CN111433455A - 风力涡轮机塔架至桨叶末端测量系统 - Google Patents

风力涡轮机塔架至桨叶末端测量系统 Download PDF

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Abstract

在一种风力涡轮机中，包括支撑机舱的塔架、可旋转地连接至机舱并具有桨叶末端部分的至少一个桨叶、用于测量风力涡轮机的塔架与桨叶末端部分之间的距离的系统，该系统包括在桨叶末端部分的表面上的指示器条、环绕塔架的指示器环、机舱中的相机，相机被定位为使得，当桨叶末端处于最接近塔架位置时，桨叶末端部分和指示器环位于相机视野内时，相机以数字方式记录其在此最接近位置的视场的图像，在该最接近位置，指示器环和相机之间的距离基本上等于指示器条与相机之间的距离，且该系统包括图像处理器和末端‑塔架间隙计算器单元，其接收数字记录的图像并使用数字记录的图像信息来计算指示器条与指示器环之间的物理间隔距离，物理间隔距离指示桨叶末端‑塔架间隙。

Description

风力涡轮机塔架至桨叶末端测量系统
技术领域
本发明涉及一种具有塔架至桨叶末端间隙测量系统的风力涡轮机。此外，本发明涉及一种用于估计风力涡轮机中的桨叶末端至塔架距离的方法。现有技术中公知的末端-塔架间隙估计器对于商业应用而言太不精确，且太昂贵或不可靠。需要一个稳健且准确的系统。此外，还需要一种能够预先估计下一个“最接近位置”处的末端-塔架间隙值的系统，因为这种预先估计值可用于涡轮机控制逻辑中以采取纠正措施。例如，当末端-塔架间隙降至预定阈值以下时，采取涡轮机控制措施以提高操作安全性。这样的措施可以包括例如通过改变桨距角β或者降低旋转速度ω来减小桨叶100上的负荷。
背景技术
现有技术中公知的末端-塔架间隙估计器对于商业应用而言太不精确，且太昂贵或不可靠。需要一个稳健且准确的系统。
EP 2 402 603A2，DE 10 2006 054 667A1，DE 10 2005 048 805 523A1，US 2004/0057828A1都采用了有源发射机，或者在桨叶末端处，或者围绕塔架沿周向放置，以测量末端-塔架间隙。公开的有源发射机包括发光系统，声学系统，雷达系统或电磁感应系统。然而，在本领域中众所周知，由于可能发生雷击事件，因此在现场不允许与涡轮机中的电气系统的其余部分电接触的位于桨叶末端的任何电气系统。因此，现有技术中唯一可接受的解决方案是使用桨叶末端处的无源系统的解决方案。所有可接受的现有技术系统都采用位于塔架上的一个或多个有源发射机。为了覆盖所有可能的风力涡轮机配置，随着改变偏航角以跟随风向，现有技术的系统采用围绕塔架的圆周在空间上间隔开的多个传感器。由于系统位于塔架外部，因此它们位于活跃的雷击区域中，必须加以保护以防雷击。此外，当前塔架的高度远高于100米，使得这些传感器在塔架上的位置难以到达和维修。因此，由于初始资本投资的高成本和维护的高成本，这些系统不是最佳的。
所需要的是一种末端-塔架间隙系统，其中塔架和桨叶末端组件都是无源的，低成本的，无需维护，在恶劣的操作条件下稳健耐用，并且在雷击时稳健耐用。
此外，现有技术的系统仅在桨叶通过时才测量末端-塔架间隙。还需要一种能够预先估计下一个“最接近位置”处的末端-塔架间隙值的系统，因为这样的预先估计可用于涡轮机控制逻辑中以采取纠正措施。例如，当末端-塔架间隙降至预定阈值以下时，采取涡轮机控制措施以提高操作安全性。这样的措施可以包括例如通过改变桨距角β或者降低旋转速度ω来减小桨叶100上的负荷。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括塔架、舱室、毂以及矩形地附接到毂的至少一个桨叶，该至少一个桨叶具有桨叶末端部分，毂绕着毂旋转轴线以旋转速度旋转，转子编码器提供相对于参考位置的绕所述毂旋转轴线的转子角位置的测量值，当所述至少一个桨叶指向地面并且平行于塔架时，转子角位置是检测位置，该风力涡轮机具有运行涡轮机控制逻辑的涡轮机控制系统，该风力涡轮机还包括：
-指示器条，位于桨叶末端部分中并围绕或环绕桨叶末端部分，
-指示器环，围绕或环绕塔架，指示器环位于塔架上，距毂的距离基本上等于指示器条至毂的距离，
-相机或第一相机，具有图像平面或第一图像平面，当转子角位置等于检测位置时，该相机或第一相机被取向为将指示器条和指示器环放置在图像平面或第一图像平面内，当转子角位置等于检测位置时，相机或第一相机将图像数字记录在图像平面或第一图像平面上，相机或第一相机存储数字记录的图像信息以进行进一步处理，和
-图像处理器和末端-塔架间隙计算器单元，其接收数字记录的图像信息并使用数字记录的图像信息来计算指示器条和指示器环之间的物理间隔距离，该物理间隔距离指示桨叶末端至塔架间隙。
根据一个实施例，物理间隔距离被传输到涡轮机控制系统以用于涡轮机控制逻辑中。
根据另一个实施例，舱室可旋转地安装到塔架的顶部，以允许绕塔架轴线的偏航运动。特别地，所述偏航运动的特征在于偏航角。偏航角也称为涡轮偏航角。优选地，相机或第一相机位于舱室内部。特别地，指示器环具有材料厚度，以便增加或有效地增加塔架的直径，指示器环的材料厚度允许指示器环在所有偏航角时对于相机或第一相机保持可见。优选地，指示器环提供相对于相机观察轴线的法线表面，以增加指示器环在相机的观察图像中的可见性。
优选地，所述至少一个桨叶具有纵向轴线。根据又一实施例，所述至少一个桨叶旋转地附接到毂，以允许绕所述纵向轴线的俯仰运动，所述俯仰运动的特征在于桨距角。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于估计风力涡轮机中的桨叶末端到塔架距离的方法，该风力涡轮机包括塔架、舱室、毂以及矩形地附接到毂的至少一个桨叶，该至少一个桨叶具有桨叶末端部分和纵向轴线，毂绕着毂旋转轴线以旋转速度旋转，转子编码器提供相对于参考位置的绕所述毂旋转轴线的转子角位置的测量值，当所述至少一个桨叶指向地面并且平行于塔架时，转子角位置是检测位置，每次转子角位置等于检测位置时产生同步脉冲，风力涡轮机具有运行涡轮机控制逻辑的涡轮机控制系统，当所述至少一个桨叶处于最接近塔架位置时，测量系统产生指示桨叶末端到塔架距离的末端-塔架间隙信号。桨叶挠度测量系统提供指示瞬时桨叶形状的至少一个桨叶挠度信号，该桨叶挠度信号在转子角位置等于检测位置时存在，且在转子角位置等于感测位置时存在。优选地，感测位置被定义为不同于检测位置的转子角位置。特别地，感测位置被定义为不同于检测位置的转子角位置。此外，计算单元接收桨叶挠度信号、末端-塔架间隙信号和同步脉冲，该计算单元在同步脉冲到达时建立数据向量，从而末端-塔架间隙信号和桨叶挠度信号都表示基本上在同一时刻出现的值，在涡轮机操作期间产生的数据向量的集合被收集在表格中，表格的长度随时间增加。此外，当转子角位置等于感测位置时，计算单元接收桨叶挠度信号，该计算单元使用表格来定义桨叶挠度信号和末端-塔架间隙估计之间的函数关系，该函数关系随着更多数据被添加到数据向量中而进行更新，以使函数关系提高准确性并捕获桨叶结构的变化。另外，末端-塔架间隙估计值被传送到涡轮机控制系统。
根据一个实施例，所述至少一个桨叶可旋转地附接到毂以允许绕所述纵向轴线的俯仰运动，所述俯仰运动的特征在于桨距角，计算单元接收指示桨距角的信号并且将桨距角的值包括在数据向量中。
根据另一实施例，计算单元接收指示旋转速度的信号，并将旋转速度的值包括在数据向量中。
根据又一实施例，所述至少一个桨叶具有沿纵向轴线延伸的内部空腔，桨叶挠度测量系统包括位于空腔内部的相机或第二相机，该相机或第二相机具有图像平面，该系统还包括至少一个反射器，该至少一个反射器在空腔内部并且固定地定位到界定空腔的桨叶材料，该至少一个反射器在相机或第二相机的图像平面中可见，该相机或第二相机使用所述至少一个反射器在图像平面中的位置来计算桨叶挠度信号。
根据本发明的第一方面和本发明的第二方面，风力涡轮机优选地包括转子，该转子包括毂和至少一个桨叶。特别地，毂旋转轴线也被称为转子轴线或转子旋转轴线。优选地，转子角位置也被称为毂角位置。特别地，转子旋转速度也称为毂旋转速度。
附图说明
现在将参考附图仅以举例的方式描述本发明的实施例，在附图中：
图1示出了具有塔架、舱室、毂和附接到毂的至少一个桨叶的风力涡轮机；
图2a示出了具有与桨叶中的一个相关联的移动相机的风力涡轮机的实施例；
图2b示出了具有位于舱室内部的相机的风力涡轮机的另一实施例；
图3a示出了在正常桨叶加载的情况下当桨叶最接近塔架时相机或移动相机的观看图像的示意图；
图3b示出了在高桨叶负载的情况下当桨叶最接近塔架时相机或移动相机的观看图像的示意图；
图4示出了桨叶挠度测量系统；
图5示出了产生末端塔架间隙信号的示例；
图6示出了创建表的示例；和
图7示出了产生末端-塔架间隙估计的示例。
具体实施方式
参照图1，风力涡轮机1包括塔架10、舱室20、毂110以及附接到毂的一个或多个桨叶100、100'、100”。毂绕通常由主轴30描述的毂旋转轴线(转子轴线)旋转，并且转子编码器40提供相对于参考方向(通常是竖直方向)的转子角位置(毂角位置)Ω的测量值。表示为ω的转子旋转速度(毂旋转速度)是转子角位置Ω的时间导数。舱室20可旋转地安装到塔架10的顶部，以允许绕塔架轴线的偏航运动，从而使转子轴线沿风向取向。偏航运动尤其以偏航角为特征。
每个桨叶具有附接到毂110的桨叶根部部分，以及在桨叶的相对极端处的桨叶末端部分。提出了一种用于测量桨叶末端与塔架之间的距离的系统，以及一种用于估计桨叶末端相对于桨叶根部的位置的系统。
由于桨叶100撞击塔架10是灾难性事件，因此在转子旋转期间，桨叶末端与塔架10之间的最小距离必须始终大于规定的最小距离，以便保证风力涡轮机的操作。该最小距离在本文中称为“末端-塔架间隙”，它在桨叶位于“最接近位置”时发生。
在不失一般性的前提下，并且为了简明起见，应当理解，将本发明复制和扩展到附接到毂的其他桨叶，诸如图1中的桨叶100'和100”，是可行的并且是期望的，并且可以使用本文针对桨叶100所述的相同步骤操作。
当转子角位置为Ω0时，桨叶100具有“最接近位置”，此时桨叶100指向地面并平行于塔架。Ω0也被称为“检测位置”。
图2b示出了一个优选实施例。在优选实施例中，第一相机200位于舱室20内部。第一相机200通过舱室20中的开口212观看，并且第一相机200被定位和取向成使得第一相机200的视场沿着塔架10的长度延伸，并且将桨叶100的末端基本上放置在当桨叶100处于最接近位置时，在观看图像的中间或预定位置处。因此，当桨叶100处于最接近位置时，桨叶末端和塔架表面的一部分都在第一相机200的视场内。第一相机200是数字相机，其具有投影到图像传感器(例如CMOS传感器)上的观看图像，该图像传感器可以被采样并且相关联的数据被电子存储。
在图2a和1中示出了另一优选实施例(另一实施例)。在另一实施例中，不存在第一相机200，并且第一移动相机202与桨叶100相关联。第一移动相机202与桨叶100同步地绕着毂旋转轴线旋转，并且可以位于毂110的外部，但是优选地位于毂110的内部以防止天气和雷击的影响。当位于毂内部时，当桨叶100的桨距角β改变时，第一移动相机202不沿着桨叶轴线旋转。第一移动相机202通过毂110中的开口210观看。第一移动相机202是数字相机，其具有投影到图像传感器(例如CMOS传感器)上的观看图像，该图像传感器可以被采样并且相关联的数据被电子存储。第一移动相机202被定位和取向为使得第一移动相机202的视场沿着桨叶100的长度延伸，并且将桨叶100的末端基本上放置在观看图像的中间或预定位置处。在该进一步的实施例中，当多个桨叶被附接到毂时，每个桨叶具有与其相关联的第一移动相机202。
在下面的描述中，第一相机200和第一移动相机202在功能上是等效的，并且在文本上可以互换。因此，为简洁起见，仅提及第一相机200。特别地，以下描述对于优选实施例和另一实施例都是有效的(即使当使用表达优选实施例时)。此外，为简洁起见，仅提及桨叶100，但是应当理解，当存在其他桨叶100'和100”时，该描述对于这样的桨叶同样有效。
第一相机200在功能上与转子编码器40连接，使得当转子角位置等于Ω0并且桨叶100处于其最接近位置时，相机200接收触发脉冲(同步脉冲)。如果相机对触发脉冲的反应时间包括已知的时间延迟，则可以以预定的预期来生成触发脉冲以补偿该延迟。当接收到同步脉冲(转子角位置等于Ω0)时，第一相机将图像数字记录在图像平面上，并且相机存储数字记录的图像信息以用于进行进一步处理。
桨叶100还包括在其表面上的指示器条220。指示器条220位于桨叶100的末端附近，并且可以由在桨叶表面上的涂漆条构成，或更优选地，由后向反射条构成。指示器条220定位为在相机200观看图像中可见，并且围绕或环绕桨叶200，以使得在涡轮机操作期间桨叶100被俯仰到不同角度β时仍对第一相机200可见。
塔架10包括指示器环230，其围绕或环绕塔架，并且在相机200的观看图像内可见。指示器环230具有与塔架的横截面相同的形状，因此当塔架为纯粹圆锥形或圆柱形时，指示器环230为圆形。当桨叶100处于最接近位置时，指示器环230沿着塔架定位在与指示器条220的高度相同的地上高度，从而指示器环230与指示器条220距离相机200的距离基本上相等。优选地，指示器环230具有材料厚度，以便有效地增加塔架的直径，从而为相机观察轴线提供法线表面，以增加指示器环230在相机200的观察图像中的可见性。由于指示器环围绕或环绕塔架，因此指示器环在所有涡轮机偏航角下对相机200仍然可见。
图3a和3b示出了当转子角位置等于Ω0并且桨叶100最接近塔架10时相机200的观看图像的示意图。图3a示出了正常桨叶负载的情况，图3b示出了高桨叶负载的情况。由于指示器环230和指示器条220到相机200的距离基本相同，指示器环230上的任何点和指示器条220上的任何点之间的物理距离σ与第一相机的图像传感器中的指示器环230上对应点和指示器条220上对应点在观看图像中的距离(在图3a中用δ表示)成线性比例。在优选实施例中，观看图像是CCD或CMOS传感器，并且所述观看图像距离δ可以根据像素数来确定。如本领域所公知的，使用相机200到指示器条220的已知距离和几何光学规则，从对应的像素值δ计算以物理尺寸(例如，米)表示的所测得的末端-塔架距离σ。
然后，将塔末端-塔架间隙Δ计算为通过塔架的一次桨叶通过期间的距离σ的最小值。
特别地，确定末端-塔架间隙的过程包括在桨叶位于其最接近位置的时刻冻结并数字存储图像平面，处理数字图像以确定分隔指示器条220和指示器环230图像的最小像素数，并计算关联的物理距离Δ。
在负载下，桨叶100具有增加的弯曲度，并且当桨叶处于最接近位置时，桨叶末端接近塔架10。因此，指示器环230和指示器条220在观看图像中的观看图像距离δ减小。
在操作期间，由于毂110的材料变形或用于将第一相机200附接到毂110的安装支撑件的变形，第一相机200可能相对于毂110或桨叶100进行一些小的旋转。尽管可以通过牢固的机械附件将这种旋转减至最小，但在实际安装中不可避免地会出现一些小的不必要的相机旋转。因此，我们注意到，本发明固有地提供了一种当相机旋转运动发生时用于完全相机旋转补偿的方法，因为像素值δ在相机旋转下是不变的。特别地，相机旋转在观看图像上产生指示器环230和指示器条220的相等平移，因此不影响两个指示器之间的距离。另一方面，仅使用指示器条220来估计桨叶末端位置将对相机运动高度敏感，因此将是不可靠的。
参照图5，表示末端-塔架间隙的值Δ被确定为塔的一个桨叶通过期间的最小值σ，并且Δ被传送到涡轮机控制逻辑480，在涡轮机控制逻辑480中将其结合到控制逻辑动作中。
当转子角位置等于Ω0时，对应于桨叶100的最接近位置，包括相机200和指示器环230的系统可提供从末端到塔架间隙Δ的直接测量值，但当转子角位置在感测位置Ω1时，不提供末端-塔架间隙的测量值或估计值。特别地，Ω1不同于Ω0。例如，当桨叶100竖直指向上方时，风速的突然增加将产生桨叶弯曲的增加，并且如果增加的风速将持续存在，则增加的弯曲将继而导致下一个桨叶-塔架通过时末端-塔架间隙减小。为了涡轮机控制的目的，有利的是预测或预期在下一个最接近位置处的末端到塔架间隙，从而可以优先采取适当的控制措施。
为了在连续的时间基础上提供末端-塔架间隙估计，该优选实施例包括桨叶挠度测量系统，其提供指示桨叶的瞬时几何形状的至少一个信号。例如，桨叶挠度测量系统使用应变仪来测量桨叶根部处的桨叶材料应变。材料应变与桨叶负载成比例地增加，并且桨叶弯曲也随桨叶负载而增加，因此可以推断出当前桨叶几何配置(即弯曲)的间接指示。沿桨叶跨距设置的其他传感器(例如陀螺仪和加速度计)可用于提高推断的准确度。
参照图4，在优选实施例中，桨叶100包括至少部分地延伸到桨叶100中的光学通畅体积部，以及包括桨叶挠度测量系统，桨叶挠度测量系统包括第二相机300，该第二相机300位于桨叶100内部，在桨叶根部处或附近，并取向为观察桨叶100的光学通畅体积部。在桨叶内部，在光学通畅体积部的预先选择的跨距位置(“跨距(span)”是沿桨叶轴线的坐标)，反射器粘结到桨叶表面。尽管需要至少一个反射器，但优选实施例在增加的跨距位置处使用了4个(四个)或5个(五个)反射器。参考图4，示出了第二相机300和四个反射器310、312、314、316。
反射器在第二相机300的图像平面中可见，并且当桨叶经受弯曲时，反射器相对于第二相机移动。因此，可以从第二相机的图像平面中的反射器的运动推断出桨叶100的挠度。桨叶挠度测量系统提供挠度测量值S1，S2，S3，S4，其指示反射器所处的选定桨叶跨距位置处的桨叶挠度(来自零负载配置)。
参照图6和图7，计算单元420接收桨叶挠度信号S1，S2，S3，S4，末端-塔架间隙Δ，同步脉冲45以及指示转子速度ω和桨距角β的信号。所有这些信号都是时间同步的，因此，在同步脉冲45到达时，S1，S2，S3，S4，Δe，ω，β的瞬时值表示在同一时刻进行的测量，并将它们链接成时间同步数据向量{Δ，S1，S2，S3，S4，ω，β}。数据向量以表格形式或等效功能形式存储在表430中。桨叶100通过其最接近位置的每一次通过都创建一个这样的数据向量。
表430中的许多数据向量{Δ，S1，S2，S3，S4，ω，β}的集合允许计算单元在末端-塔架间隙估计值Ae与其余量S1，S2，S3，S4，ω，β之间产生函数关系F：
Δe＝F(S1，S2，S3，S4，ω，β)
因此，给定在某个时刻测得的S1，S2，S3，S4，ω，β，即使转子角位置不是Ω0，也可以计算出末端-塔架间隙估计值。如果评估是在桨叶经过其最接近位置之前进行的，则估计的末端-塔架间隙是桨叶到达最接近位置时将产生的值的预先估计。
计算单元可以知道瞬时风场特性。例如，风力涡轮机可以装配有LIDAR单元，该LIDAR单元既可以在涡轮机之前，也可以在涡轮机本身处提供风速U和风向竖直剪切力S的测量值。函数关系F的最优选形式包括风信息以及转子角位置Ω和温度T，以在转子角位置不是Ω0时提供更精确的末端-塔架间隙估计值：
Δe＝F(S1，S2，S3，S4，ω，β，Ω，U，S，T)
例如，风切变S使桨叶在转子平面之内和之外经历每转1次正弦运动。在提供末端-塔架间隙估计值时，此信息在F中用于包含风切变产生的运动。
估计的瞬时末端-塔架间隙Δe被发送到涡轮机控制器480，并且该估计提供桨叶末端到塔架间隙的超前预测，如果需要的话，该预测可用于采取适当的控制措施。
表格430的长度随着时间增加，并且随之增加其完整性。随着更多数据变得可用，计算单元将更新函数关系F。因此，瞬时末端-塔架间隙估计随着表430的长度而提高了准确性，并且及时更新了函数关系以捕获桨叶结构的变化。
表430中包含影响桨叶的结构状态或桨叶的空气动力学状态的其他过程。例如，桨叶表面上的冰的形成改变了桨叶质量分布和桨叶空气动力学力。计算单元在其瞬时末端-塔架间隙估计的计算中考虑这些物理事件。相关的物理事件包括但不限于温度、结构老化、结冰、表面污染和前缘腐蚀。
为了补偿表面污染和前沿腐蚀，可沿测试涡轮机桨叶的长度在预定位置处临时安装表面粗糙度条。然后表430被扩展以包括这些情况。
为了补偿表面结冰，测试涡轮机桨叶可以沿其长度在预定位置处临时安装附加的质量。然后表430被扩展以包括这些情况。
为了补偿结构老化，表430被周期性地存档并且新表被构建(以预定的时间间隔，例如每年)。该表在正常涡轮机操作期间被放大，并且函数关系F也在涡轮机操作期间被更新，使得这些过程不必停止涡轮机，并且不会产生能量的损失。
表430也可以在具有相同类型的桨叶的涡轮机之间共享。该选项极大地加速了完整表格430的创建，因为处于不同气候条件和不同老化状态的涡轮机有助于其形成。
在有多个桨叶的情况下，对每个桨叶重复上述发明。因此，当每个桨叶处于其最接近位置时，接收到同步脉冲，并且为每个桨叶产生末端-塔架间隙估计。由于毂110始终沿相同的方向旋转，因此每个桨叶通过其自身最接近位置的顺序是固定的并且是已知的。该顺序允许使用前缘桨叶的末端-塔架间隙作为后续桨叶的末端-塔架间隙的估计。可以将这种估计与估计Δe结合起来，为每个桨叶提供改进的末端-塔架间隙估计。
本发明提供了一种末端-塔架间隙测量，其中塔架和桨叶末端部件都是无源的，低成本的，无需维护，在恶劣的操作条件下稳健，并且在雷击时稳健，有源元件在舱室或毂内部，因此能很好地保护其免受恶劣条件、雷击的影响，并且易于到达和维修，该系统的成本较低，并且该系统可以在桨叶到达最接近位置之前提供对末端-塔架间隙的预先估计。

Claims (7)

1.一种风力涡轮机(1)，所述风力涡轮机包括塔架(10)、舱室(20)、毂(110)以及矩形地附接到所述毂的至少一个桨叶(100)，所述至少一个桨叶具有桨叶末端部分，所述毂绕着毂旋转轴线以旋转速度(ω)旋转，转子编码器(40)提供相对于参考位置的绕所述毂旋转轴线的转子角位置(Ω)的测量值，当所述至少一个桨叶指向地面并且平行于塔架时，转子角位置是检测位置(Ω0)，所述风力涡轮机具有运行涡轮机控制逻辑的涡轮机控制系统，
其特征在于：
指示器条(220)，位于所述桨叶末端部分中并围绕或环绕所述桨叶末端部分，
指示器环(230)，围绕或环绕所述塔架，所述指示器环位于所述塔架上，距所述毂的距离基本上等于所述指示器条至所述毂的距离，
相机(200)，具有图像平面，当转子角位置等于所述检测位置(Ω0)时，所述相机被取向为将所述指示器条和所述指示器环放置在所述图像平面内，当转子角位置等于检测位置(Ω0)时，相机将图像数字记录在图像平面上，相机存储数字记录的图像信息以进行进一步处理，
图像处理器和末端-塔架间隙计算器单元，其接收数字记录的图像信息并使用数字记录的图像信息来计算所述指示器条和所述指示器环之间的物理间隔距离，所述物理间隔距离指示桨叶末端至塔架间隙。
2.根据权利要求1所述的涡轮机，还包括将物理间隔距离传输到涡轮机控制系统以用于涡轮机控制逻辑中。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮机，其中，
所述舱室(20)可旋转地安装到所述塔架(10)的顶部，以允许绕塔架轴线的偏航运动，所述偏航运动的特征在于偏航角，
所述相机(200)位于所述舱室(20)内部，和
所述指示器环(230)具有材料厚度，以便有效地增加所述塔架(10)的直径，所述指示器环(230)的材料厚度允许所述指示器环(230)在所有偏航角时对于所述相机(200)保持可见。
4.一种用于估计风力涡轮机(1)中的桨叶末端到塔架距离的方法，所述风力涡轮机包括塔架(10)、舱室(20)、毂(110)以及矩形地附接到所述毂的至少一个桨叶(100)，所述至少一个桨叶具有桨叶末端部分和纵向轴线，所述毂绕着毂旋转轴线以旋转速度(ω)旋转，转子编码器(40)提供相对于参考位置的绕所述毂旋转轴线的转子角位置(Ω)的测量值，当所述至少一个桨叶指向地面并且平行于所述塔架时，转子角位置是检测位置(Ω0)，每次转子角位置等于检测位置(Ω0)时产生同步脉冲，所述风力涡轮机具有运行涡轮机控制逻辑的涡轮机控制系统，当所述至少一个桨叶处于最接近塔架位置时，测量系统产生指示桨叶末端到塔架距离的末端-塔架间隙信号(Δ)，
其特征在于：
桨叶挠度测量系统提供指示瞬时桨叶形状的至少一个桨叶挠度信号(S1)，所述桨叶挠度信号(S1)在转子角位置为检测位置(Ω0)时存在且在转子角位置等于感测位置(Ω1)时存在，其中感测位置被定义为不同于检测位置(Ω0)的转子角位置，
计算单元接收桨叶挠度信号(S1)、末端-塔架间隙信号(Δ)和同步脉冲，该计算单元在同步脉冲到达时建立数据向量({Δ，S1})，从而末端-塔架间隙信号(Δ)和桨叶挠度信号(S1)都表示基本上在同一时刻出现的值，在涡轮机操作期间产生的数据向量的集合被收集在表格(430)中，表格(430)的长度随时间增加，
当转子角位置等于感测位置(Ω1)时，计算单元接收桨叶挠度信号(S1)，该计算单元使用表格(430)来定义桨叶挠度信号(S1)和末端-塔架间隙估计值(Δe)之间的函数关系(F)，该函数关系(F)随着更多数据被添加到数据向量({Δ，S1})中而进行更新，以使函数关系(F)提高准确性并捕获桨叶结构的变化，
末端-塔架间隙估计值(Δe)被传输到涡轮机控制系统。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述至少一个桨叶可旋转地附接到所述毂以允许绕所述纵向轴线的俯仰运动，所述俯仰运动的特征在于桨距角(β)，计算单元接收指示桨距角(β)的信号并且将桨距角(β)的值包括在数据向量({Δ，S1，ω})中。
6.根据权利要求4或5所述的方法，计算单元接收指示旋转速度(ω)的信号，并将旋转速度(ω)的值包括在数据向量({Δ，S1，ω})中。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，还包括所述至少一个桨叶具有沿纵向轴线延伸的内部空腔，桨叶挠度测量系统包括位于空腔内部的相机(300)，该相机具有图像平面，该系统还包括至少一个反射器，该至少一个反射器在空腔内部并且固定地定位到界定空腔的桨叶材料，所述至少一个反射器在相机(300)的图像平面中可见，该相机(300)使用所述至少一个反射器在图像平面中的位置来计算桨叶挠度信号(S1)。
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