CN112130171A - 激光测风雷达、激光测风雷达系统和风力发电机 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种激光测风雷达、激光测风雷达系统和风力发电机，激光测风雷达包括：激光器和至少两个激光收发模块；所述激光器分别与至少两个所述激光收发模块光耦合；所述激光器产生的激光光束，分别经过所述至少两个激光收发模块到达与所述激光测风雷达相距不同距离的测试层，以确定不同测试层的风速数据。通过设置多个激光收发模块，可以同时获取与激光测风雷达相距不同距离的多个测试层的风速信息，根据不同测试层的风速反演出风速在此方向上的变化情况，进而确定激光测风雷达前方的风的切变、湍流的变化情况，提高了激光测风雷达的实时性，使得激光测风雷达能应用在风速变化较快或地形复杂的区域，实时、准确测得风速信息。
Description
技术领域
本申请涉及激光雷达领域，具体而言，涉及一种激光测风雷达、激光测风雷达系统和风力发电机。
背景技术
激光测风雷达发射激光到待测空气中，在激光聚焦处，激光与大气中的气溶胶粒子产生相互作用，由于气溶胶粒子的米散射效应和相对运动产生的多普勒效应，会产生具有多普勒频移的后向散射光，通过对具有多普勒频移的后向散射光进行处理，可获得大气中的风速。
现有技术中，通常仅仅发射一束激光，进行风速检测。如果需要检测不同位置的风速时，需要重新进行聚焦后，再检测。但上述方法存在实时性较差，在风速变化较快或地形复杂区域，无法实时、准确测得风速信息的问题。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种激光测风雷达、激光测风雷达系统和风力发电机，用以提高激光测风雷达的实时性并使得激光测风雷达能在风速变化较快的区域或地形复杂区域准确测得风速信息。
第一方面，本发明实施例提供一种激光测风雷达，包括：激光器和至少两个激光收发模块；
所述激光器分别与至少两个所述激光收发模块光耦合；
所述激光器产生的激光光束，分别经过所述至少两个激光收发模块到达与所述激光测风雷达相距不同距离的测试层，以确定不同测试层的风速数据。
通过设置多个激光收发模块，可以同时获取与激光测风雷达相距不同距离的多个测试层的风速信息，根据不同测试层的风速反演出风速在此方向上的变化情况，进而确定激光测风雷达前方的风的切变、湍流的变化情况，提高了激光测风雷达的实时性，使得激光测风雷达能应用在风速变化较快或地形复杂的区域，实时、准确测得风速信息。
在可选的实施方式中，所述激光收发模块包括：光纤环形器、光学镜头组件、耦合器和平衡探测器；
所述光纤环形器第一端与所述激光器光耦合，第二端与所述光学镜头组件光耦合，第三端经所述耦合器与所述平衡探测器光耦合，所述耦合器还与所述激光器光耦合；
所述激光器产生的激光光束经所述第一端入射到所述光纤环形器，经所述第二端入射到所述光学镜头组件，并经所述光学镜头组件出射；所述光学镜头组件接收测风回波光，所述测风回波光经所述第二端入射到所述光纤环形器，并经所述第三端入射到所述耦合器；
所述激光器产生的激光光束还作为本振光射入所述耦合器；
所述本振光和所述测风回波光在所述耦合器混频后，输入所述平衡探测器；所述激光测风雷达根据所述测风回波光和所述本振光得出风速数据。
通过设置光纤环形器，隔离出射光和测风回波光，实现了光学镜头组的收发一体设计。
在可选的实施方式中，所述光学镜头组件包括：光学镜头、楔形棱镜和旋转电机；
所述光学镜头与所述第二端光耦合，所述楔形棱镜设置在所述光学镜头远离所述第二端的端部，并与所述光学镜头光耦合，所述旋转电机用于驱动所述楔形棱镜绕激光信号光轴转动。
通过设置楔形棱镜和旋转电机，使得激光测风雷达能采集一个测试层的多点风速信息，提高了激光测风雷达的准确性。
在可选的实施方式中，所述激光测风雷达包括多个第一分光器，所述第一分光器与所述激光收发模块一一对应；
每个所述第一分光器的输入端均与所述激光器光耦合，每个所述第一分光器的输出端分别与所述光纤环形器的第一端和所述耦合器光耦合。
在可选的实施方式中，所述激光测风雷达还包括第二分光器和障碍物检测模块；
所述第二分光器包括输入端及与所述第一分光器的输入端对应的多个输出端，所述第二分光器的输入端与所述激光器光耦合，所述多个第二分光器的输出端分别与多个所述第一分光器的输入端及所述障碍物检测模块光耦合。
在可选的实施方式中，所述障碍物检测模块包括：Mems扫描镜、准直镜、耦合镜和APD光电转换器；
所述激光器产生的激光光束经过所述Mems扫描镜及所述准直镜后，作为出射光射出所述障碍物检测模块；
所述耦合镜接收回波光后，将所述回波光耦合至所述APD光电转换器。
在可选的实施方式中，所有光学器件采用保偏型光学器件。
第二方面，本发明实施例提供一种激光测风雷达系统，包括前述实施方式任一项所述的激光测风雷达和数据处理模块；
所述数据处理模块与所述激光测风雷达连接，用于对所述激光测风雷达测得的数据进行处理。
在可选的实施方式中，所述激光测风雷达系统还包括供电系统，所述供电系统与所述激光测风雷达和所述数据处理模块连接，用于为所述激光测风雷达系统供电。
第三方面，本发明实施例提供一种风力发电机，包括：前述实施方式任一项所述的激光测风雷达系统、桨叶和塔筒；
所述桨叶设置在所述塔筒上端，所述激光测风雷达系统设置在所述桨叶轮毂的中心位置。
通过在风力发电机上设置激光测风雷达系统，可以在获取得到风速信息后，快速进行风机的变动控制，降低风机载荷，以及提高发电量；通过设置障碍物检测模块，当出现障碍物时，判断障碍物的距离，发出预警，控制风力发电机降低转速或停止工作，防止风力发电机与障碍物碰撞，保护风力发电机安全运行。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种激光测风雷达的结构框图；
图2为本申请实施例提供的一种激光收发模块的结构框图；
图3为本申请实施例提供的一种光学镜头组件的结构图；
图4为本申请实施例提供的一种光学镜头的结构图；
图5为本申请实施例提供的另一种激光测风雷达的结构框图；
图6为本申请实施例提供的一种激光测风雷达的空间测试点分布图；
图7为本申请实施例提供的一种障碍物检测模块的结构图；
图8为本申请实施例提供的一种激光测风雷达系统的结构框图。
图标：10-激光测风雷达；101-激光器；102-激光收发模块；103-第一分光器；104-第二分光器；105-障碍物检测模块；1021-光纤环形器；1022-光学镜头组件；1023-耦合器；1024-平衡探测器；301-光学镜头；302-楔形棱镜；303-旋转电机；3011-第一平凹透镜；3012-第一平凸透镜；3013-第二平凹透镜；3014-第二平凸透镜；401-Mems扫描镜；402-准直镜；403-耦合镜；404-APD光电转换器；20-激光测风雷达系统；201-数据处理模块；202-供电系统。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
激光雷达是以发射激光光束来探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是先向目标发射探测激光光束，然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，例如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。
激光测风雷达发射激光到待测空气中，在激光聚焦处，激光与大气中的气溶胶粒子产生相互作用，由于气溶胶粒子的米散射效应和相对运动产生的多普勒效应，会产生具有多普勒频移的后向散射光。
根据多普勒效应原理可知，后向散射光的频率与原激光的频率不相同，两者的差频即为多普勒频移，通过多普勒频移可以计算出激光聚焦处的风速，从而根据风速反演出此处的风的切面、湍流的变化情况。
现有技术中，通常仅仅发射一束激光，进行风速检测。如果需要检测不同位置的风速时，需要重新进行聚焦后，再检测。但上述方法存在实时性较差，在风速变化较快的区域，无法实时、准确测得风速信息的问题。
基于上述分析，申请人通过设置多个激光收发模块，采用相干检测方法，同时测量多个层面的风速，解决了上述激光测风雷达实时性较差，无法实时、准确得到风速信息的问题。
因此，本申请实施例提供一种激光测风雷达，用于提高激光测风雷达的实时性。请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种激光测风雷达的结构框图，该激光测风雷达10包括：激光器101和至少两个激光收发模块102。
激光器101作为激光测风雷达10的激光光源，产生激光信号。本申请的激光测风雷达采用相干检测方法，需要采用线性偏振、高功率、窄线宽的连续波(Continuous Wave，CW)激光信号作为输出信号。因此，激光器101可以为半导体激光器，产生线性偏振、高功率、窄线宽的连续激光信号，以满足激光测风雷达10的测风需要。
需要说明的是，多普勒频移的量值与速度呈正比关系，且激光信号的线宽决定着多普勒频移的分辨率，多普勒频移的分辨率又决定着激光测风雷达10的最小风速分辨率(即，风速精度)。因此，可以采用不同线宽的激光信号，以满足不同激光测风雷达10的精度要求。可选地，当风速精度要求为0.1m/s，即风速分辨率达到0.1m/s量级，此时激光线宽小于30KHz。
可以理解，其他实施例中，激光器101产生的激光信号的激光线宽可以为别的取值，本申请并不以此为限。
激光测风雷达10包括至少两个激光收发模块102。激光器101分别与至少两个激光收发模块光耦合。激光器101产生的激光光束，分别经过至少两个激光收发模块102到达与激光测风雷达10相距不同距离的测试层，以确定不同测试层的风速数据。
激光器101与激光收发模块102通过光纤连接，激光器101产生的激光信号通过光纤传输到激光收发模块102。可选的，在激光器101与激光收发模块102之间，设置一个光隔离器。光隔离器是一种只允许单向光通过的无源光器件，其特性是：正向插入耗损低，反向隔离度高，回波损耗高。激光器101产生的激光信号正向耦合进入光隔离器，当后续光路产生反射光时，根据光隔离器的特性，可以防止后续光路中的反射光输入到激光器101中，损坏激光器101。
需要说明的是，不同的激光收发模块102的聚焦距离不一样，因此，激光器101产生的激光光束经过不同的激光收发模块102后，射出的激光信号会聚焦在距离激光测风雷达不同距离的测试层上，然后与该测试层上的空气中的气溶胶粒子产生后向散射光。根据不同的激光收发模块102接收到的不同测试层上的测风回波光(即后向散射光)，激光测风雷达10可以实时计算出不同层面的风速数据，进而反演出风速在不同层面的变化情况，使得本申请提供的激光测风雷达10能够实时准确地得到不同层面的风速信息，适用于风速快速变化区域或者地形复杂区域。
本实施例中，多个激光收发模块102的出光方向相同。与激光测风雷达10相距不同距离的测试层为沿同一方向间隔设置的多个测试层。
请参阅图2，图2为本申请实施例提供的一种激光收发模块的结构框图，以下以一个激光收发模块102为例，具体说明激光收发模块102的结构。激光收发模块102包括：光纤环形器1021、光学镜头组件1022、耦合器1023和平衡探测器1024。
光纤环形器1021第一端与激光器101光耦合，第二端与光学镜头组件1022光耦合，第三端经耦合器1023与平衡探测器1024光耦合，耦合器1023还与激光器101光耦合。激光器101产生的激光光束经第一端入射到光纤环形器1021，接着经第二端入射到光学镜头组件1022，并经光学镜头组件1022出射；光学镜头组件1022接收测风回波光，测风回波光经第二端入射到光纤环形器1021，经第三端输入耦合器1023后再输入到平衡探测器1024。
需要说明的是，光纤环形器1021的作用为隔离激光器101输入光学镜头组件1022的出射光和光学镜头组件1022接收的测风回波光。举例来说，根据光纤环形器的特性：从1端口输入的信号，只能从2端口输出；从2端口输入的信号，只能从3端口输出，将激光器101与光纤环形器1021的1端口光耦合，光学镜头组件1022与光纤环形器1021的2端口光耦合，平衡探测器1024与光纤环形器1021的3端口光耦合。激光器101发出的出射光(即激光信号)从光纤环形器1021的1端口输入，从光纤环形器1021的2端口耦合进入光学镜头组件1022，再通过光学镜头组件1022输入到待测空气中；从外界空气中接收到的测风回波光经过光学镜头组件1022耦合进入光纤环形器1021的2端口，再从3端口输出，从而隔离了出射光和测风回波光，实现了光学镜头组件1022的收发一体设计。
耦合器1023是实现光信号功率在不同光纤间的分配或组合的光器件。在本申请实施例中，耦合器1023分别接收激光器101发送的本振光和光学镜头组件1022接收的测风回波光，将二者进行混频，进而产生相干拍频，然后输出两束具有π相位差的激光信号进入平衡探测器1024，使得激光测风雷达能够根据测风回波光和本振光得出风速数据。
请参阅图3，图3为本申请实施例提供的一种光学镜头组件的结构图，光学镜头组件1022可以包括：光学镜头301、楔形棱镜302和旋转电机303。光学镜头301与光纤环形器1021第二端光耦合，楔形棱镜302设置在光学镜头301远离光纤环形器1021第二端的端部，并与光学镜头301光耦合，旋转电机303用于驱动楔形棱镜302绕激光信号光轴转动。
可选的，光学镜头301由多个凸透镜和凹透镜组合而成，主要负责对激光信号的接收、发射以及对激光进行远距离聚焦。通过设置多个凸透镜和凹透镜，使得激光在这些凸透镜和凹透镜的作用下，进行扩束和准直，然后在远距离进行聚焦，从而能够保证出射光满足激光测风的需求。
请参阅图4，图4为本申请实施例提供的一种光学镜头的结构图，光学镜头301可以包括第一平凹透镜3011、第一平凸透镜3012、第二平凹透镜3013和第二平凸透镜3014。出射光耦合进入光学镜头301后，依次经过第一平凹透镜3011、第一平凸透镜3012、第二平凹透镜3013和第二平凸透镜3014后，从光学镜头射出。其中，通过选择合适的曲率半径，使得光学镜头301对出射光进行扩束和准直，并进行远距离聚焦。
激光器101产生的激光信号，通过光纤环形器1021耦合进入光学镜头301，根据实际的测风需求，光学镜头301将激光信号聚焦在镜头正前方某一处。可选的，光学镜头301的聚焦距离为镜头正前方30m-100m。需要说明的是，以上聚焦距离仅为一种实施方式，本申请不以此为限，本领域技术人员可以根据激光测风雷达的实际需求，确定聚焦距离。
可选的，光学镜头301可以为固定焦距的光学镜头或是焦距可变的可变焦光学镜头。当光学镜头301为固定焦距的光学镜头时，根据实际需求，预先设置光学镜头301的聚焦距离；当光学镜头301为焦距可变的可变焦光学镜头时，根据实际需求，改变光学镜头301内各透镜的距离，以改变光学镜头301的聚焦距离。
激光信号经过光学镜头301聚焦后，在楔形棱镜302的作用下，产生一个固定的偏转角度。可选的，偏转角度在10°-25°之间。旋转电机303带动楔形棱镜302旋转，激光信号在楔形棱镜302和旋转电机303的作用下，形成一个圆形测试层。通过控制旋转电机303的转速，激光测风雷达10可以进行连续扫描测量，采集圆形测试层圆周上各点的风速信息。
举例来说，光学镜头301将激光信号聚焦在镜头前方30m处，旋转电机303在1秒内控制光学镜头301旋转5圈，每一圈对测试层进行8个点的测试，即每个测试点每隔0.2s采集1次数据，选取不同测试点的风速信息可以合成该圆形测试层的三维风场信息。
通过设置楔形棱镜302和旋转电机303，使得激光测风雷达10能采集圆形测试层的多点风速信息，提高了激光测风雷达的准确性。
可选的，光学镜头组件1022还包括旋转角位移传感器。旋转角位移传感器设置在楔形棱镜302上，实时测试楔形棱镜302在旋转电机303带动下的旋转角度，进而推知出射光聚焦的位置。
激光测风雷达10还包括多个第一分光器103，第一分光器103与激光收发模块102一一对应；每个第一分光器103的输入端均与激光器101光耦合，每个第一分光器103的输出端分别与光纤环形器1021第一端和耦合器1023光耦合。
可选的，第一分光器103为1*2分光器，即一个输入端，两个输出端。激光器101产生的激光信号通过光纤耦合进入第一分光器103的输入端，在第一分光器103的作用下，激光信号分为一束出射光和一束本振光。出射光耦合进入光纤环形器1021第一端(即上述光纤环形器的1端口)，最终经过光学镜头组件1022输出到外界空气中进行测风。本振光耦合进入耦合器1023，与测风回波光混频后，输入平衡探测器1024。
其中，本申请实施例提供的激光测风雷达10可以包括至少两个第一分光器103，每一个第一分光器103的实现方式均与上述1*2分光器的实现方式相似，此处不再赘述。
激光测风雷达10还包括第二分光器104和障碍物检测模块105，第二分光器104包括输入端及与第一分光器103的输入端对应的多个输出端，第二分光器104的输入端与激光器101光耦合，多个第二分光器104的输出端分别与多个第一分光器103的输入端及障碍物检测模块105光耦合。
第二分光器104可以是1*3分光器、1*4分光器、1*5分光器等等，具体采用的分光器类型，根据设置的激光收发模块102的数量决定。举例来说，当设置两个激光收发模块102时，采用1*3分光器；当设置三个激光收发模块102时，采用1*4分光器，以此类推。第二分光器104的输入端与激光器101光耦合，接收激光器101发送的激光信号；每个输出端与一个第一分光器103光耦合，另外还有一个输出端与障碍物检测模块105光耦合。
请参阅图5，图5为本申请实施例提供的另一种激光测风雷达的结构框图。需要说明的是，本申请实施例以激光测风雷达10设有两个激光收发模块102为例进行介绍，可以理解，在别的实施例中，激光收发模块102可以为多个，本申请对激光收发模块102的数量不作限定。
本申请实施例中，由于设有两个激光收发模块102和一个障碍物检测模块105，因此，第二分光器104采用1*3分光器。激光器101产生的激光信号通过光纤耦合进入第二分光器104的输入端，在第二分光器104的作用下，激光信号分为三束光，其中两束光分别输入两个第一分光器103，然后输入激光收发模块102进行激光测风，具体的光路结构与上述激光收发模块102描述的光路结构相对应，在此不做赘述。
激光测风雷达10在工作时，控制两个激光收发模块102中的光学镜头301分别将出射光聚焦在不同的距离上，用以测量2个测试层的风速信息。举例来说，请参阅图6，图6为本申请实施例提供的一种激光测风雷达的空间测试点分布图。其中一个光学镜头301将出射光聚焦在镜头前30m处，另一个光学镜头301将出射光聚焦在镜头前100m处，然后在楔形棱镜302和旋转电机303的作用下，形成2个圆形测试层，同时对两个圆形测试层的进行风速测量。
通过设置多个激光收发模块102，可以同时获取与激光测风雷达10相距不同距离的多个测试层的风速信息，根据不同测试层的风速反演出风速在此方向上的变化情况，进而确定激光测风雷达10前方的风的切变、湍流的变化情况，提高了激光测风雷达10的实时性，使得激光测风雷达10能应用在风速变化较快或地形复杂的区域，实时、准确测得风速信息。
第三束光输入障碍物检测模块105，进行障碍物检测。障碍物检测模块105的工作原理为：发射激光对障碍物检测模块105前方进行扫描，当扫描到障碍物时，激光信号产生回波激光；障碍物检测模块105接收回波激光，通过对比发出激光与接收到回波激光的时间差，结合光速与该时间差，判断前方是否存在障碍物，当存在障碍物时，获取障碍物与激光测风雷达的距离。由于激光测风雷达通常设置在风力发电机上，当前方风力较大时，风机发电机可能会与障碍物碰撞，使得风力发电机发生破损。通过设置障碍物检测模块105，当出现障碍物时，判断障碍物的距离，发出预警，控制风力发电机降低转速，防止风力发电机及激光测风雷达与障碍物碰撞。
障碍物检测模块105包括：Mems扫描镜401、准直镜402、耦合镜403和APD光电转换器404；激光器101产生的激光光束经过Mems扫描镜401及准直镜402后，作为出射光射出障碍物检测模块105；耦合镜403接收回波光后，将回波光耦合至APD光电转换器404。
请参阅图7，图7为本申请实施例提供的一种障碍物检测模块的结构图。激光器101将激光信号发射到Mems扫描镜401上，Mems扫描镜401将激光信号按照15°—30°的角度进行扫描，然后通过准直镜将光信号进行准直，保证激光的出射能量，当扫描到障碍物以后会产生回波激光，回波激光通过耦合镜403将光信号耦合至APD光电转换器404中，APD光电转换器将光信号转换为电信号，方便后续数据处理模块处理，得出障碍物情况。需要说明的是，上述Mems扫描镜401的扫描角度仅为一种示例，在不同的使用场景中，可以根据实际情况，增大或者调小扫描角度，本申请不以此为限。
本申请实施例中，为了减小激光信号在激光测风雷达10传输过程中的损失，整个激光测风雷达10中的传输光纤采用保偏光纤，所有光学器件也采用保偏型光学器件，以此保证激光的偏振态，提高激光测风雷达的精确度。
请参阅图8，基于同一发明构思，本申请实施例中还提供一种基于上述激光测风雷达10的激光测风雷达系统20。本实施例中，激光测风雷达系统20包括数据处理模块201和上述激光测风雷达10，数据处理模块201与激光测风雷达10连接，数据处理模块201用于对激光测风雷达10测得的数据进行处理。
具体而言，数据处理模块201与上述激光测风雷达10的平衡探测器1024和APD光电转换器404连接。平衡探测器1024将混频后的光信号转换为带有多普勒频率的模拟射频信号后，输入数据处理模块201进行处理，得出与激光测风雷达10相距不同距离的多个测试层的风速信息，根据不同测试层的风速反演出风速在此方向上的变化情况，进而确定激光测风雷达10前方的风的切变、湍流的变化情况；APD光电转换器404将接收到的回波信号(光信号)转换为电信号，输入数据处理模块201进行处理，判断前方是否有障碍物，当有障碍物时，还能得出与障碍物的距离信息。
可选的，数据处理模块201可以包括：高速A/D电路和预处理组件。高速A/D电路将数据处理模块201接收到的模拟射频信号转换为数字信号，再经由预处理组件进行数据类型转换、滤波、FFT及频谱细化、频谱计算和统计等处理，得出风速信息及障碍物信息。
激光测风雷达系统20还包括供电系统202。供电系统202用于为激光测风雷达系统20供电。激光测风雷达中，不同模块的工作电压不同，为了保证各模块的正常运行，供电系统202设置有AC转DC模块，使得激光测风雷达系统20既可以采用直流供电，也能交流供电。举例来说，激光测风雷达系统20需要采用直流电驱动，工作电压为24V。除了输入24V直流电之外，由于供电系统202设置有AC转DC模块，可以直接使用220V交流电供电，通过AC转DC模块，将220V交流电转换为24V直流电，保证激光测风雷达系统20的正常工作。需要说明的是，上述供电电压仅为一种示例，本申请不以此为限。
激光测风雷达系统20还包括控制模块、显示模块、数据存储模块和数据发送模块。控制模块用于控制其他各个模块的开启、关闭和同步；显示模块用于显示实时测量的风速信息和障碍物信息；数据存储模块用于存储激光测风雷达系统20测得的风速信息和障碍物信息，以便后续分析使用；数据发送模块用于将测得的风速信息和障碍物信息以有线或者无线方式发送给外部设备，进行后续处理和分析。
基于同一发明构思，本申请实施例中还提供一种基于上述激光测风雷达系统20的风力发电机。该风力发电机包括桨叶、塔筒和上述激光测风雷达系统20。桨叶设置在塔筒上端，激光测风雷达系统20设置在桨叶轮毂的中心位置。通过将激光测风雷达系统20设置在桨叶轮毂的中心位置，可以使得激光测风雷达系统20在测量风速时，不会被桨叶旋转时周期性遮挡，提高了测量的准确性。通过在风力发电机上设置激光测风雷达系统20，可以在获取得到风速信息后，快速进行风机的变动控制，降低风机载荷，以及提高发电量。
在风力发电的时候，由于桨叶前方风速变化较快，可能会出现桨叶与塔筒碰撞的情况。本申请实施例提供的激光测风雷达系统具有障碍物检测功能，可以检测桨叶是否出现在塔筒附近。当检测到塔筒附近出现异物(可能是桨叶也可能是空气中悬浮的垃圾等异物)时，系统控制风力发电机做出相应的控制措施，例如降低桨叶转速或停止桨叶工作。
通过设置障碍物检测模块，当出现障碍物时，判断障碍物的距离，发出预警，控制风力发电机降低转速或停止工作，防止风力发电机与障碍物碰撞，保护风力发电机安全运行。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
需要说明的是，功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种激光测风雷达，其特征在于，包括：激光器和至少两个激光收发模块；
所述激光器分别与至少两个所述激光收发模块光耦合；
所述激光器产生的激光光束，分别经过所述至少两个激光收发模块到达与所述激光测风雷达相距不同距离的测试层，以确定不同测试层的风速数据。
2.根据权利要求1所述的激光测风雷达，其特征在于，所述激光收发模块包括：光纤环形器、光学镜头组件、耦合器和平衡探测器；
所述光纤环形器第一端与所述激光器光耦合，第二端与所述光学镜头组件光耦合，第三端经所述耦合器与所述平衡探测器光耦合，所述耦合器还与所述激光器光耦合；
所述激光器产生的激光光束经所述第一端入射到所述光纤环形器，经所述第二端入射到所述光学镜头组件，并经所述光学镜头组件出射；所述光学镜头组件接收测风回波光，所述测风回波光经所述第二端入射到所述光纤环形器，并经所述第三端入射到所述耦合器；
所述激光器产生的激光光束还作为本振光射入所述耦合器；
所述本振光和所述测风回波光在所述耦合器混频后，输入所述平衡探测器；所述激光测风雷达根据所述测风回波光和所述本振光得出风速数据。
3.根据权利要求2所述的激光测风雷达，其特征在于，所述光学镜头组件包括：光学镜头、楔形棱镜和旋转电机；
所述光学镜头与所述第二端光耦合，所述楔形棱镜设置在所述光学镜头远离所述第二端的端部，并与所述光学镜头光耦合，所述旋转电机用于驱动所述楔形棱镜绕激光信号光轴转动。
4.根据权利要求2所述的激光测风雷达，其特征在于，所述激光测风雷达包括多个第一分光器，所述第一分光器与所述激光收发模块一一对应；
每个所述第一分光器的输入端均与所述激光器光耦合，每个所述第一分光器的输出端分别与所述光纤环形器第一端和所述耦合器光耦合。
5.根据权利要求4所述的激光测风雷达，其特征在于，所述激光测风雷达还包括第二分光器和障碍物检测模块；
所述第二分光器包括输入端及与所述第一分光器的输入端对应的多个输出端，所述第二分光器的输入端与所述激光器光耦合，所述多个第二分光器的输出端分别与多个所述第一分光器的输入端及所述障碍物检测模块光耦合。
6.根据权利要求5所述的激光测风雷达，其特征在于，所述障碍物检测模块包括：Mems扫描镜、准直镜、耦合镜和APD光电转换器；
所述激光器产生的激光光束经过所述Mems扫描镜及所述准直镜后，作为出射光射出所述障碍物检测模块；
所述耦合镜接收回波光后，将所述回波光耦合至所述APD光电转换器。
7.根据权利要求1-6任一项所述的激光测风雷达，其特征在于，所有光学器件均采用保偏型光学器件。
8.一种激光测风雷达系统，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的激光测风雷达和数据处理模块；
所述数据处理模块与所述激光测风雷达连接，用于对所述激光测风雷达测得的数据进行处理。
9.根据权利要求8所述的激光测风雷达系统，其特征在于，所述激光测风雷达系统还包括供电系统，所述供电系统与所述激光测风雷达和所述数据处理模块连接，用于为所述激光测风雷达系统供电。
10.一种风力发电机，其特征在于，包括：权利要求8-9任一项所述的激光测风雷达系统、桨叶和塔筒；
所述桨叶设置在所述塔筒上端，所述激光测风雷达系统设置在所述桨叶轮毂的中心位置。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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