
根据本发明示例性实施例的另一方面，提供一种用于风力发电机组叶片的传感器标定装置，其特征在于，所述传感器设置在叶片沿长度方向的第一预定截面处，所述传感器标定装置包括：力加载装置，用于在叶片沿长度方向的第二预定截面处施加载荷；处理器，被配置为：根据施加的载荷确定第一截面处所承载的力矩，获取所述传感器在确定的力矩下的输出值，基于获取的输出值和确定的力矩，确定所述传感器的输出值与第一预定截面处所承载的力矩之间的标定关系。
可选地，所述传感器标定装置可还包括：设置在叶片的第二预定截面处的夹具，在所述夹具上设置用于施加拉力的至少一个施力点，其中，所述力矩可包括弯矩或扭矩，力加载装置可通过对所述至少一个施力点施加拉力，使第一截面处产生弯矩和/或扭矩。
可选地，所述传感器标定装置可还包括：基础，用于与所述叶片的根部固定连接，以固定叶片，所述叶片的叶尖端悬空。
采用本发明示例性实施例的用于风力发电机组叶片的传感器标定方法和装置，能够向叶片的第二预定截面处施加载荷，并确定叶片上设置的传感器的标定关系，以提高该传感器的输出值与第一预定截面处所承载的力矩之间的标定关系的精确性。
附图说明
通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的详细描述，本发明示例性实施例的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其特征在于：
图1示出根据本发明示例性实施例的用于风力发电机组叶片的传感器标定装置的安装示意图；
图2示出根据本发明示例性实施例的用于风力发电机组叶片的传感器标定方法的流程图；
图3示出根据本发明示例性实施例的通过夹具向第一预定截面处施加弯矩的示意图；
图4示出根据本发明示例性实施例的通过夹具向第一预定截面处施加扭矩的示意图；
图5示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组叶片的截面示意图；
图6示出根据本发明示例性实施例的计算出的弯矩与实际加载的弯矩的对比示意图；
图7示出根据本发明示例性实施例的计算出的扭矩与实际加载的扭矩的对比示意图。
具体实施方式
现在，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例，其特征在于，一些示例性实施例在附图中示出。
根据本发明示例性实施例的用于风力发电机组叶片的传感器标定装置包括力加载装置和处理器。除此之外，用于风力发电机组叶片的传感器标定装置可还包括夹具和基础。
图1示出根据本发明示例性实施例的用于风力发电机组叶片的传感器标定装置的安装示意图。如图1所示，可在将叶片100进行组装前(优选地，针对独立叶片100)，在室内无风环境下将叶片100进行固定，例如，将叶片100的根部固定连接到基础200，此时叶片100的叶尖端悬空。在将叶片100通过上述方式固定之后再针对叶片100执行后续的传感器标定过程。
图2示出根据本发明示例性实施例的用于风力发电机组叶片的传感器标定方法的流程图。下面结合图1和图2来介绍对用于风力发电机组叶片的传感器的标定过程。
具体说来，参照图2，在步骤S10中，在叶片100沿长度方向的第一预定截面1处设置传感器A。
这里，IEC61400-13:2015的标准里面要求测量叶根载荷及叶中位置载荷(可指测量叶根及叶中位置处的弯矩或扭矩)。为此，在本发明示例性实施例中，在需测量叶根载荷时，可将传感器A设置在靠近叶根且避开应力集中或其他干扰因素的区域(例如，距离叶根0.8m～2m的位置处)。在测量叶中载荷时，标准上要求的距离叶根的距离为30％～50％叶片总长，在此范围内，传感器A的具体设置位置没有特别要求，本领域技术人员可以根据不同的叶片自行确定。当传感器A为多个传感器时，可将所述多个传感器安装在叶片100沿长度方向的同一个截面上(即，将所述多个传感器均设置在第一预定截面1处)。
这里，传感器A可包括弯矩传感器和/或扭矩传感器。
作为示例，弯矩传感器可包括至少两个弯矩传感器。
具体说来，在将叶片100按照图1所示的方式固定之后，可将所述至少两个弯矩传感器设置在叶片100的第一预定截面1处(例如，设置第一预定截面1的内表面上)。这里，所述至少两个弯矩传感器可设置在第一预定截面1处的任意位置。优选地，所述至少两个弯矩传感器可设置在第一预定截面1的叶片挥舞方向和叶片摆振方向上。作为示例，当所述至少两个弯矩传感器包括两个弯矩传感器时，优选地可将两个弯矩传感器分别设置在第一预定截面1的叶片挥舞方向和叶片摆振方向上，当所述至少两个弯矩传感器包括三个弯矩传感器时，优选地可将三个弯矩传感器以120°为间隔设置在第一预定截面1处，本发明在此不一一列举。应理解，在本发明示例性实施例中，如果弯矩传感器在第一预定截面1处的设置位置与叶片挥舞方向或叶片摆振方向之间的夹角在预设角度范围内，则可认为该弯矩传感器设置在了第一预定截面1的叶片挥舞方向或叶片摆振方向上。
作为示例，扭矩传感器可包括至少一个扭矩传感器。
具体说来，在将叶片100按照图1所示的方式固定之后，可将所述至少一个扭矩传感器设置在第一预定截面1处的任意位置。这里，可在第一预定截面1处的任意位置扭矩传感器，是由于一个沿长度方向的截面上任意位置处的扭矩均是相同的。
应理解，弯矩传感器和扭矩传感器可为现有的各种类型的用于测量弯矩或扭矩的传感器，包括但不限于应变片传感器和光纤传感器。
在步骤S20中，力加载装置在叶片100沿长度方向的第二预定截面2处施加载荷，并确定第一预定截面1处所承载的力矩。
这里，在施加载荷前可利用现有的各种方法确定叶片100上用于施加载荷的第二预定截面2的位置。优选地，第一预定截面1与第二预定截面2之间的距离越大，在施加相同载荷的情况下，第一预定截面1处所承载的力矩越大，后续确定的传感器A的标定关系越准确。
这里，可基于施加的载荷来确定第一预定截面1处所承载的力矩，或者也可基于施加的载荷、叶片自重来确定所述力矩。
第一预定截面1处所承载的力矩的方向和/或大小可通过下述方式进行改变：利用力加载装置对叶片的第二预定截面处施加拉力来在第二预定截面处施加载荷，通过改变施加拉力的方向或者通过将叶片旋转预定角度来改变叶片的第一预定截面处所承载的力矩的方向，和/或通过改变施加拉力的大小来改变叶片的第一预定截面处所承载的力矩的大小。
在本发明示例性实施例中，优选地，在确定出叶片100上用于施加载荷的第二预定截面2之后，可根据第二预定截面2的尺寸和形状制作与第二预定截面2匹配的夹具B，夹具B用于夹持叶片100的第二预定截面2，在夹具B上设置用于施加拉力的至少一个施力点，力加载装通过对所述至少一个施力点施加拉力来在第二预定截面2处施加载荷，以使第一预定截面1处产生力矩。
作为示例，所述至少一个施力点可设置在以下位置中的至少一个位置处：夹具B夹持叶片100时处于夹具B叶片背风面一侧的侧表面上、处于夹具B叶片迎风面一侧的侧表面上、处于夹具B叶片前缘一侧的侧表面上、处于夹具B叶片后缘一侧的侧表面上。
这里，基于第一预定截面1处所承载的力矩可包括弯矩和/或扭矩。在此情况下，力加载装置在第二预定截面2处施加载荷以使第一预定截面1处产生弯矩或扭矩的过程可为：力加载装置可通过对设置在上述位置处的至少一个施力点施加拉力来使第一预定截面1处产生弯矩，力加载装置可通过对设置在上述位置中彼此背对的两个侧表面上的两个施力点施加方向相反大小相等的拉力来使第一预定截面1处产生扭矩。
下面参照图3来详细介绍力加载装置通过对夹具B上设置的至少一个施力点施加拉力来在叶片100的第二预定截面2处施加载荷，以使第一预定截面1处产生弯矩的过程。
图3示出根据本发明示例性实施例的通过夹具向第一预定截面处施加弯矩的示意图。应理解，图3所示的夹具结构仅为示例，本发明不限于此，本领域技术人员可采用各种结构或形状的夹具对叶片100的第二预定截面2进行夹持，以使力加载装置通过对夹具上设置的至少一个施力点施加拉力来使第一预定截面1处产生弯矩。
具体说来，如图3所示，夹具B可包括第一夹持件C1和第二夹持件C2，第一夹持件C1的第一侧表面内凹形成第一夹持部E1，第二夹持件C2的第一侧表面内凹形成第二夹持部E2，第一夹持部E1与第二夹持部E2共同形成第二预定截面2的形状，以通过夹具B的第一夹持部E1与第二夹持部E2对叶片100的第二预定截面2进行夹持。
在本示例中，以在夹具B上设置四个施力点为例，可在第一夹持件E1的与第一夹持件E1的第一侧表面背对的第二侧表面上形成有第一吊耳G1和第二吊耳G2，分别设置在第一夹持件的第二侧表面上靠近叶片前缘一侧和后缘一侧。可在第二夹持件E2的与第二夹持件E2的第一侧表面背对的第二侧表面上形成有第三吊耳G3和第四吊耳G4，分别设置在第二夹持件的第二侧表面上靠近叶片前缘一侧和后缘一侧。这里，将上述四个吊耳作为四个施力点，第一吊耳G1与第二吊耳G2之间的距离同第三吊耳G3与第四吊耳G4之间的距离相同，这里用L2表示。
在此情况下，根据本发明示例性实施例的用于风力发电机组叶片的传感器标定装置可还包括：连接件K，用于将相邻吊耳(如，第一吊耳和第二吊耳、第二吊耳与第三吊耳、第三吊耳和第四吊耳、第四吊耳和第一吊耳)与力加载装置连接。作为示例，连接件K可包括钢丝，但本发明不限于此，还可通过其他连接部件来将吊耳与力加载装置进行连接。
以图3为例，对叶片100第二预定截面2处施加载荷的过程可为：力加载装置通过连接件K对与连接件K相连的吊耳(如图所示的第一吊耳G1和第二吊耳G2)施加拉力F来在叶片100的第二预定截面2处施加载荷，以使第一预定截面1处产生弯矩。
具体说来，可通过钢丝将第一夹持件C1的两个吊耳连接到力加载装置，力加载装置对所述两个吊耳施加的拉力作用在夹具B的中间位置，从而作用在叶片100的第二预定截面2处。为了使第一预定截面1处所承载的叶片挥舞和摆振方向的弯矩范围尽量大，优选地，可分别沿着叶片挥舞和摆振的正负方向施加拉力。具体操作时可以根据标定场所的实际情况，如果拉力方向不容易改变，则可选择改变叶片的固定方向，例如保证拉力始终为水平向上，依次将叶片100调整为背风面朝上、前缘朝上、迎风面朝上和后缘朝上，如此可以实现叶片100在挥舞和摆振两个方向的弯矩都有正值也有负值。
在一个示例中，可基于施加的载荷和叶片自重来确定第一预定截面1处所承载的弯矩。
在此情况下，可先基于施加载荷确定的第一预定截面1处所承载的外加力矩，所述弯矩为所述外加力矩与叶片自重之和。应理解，当在叶片100的第二预定截面处设置夹具B时，所述弯矩为所述外加力矩、叶片自重与夹具重量之和。
作为示例，所述外加力矩为施加载荷的载荷值与第二预定截面2和第一预定截面1之间的距离L1的乘积。
例如，可通过下面的公式来计算外加力矩：
M′＝F1·L1(1)
公式(1)中，M′表示第一预定截面处所承载的外加力矩，F1为力加载装置施加载荷的载荷值，L1表示第二预定截面和第一预定截面之间的距离。
优选地，根据本发明示例性实施例的传感器标定装置可还包括力传感器，用于测量力加载装置施加的载荷的载荷值。即，F1的值可通过力传感器测量获得。
在另一示例中，可仅基于施加的载荷来确定第一预定截面1处所承载的弯矩。此时，所述弯矩为上述的外加力矩。
下面参照图4来详细介绍力加载装置通过对夹具B上彼此背对的两个侧表面上的两个施力点施加方向相反大小相等的拉力来使第一预定截面1处产生扭矩的过程。
图4示出根据本发明示例性实施例的通过夹具向第一预定截面处施加扭矩的示意图。这里，在图4所示示例中的夹具结构与图3所示的夹具结构相同，本发明对此不再赘述。应理解，本领域技术人员可采用各种结构或形状的夹具对叶片100的第二预定截面2进行夹持，以使力加载装置通过对夹具上设置的两个施力点施加方向相反大小相等的拉力来使第一预定截面1处产生扭矩。
如图4所示，在本示例中，力加载装置可包括第一力加载装置和第二力加载装置，连接件K可包括第一连接件K1和第二连接件K2。
具体说来，可通过第一连接件K1将夹具B上的任一吊耳连接到第一力加载装置，第一力加载装置通过第一连接件对与第一连接件连接的所述任一吊耳施加拉力F。通过第二连接件K2将处于所述任一吊耳对角方向的吊耳连接到第二力加载装置，第二力加载装置通过第二连接件K2对与第二连接件K2连接的所述对角方向的吊耳施加拉力F，第一力加载装置和第二力加载装置施加的拉力的方向相反大小相同，以使第一预定截面1处产生扭矩。
如图4所示，可选择对角方向上的两个吊耳施加拉力，如左上和右下，或左下和右上等。例如，可对左上方的第一吊耳G1施加竖直向上的拉力，对右下方的第四吊耳G4施加向下的拉力，两边的拉力的大小相同，以使第一预定截面1处产生扭矩。
在此情况下，第一预定截面1处所承载的扭矩可为第一力加载装置或第二力加载装置产生的载荷的载荷值与夹具B上第一吊耳与第二吊耳之间的距离(或第三吊耳与第四吊耳之间的距离)的乘积。
例如，可通过下面的公式来计算扭矩：
T＝F2·L2 (2)
公式(4)中，T为第一预定截面1处所承载的扭矩，F2为第一力加载装置或第二力加载装置施加的载荷的载荷值，L2为第一吊耳与第二吊耳之间的距离或第三吊耳与第四吊耳之间的距离。这里，F2的值可通过力传感器测量获得，例如，力传感器可测量第一力加载装置或第二力加载装置产生的载荷的载荷值。优选地，在计算第一预定截面1处所承载的扭矩时，可仅考虑所施加的载荷，忽略叶片自重和夹具重量对扭矩带来的影响。
返回图2，在步骤S30中，处理器获取传感器A在确定的第一预定截面1处所承载的力矩下的输出值。
在步骤S40中，处理器基于获取的传感器A的输出值和确定的第一预定截面1处所承载的力矩，确定传感器A的输出值与第一预定截面1处所承载的力矩之间的标定关系。
例如，在步骤S30中可根据不同方向和/或不同大小的多个力矩，获取传感器A在所述多个力矩下对应的多个输出值，在此情况下，在步骤S40中处理器可通过对确定的所述多个力矩和获取的所述多个输出值进行拟合，获得传感器A的标定关系。这里，可利用现有的各种拟合方法来确定传感器的标定关系，作为示例，可利用线性拟合、线性回归法、最小二乘法迭代等来确定传感器的标定关系。
具体说来，当所述传感器包括弯矩传感器时，处理器获取的输出值包括弯矩传感器的输出值，确定的第一预定截面处所承载的力矩包括第一预定截面处所承载的弯矩，在此情况下，可基于获取的弯矩传感器的输出值和确定的第一预定截面处所承载的弯矩确定弯矩传感器的输出值与第一预定截面处所承载的弯矩之间的标定关系。
当所述传感器包括扭矩传感器时，处理器获取的输出值包括扭矩传感器的输出值，确定的第一预定截面处所承载的力矩包括第一预定截面处所承载的扭矩，在此情况下，可基于获取的扭矩传感器的输出值和确定的第一预定截面处所承载的扭矩确定所述扭矩传感器的输出值与第一预定截面处所承载的扭矩之间的标定关系。
当所述传感器包括弯矩传感器和扭矩传感器时，获取的输出值包括弯矩传感器的输出值和扭矩传感器的输出值，确定的力矩包括第一预定截面处所承载的弯矩和扭矩，在此情况下，可基于获取的弯矩传感器的输出值、获取的扭矩传感器的输出值和确定的第一预定截面处所承载的弯矩确定所述弯矩传感器的输出值、所述扭矩传感器的输出值与第一预定截面处所承载的弯矩之间的标定关系，和/或，可基于获取的弯矩传感器的输出值、获取的扭矩传感器的输出值和确定的第一预定截面处所承载的扭矩确定所述弯矩传感器的输出值、所述扭矩传感器的输出值与第一预定截面处所承载的扭矩之间的标定关系。
应理解，优选地，在本发明示例性实施例中，在确定弯矩时考虑到弯矩传感器和扭矩传感器的输出，这是由于叶片结构不是完全对称的，在使第一预定截面1处产生弯矩时不可避免地也会在第一预定截面1处产生一部分扭矩，因此基于获取的弯矩传感器的输出值、扭矩传感器的输出值和确定的第一预定截面处所承载的弯矩所确定的弯矩传感器的输出值、扭矩传感器的输出值与第一预定截面处所承载的弯矩之间的标定关系更为准确。相应地，在确定扭矩时也可考虑弯矩传感器的输出值，因为在使第一预定截面1处产生扭矩时不可避免地也会在第一预定截面1处产生一部分弯矩，因此基于获取的弯矩传感器的输出值、扭矩传感器的输出值和确定的第一预定截面处所承载的弯矩所确定的弯矩传感器的输出值、扭矩传感器的输出值与第一预定截面处所承载的扭矩之间的标定关系会更为准确。
这里，作为示例，可利用下面的公式来表示传感器的输出值与第一预定截面处所承载的力矩的标定关系：
公式(3)中，y表示第一预定截面1处所承载的力矩(即，摆振方向的弯矩、挥舞方向的弯矩、扭矩)，xi为传感器第i个输出通道的输出值，ai表示与第i个输出通道对应的系数，b为标定参数，1≤i≤n，n为传感器的输出通道的数量。
在通过上述方式计算出第一预定截面1处所承载的弯矩或扭矩后，结合传感器的输出值求取公式(3)中的ai与b的值，从而确定出传感器的输出值与第一预定截面处所承载的力矩的标定关系。当后续需要测量叶片100第一预定截面1处的弯矩或扭矩时，可根据设置在第一预定截面1处的传感器的输出值和上述ai与b的值，通过公式(3)来获得第一预定截面1处的弯矩或扭矩。
应理解，弯矩传感器和扭矩传感器的输出信号的类型以及输出通道的数量根据传感器类型和安装方式的不同而不同。例如，对于应变片传感器其输出值可为电压值，对于光纤传感器其输出值可为波长值。对弯矩传感器进行标定时，就是将电压值或波长值转换成弯矩，对扭矩传感器进行标定时，就是将电压值或者波长值转换成扭矩。
下面以图5为例，来介绍根据本发明示例性实施例的传感器标定方法和装置确定弯矩传感器和扭矩传感器的标定关系的具体实施过程。
图5示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组叶片的截面示意图。图5中V1表示叶片前缘，V2表示叶片后缘，曲线1表示叶片尖部的截面，曲线2表示叶片根部的截面，曲线3表示叶片中部的截面。
在本示例中，以在叶片根部第一预定截面处的挥舞方向F(flapwise)和摆振方向E(edgewise)分别设置两个弯矩传感器，在叶片第一预定截面处设置两个扭矩传感器为例进行介绍。
例如，以光纤传感器为例，如图5所示，标定弯矩传感器时优选地可安装四个弯矩传感器，在第一预定截面处每隔90°安装一个且分别设置在叶片挥舞和叶片摆振方向上，如图5中的B1-B4所示。同时，在第一预定截面处可安装两个扭矩传感器，两个扭矩传感器相隔180°，设置位置可任意，如图5中的T1和T2所示。根据光纤传感器的特点，在该截面上可以输出8组波长信号(即，四个弯矩传感器B1-B4有四路输出，两个扭矩传感器T1和T2也有四路输出)。这里，参照公式(3)所示的传感器标定关系，根据8组波长信号、第一预定截面处所承载的弯矩、扭矩可得到如下一组公式：
Medge＝a1λB,1+a2λB,2+a3λB,3+a4λB,4+a5λT,1+a6λT,2+a7λT,3+a8λT,4+a9 (4)
Mflap＝b1λB,1+b2λB,2+b3λB,3+b4λB,4+b5λT,1+b6λT,2+b7λT,3+b8λT,4+b9 (5)
T＝c1λB,1+c2λB,2+c3λB,3+c4λB,4+c5λT,1+c6λT,2+c7λT,3+c8λT,4+c9 (6)
公式(4)-(6)中，Medge、Mflap和T分别表示叶片第一预定截面处所承载的摆振方向的弯矩、叶片挥舞方向的弯矩和扭矩，λB,1、λB,2、λB,3和λB,4分别表示四个弯矩传感器输出的波长值，λT,1、λT,2、λT,3和λT,4分别表示两个扭矩传感器输出的波长值。在计算得到上述各参量ai、bi、ci的值之后，即确定出弯矩传感器的输出值、扭矩传感器的输出值与第一预定截面处所承载的摆振方向的弯矩、挥舞方向的弯矩时或扭矩之间的标定关系。
优选地，在本示例示出的上述标定过程中，计算摆振方向或挥舞方向的弯矩时考虑到扭矩传感器的输出，计算扭矩时考虑到弯矩传感器的输出，从而提高了确定出的标定关系的准确性。但本发明不限于此，假如在第一预定截面处仅设置了四个弯矩传感器，则只需要得到叶片摆振方向的弯矩和挥舞方向的弯矩以及四个弯矩传感器输出的4组波长值之间的标定关系即可，本发明示例性实施例所述的传感器标定方法仍然适用。
应理解，图5所示的在叶片第一预定截面处设置的弯矩传感器和扭矩传感器的数量、弯矩传感器和扭矩传感器输出通道的数量、弯矩传感器和扭矩传感器的设置位置、弯矩传感器和扭矩传感器的类型仅为示例，本发明对被标定传感器的类型、传感器在叶片上的设置位置、安装角度、传感器输出通道的数量不做限定，本领域技术人员可根据实际需要来进行选择。
在通过上述标定方法和标定装置获得传感器的标定关系之后，可将根据该标定关系计算得到的弯矩或扭矩与第一预定截面处实际所承载的弯矩或扭矩进行对比，从而验证根据本发明示例性实施例的传感器标定方法和装置所确定的传感器的标定关系是否准确。
图6示出根据本发明示例性实施例的计算出的弯矩与实际加载的弯矩的对比示意图，横坐标表示时间，单位秒(s)，纵坐标为摆振方向的弯矩Medge，单位牛米(Nm)。图7示出根据本发明示例性实施例的计算出的扭矩与实际加载的扭矩的对比示意图，横坐标表示时间，单位秒(s)，纵坐标为扭矩T，单位牛米(Nm)，从图6可以看出根据标定关系计算得到的弯矩1与实际加载的弯矩2吻合较好，从图7可以看出根据标定关系计算得到的扭矩3与实际加载的扭矩4也吻合较好，表明根据本发明示例性实施例所述的传感器标定方法和标定装置所确定的传感器的输出值与第一预定截面处所承载的力矩之间的标定关系较为准确。
采用本发明示例性实施例的用于风力发电机组叶片的传感器标定方法和装置，能够向叶片施加载荷，并确定叶片上设置的传感器的标定关系，以提高该传感器在叶片的第一预定截面处的标定关系的精确性。
此外，采用本发明示例性实施例的用于风力发电机组叶片的传感器标定方法和装置，可通过在室内搭建试验台实现对叶片的弯矩传感器和/或扭矩传感器进行标定，以将风载对传感器标定的影响降至最低。
此外，采用本发明示例性实施例的用于风力发电机组叶片的传感器标定方法和装置，可对各种类型的弯矩传感器和/或扭矩传感器进行标定，例如，光纤传感器或应变片传感器等。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (11)

1.一种用于风力发电机组叶片的传感器标定方法，其特征在于，所述传感器标定方法包括：
在叶片沿长度方向的第一预定截面处设置传感器；
在叶片沿长度方向的第二预定截面处施加载荷，并确定第一预定截面处所承载的力矩；
获取所述传感器在确定的力矩下的输出值；
基于获取的输出值和确定的力矩，确定所述传感器的输出值与第一预定截面处所承载的力矩之间的标定关系，
其中，所述传感器包括弯矩传感器和扭矩传感器，
获取的输出值包括弯矩传感器的输出值和扭矩传感器的输出值，确定的力矩包括第一预定截面处所承载的弯矩和/或扭矩，确定所述传感器的输出值与第一预定截面处所承载的力矩之间的标定关系的步骤包括：
基于获取的弯矩传感器的输出值、获取的扭矩传感器的输出值和确定的第一预定截面处所承载的弯矩，来确定所述弯矩传感器的输出值、所述扭矩传感器的输出值与第一预定截面处所承载的弯矩之间的标定关系，和/或，基于获取的弯矩传感器的输出值、获取的扭矩传感器的输出值和确定的第一预定截面处所承载的扭矩，来确定所述弯矩传感器的输出值、所述扭矩传感器的输出值与第一预定截面处所承载的扭矩之间的标定关系，
其中，利用下面的公式来表示传感器的输出值与第一预定截面处所承载的力矩的标定关系：
其中，M表示第一预定截面处所承载的弯矩，λB,t为第t个弯矩传感器的输出值，rt为与第t个弯矩传感器对应的第一系数，λT,k为第k个扭矩传感器的输出值，wk为与第k个扭矩传感器对应的第一系数，p为第一标定参数，T表示第一预定截面处所承载的扭矩，gt为与第t个弯矩传感器对应的第二系数，sk为与第k个扭矩传感器对应的第二系数，d为第二标定参数，1≤t≤G，1≤k≤K，G为弯矩传感器的数量，K为扭矩传感器的数量。
2.如权利要求1所述的传感器标定方法，其特征在于，所述弯矩传感器包括至少两个弯矩传感器，所述至少两个弯矩传感器设置在第一预定截面的叶片挥舞和叶片摆振方向上。
3.如权利要求1所述的传感器标定方法，其特征在于，所述扭矩传感器包括至少一个扭矩传感器，所述至少一个扭矩传感器设置在第一预定截面处的任意位置。
4.如权利要求1所述的传感器标定方法，其特征在于，确定第一预定截面处所承载的力矩的步骤包括：基于施加的载荷、叶片自重来确定第一预定截面处所承载的力矩。
5.如权利要求1所述的传感器标定方法，其特征在于，在室内无风环境下执行所述传感器标定方法。
6.如权利要求1所述的传感器标定方法，其特征在于，确定第一预定截面处所承载的力矩的步骤包括：利用力加载装置对叶片的第二预定截面处施加拉力来在第二预定截面处施加载荷，通过改变施加拉力的方向或者通过将叶片旋转预定角度来改变叶片的第一预定截面处所承载的力矩的方向，和/或通过改变施加拉力的大小来改变叶片的第一预定截面处所承载的力矩的大小。
7.如权利要求1或6所述的传感器标定方法，其特征在于，在叶片沿长度方向的第二预定截面处施加载荷的步骤包括：在叶片的第二预定截面处设置夹具，在所述夹具上设置用于施加拉力的至少一个施力点，利用力加载装置对所述至少一个施力点施加拉力，以使第一预定截面处产生弯矩和/或扭矩。
8.如权利要求1所述的传感器标定方法，其特征在于，所述传感器的输出值包括波长值或电压值。
9.一种用于风力发电机组叶片的传感器标定装置，其特征在于，传感器设置在叶片沿长度方向的第一预定截面处，所述传感器标定装置包括：
力加载装置，用于在叶片沿长度方向的第二预定截面处施加载荷；
处理器，被配置为：
根据施加的载荷确定第一截面处所承载的力矩，获取所述传感器在确定的力矩下的输出值，基于获取的输出值和确定的力矩，确定所述传感器的输出值与第一预定截面处所承载的力矩之间的标定关系，
其中，所述传感器包括弯矩传感器和扭矩传感器，
获取的输出值包括弯矩传感器的输出值和扭矩传感器的输出值，确定的力矩包括第一预定截面处所承载的弯矩和/或扭矩，
其中，处理器还被配置为：基于获取的弯矩传感器的输出值、获取的扭矩传感器的输出值和确定的第一预定截面处所承载的弯矩，来确定所述弯矩传感器的输出值、所述扭矩传感器的输出值与第一预定截面处所承载的弯矩之间的标定关系，和/或，基于获取的弯矩传感器的输出值、获取的扭矩传感器的输出值和确定的第一预定截面处所承载的扭矩，来确定所述弯矩传感器的输出值、所述扭矩传感器的输出值与第一预定截面处所承载的扭矩之间的标定关系，
其中，处理器还被配置为：利用下面的公式来表示传感器的输出值与第一预定截面处所承载的力矩的标定关系：
其中，M表示第一预定截面处所承载的弯矩，λB,t为第t个弯矩传感器的输出值，rt为与第t个弯矩传感器对应的第一系数，λT,k为第k个扭矩传感器的输出值，wk为与第k个扭矩传感器对应的第一系数，p为第一标定参数，T表示第一预定截面处所承载的扭矩，gt为与第t个弯矩传感器对应的第二系数，sk为与第k个扭矩传感器对应的第二系数，d为第二标定参数，1≤t≤G，1≤k≤K，G为弯矩传感器的数量，K为扭矩传感器的数量。
10.如权利要求9所述的传感器标定装置，其特征在于，所述传感器标定装置还包括：设置在叶片的第二预定截面处的夹具，在所述夹具上设置用于施加拉力的至少一个施力点，
其中，力加载装置通过对所述至少一个施力点施加拉力，使第一截面处产生弯矩或扭矩。
11.如权利要求9所述的传感器标定装置，其特征在于，所述传感器标定装置还包括：基础，用于与所述叶片的根部固定连接，以固定叶片，所述叶片的叶尖端悬空。
CN201711070578.4A 2017-11-03 2017-11-03 用于风力发电机组叶片的传感器标定方法和装置 Active CN107701379B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711070578.4A CN107701379B (zh) 2017-11-03 2017-11-03 用于风力发电机组叶片的传感器标定方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711070578.4A CN107701379B (zh) 2017-11-03 2017-11-03 用于风力发电机组叶片的传感器标定方法和装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107701379A CN107701379A (zh) 2018-02-16
CN107701379B true CN107701379B (zh) 2019-04-23

Family

ID=61177567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711070578.4A Active CN107701379B (zh) 2017-11-03 2017-11-03 用于风力发电机组叶片的传感器标定方法和装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107701379B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110761957B (zh) * 2018-07-27 2021-03-30 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法和设备
CN111982019B (zh) * 2020-10-21 2021-01-05 四川大学 基于线结构光传感器的叶片截面轮廓高精度检测方法
CN114689237B (zh) * 2020-12-31 2023-04-07 新疆金风科技股份有限公司 载荷传感器标定方法、装置及计算机可读存储介质

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104318070A (zh) * 2014-09-30 2015-01-28 成都阜特科技股份有限公司 一种水平轴风力发电机叶片载荷传感器的标定方法
US20160109324A1 (en) * 2014-10-17 2016-04-21 Korea Institute Of Machinery & Materials Method and apparatus of multi-axis resonance fatigue test

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104318070A (zh) * 2014-09-30 2015-01-28 成都阜特科技股份有限公司 一种水平轴风力发电机叶片载荷传感器的标定方法
US20160109324A1 (en) * 2014-10-17 2016-04-21 Korea Institute Of Machinery & Materials Method and apparatus of multi-axis resonance fatigue test
CN105527075A (zh) * 2014-10-17 2016-04-27 韩国机械研究院 用于共振疲劳试验的力矩校准的方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN107701379A (zh) 2018-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107701379B (zh) 用于风力发电机组叶片的传感器标定方法和装置
CN110006563B (zh) 直升机桨叶挥舞与摆振弯矩分布式光纤解耦测量方法
CN108120592A (zh) 一种直升机桨叶静强度的试验方法
CN114674520B (zh) 用于测力风洞试验应变天平的灵敏度温度效应修正方法
US20110135474A1 (en) Method for temperature calibration of blade strain gauges and wind turbine rotor blade containing strain gauges
CN107269473A (zh) 用于风向测量的连续校准的方法和装置
CN106053010A (zh) 多分量光纤天平及其测量方法
CN106768574B (zh) 基于磁通量法修正的拉索锚固后线性模型索力测量方法
CN105241630A (zh) 应用于激波风洞测力试验的脉冲型杆式应变天平
CN110514390A (zh) 一种三孔压力探针测量二维流场不确定度评定方法
CN108225720A (zh) 光纤气动力测量天平及光纤应变计安装方法
CN109583067B (zh) 基于温度平衡的高速飞行器转捩位置测量传感器设计方法
CN109948245A (zh) 一种基于iFEM方法及RZT理论的机翼基线动态位置测量方法
CN106908352A (zh) 基于分布式温敏光纤的翼型表面边界层转捩位置测量方法
CN207675408U (zh) 应用于高超声速低密度风洞的光纤气动力测量天平
Högström A critical evaluation of the aerodynamical error of a turbulence instrument
CN110849575A (zh) 一种风力机整机空气动力测定系统及方法
CN106338384B (zh) 一种风力发电机组叶片全展向载荷测量方法
CN108105030B (zh) 一种基于风机传感器的偏航校准方法
CN108082534B (zh) 一种直升机旋翼复合载荷测试光纤布置和组桥方法
CN108225692B (zh) 一种测量桨叶整体扭转刚度试验方法
CN106323587B (zh) 机翼风洞试验模型弹性变形的单目视频高精度测量方法
CN107764477B (zh) 一种风压传感器的标定方法与系统
CN108267264A (zh) 用于标定风机叶片的光纤光栅传感器的方法、装置和设备
CN106595997A (zh) 一种测量直升机桨叶剖面相对扭转角的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant