CN114846237A - 用于确定风力涡轮机叶片与其风力涡轮机塔架之间在经过时的距离的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种确定风力涡轮机的尖端到塔架间隙的方法，风力涡轮机包括风力涡轮机塔架，其中，距离传感器单元布置在风力涡轮机的至少一个风力涡轮机叶片上，并且至少包括发射器和接收器，其中，该方法包括以下步骤：从距离传感器单元朝向风力涡轮机塔架发射信号，测量从风力涡轮机塔架反射的信号，基于发射信号和反射信号确定风力涡轮机塔架和该至少一个风力涡轮机叶片之间的距离，其中，该方法还包括基于在距离传感器单元的位置处的该至少一个风力涡轮机叶片的实际桨距角和偏转角中的至少一个对测量距离进行校正的步骤。

Description

用于确定风力涡轮机叶片与其风力涡轮机塔架之间在经过时 的距离的装置

技术领域

本发明涉及一种用于确定逆风型风力涡轮机的尖端到塔架间隙的方法，其中，风力涡轮机包括风力涡轮机塔架，布置在风力涡轮机塔架的顶部上的机舱，以及具有至少一个相对于机舱布置的风力涡轮机叶片的可旋转转子，其中，该方法包括使用非接触测量技术来测量风力涡轮机塔架和风力涡轮机叶片的一部分之间的距离的步骤。

本发明还涉及一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括风力涡轮机塔架，布置在风力涡轮机塔架的顶部上的机舱，具有至少一个相对于机舱布置的风力涡轮机叶片的可旋转转子，其中，传感器单元配置为使用非接触测量技术来测量风力涡轮机塔架和风力涡轮机叶片的一部分之间的距离。

背景技术

当今，风力涡轮机形成一般能源基础设施的既定部件，并且已经使用多年以收获风能并且将其转换成电能。近年来，由于气候和环境变化，人们越来越关注利用可再生能源和增加清洁能源的生产。

风力涡轮机包括风力涡轮机塔架，经由偏航系统联接到风力涡轮机塔架的机舱，以及具有多个风力涡轮机叶片的转子，该多个风力涡轮机叶片经由转子轴而联接到机舱内的传动系。全翼展叶片在叶片根部处经由变桨系统连接到转子毂。部分变桨叶片具有固定地安装到转子毂的内叶片段和经由变桨系统连接到内叶片段的外叶片段。连接到风力涡轮机中的多个各种传感器的本地风力涡轮机控制器用来控制风力涡轮机的操作。可选地，本地风力涡轮机控制器进一步与远程风电场控制器通信，其中，远程控制器将控制信号发送到各个风力涡轮机控制器，并且从本地风力涡轮机接收各种操作信号。

为了使风力涡轮机更具成本效益，增加了尺寸，并且因此增加了额定功率输出。然而，风力涡轮机在尺寸上的按比例增大对基础设施、风力涡轮机塔架、传动系且特别是风力涡轮机叶片提出了一些设计和工程挑战。增加风力涡轮机叶片的尺寸和长度需要优化设计以减小总重量，材料消耗以及疲劳和最大载荷。还需要改进的控制策略，以控制空气动力升力，从而控制转子转矩和风力涡轮机叶片的旋转速度。

已知的是，风力涡轮机叶片在其结构上是柔性的，并且将弯曲到转子平面之外，其中偏转量取决于实际风力、旋转速度和实际桨距角(pitch angle)。这可能潜在地导致风力涡轮机叶片撞击风力涡轮机塔架，这对于结构的完整性而言将是极其关键的，并且代表不可接受的安全风险。如果放置在浮动基础设施上，由于作用在浮动基础设施上的水流和波浪载荷，将额外的偏转引入到风力涡轮机叶片中。

解决此问题的一种方式是使传动系倾斜，并且因此使转子相对于水平轴线倾斜，从而使风力涡轮机叶片进一步远离风力涡轮机塔架。解决此问题的另一种方式是增加风力涡轮机叶片中的结构强度和/或将预弯曲段引入到风力涡轮机叶片中。解决此问题的另一种方式是使用距离传感器来测量叶片尖端与风力涡轮机之间的距离，其中如果所测量的尖端到塔架距离降到安全阈值以下，则本地风力涡轮机控制器生成事件信号。然而，由于实际偏转的不确定性以及由此叶片和塔架之间的实际距离的不确定性，针对最坏情况的情形估计安全设计裕度，并且将其用于例如风力涡轮机叶片的设计中。

US 2015/0159632A1公开了一种塔架间隙测量系统，其包括安装在风力涡轮机塔架上的单个雷达单元或雷达单元阵列，其中，每个雷达单元使用多普勒频移来测量距离。发射器连续地发射频率调制波信号，并且接收器在每次风力涡轮机叶片经过雷达场时接收风力涡轮机叶片的反射信号。然后，处理器使用反射信号和发射信号来确定多个代表测量距离的范围信号。该范围信号进一步用于确定叶片尖端朝向或远离风力涡轮机塔架的速度。如果速度超过阈值，则处理器生成用于停止风力涡轮机的操作的停机控制信号。它没有公开如何对此传感器单元供电或者如何能够仅根据范围信号来生成控制信号。

WO 02/02936A1公开了一种激光传感器单元，其配置为安装在风力涡轮机塔架上，其中，到风力涡轮机叶片的距离由计算机确定。计算机还基于所存储的距离来计算风力涡轮机叶片的桨距角。然而，此解决方案仅用于在安装风力涡轮机之后验证/校准风力涡轮机叶片的桨距角。在WO02/02936A1中没有指出激光传感器单元可用于尖端到塔架间隙测量。

US 2008/0101930A1公开了一种尖端到塔架间隙系统，该系统包括安装在风力涡轮机塔架上的雷达传感器，其中雷达发射雷达波束并且测量反射波束信号。处理器使用发射波束信号和反射波束信号之间的多普勒频移来生成指示经过雷达传感器的风力涡轮机叶片的结果信号。此结果信号的斜率指示风力涡轮机塔架和风力涡轮机叶片之间的距离。当风力涡轮机叶片接近风力涡轮机塔架时，毂上的方位传感器用于激活雷达传感器。对于每种风力涡轮机设计，必须根据经验来确定结果信号的斜率和形状。

已经提出了其他解决方案，但是这些解决方案和上述解决方案的共同之处在于，它们主要由于实现困难、实际可用性、复杂性和成本而没有大规模实现。

发明目的

本发明的目的是提供一种解决现有技术的上述问题的系统和方法。

本发明的目的是提供一种可大规模实现的系统和方法。

本发明的目的是提供一种系统和方法，其可以允许更大的功率产生，同时降低能量的水平成本，并且通过避免塔架撞击和疲劳消耗来增加安全性。本发明的目的还在于增加与风力涡轮机相关的安全性。

发明内容

本发明的目的通过一种确定风力涡轮机的尖端到塔架间隙的方法来实现，该风力涡轮机包括风力涡轮机塔架，布置在风力涡轮机塔架的顶部上的机舱，具有至少一个相对于机舱布置的风力涡轮机叶片的可旋转转子，其中，距离传感器单元布置在该至少一个风力涡轮机叶片上并且至少包括发射器和接收器，其中，该方法包括以下步骤：

-从距离传感器单元朝向风力涡轮机塔架发射信号，

-测量从风力涡轮机塔架反射的信号，

-基于发射信号和反射信号确定风力涡轮机塔架与该至少一个风力涡轮机叶片之间的距离，其中，该方法还包括以下步骤：

-基于在距离传感器单元的位置处的该至少一个风力涡轮机叶片的实际桨距角和偏转角(deflection angle)中的至少一个对测量距离进行校正。

这是有利的，因为其提供了一种快速且简单的方法来确定陆上以及离岸风力涡轮机的实际的尖端到塔架间隙，其中使用非接触技术来测量传感器单元和风力涡轮机塔架之间的距离。由此，允许将本距离传感器制造为可设置有其自己的电源的小而紧凑的单元，从而允许简单且快速安装并且没有过高的成本以确保大规模部署。因此，本距离传感器单元可以在工厂或现场安装在新的风力涡轮机上，或者改装到现有的风力涡轮机上。

与传统的距离传感器单元相比，本距离传感器具有增加的功能，因为其能够例如基于传感器位置处的实际桨距角和/或偏转角来确定风力涡轮机叶片和风力涡轮机塔架之间的实际距离。本距离传感器还可以确定传感器位置处的实际旋转速度。距离测量受到风力涡轮机叶片的偏转以及风力涡轮机的桨距角的影响，其中本方法能够补偿实际桨距角和/或偏转角。从而提供更精确的距离测量并减少关于实际偏转的不确定性。这进而允许使用更小的安全裕度(有时也称为安全设计裕度)和增加的功率产生。因此，风力涡轮机叶片和/或控制策略不用必须基于最坏情况的情形来设计。

传统的距离传感器单元仅能够确定风力涡轮机叶片和风力涡轮机塔架之间的平均距离，然而，尖端到塔架间隙实际上可能小于所测量的距离。这增加了风力涡轮机叶片在短距离处撞击风力涡轮机塔架的风险。因此，当设计风力涡轮机叶片和选择控制策略时，将最坏情况的情形用作安全裕度。

在传统方法中，使用编码器在变桨轴承系统处测量桨距角。然后，在风力涡轮机控制器中使用此测量的桨距角来控制风力涡轮机的操作。然而，变桨轴承系统通常放置在叶片根部处或距叶片尖端一段距离处，而距离测量在叶片尖端处或其附近执行，因为偏转在此叶片尖端段中最大。因此，由于风力涡轮机叶片的扭转和弯曲，在距离测量的位置处的实际桨距角通常不同于所测量的桨距角。这进而导致关于传感器位置处的实际桨距角的不确定性。

本发明的各种实施方式可以例如采用仅由距离传感器单元确定或由风力涡轮机控制器确定的实际桨距角，例如当前由风力涡轮机控制器选择的桨距角，其可选地基于当前风速或各种测量结果而校正。在一些实施方式中，基于来自距离传感器单元的测量结果和来自风力涡轮机控制器的输入来确定实际桨距角。

将距离传感器单元定位在叶片上的优点在于，其能够独立于风力涡轮机塔架的偏航而发射和测量在风力涡轮机塔架上反射的信号。假设，如果距离传感器单元安装在风力涡轮机塔架上，并且通过在风力涡轮机叶片上反射信号来测量尖端到塔架间隙，则距离传感器单元将仅能够测量转子的非常有限的取向范围内的距离。或者，大量的距离传感器单元将必须安装在塔架上，使得所有定向都将被覆盖。或者替代地，距离传感器单元将必须围绕风力涡轮机塔架旋转以跟随转子的定向。相比之下，将距离传感器单元布置在风力涡轮机叶片上提供了更简单的解决方案，这是有利的。

本发明的另一优点是测量实际桨距角本身。实际桨距角可以指示风力涡轮机的变桨轴承系统的桨距角的误差或不正确的校准。此外，实际桨距角可以指示叶片的机械状态，无论其是否磨损并且可能需要更换。

尖端到塔架间隙可以理解为在转子的旋转期间风力涡轮机塔架与风力涡轮机叶片或其尖端之间的最小距离。在风力涡轮机叶片偏转、转子/机舱倾斜和/或风力涡轮机叶片变桨的情况下，此最小距离可能受到影响。尖端到塔架间隙也可以被称为实际距离。距离传感器单元可以不用必须位于叶片的与塔架具有最小距离的位置处，例如叶片的尖端。在一些实施方式中，距离传感器单元提供在其位置处的距离。在一些实施方式中，距离传感器单元通过基于在传感器的位置处的距离执行估计来提供最小距离。

这种估计例如可以基于叶片的偏转角，该偏转角可用于从位置和距离以及距离传感器单元推断叶片的延伸。

如在本公开内容中所例示的，测量尖端到塔架间隙易于出现各种误差。即使本发明的各种实施方式可以具有确定的尖端到塔架间隙的相对小的误差，也不可能完全消除这种误差。因此，本发明的实施方式不限于特定的误差大小。所确定的尖端到塔架间隙也可以理解为尖端到塔架间隙的表示。

在本发明的一些实施方式中，叶片和塔架之间的距离主要通过其他方式来测量，例如通过能够估计叶片的偏转的加速度计。在这种实施方式中，然后可以偶尔使用用于测量距离的信号的发射和反射以及基于实际桨距角的此距离的校正来验证或校正通过其他方式测量的叶片和塔架之间的距离。

可旋转的转子可以围绕风力涡轮机的旋转轴线旋转。

距离传感器单元也可以理解为桨距传感器单元、本征频率传感器单元或偏转传感器单元。

根据一个实施方式，建立指示一个风力涡轮机叶片的至少一个桨距角的至少一个距离分布(distance profile，距离轮廓)，其中，基于该至少一个距离分布来确定实际桨距角。

本方法可以扫描由发射器和/或接收器覆盖的角场，以在风力涡轮机叶片经过风力涡轮机塔架时执行多个距离测量。这些距离测量描述了风力涡轮机叶片或风力涡轮机塔架在一定桨距角下的距离分布。可以使用其他测量技术来确定距离分布。

在本发明的一些实施方式中，单个距离传感器单元安装在单个风力涡轮机叶片上。单个叶片的尖端到塔架间隙通常可以指示其他叶片的尖端到塔架间隙。然而，在本发明的一些实施方式中，一个或多个距离传感器单元安装在单个风力涡轮机的若干风力涡轮机叶片上。

通常在风力涡轮机叶片相对于风力涡轮机塔架的单次通过期间测量距离分布。因此，由安装在风力涡轮机叶片上的单个距离传感器单元测量的距离分布可以在每次旋转时(即，在包括距离传感器单元的风力涡轮机叶片每次经过塔架时)执行一次。

距离分布通常可以取决于风力涡轮机塔架和风力涡轮机叶片之间的距离，风力涡轮机塔架的横截面形状和桨距角两者。风力涡轮机塔架的横截面形状通常可以是圆形的。

如果桨距角为零，则距离分布通常可以近似地再现风力涡轮机塔架的横截面形状的至少一部分，例如近似圆弧。例如，由于风力涡轮机塔架的形状，与距离分布相关联的第一次测量和最后一次测量对应于比在第一次测量和最后一次测量之间执行的测量更大的距离。

然而，如果桨距角不为零，则距离分布可能变得偏斜和/或更宽，并且可能不再对应于例如圆弧的形状。然后，此偏斜度可用于导出实际桨距角。

距离传感器可以用于确定一组距离分布，每个距离分布以不同的桨距角测量。这组距离分布可以包括至少两个距离分布，优选地多个描述整个桨距角范围或其子范围的距离分布。各个距离分布和对应的桨距角可以存储在距离传感器单元的存储器单元中的查找表中。本方法可以使用内插法以及查找表来估计作为某一距离分布的函数的实际桨距角，或反之亦然。

实际桨距角可以指示风力涡轮机叶片相对于风力涡轮机塔架在水平平面中的测量距离与实际距离之间的差。如果实际桨距角为零，即平行于转子平面，则测量距离可以等于实际距离。如果实际桨距角不等于零，即相对于转子平面以倾斜角(tilting angle，倾角)放置，则测量距离不同于实际距离。本发明的优点在于，其计算此实际距离，从而消除了导致由现有技术系统计算的距离的这种差别的误差。

所存储的距离分布可以在风力涡轮机叶片每次经过风力涡轮机叶片时更新。这允许距离分布在整个寿命期间适应于风力涡轮机叶片的实际条件。风力涡轮机叶片例如可以在其寿命结束时变得更具柔性，这可以导致更大的偏转以及(在轴承处)测量的桨距角与实际桨距角之间的更大差异。

类似地，偏转角也可以指示风力涡轮机叶片相对于风力涡轮机塔架在水平平面中的测量距离与实际距离之间的差。距离分布可以可选地基于偏转角。

根据一个实施方式，该方法还包括测量该至少一个风力涡轮机叶片的旋转速度的步骤，其中，使用实际桨距角和至少旋转速度之间的预定相关性来估计实际桨距角。

或者，实际桨距角可以至少使用风力涡轮机叶片的旋转速度来确定。可以使用集成在距离传感器单元中的陀螺仪通过距离传感器单元来测量旋转速度。所测量的旋转速度可以存储在距离传感器单元中的存储器单元中。旋转速度还可以经由在风力涡轮机的机舱或毂中执行的测量来测量。

实际桨距角可以作为上述测量的旋转速度或从风力涡轮机控制器接收的旋转速度的函数，使用至少旋转速度和桨距角之间的已知相关性来估计。此相关性可以使用模拟、测试或先前的现场测量结果来确定。该相关性可以是技术人员已知的，并且可以进一步基于风速和功率输出来确定。所估计的桨距角也可以存储在距离传感器单元中。

实际桨距角与旋转速度之间的预定相关性可以例如基于查找表或近似于该相关性的数学函数。

根据一个实施方式，该至少一个风力涡轮机叶片的实际桨距角用于校正风力涡轮机塔架和一个风力涡轮机叶片之间的测量距离。

一旦已经确定或估计了实际桨距角，距离传感器单元中的处理器就可以使用此桨距角以使用三角法基于测量距离来计算风力涡轮机塔架和风力涡轮机叶片之间的实际距离。测量距离和/或实际距离可以存储在距离传感器单元中的存储器单元中。这允许距离传感器单元补偿桨距角的影响，并且因此提供更精确的距离测量。

根据本发明的一个实施方式，对测量距离进行校正的步骤基于实际桨距角或偏转角。

根据一个实施方式，对测量距离进行校正的步骤基于实际桨距角和偏转角。

本方法可以基于根据实际桨距角、偏转角中的任一个或两者对测量距离进行校正。风力涡轮机叶片的偏转角指示风力涡轮机叶片相对于风力涡轮机塔架在竖直平面中的测量距离与实际距离之间的差。

当风力涡轮机叶片由于重力和进入的风速而弯曲时，尖端将趋向于相对于叶片根部远离转子平面并且朝向风力涡轮机塔架移动，从而导致距离传感器单元相对于水平平面进入斜角。因此，本方法可以进一步补偿风力涡轮机叶片的偏转的影响，以对测量距离进行校正。

例如，可以测量或计算偏转角。计算可以考虑测量结果。例如，可以测量风力涡轮机叶片的旋转速度，并且可以基于此测量结果来计算偏转角。

如果偏转角为零，即平行于水平平面，则测量距离可以等于实际距离(假定桨距角也为零)。如果偏转角不等于零，即相对于水平平面以斜角放置，则测量距离不同于实际距离。

偏转角可以例如相对于转子平面或相对于竖直方向限定。

根据一个实施方式，该方法还包括测量该至少一个风力涡轮机叶片的旋转速度的步骤，其中，至少根据旋转速度来计算实际偏转角。

偏转角可以作为风力涡轮机叶片的所测量的旋转速度的函数来计算。优选地，偏转角可以作为所测量的旋转速度的函数来计算，例如基于陀螺仪的测量结果，并且考虑转子相对于水平平面的倾斜角。例如，基于使风力涡轮机叶片偏转的各种力，例如重力和离心力。

基于该偏转角，可以对测量距离进行校正。例如，在非零偏转角的情况下，可以考虑偏转角对测量距离进行校正。例如，小偏转角可以是测量距离的小校正的基础，而大偏转角可以是大校正的基础。偏转角和测量距离的校正之间的相关性可以例如基于查找表或数学函数，该数学函数近似于此相关性，例如基于三角函数。

距离传感器单元可以使用内置陀螺仪来测量风力涡轮机叶片的旋转速度。处理器可以例如使用径向位置来确定作为所测量的旋转速度的函数的施加到转子平面中的风力涡轮机叶片的向心力和/或离心力。

通常，风力涡轮机叶片远离转子叶片的偏转角取决于作用的力。当叶片沿着风力涡轮机塔架竖直地对准时，风力涡轮机叶片的偏转可以例如基于重力、离心力、叶片中的机械力以及诸如升力和阻力的风力中的任何力来确定。在距离传感器单元处测量的加速度与离心力和向心力直接相关。

处理器可以例如确定作为离心力和重力的函数的在风力涡轮机叶片的纵向方向上的测量的加速度或力。纵向方向上的力的大小例如可以通过将离心力和重力投射到传感器位置的切线上来确定。

在示例性实施方式中，距离传感器单元位于风力涡轮机叶片中。当叶片具有与风力涡轮机塔架对准的向下定向时，叶片和塔架近似形成其中可分析力的平面。在旋转参考系中，在距离传感器单元的位置处，施加四个力：在水平方向上推动叶片的风力，在向下方向上拉动的重力，推动远离旋转轴线的离心力，以及在叶片的纵向方向上朝向旋转轴线的叶片中的机械力。

可以基于重力和离心力来计算距离传感器单元的位置处的偏转角。风力至少部分地导致叶片的偏转，但是在偏转角的计算中可以省略，因为其接近垂直于叶片的纵向方向。然而，在其他实施方式中，在计算中考虑风力。

然后，叶片中的机械力在纵向方向上的大小可以近似地计算为重力和在相反方向上作用的离心力的投射和。在数学方面，Fm＝Fc cos(Atilt+Adef)+Fg cos(Adef)，其中Fm是叶片中的机械力，Fc是离心力，Fg是重力，Atilt是倾斜角，Adef是相对于竖直方向的偏转角。通过除以质量，表达式可被重写为Acc＝ω²r cos(Atilt+Adef)+g cos(Adef)，其中Acc是在纵向方向上测量的加速度，ω是角速度，r是径向位置，g是重力加速度。因此，通过例如经由陀螺仪测量ω，并且例如经由加速度计测量Acc，可例如在数值上计算Adef，假定Atilt，r和g是已知的(或者可测量/计算)。因此，偏转角可经由相对简单的测量和计算来建立。

根据一个实施方式，该方法还包括在该至少一个风力涡轮机叶片经过风力涡轮机塔架之前唤醒距离传感器单元的步骤，其中在该至少一个风力涡轮机叶片已经经过风力涡轮机塔架之后距离传感器单元进入休眠。

本方法可以在风力涡轮机叶片的旋转期间连续地扫描场，然而，这增加了功耗，因为距离传感器单元始终处于测量模式。

优选地，本方法可以通过仅当风力涡轮机叶片经过风力涡轮机塔架时激活距离传感器单元来减少功耗。因此，距离传感器单元仅在预定的角度间隔内被激活，而距离传感器单元在剩余的角度间隔内被停用。

例如，处理器可以利用来自内置加速度计的加速度信号来确定何时进入测量模式以及何时进入休眠模式。当处理器确定风力涡轮机叶片达到激活阈值时，处理器唤醒距离传感器单元。距离传感器单元然后可以执行距离测量并且确定实际距离和实际桨距角，如上所述。当处理器确定风力涡轮机叶片达到停用阈值时，处理器使距离传感器单元断电。这允许最小的功耗，并且因此距离传感器单元可适当地由光伏电池、电池或其他合适的电源供电。

可选地，距离传感器单元在风力涡轮机的每个完整旋转期间不进入测量模式，例如每10次旋转，距离传感器单元进入测量模式一次，以进一步节省电力。即，休眠模式的持续时间可以比风力涡轮机的旋转的持续时间长。

根据一个实施方式，距离传感器单元与优选地布置在风力涡轮机上的接收装置无线通信。

本距离传感器单元可以有利地与风力涡轮机的另一装置通信，例如联接到风力涡轮机控制器的接收天线。可以将测量距离、实际距离、距离分布和/或实际桨距角发射到风力涡轮机控制器以用于进一步分析和/或存储。类似地，风力涡轮机控制器可以将信号发射回到距离传感器单元。在实例中，可以将由单独的旋转速度传感器测量的旋转速度发射到距离传感器单元。这允许距离传感器单元仅当其被激活时才与其他装置通信，从而进一步降低功耗。

可选地，唤醒距离传感器单元的步骤还可以基于与另一装置的通信。

无线通信可以基于无线电通信、红外通信或另一合适的通信技术。

该装置还可以与风力涡轮机分开布置，例如布置在远程位置处。另一装置也可以理解为接收装置。

根据一个实施方式，接收装置布置在机舱的底表面处。

在机舱的底表面处，接收装置可以具有与距离传感器单元的改进的无线连接，例如当距离传感器单元靠近风力涡轮机塔架时，这可以是有利的。

根据一个实施方式，接收装置放置在风力涡轮机附近的地面上。

因此，例如对于操作人员或有线连接，它是容易接近的，这是有利的。

根据一个实施方式，执行对测量距离进行校正的步骤以获得尖端到塔架间隙。

根据一个实施方式，从风力涡轮机塔架反射的信号基于来自距离传感器单元的信号。

根据一个实施方式，该方法还包括确定该至少一个风力涡轮机叶片的角位置的步骤。

根据一个实施方式，对测量距离进行校正的步骤基于角位置。

根据一个实施方式，唤醒距离传感器单元的步骤基于角位置。

角位置可以由距离传感器单元例如基于陀螺仪或加速度计来确定。角位置也可以从距离传感器单元外部确定，例如通过风力涡轮机控制器、接收装置或其他外部装置。

确定角位置例如可以用于控制测量的时间，确定实际桨距角，和/或对测量距离进行校正，并且因此可以是有利的。

根据一个实施方式，对测量距离进行校正的步骤还基于风力涡轮机的倾斜角。

在风力涡轮机中，转子轴线通常与水平平面相比略微倾斜一定的倾斜角。风力涡轮机的倾斜角可能将误差引入到测量距离，因此，基于倾斜角对测量距离进行校正可能是有利的。

根据一个实施方式，实际桨距角由距离传感器单元确定。

实际桨距角例如可以基于距离测量、距离分布和/或角位置来确定。在距离传感器单元中确定实际桨距角可能是有利的，因为这可以减少所需的无线通信或计算的量。距离传感器单元因此可以例如执行单向通信，这进而可以减少功耗。然而，应注意，本发明的实施方式不限于单向通信，并且一些实施方式也可以促进双向通信。

根据一个实施方式，实际桨距角从距离传感器单元外部确定，例如通过风力涡轮机的风力涡轮机控制器确定。

通过在外部确定实际桨距角，在确定实际桨距角时可以包括附加信息，诸如外部信息，该外部信息例如是变桨轴承系统处的桨距角，这是有利的。

根据一个实施方式，实际桨距角不同于所测量的桨距角，其中，所测量的桨距角在风力涡轮机的变桨轴承系统处进行测量。

在强风期间尤其可能是这种情况，其中叶片可能扭曲或弯曲。当叶片测量桨距角和实际桨距角彼此不同时，基于实际桨距角对测量距离进行校正是特别重要的。

根据一个实施方式，该方法包括基于测量距离控制实际桨距角的步骤。

根据一个实施方式，该方法包括基于测量距离制动风力涡轮机的步骤。

基于测量距离控制桨距角或制动风力涡轮机可以确保降低事故的风险，这是有利的。在一些实施方式中，实际上可以控制或改变桨距角以改进风力涡轮机的功率产生。例如，如果实际桨距角与所测量的桨距角非常不同，则可以改变桨距角以优化功率产生。或者，如果校正距离在安全裕度之上，则这可以允许风力涡轮机尽管存在强风也继续产生功率，否则该强风将迫使风力涡轮机停止，例如，因为风速高于切出风速。因此，在允许风力涡轮机以其额定功率产生的大风下，风力涡轮机的功率产生可以被降低额定值，即，可以根据所计算的实际距离来调节桨距角。

根据一个实施方式，该方法包括基于测量距离控制辅助风力涡轮机的步骤。

在风电场中，若干风力涡轮机可能暴露于近似类似的条件。因此，一个风力涡轮机的风力涡轮机叶片和风力涡轮机塔架之间的测量距离可以指示在另一风力涡轮机处的此距离。因此，测量距离可以例如经由接收装置来传送，从而允许基于此信息来控制其他风力涡轮机，这是有利的。如果放置在另一风力涡轮机的上风处的风力涡轮机记录阵风，则如果将这种阵风传送到下风处的风力涡轮机，是特别有利的。

根据一个实施方式，该方法包括执行预测性维护的步骤。

预测性维护可以例如基于可以指示叶片状态的校正的测量距离、实际桨距角和/或偏转角来执行。因此，预测性维护可以例如是叶片的更换。预测性维护也可以是拆除风力涡轮机。

根据一个实施方式，风力涡轮机放置在浮动基础设施上，其中，对测量距离进行校正的步骤基于风力涡轮机塔架的风力涡轮机塔架角度。

放置在浮动基础设施上的风力涡轮机可能受到作用在浮动基础设施上的水流和波浪载荷的影响。这可以例如影响风力涡轮机塔架的风力涡轮机塔架角度，例如，风力涡轮机塔架相对于重力所具有的角度。此角度通常为大约0度，但是由于例如波浪而可能变为非零。这可能影响需要对测量距离执行以获得精确的尖端到塔架间隙的校正。因此，考虑风力涡轮机塔架角度是有利的。实际上，这可以例如通过对计算中的角度进行校正来实现，例如对倾斜角，重力角度，偏转角等进行校正。风力涡轮机塔架角度可以例如独立地或通过距离传感器单元测量。

根据一个实施方式，基于陀螺仪测量结果和加速度测量结果来建立距离传感器单元的径向位置。

例如，陀螺仪测量结果可以提供风力涡轮机叶片的旋转速度，并且加速度测量结果指示向心力，其与旋转速度组合指示距离传感器单元的径向位置。该径向位置进而可以指示叶片的偏转。因此，建立径向位置是有利的。

根据一个实施方式，从距离传感器单元发射的信号具有大约24GHz的频率，例如在23GHz和25GHz之间。

这是有利的，因为欧洲电信标准协会目前允许使用24GHz频带。

根据一个实施方式，从距离传感器单元发射的信号具有从50GHz到80GHz的频率，例如从60GHz到70GHz的频率。

从60GHz到70GHz的频率具有适于精确地确定距离的波长，这是有利的。这种频率还允许采用用于检测到静止目标的距离的方法。

根据一个实施方式，确定距离的步骤基于频移键控。

频移键控是一种频率调制方案，其中可以确定到移动目标的距离。例如，该距离可以被确定为

其中R是距离，c是光速，

是相移，fa和fb是由发射器顺序发送的两个频率。

根据一个实施方式，该方法还包括测量该至少一个风力涡轮机叶片的一个或多个叶片本征频率的步骤。

叶片本征频率例如可以由距离传感器单元的加速度计确定。本征频率也可以理解为自然频率。一个或多个本征频率也可以是振动频谱，例如通过所测量的加速度的傅立叶变换来获得。

叶片本征频率可以是例如风力涡轮机叶片的沿边缘方向和/或沿襟翼方向(flap-wise)振动的本征频率。

叶片本征频率例如可以指示风力涡轮机叶片的结构完整性，因此，这些本征频率有利于测量。

根据一个实施方式，该方法还包括将该一个或多个本征频率与一个或多个模型本征频率进行比较的步骤。

例如，可以将所测量的本征频率与例如基于风力涡轮机叶片的模型的模型本征频率进行比较。

通过执行比较，可能详细地评估风力涡轮机叶片的机械状态和完整性，例如以查看叶片是否磨损。

此外，由于存在不同类型的风力涡轮机，所以可能无法实现对一个或多个所测量的叶片本征频率的通用分析。因此，与相关风力涡轮机类型的模型本征频率的比较可能是有利的。

根据一个实施方式，发射信号的步骤基于比较该一个或多个叶片本征频率的步骤。

本征频率可以指示距离测量是否是必须的。因此，如果信号的发射基于本征频率，则可能减少所需的距离测量的数量，这是有利的。

根据一个实施方式，将该一个或多个叶片本征频率无线地传送到接收装置。

通过传送该一个或多个本征频率，可在外部，甚至远程地分析这些本征频率，这是有利的。例如，可以比较若干风力涡轮机的风力涡轮机叶片的本征频率，这可以改进分析并且允许发现本征频率的偏差。这可以例如允许预测性维护。

根据一个实施方式，该方法还包括基于该一个或多个叶片本征频率激活警报的步骤。

通过监测叶片本征频率，可能防止对叶片或风力涡轮机的误差或损坏，这是有利的。优选地，将警报提供给操作人员，操作人员然后可基于警报来行动。

根据一个实施方式，该方法还包括基于该一个或多个叶片本征频率提供测量品质因数的步骤。

由于本征频率可以指示风力涡轮机叶片的状态，所以还可以指示通过发射、测量、确定和校正距离而产生的测量的品质。例如可以将测量品质因数提供给远程位置，例如提供给操作人员，它可以在风力涡轮机的现场使用，或者在距离传感器单元内使用。它可以用于风力涡轮机叶片的状态的详细分析，或者它可以在自动算法或计算中使用，例如用于提供尖端到塔架间隙，或偏转的指示。因此，提供测量品质因数是有利的。

本发明的目的还通过一种用于确定风力涡轮机的尖端到塔架间隙的距离传感器单元来实现，风力涡轮机包括风力涡轮机塔架，布置在风力涡轮机塔架的顶部上的机舱，以及具有至少一个相对于机舱布置的风力涡轮机叶片的可旋转转子，其中，距离传感器单元布置成位于该至少一个风力涡轮机叶片上，其中，距离传感器单元包括发射器和接收器，其中，发射器配置为朝向风力涡轮机塔架发射信号，并且接收器配置为测量从风力涡轮机塔架反射的信号，其中，距离传感器单元还包括处理器，该处理器配置为基于发射信号和反射信号来确定风力涡轮机塔架和该至少一个风力涡轮机叶片之间的距离，其中，处理器还配置为基于该至少一个风力涡轮机叶片的实际桨距角和偏转角中的至少一个对测量距离进行校正。

这为距离传感器单元提供了增加的功能，因为其能够确定风力涡轮机叶片和风力涡轮机塔架之间的实际间隙，并且优选地还能够确定传感器位置的实际桨距角。本距离传感器单元提供可靠的距离检测，并且允许减小的安全裕度，从而允许增加的功率产生。

根据本发明的距离传感器单元可以具有上述优点中的任何优点。

非接触测量技术的使用允许本距离传感器单元成形为小型紧凑传感器，其允许简单的安装并且具有非过高的成本以确保大规模生产。

根据一个实施方式，距离传感器单元还包括本地电源，例如一个或多个光伏电池，本地电源配置为向距离传感器单元的电气部件提供电力。

优选地，距离传感器单元可以配置为自供电单元，其与风力涡轮机的电网的其余部分隔离。在实例中，距离传感器单元可以包括电池组，光伏电池或另一合适的电源。光伏电池可以替代地布置在叶片表面上，或者嵌入在风力涡轮机叶片中，并且电连接到距离传感器单元。这使得距离传感器非常耐雷击，因为其具有浮动电势，因为其不连接到风力涡轮机的任何接地路径。

传统的距离传感器被接线到风力涡轮机的接地路径，从而使其易受雷击的影响。此外，这种有线传感器需要更复杂的安装并且需要穿过叶片外壳的开口。

根据一个实施方式，距离传感器单元配置为小型自供电传感器单元，其可选地嵌入或集成到该至少一个风力涡轮机叶片中。

本距离传感器单元可以合适地安装在新的风力涡轮机叶片上以及改装到现有的风力涡轮机叶片上。本距离传感器可以直接安装在叶片表面上，或定位在叶片表面中的凹部中。传感器单元的顶部可以与叶片表面平齐，或者部分地伸出到凹部之外。或者，本距离传感器单元可以嵌入到叶片外壳中或者布置在风力涡轮机叶片内部。此外，本距离传感器单元也可以安装在风力涡轮机塔架上。

本距离传感器单元具有低功耗，因此允许将其制造为具有其自身电源的小型紧凑单元。这与不具有其自己的电源并且因此需要与风力涡轮机的电源有线连接的传统的距离传感器单元不同。

根据一个实施方式，距离传感器单元还包括陀螺仪，陀螺仪配置为测量该至少一个风力涡轮机叶片的旋转速度。

本距离传感器单元可以优选地包括陀螺仪，陀螺仪配置为至少测量风力涡轮机叶片的旋转速度。陀螺仪的使用允许距离传感器单元的处理器补偿风力涡轮机叶片的桨距角和偏转的影响。因此，允许更精确地检测实际距离以及检测实际桨距角。

根据一个实施方式，距离传感器单元还包括至少一个加速度计，该至少一个加速度计配置为测量该至少一个风力涡轮机叶片的加速度。

本距离传感器单元可以有利地包括一个或多个加速度计，该一个或多个加速度计配置为测量风力涡轮机叶片在距离传感器单元的位置处的加速度。加速度计可以测量一个或多个轴线上的加速度。通常，一个轴线在叶片的纵向方向上对准，但是本发明的实施方式不限于此。

基于所测量的加速度，可以确定风力涡轮机叶片的旋转角。当风力涡轮机叶片可能在风力涡轮机塔架的几度内时，加速度信号可以用于唤醒距离传感器单元。当风力涡轮机叶片可能已经远离风力涡轮机塔架移动了几度时，加速度信号可以进一步用于使距离传感器单元断电。这节省了功率并且允许制造小型自供电传感器单元。

加速度也可以用于确定距离传感器单元的偏转或径向位置。

根据一个实施方式，发射器和接收器形成雷达测量系统，LIDAR测量系统或超声波测量系统。

本距离传感器单元使用发射器和接收器或组合收发器来发射信号并且测量反射信号。处理器可以可选地使用发射信号和反射信号之间的多普勒频移来确定测量距离。

发射器和接收器可以形成雷达测量系统，其中发射信号可以是雷达波束信号。发射信号的特征参数可以用于确定两个信号之间的相位，该相位进而用于确定测量距离。雷达测量系统是特别有利的，因为其可能不易受例如来自诸如下雨的天气条件的误差的影响。

发射器和接收器可以替代地形成LIDAR测量系统，其中发射信号是脉冲信号。从发射脉冲信号到接收反射信号的时间(即飞行时间)可以用于确定测量距离。LIDAR测量系统可以使用其他技术，例如使得能够实现频率调制技术的光学混频器。

发射器和接收器可以形成超声波测量系统，其中发射信号可以是声音信号。这种超声波测量技术是已知的，并且不太容易受雨、灰尘和雾的影响。

根据一个实施方式，距离传感器单元包括存储器。

根据一个实施方式，将发射器和接收器组合在收发器单元中。

本发明的目的还通过一种风力涡轮机来实现，该风力涡轮机包括风力涡轮机塔架，布置在风力涡轮机塔架的顶部上的机舱，具有至少一个相对于机舱布置的风力涡轮机叶片的可旋转转子，以及布置在该至少一个风力涡轮机叶片上的距离传感器单元，其中，距离传感器单元包括发射器和接收器，其中，发射器配置为朝向风力涡轮机塔架发射信号，并且接收器配置为测量从风力涡轮机塔架反射的信号，其中，距离传感器单元还包括处理器，处理器配置为基于发射信号和反射信号来确定风力涡轮机塔架和该至少一个风力涡轮机叶片之间的距离，其中，处理器还配置为基于该至少一个风力涡轮机叶片在该至少一个风力涡轮机叶片上的距离传感器单元的位置处的实际桨距角和偏转角中的至少一个对测量距离进行校正。

根据本发明的风力涡轮机可以具有上述优点中的任何优点。

风力涡轮机可以包括任何数量的风力涡轮机叶片，优选地一个，两个，三个或更多个风力涡轮机叶片。距离传感器单元例如可以布置在风力涡轮机叶片中的至少一个上，优选地是所有风力涡轮机叶片。应注意，风力涡轮机叶片的距离传感器单元可以使用位于风力涡轮机塔架或机舱中或该风力涡轮机塔架或机舱处的相同的接收装置/数据处理。

根据一个实施方式，距离传感器单元安装在距该至少一个风力涡轮机叶片的尖端至少0.5米处，例如距尖端至少1米，例如至少2米，例如至少3米，例如至少5米。

这对于保护距离传感器单元免受雷击可能是有利的。

由于距离传感器单元不是必须位于风力涡轮机叶片的最尖端处，所以其对尖端到塔架距离的估计可以包括考虑风力涡轮机叶片的延伸超过距离传感器单元的部分的补偿。

根据一个实施方式，距离传感器单元安装在距位于该至少一个风力涡轮机叶片中的接受器(receptor)至少0.5米处，例如距接受器至少1米，例如距接受器至少2米，例如距接受器至少3米，例如距接受器至少5米。

这是有利的，因为接受器经常暴露于雷击，从而在风力涡轮机叶片内部的引下线中感应了大电流，该引下线经由毂、机舱和塔架或其部件将接受器连接到地面。

根据一个实施方式，距离传感器单元安装在距位于该至少一个风力涡轮机叶片中的引下线至少0.5米处，例如距引下线至少1米，例如距引下线至少2米。

距离传感器单元的位置尽可能远离接受器和连接到该接受器的引下线，这是有利的，因为减少了来自感应雷电流的干扰或损坏的风险。同时，距离传感器单元应当尽可能靠近叶片的尖端而定位，以便能够尽可能正确地确定尖端和塔架之间的实际距离。

根据一个实施方式，该至少一个风力涡轮机叶片是多个风力涡轮机叶片，其中，该距离传感器单元是布置在该多个风力涡轮机叶片上的多个距离传感器单元中的一个距离传感器单元。

因此，在一些实施方式中，若干距离传感器单元位于若干风力涡轮机叶片上，例如，第一风力涡轮机叶片上的第一距离传感器单元，以及第二风力涡轮机叶片上的第二距离传感器单元等。使用若干距离传感器单元允许监控多个叶片及它们到风力涡轮机塔架的距离，这是有利的。特别地，其还允许监测在不同叶片处测量的距离之间的差异，这可以指示磨损、损坏或误差。

根据一个实施方式，距离传感器单元是布置在该至少一个风力涡轮机叶片中的一个风力涡轮机叶片上的多个距离传感器单元中的一个距离传感器单元。

通过将若干距离传感器单元布置在相同的风力涡轮机叶片上，例如沿着叶片的纵向方向间隔开，这能够改进叶片的测量结果和校正。例如，通过获得叶片在两个不同径向位置处的距离，可更精确地建立叶片远离旋转平面的弯曲形状，这进而可用于改进尖端到塔架间隙的估计，特别是因为距离传感器单元不位于叶片的最尖端处，以降低由于雷击而造成损坏的风险。叶片远离旋转平面的弯曲形状可进一步用于确定叶片是否需要维护或更换。

根据一个实施方式，距离传感器单元通过与机舱的电力连接来供电。

因此，它可能不需要自供电，这例如在其中光伏电池由于来自太阳的光少的时段而可能不可靠的地理区域中可能是有利的。

本发明的一个方面涉及一种用于确定风力涡轮机的风力涡轮机叶片的偏转的方法，该方法包括以下步骤：

测量在相对于风力涡轮机叶片上的传感器单元位置的至少一个加速度方向上的至少一个传感器加速度，其中，传感器单元位置具有相对于风力涡轮机的可旋转转子的旋转轴线的径向位置；以及

基于该至少一个传感器加速度来计算偏转。

因此，在本发明的实施方式中，风力涡轮机叶片的偏转经由加速度计测量，而不用必须依赖于发射信号以及接收从风力涡轮机塔架反射的信号。

可使用各种方法将所测量的加速度转换成叶片偏转。

在典型的实施方式中，在叶片指向下时测量偏转，但是本发明不限于任何特定的测量方案。

在本发明的实施方式中，偏转指示偏转角。

在本发明的实施方式中，偏转指示尖端到塔架距离。

在本发明的实施方式中，测量该至少一个传感器加速度的步骤在风力涡轮机叶片的往返行程内不连续地执行。

通过不连续地测量，与连续测量相反，可能减少处理和功耗，这是有利的。例如，不连续测量可以被理解为在每个往返行程的一部分中距离传感器单元被断电。在一些实施方式中，距离传感器单元测量小于每个往返行程一次，例如小于每两个往返行程一次，每三个往返行程一次，每十个往返行程一次，每百个往返行程一次等。

在本发明的实施方式中，当风力涡轮机叶片在风力涡轮机叶片的水平位置下方时，执行测量该至少一个传感器加速度的步骤。

在本发明的实施方式中，当风力涡轮机叶片处于向下定向时执行测量至少一个传感器加速度的步骤，例如其中，风力涡轮机叶片在水平方向的10度的角度内。

当叶片最靠近风力涡轮机塔架时，偏转和尖端到塔架距离是最重要的。因此，将测量限制于此区域可以节省功率，而不损害安全性，这是有利的。

在本发明的实施方式中，在该至少一个加速度方向上的该至少一个传感器加速度是在三个加速度方向上的三个传感器加速度。

通过测量几个方向上的加速度，可以执行更复杂的分析，这是有利的。

在本发明的实施方式中，该至少一个传感器加速度小于三个传感器加速度，例如两个传感器加速度或一个传感器加速度。

基于少于三个加速度的分析简化了该方法，这是有利的。

在本发明的实施方式中，通过在时间上对该至少一个传感器加速度进行两次积分来执行计算偏转的步骤。

通过对加速度进行两次积分，可以在给定初始位置和速度的情况下获得距离，这是有利的。由于这种计算易受逐渐误差和漂移的影响，所以可以连续地或周期性地校正所获得的位置。这种校正可以通过对风力涡轮机塔架的单独距离测量来实现，或者通过对所测量的加速度的进一步分析来实现，例如以确定叶片的径向位置、偏转和/或角位置。

在本发明的实施方式中，该方法还包括确定在传感器单元位置处围绕旋转轴线的角速度的步骤，其中，计算偏转的步骤还基于角速度。

在本发明的实施方式中，该方法包括基于角速度计算未偏转径向位置处的向心加速度的步骤。

由Acen＝rω²给出向心加速度，其中r是径向位置，ω是角速度。对应地，通过测量向心或离心加速度和角速度，可能计算径向位置r。当叶片偏转时，径向位置可以改变，因此所计算的径向位置指示偏转。可选地，径向位置可以与未偏转径向位置进行比较。角速度可以例如使用陀螺仪或基于来自风力涡轮机控制器的信息来建立。

在本发明的实施方式中，该方法包括基于该至少一个加速度计算传感器单元位置处的向心加速度的步骤。

在本发明的实施方式中，在该至少一个加速度方向上的该至少一个传感器加速度是在至少两个加速度方向上的至少两个传感器加速度，其中，计算向心加速度的步骤基于将至少两个传感器加速度中的一个与至少两个传感器加速度的另一个进行比较。

两个不同方向上的两个加速度的相对大小可以指示叶片的取向或角度取向，例如在传感器单元位置处。这种角度取向可以指示偏转，并且因此有利于比较两个传感器加速度。

在本发明的实施方式中，在该至少一个加速度方向上的该至少一个传感器加速度是在至少两个加速度方向上的至少两个传感器加速度，其中，计算向心加速度的步骤基于根据至少两个传感器加速度计算加速度矢量，其中，计算偏转的步骤基于将至少两个传感器加速度中的至少一个与加速度矢量进行比较。

通过测量两个或三个加速度，可能考虑方向和大小来建立加速度矢量。然后，可以将单独测量的传感器分量与此矢量进行比较，例如以估计传感器单元位置处的风力涡轮机叶片的角度取向，这是有利的。

在本发明的实施方式中，基于该至少一个传感器加速度和角速度确定径向位置，其中，计算偏转的步骤基于将径向位置与未偏转径向位置进行比较。

在本发明的实施方式中，该至少一个加速度方向中的一个加速度方向至少部分地在风力涡轮机叶片的纵向方向上。

在叶片的纵向方向上具有加速度方向是有利的，因为这使得能够进行一些类型的偏转计算。

在本发明的实施方式中，计算偏转的步骤基于将该至少一个传感器加速度与投射到纵向方向上的重力加速度与投射到纵向方向上的离心加速度的和进行比较。

在本发明的实施方式中，该方法包括基于该至少一个传感器加速度确定一个或多个叶片本征频率的步骤。

叶片本征频率可以指示叶片的状态，并且因此可以指示偏转，和/或偏转测量的品质，这是有利的。

在本发明的实施方式中，在该至少一个加速度方向上的该至少一个传感器加速度是在至少两个加速度方向上的至少两个传感器加速度，其中，该至少两个加速度方向是不同的方向。

在本发明的实施方式中，确定偏转的步骤基于该至少一个传感器加速度和偏转之间的相关性。

例如，可以建立或预编程一个或多个所测量的加速度和对应的偏转之间的相关性。并且当风力涡轮机处于操作中时，然后可以使用该相关性来建立偏转，这是有利的。

在本发明的实施方式中，该方法包括在计算偏转的步骤中结合对重力加速度的补偿。

重力方向可以例如使用陀螺仪来建立，而其大小通常是公知的。使用这一点，例如可以考虑取向，从所测量的一个或多个加速度中减去重力。例如，使得在减法之后剩余的加速度主要指示离心/向心加速度，而不是重力。

在本发明的实施方式中，当风力涡轮机叶片大致平行于重力时，执行测量至少一个传感器加速度的步骤。

在本发明的实施方式中，当风力涡轮机叶片大致垂直于重力时，执行测量至少一个传感器加速度的步骤。

这种平行角度或垂直角度简化了重力补偿计算，这是有利的。

在本发明的实施方式中，该方法还包括测量在传感器单元位置处的风力涡轮机叶片的角度取向的步骤，其中，计算偏转的步骤基于角度取向。

角度取向可以例如被理解为风力涡轮机叶片在传感器单元位置处相对于重力的取向。例如，距离传感器单元相对于重力的取向，例如通过来自陀螺仪的测量结果所建立的。

在本发明的实施方式中，角度取向基于在该至少一个加速度方向上的该至少一个传感器加速度。

在本发明的实施方式中，该方法包括执行陀螺仪测量的步骤。

在本发明的实施方式中，角度取向基于陀螺仪测量。

在本发明的实施方式中，基于陀螺仪测量但是独立于加速度测量来计算偏转。

角度取向通常可以指示风力涡轮机叶片的偏转，因此测量角度取向是有利的。

在本发明的一些实施方式中，使用或甚至组合用于建立偏转的上述方法中的若干方法来建立一个单一偏转。例如，可以基于该至少一个传感器加速度与投射到纵向方向上的重力加速度和投射到纵向方向上的离心加速度的和的比较来计算偏转的第一表示。并且偏转的第二表示可以基于陀螺仪来计算。并且基于第一表示和第二表示两者来建立偏转，例如作为加权平均。

本发明的一个方面涉及一种用于监测风力涡轮机叶片的方法，包括以下步骤：

测量在相对于风力涡轮机叶片上的传感器单元位置的一个或多个加速度方向上的一个或多个传感器加速度，其中，传感器单元位置具有相对于风力涡轮机的可旋转转子的旋转轴线的径向位置，其中，该一个或多个加速度方向分别与该一个或多个传感器加速度相关联，其中，测量该一个或多个传感器加速度的步骤在测量时间段中连续地执行以获得加速度数据样本；以及

分析加速度数据样本以获得加速度数据样本的频率组成，其中，该频率组成指示风力涡轮机叶片的一个或多个叶片本征频率。

监测风力涡轮机叶片可以通过监测叶片的本征频率来执行。本征频率可以指示叶片的状态，叶片的结构损坏，或叶片的偏转，并且因此有利于监测。由于本征频率强烈地取决于风力涡轮机的类型和风力涡轮机叶片的类型，所以实际的本征频率在涡轮机之间变化。相关的本征频率通常在Hz的量级，但是本发明不限于任何特定的频率。

在一些实施方式中，一个叶片具有若干传感器单元，用于更有效地确定该叶片的本征频率和振动模式。

在本发明的实施方式中，该方法包括将指示加速度数据样本的信息传送到远程位置的步骤。

传送信息是有利的，因为其允许比较来自若干风力涡轮机的信息，并且因为其允许例如由操作人员进行进一步分析。

在本发明的实施方式中，分析加速度数据样本的步骤基于应用傅立叶变换。

在本发明的实施方式中，在传感器单元位置处执行分析加速度数据样本的步骤。

在本发明的实施方式中，在风力涡轮机的风力涡轮机控制器中执行分析加速度数据样本的步骤。

在本发明的实施方式中，在远程位置上执行分析加速度数据样本的步骤。

在本发明的实施方式中，该方法包括评估该一个或多个叶片本征频率的步骤。

在本发明的实施方式中，评估该一个或多个叶片本征频率的步骤包括检测该一个或多个叶片本征频率的幅度变化。

在本发明的实施方式中，评估该一个或多个叶片本征频率的步骤包括检测该一个或多个叶片本征频率的频率变化。

在本发明的实施方式中，评估该一个或多个叶片本征频率的步骤包括检测该一个或多个叶片本征频率的频率降低。

在本发明的实施方式中，评估该一个或多个叶片本征频率的步骤包括检测该一个或多个叶片本征频率的相对频率。

在本发明的实施方式中，评估该一个或多个叶片本征频率的步骤包括检测该一个或多个叶片本征频率的相对幅度。

幅度的变化可以指示叶片的状态或损坏，并且因此有利于评估。类似地，频率的变化可以指示叶片的状态或损坏，并且因此有利于评估。因此，这种变化或相对变化有利于监测。

在本发明的实施方式中，评估该一个或多个叶片本征频率的步骤包括建立风力涡轮机叶片的一个或多个振动模式的存在。

在本发明的实施方式中，评估该一个或多个叶片本征频率的步骤包括建立该一个或多个振动模式的幅度。

从一个或多个本征频率中，可以推导出一个或多个振动模式。这种模式的存在可以提供关于叶片的状态或损坏的信息，这是有利的。振动模式例如可以基于叶片的计算机模型来建立。

在本发明的实施方式中，评估该一个或多个叶片本征频率的步骤包括将该一个或多个叶片本征频率与一个或多个模型本征频率进行比较。

观察到的模式与理论模式之间的比较可以指示叶片的状态或损坏，这是有利的。

在本发明的实施方式中，评估该一个或多个叶片本征频率的步骤包括基于该一个或多个叶片本征频率来定位叶片的结构损坏。

叶片的结构损坏可以显著地改变叶片的本征频率和振动模式。因此，通过评估本征频率，可能检测损坏的存在，并且可选地甚至定位该损坏，这是有利的。

本发明的一个方面涉及一种用于监测风力涡轮机的风力涡轮机叶片的实际桨距角的方法，该方法包括以下步骤：

从距离传感器单元朝向风力涡轮机的风力涡轮机塔架发射信号，其中，距离传感器单元位于风力涡轮机叶片上的传感器单元位置；

测量从风力涡轮机塔架反射的信号以获得测量信号，其中，从风力涡轮机塔架反射的信号基于发射信号的步骤；以及

确定在传感器单元位置处的实际桨距角。

在本发明的实施方式中，确定风力涡轮机叶片的实际桨距角的步骤基于接收测量信号的时间。

在本发明的实施方式中，传感器单元位置处的实际桨距角不同于风力涡轮机的变桨轴承系统处的桨距角。

虽然本公开已经描述了使用实际桨距角对测量距离进行校正，但是确定实际桨距角本身可能是有利的。例如，其可以指示叶片扭转的程度，或者变桨轴承系统是否被不正确地校准。

通常，本发明的不同方面及其实施方式可以以任何方式组合。例如，实际桨距角也可以与本征频率结合使用，以分析叶片的状态。或者，可以结合本征频率的远程评估来确定偏转。或者，可以结合确定实际桨距角来确定偏转，但是不用必须使用实际桨距角对测量距离进行校正等。

附图说明

本发明仅通过实例并参考附图来进行描述，其中：

图1示出了一种示例性的风力涡轮机，

图2示出了具有距离传感器单元和接收装置的风力涡轮机，

图3示出了距离传感器单元和接收装置的示例性配置，

图4示出了具有集成到叶片主体中的距离传感器单元的风力涡轮机，

图5示出了图4所示的风力涡轮机的尖端段，

图6示出了图5所示的尖端段的剖视图，

图7示出了风力涡轮机塔架的顶视图和两个在不同桨距角下测量的距离分布，

图8示出了风力涡轮机叶片和风力涡轮机塔架之间的具有桨距角的距离测量，

图9示出了风力涡轮机叶片和风力涡轮机塔架之间的具有偏转角的距离测量，以及

图10示出了可以从其确定距离分布的一系列示例性的距离测量。

在下文中，将逐一描述附图，并且在不同附图中，附图中所见的不同零件和位置将用相同的数字编号。在特定附图中指示的零件和位置不是都将必须与该附图一起讨论。

附图标记列表

1 风力涡轮机

2 风力涡轮机塔架

3 机舱

4 转子

5 风力涡轮机叶片

6 毂

7 距离传感器单元

8 接收装置

9 雷达测量系统

9a 发射器

9b 接收器

10 处理器

11 加速度计

12 电池

13 光伏电池

14 陀螺仪

15 无线电收发器

16 无线电收发器

17控制器，本地控制器

18 凹部

19 距离分布

20 桨距角

21 弦线

22 转子平面

23 偏转角

24 纵向方向

25 向心力

26 重力

27 倾斜角

28 距离测量

D 距离

具体实施方式

图1示出了具有转子组件的示例性风力涡轮机1。风力涡轮机1包括风力涡轮机塔架2，布置在风力涡轮机塔架2的顶部上的机舱3。包括偏航轴承单元的偏航系统布置在风力涡轮机塔架2和机舱3之间。转子4相对于机舱3布置，并且可旋转地连接到布置在机舱3内的传动系(未示出)。至少两个风力涡轮机叶片5(这里示出了三个)安装到转子4的毂6。

每个风力涡轮机叶片5包括从叶片根部延伸到尖端并且进一步从前缘延伸到后缘的空气动力学形状的主体。风力涡轮机叶片在这里示出为全翼展可变浆距叶片，或者可以替代地使用固定的全翼展叶片。包括至少一个变桨轴承单元的变桨系统布置在毂6和风力涡轮机叶片5的叶片根部之间。

图2示出了具有距离传感器单元7和接收装置8的风力涡轮机1。距离传感器单元7安装在风力涡轮机塔架2上，并且配置为使用非接触测量技术测量一个风力涡轮机叶片5在最低位置经过风力涡轮机塔架2时之间的距离D。

接收装置8配置为经由无线通信链路与距离传感器单元7通信。接收装置8优选地布置在毂6处，然而，接收装置8也可以布置在风力涡轮机1上的其他位置，例如，在风力涡轮机塔架2的顶部处，或者在与风力涡轮机1分开的位置处。

图3示出了距离传感器单元7和接收装置8的示例性配置。距离传感器单元7包括具有发射器9a和接收器9b的雷达测量系统9。发射器9a配置为发射具有测量场的信号，例如雷达波束。接收器9b配置为接收反射信号，例如反射的雷达波束。

距离传感器单元7还包括处理器10，该处理器配置为基于发射信号和反射信号确定实际距离，例如使用多普勒频移或飞行时间测量。处理器10还配置为确定传感器位置处的风力涡轮机叶片5的实际桨距角。

将加速度计11构建到距离传感器单元7中，并且将加速度信号输入到处理器10。处理器10分析加速度信号以确定每个风力涡轮机叶片5的角位置。当一个风力涡轮机叶片5处于第一角位置时，距离传感器单元7唤醒并且距离传感器单元7执行距离测量。当一个风力涡轮机叶片5处于第二角位置时，使距离传感器单元7断电。

距离传感器单元7包括其自身的电源。这里，电源是可再充电电池12或连接到光伏电池13的超级电容器。因此距离传感器单元7成形为自供能的小型紧凑传感器。

将陀螺仪14进一步构建到距离传感器单元7中。陀螺仪14配置为测量风力涡轮机叶片5的旋转速度并且将所测量的旋转速度输入到处理器10。所测量的旋转速度可以用于确定风力涡轮机叶片5和风力涡轮机塔架2之间的实际距离，例如与加速度、旋转速度、径向位置和角位置中的任何一个组合。例如通过使用旋转速度来估计离心力/向心力。陀螺仪14还可以与加速度计11结合使用，以确定角位置和/或旋转速度。

距离传感器单元7还可以包括无线电收发器15，无线电收发器配置为与接收装置8的无线电收发器16通信。无线电收发器15、16能够经由无线电信号交换数据。接收装置8的无线电收发器16进一步连接到本地控制器17。控制器17(也称为外部数据处理器)可以替代地实现为用于控制风力涡轮机1的操作的本地风力涡轮机控制器的一部分。因此，如果有的话，处理也可以在距离传感器单元的外部执行。

在此实施方式中，距离传感器单元因此确定并校正距离。在本发明的一些其他实施方式中，距离传感器单元测量距离并且将此测量距离发射到接收装置，随后，接收装置基于实际桨距角和/或偏转角对测量距离进行校正。

在本发明的一些实施方式中，该方法还基于将数据存储在存储器单元中，例如，位于距离传感器单元中的用于存储测量结果和校正的存储器单元。存储器单元例如可以是与距离传感器单元或距离传感器单元外部的数据处理器相关联的数字存储器，可以与距离传感器单元通信并且执行或帮助执行实际距离、实际桨距角、转子速度等的计算的数据处理器。

图4示出了具有集成到风力涡轮机叶片5的主体中的距离传感器单元7'的风力涡轮机1。这里，距离传感器单元7'布置在风力涡轮机叶片5的尖端段中。通常，距离传感器单元位于叶片的吸入侧上。通常，距离传感器单元定位成比叶片的根部更靠近尖端。

优选地，将发射信号和/或反射信号存储在距离传感器单元中的存储器单元中。此外，优选地，还将测量距离、测量转速、实际距离和/或实际桨距角存储在存储器单元中。一旦距离传感器单元7'被激活，处理器10就经由相应的无线电收发器15、16将所存储或计算的数据中的全部或一些发射到本地控制器17。

图5示出了风力涡轮机1的尖端段，其中距离传感器单元7'的顶部具有平滑的弯曲表面，使得其对叶片表面上方的局部气流具有最小的空气动力学影响。在典型的实施方式中，距离传感器单元与叶片的表面平齐，以不干扰叶片的空气动力学。

图6示出了风力涡轮机叶片5的尖端段的剖视图，其中，凹部18形成在叶片表面中。如果不是全部，则距离传感器单元7'的大半部分被隐藏在凹部18的体积内。从而距离传感器单元7'的顶部基本上与叶片表面对准，如图6所示。

图7a和图7b分别示出了风力涡轮机塔架2的顶部剖视图和在不同桨距角20、20'下的两个所测量的距离分布19、19'。两个图7a、图7b对应于在不同条件下执行的两个不同测量，从而导致不同的实际桨距角并且因此导致不同的距离分布。在两种情况下，处理器10扫描测量场并且进行多个距离测量，这些距离测量一起形成以一定桨距角20的距离分布19。第一距离分布19指示第一桨距角20。第二距离分布19'指示第二桨距角20'。处理器10使用第一距离分布19和/或第二距离分布19'，以确定风力涡轮机叶片5在传感器位置处的实际桨距角。测量场至少覆盖距离传感器单元前面的区域，在该区域中反射或将要反射塔架。

水平方向可以被解释为位置轴线，其指示在其中执行距离分布的测量的位置/角位置。塔架2与相应的距离分布19、19'之间的虚线指示距离传感器单元执行其距离测量的角度，该角度取决于桨距角。在此示例性图示中，第一距离分布19基于以小桨距角20执行的测量，而第二距离分布19'基于以更大的桨距角20'执行的测量。应注意，距离分布是由雷达测量系统9发出的信号的反射再现的塔架的表示。

特别注意第一距离分布19的形状非常接近风力涡轮机塔架2的圆形横截面形状的弧。相反，第二距离分布19'是偏斜的。第二距离分布19'的最小距离D由于桨距角20'而向左平移。此外，第二距离分布19'的水平位置与第一距离分布19相比向右平移。此外，第二距离分布20'的水平延伸与第一距离分布19相比增大。

距离分布19、19'的这些上述特征中的任何特征(例如偏斜度、最小距离、水平位置、水平延伸)可以单独或彼此结合地用于估计风力涡轮机叶片5的桨距角。例如，反射的第一次(和/或最后一次)拾取表示实际桨距角的指示。

如图8至图9所示，处理器10配置为补偿桨距角和偏转角(图9所示)的影响，使得其确定实际距离，即风力涡轮机叶片5和风力涡轮机塔架2之间的最短距离。

图8示出了风力涡轮机叶片5和风力涡轮机塔架2之间的距离测量，其中风力涡轮机叶片5在水平平面中以垂直于风力涡轮机塔架2的桨距角20”定位。如图所示，在此位置中，风力涡轮机叶片5的弦线21相对于转子平面22倾斜成斜角。

距离传感器单元7测量受桨距角20”影响的距离D。处理器10使用关于图7所解释的原理来确定桨距角20”。处理器10然后使用三角法以基于测量距离D和桨距角20”来计算风力涡轮机叶片5和风力涡轮机塔架2之间的实际距离D'。

图9示出了根据本发明的实施方式的风力涡轮机叶片5和风力涡轮机塔架2之间的距离测量，其中风力涡轮机叶片5定位在弯曲状态下，使得距离传感器单元7以偏转角23定位在竖直平面中。距离传感器单元7测量风力涡轮机叶片5和风力涡轮机塔架2之间的距离D”。

处理器10经由加速度计测量风力涡轮机叶片5的纵向方向24上的加速度。处理器10使用来自陀螺仪14的测量信号来确定向心力，例如使用径向位置，该径向位置可以从安装时的调试中获知，或者可以被测量或确定。使用转子4的倾斜角27，将作用在平行于转子平面22的风力涡轮机叶片5(例如距离传感器单元)的任意段上的离心力25和作用在竖直平面中的风力涡轮机叶片5上的重力26投射到传感器位置处的切线上。将所投射的力的分量相加，以指示由加速度计测量的纵向方向上的加速度分量的大小。

然后，处理器10确定在纵向方向24上测量的加速度与向心力25的估计的投射力分量和投射重力26的和之间的差。处理器10使用三角法基于上述差来计算风力涡轮机叶片5和风力涡轮机塔架2之间的实际距离D”'。

应注意，在本发明的其他实施方式中，可以使用基于测量如本公开内概述的加速度的替代方法来计算偏转。还应注意，本发明不限于关于离心力、向心力和重力的方向的任何特定约定。例如，加速度计可以将重力测量为向上，并且可以相应地执行用于确定偏转或尖端到塔架距离的计算。

因此，在一些实施方式中，距离传感器单元7然后能够补偿水平平面中的桨距角20的影响和垂直平面中的偏转角23的影响两者。在一些其他实施方式中，如上所述建立偏转，但是不经由发射信号和反射信号来测量距离。

图10示出了例如从雷达获得的距离测量28的示例性序列，从该距离测量可以确定距离分布19。在坐标系中示出了测量和距离分布。竖直轴线表示距离。水平轴线示出了距离传感器单元在经过风力涡轮机塔架时的位置。或者，该轴线可以等效地表示风力涡轮机叶片的角位置或其经过风力涡轮机塔架时的时间。在本发明的数据分析的背景下，任何参数(例如，时间、角位置、空间位置)可以用作变量，基于该变量执行距离测量，例如，如图10所示的水平轴线上的参数。

在所示的测量组中，总共已经进行五次距离测量28，并且基于这些测量28获得距离分布19。应注意，本发明不限于特定数量的测量。距离分布可以从少至一个、两个或三个测量中获得。在这种场景中，可以利用进一步的信息来建立精确的距离或距离分布。例如，如果在测量时已知风力涡轮机叶片的精确角位置，则这可用于估计实际桨距角，并且可选地对测量距离进行校正。

在一些实施方式中，从距离传感器单元发射多个信号，但是例如由于一些信号被成功地从风力涡轮机塔架反射，所以仅测量一些信号。

为了建立距离分布19，例如可以将测量28与各种试验距离分布的查找表进行比较，并且例如可以基于将试验距离分布与测量28之间的残差最小化来选择这些试验距离分布中的一个。类似地，例如可以基于表示距离分布19的数学或数值函数来执行拟合。拟合或试验距离分布也可以依赖于其他输入，例如，风力涡轮机叶片的倾斜角、偏转角、角位置等。

因此，可基于距离测量28来建立距离分布19。然后，所获得的距离分布19可以指示尖端到塔架间隙、实际桨距角、偏转角等。因此，基于距离测量28获得距离分布19可以是如何对测量距离进行校正的实例。

应注意，实际上，测量可能不是必须提供图10所示的单个明确定义的数据点。雷达测量可以例如提供测量数据点的角阵列。然而，这种更复杂的数据可以类似地用于获得距离，对测量距离进行校正，或例如通过拟合数据来获得距离分布19。

在示例性实施方式中，至少部分地基于距离传感器单元中的加速度的测量来确定风力涡轮机叶片的实际桨距角。在一些实施方式中，实际桨距角甚至可以独立于发射和接收信号而确定。风力涡轮机叶片的桨距角可以影响测量加速度的方向/取向，例如相对于重力，和/或相对于叶片的纵向方向。因此，基于叶片中的所测量的加速度，可以确定桨距角。

在示例性实施方式中，基于由距离传感器单元7发射和测量信号来确定测量距离。特别地，发射器9a和接收器9b例如基于脉冲或调制或无线电波或微波来执行一系列雷达测量。当安装在风力涡轮机叶片上的距离传感器单元经过风力涡轮机塔架时，执行这系列雷达测量。这系列测量是距离分布的基础。

测量距离可以直接从距离分布中导出，例如，在这系列测量中的最小距离可以被理解为实际距离。然而，由于非零桨距角、非零偏转角、和/或非零倾斜角，与实际距离相比，此距离可能是不准确的。

然后采取进一步的步骤来对测量距离进行校正。例如，可以执行考虑了倾斜角、桨距角和/或偏转角的校正。

例如，可以基于距离分布来执行对由于非零桨距角而引起的测量误差的校正。它们还可以基于桨距角的单独测量，例如在风力涡轮机的轴承系统处的测量。校正还可以基于桨距角的建模，例如风速相关的实际桨距角。或者，实际桨距角也可以基于风力涡轮机叶片的角位置的准确测量。例如，如果在风力涡轮机叶片精确地处于向下角度(或另一准确确定的角度)时执行距离测量，则桨距角(或对应地，实际距离)可基于测量距离和角位置而导出。

在示例性计算中，在风力涡轮机叶片旋转经过风力涡轮机塔架时执行一系列距离测量。该测量产生3米的最小距离。通过其他处理，确定15度的桨距角。然后，例如可以使用三角形正弦关系sin(A)＝对边/斜边来近似实际距离，其中A是75度的角度，即，直角减去桨距角。三角形的对边对应于实际距离，而斜边对应于测量距离。因此，实际距离可以被计算为大约2.9米。此实例仅意在说明实际距离可以如何使用三角原理来近似。在本发明的实施方式中，实际距离可以在不使用三角法的情况下和/或通过执行其他计算来计算，例如考虑风力涡轮机塔架的横截面形状、倾斜角、偏转角等。

由于非零倾斜角引起的测量误差的校正可以例如基于倾斜角的单独测量或计算。倾斜角通常可以通过设计而得知，但是可以替代地在机舱或风力涡轮机处单独地测量或计算。

在由于非零倾斜角引起的校正的示例性计算中，风力涡轮机叶片长度为80米，其中倾斜角为2.5度。这里，对距离的校正可以是近似的，例如使用三角形正弦关系sin(A)＝对边/斜边，其中A是2.5度的角度，即倾斜角。三角形的对边对应于校正，而斜边对应于风力涡轮机叶片的长度。因此，校正可以被计算为大约3.5米。此实例仅意在说明对测量距离的校正可以如何使用三角原理来近似。在本发明的实施方式中，可以在不使用三角法的情况下和/或通过执行其他计算来计算实际距离，例如，考虑到距离测量的角度也受到倾斜角的影响。

由于非零偏转角引起的测量误差的校正例如可以基于偏转角的单独测量或计算。偏转角的计算或测量可以例如至少部分地基于离开风力涡轮机的旋转速度。

偏转角和倾斜角中的任何一个都可以改变所执行的距离测量的角度。例如，如果偏转角和倾斜角都为零，则当叶片经过风力涡轮机塔架时，可以大约在水平平面中执行距离测量。然后，偏转角或倾斜角可能影响距离传感器单元在距离测量中执行的角度，使得其在水平平面中偏离。

在由于非零偏转角引起的校正的示例性计算中，组合的偏转角和倾斜角导致与水平平面偏离8度的测量角。测量产生3米的最小距离。然后，例如可以使用三角形正弦关系sin(A)＝对边/斜边来近似实际距离，其中A是85度的角度，即，直角减去与水平平面的偏差。三角形的对边对应于实际距离，而斜边对应于测量距离。因此，实际距离可以被计算为大约2.97米。此实例仅意在说明实际距离可以如何使用三角原理来近似。在本发明的实施方式中，可以在不使用三角法和/或通过执行其他计算的情况下计算实际距离。在本发明的实施方式中，距离传感器单元还可以布置成以某个角度执行测量，这也可以被考虑。

本发明(即上述方法和系统)的优点在于，与现有技术的距离测量系统相反，本发明确定实际距离，即，考虑距离传感器发送/接收例如雷达波束的角度。更具体地，计算距离所基于的反射信号(例如来自雷达)的考虑取决于距离传感器相对于塔架的角度而不同。此外，本发明允许经由加速度测量偏转，其也指示了尖端到塔架距离。此外，本发明允许基于风力涡轮机叶片的本征频率来监测风力涡轮机叶片的状态。

本发明不限于本文描述的实施方式，并且可以在不脱离如下面的专利权利要求中描述的本发明的范围的情况下进行修改或适应。

Claims (95)

1.一种确定风力涡轮机的尖端到塔架间隙的方法，所述风力涡轮机包括风力涡轮机塔架、机舱、可旋转转子，所述机舱布置在所述风力涡轮机塔架的顶部上，所述可旋转转子具有相对于所述机舱布置的至少一个风力涡轮机叶片，其中，距离传感器单元布置在所述至少一个风力涡轮机叶片上并且至少包括发射器和接收器，其中，所述方法包括以下步骤：

-从所述距离传感器单元朝向所述风力涡轮机塔架发射信号，

-测量从所述风力涡轮机塔架反射的信号，

-基于发射信号和反射信号确定所述风力涡轮机塔架与所述至少一个风力涡轮机叶片之间的距离，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

-基于在所述距离传感器单元的位置处的所述至少一个风力涡轮机叶片的实际桨距角和偏转角中的至少一个对测量距离进行校正。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立指示所述至少一个风力涡轮机叶片的至少一个桨距角的至少一个距离分布，其中，基于所述至少一个距离分布来确定所述实际桨距角。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括测量所述至少一个风力涡轮机叶片的旋转速度的步骤，其中，使用所述实际桨距角和至少所述旋转速度之间的预定相关性来估计所述实际桨距角。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，对所述测量距离进行校正的步骤基于所述实际桨距角或所述偏转角。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，对所述测量距离进行校正的步骤基于所述实际桨距角和所述偏转角。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括测量所述至少一个风力涡轮机叶片的旋转速度的步骤，其中，所述实际偏转角作为至少所述旋转速度的函数来计算。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述至少一个风力涡轮机叶片经过所述风力涡轮机塔架之前唤醒所述距离传感器单元的步骤，其中，在所述至少一个风力涡轮机叶片已经经过所述风力涡轮机塔架之后，所述距离传感器单元进入休眠。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述距离传感器单元与优选地布置在所述风力涡轮机上的接收装置无线通信。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述接收装置布置在所述机舱的底表面处。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述接收装置放置在所述风力涡轮机附近的地面上。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，执行对所述测量距离进行校正的步骤以获得所述尖端到塔架间隙。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，从所述风力涡轮机塔架反射的信号基于来自所述距离传感器单元的信号。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括确定所述至少一个风力涡轮机叶片的角位置的步骤。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对所述测量距离进行校正的步骤基于所述角位置。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，唤醒所述距离传感器单元的步骤基于所述角位置。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对所述测量距离进行校正的步骤还基于所述风力涡轮机的倾斜角。

17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述实际桨距角由所述距离传感器单元确定。

18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述实际桨距角是从所述距离传感器单元的外部确定的，例如由所述风力涡轮机的风力涡轮机控制器确定。

19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述实际桨距角不同于所测量的桨距角，其中，所测量的桨距角是在所述风力涡轮机的变桨轴承系统处测量的。

20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括基于所述测量距离主动地改变所述实际桨距角的步骤。

21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括基于所述测量距离制动所述风力涡轮机的步骤。

22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括基于所述测量距离对辅助风力涡轮机进行控制的步骤。

23.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括执行预测性维护的步骤。

24.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述风力涡轮机放置在浮动基础设施上，其中，对所述测量距离进行校正的步骤基于所述风力涡轮机塔架的风力涡轮机塔架角度。

25.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，基于陀螺仪测量和加速度测量来建立所述距离传感器单元的径向位置。

26.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，从所述距离传感器单元发射的信号具有大约24GHz的频率，例如在23GHz和25GHz之间的频率。

27.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，从所述距离传感器单元发射的信号具有从50GHz到80GHz的频率，例如从60GHz到70GHz的频率。

28.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定距离的步骤基于频移键控。

29.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括测量所述至少一个风力涡轮机叶片的一个或多个叶片本征频率的步骤。

30.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括将所述一个或多个叶片本征频率与一个或多个模型本征频率进行比较的步骤。

31.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，发射信号的步骤基于比较所述一个或多个叶片本征频率的步骤。

32.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述一个或多个叶片本征频率无线地传送到所述接收装置。

33.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括基于所述一个或多个本征频率激活警报的步骤。

34.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括基于所述一个或多个叶片本征频率提供测量品质因数的步骤。

35.一种用于确定风力涡轮机的尖端到塔架间隙的距离传感器单元，所述风力涡轮机包括风力涡轮机塔架、机舱以及可旋转转子，所述机舱布置在所述风力涡轮机塔架的顶部上，所述可旋转转子具有相对于所述机舱布置的至少一个风力涡轮机叶片，其中，所述距离传感器单元布置成位于所述至少一个风力涡轮机叶片上，其中，所述距离传感器单元包括发射器和接收器，其中，所述发射器配置为朝向所述风力涡轮机塔架发射信号，并且所述接收器配置为测量从所述风力涡轮机塔架反射的信号，其中，所述距离传感器单元还包括处理器，该处理器配置为基于发射信号和反射信号来确定所述风力涡轮机塔架和所述至少一个风力涡轮机叶片之间的距离，其特征在于，所述处理器还配置为基于所述至少一个风力涡轮机叶片的实际桨距角和偏转角中的至少一个对测量距离进行校正。

36.根据权利要求35所述的距离传感器单元，其特征在于，所述距离传感器单元还包括本地电源，例如一个或多个光伏电池，所述本地电源配置为向所述距离传感器单元的电气部件供电。

37.根据权利要求35或36所述的距离传感器单元，其特征在于，所述距离传感器单元还包括陀螺仪，该陀螺仪配置为测量所述至少一个风力涡轮机叶片的旋转速度。

38.根据权利要求35至37中任一项所述的距离传感器单元，其特征在于，所述距离传感器单元还包括加速度计，该加速度计配置为测量所述至少一个风力涡轮机叶片的加速度。

39.根据权利要求35至38中任一项所述的距离传感器单元，其特征在于，所述距离传感器单元配置为小型自供电传感器单元，该小型自供电传感器单元可选地嵌入或集成到所述至少一个风力涡轮机叶片中。

40.根据权利要求35到39中任一项所述的距离传感器单元，其特征在于，所述发射器和所述接收器形成雷达测量单元、LIDAR测量单元或超声波测量单元。

41.根据权利要求35至40中任一项所述的距离传感器单元，其中，所述距离传感器单元包括存储器。

42.根据权利要求35至41中任一项所述的距离传感器单元，其中，所述发射器和所述接收器组合在收发器单元中。

43.一种风力涡轮机，包括：风力涡轮机塔架，布置在所述风力涡轮机塔架上的机舱，具有相对于所述机舱布置的至少一个风力涡轮机叶片的可旋转转子，以及布置在所述至少一个风力涡轮机叶片上的距离传感器单元，其中，所述距离传感器单元包括发射器和接收器，其中，所述发射器配置为朝向所述风力涡轮机塔架发射信号，并且所述接收器配置为测量从所述风力涡轮机塔架反射的信号，其中，所述距离传感器单元还包括处理器，所述处理器配置为基于发射信号和反射信号来确定所述风力涡轮机塔架和所述至少一个风力涡轮机叶片之间的距离，其特征在于，所述处理器还配置为基于在所述至少一个风力涡轮机叶片上的所述距离传感器单元的位置处的所述至少一个风力涡轮机叶片的实际桨距角和偏转角中的至少一个对测量距离进行校正。

44.根据权利要求43所述的风力涡轮机，其中，所述距离传感器单元安装在距所述至少一个风力涡轮机叶片的尖端至少1米处，例如距所述尖端至少2米，例如至少3米，例如至少4米，例如至少5米。

45.根据权利要求43或44所述的风力涡轮机，其中，所述距离传感器单元安装在距位于所述至少一个风力涡轮机叶片中的接受器至少0.5米处，例如距所述接受器至少1米，例如距所述接受器至少2米，例如距所述接受器至少3米，例如距所述接受器至少5米。

46.根据权利要求43至45中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述距离传感器单元安装在距位于所述至少一个风力涡轮机叶片中的引下线至少0.5米处，例如距所述引下线至少1米，例如距所述引下线至少2米。

47.根据权利要求43至46中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述至少一个风力涡轮机叶片是多个风力涡轮机叶片，其中，所述距离传感器单元是布置在所述多个风力涡轮机叶片上的多个距离传感器单元中的一个距离传感器单元。

48.根据权利要求43至47中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述距离传感器单元是布置在所述至少一个风力涡轮机叶片中的一个风力涡轮机叶片上的多个距离传感器单元中的一个距离传感器单元。

49.根据权利要求43至48中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述距离传感器单元通过与所述机舱的电力连接而被供电。

50.一种用于确定风力涡轮机的风力涡轮机叶片的偏转的方法，所述方法包括以下步骤：

测量在相对于所述风力涡轮机叶片上的传感器单元位置的至少一个加速度方向上的至少一个传感器加速度，其中，所述传感器单元位置具有相对于所述风力涡轮机的可旋转转子的旋转轴线的径向位置；以及

基于所述至少一个传感器加速度来计算所述偏转。

51.根据权利要求50所述的方法，其中，所述偏转指示偏转角。

52.根据权利要求50或51所述的方法，其中，所述偏转指示尖端到塔架距离。

53.根据权利要求50至52中任一项所述的方法，其中，测量所述至少一个传感器加速度的步骤在所述风力涡轮机叶片的往返行程内不连续地执行。

54.根据权利要求50至53中任一项所述的方法，其中，在所述风力涡轮机叶片处于所述风力涡轮机叶片的水平位置下方时执行测量所述至少一个传感器加速度的步骤。

55.根据权利要求50至54中任一项所述的方法，其中，在所述风力涡轮机叶片处于向下定向时，例如，其中，所述风力涡轮机叶片处于水平方向的10度的角度内，执行测量至少一个传感器加速度的步骤。

56.根据权利要求50至55中任一项所述的方法，其中，所述至少一个加速度方向上的所述至少一个传感器加速度是三个加速度方向上的三个传感器加速度。

57.根据权利要求50至56中任一项所述的方法，其中，所述至少一个传感器加速度小于三个传感器加速度，例如两个传感器加速度或一个传感器加速度。

58.根据权利要求50至57中任一项所述的方法，其中，通过在时间上对所述至少一个传感器加速度进行两次积分来执行计算所述偏转的步骤。

59.根据权利要求50至58中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括确定在所述传感器单元位置处围绕所述旋转轴线的角速度的步骤，其中，计算所述偏转的步骤还基于所述角速度。

60.根据权利要求59所述的方法，其中，所述方法包括基于所述角速度计算在未偏转径向位置处的向心加速度的步骤。

61.根据权利要求50至60中任一项所述的方法，其中，所述方法包括基于所述至少一个传感器加速度计算所述传感器单元位置处的向心加速度的步骤。

62.根据权利要求50至61中任一项所述的方法，其中，所述至少一个加速度方向上的所述至少一个传感器加速度是至少两个加速度方向上的至少两个传感器加速度，其中，计算向心加速度的步骤基于将所述至少两个传感器加速度中的一个与所述至少两个传感器加速度中的另一个进行比较。

63.根据权利要求50至62中任一项所述的方法，其中，所述至少一个加速度方向上的所述至少一个传感器加速度是至少两个加速度方向上的至少两个传感器加速度，其中，计算向心加速度的步骤基于根据所述至少两个传感器加速度计算加速度矢量，其中，计算所述偏转的步骤基于将所述至少两个传感器加速度中的至少一个与所述加速度矢量进行比较。

64.根据权利要求50至63中任一项所述的方法，其中，基于所述至少一个传感器加速度和所述角速度来确定所述径向位置，其中，计算所述偏转的步骤基于将所述径向位置与未偏转径向位置进行比较。

65.根据权利要求50至64中任一项所述的方法，其中，所述至少一个加速度方向中的一个加速度方向至少部分地在所述风力涡轮机叶片的纵向方向上。

66.根据权利要求65所述的方法，其中，计算所述偏转的步骤基于所述至少一个传感器加速度与投射到所述纵向方向上的重力加速度和投射到所述纵向方向上的离心加速度的和的比较。

67.根据权利要求50至66中任一项所述的方法，其中，所述方法包括基于所述至少一个传感器加速度来确定一个或多个叶片本征频率的步骤。

68.根据权利要求50至67中任一项所述的方法，其中，所述至少一个加速度方向上的所述至少一个传感器加速度是至少两个加速度方向上的至少两个传感器加速度，其中，所述至少两个加速度方向是不同的方向。

69.根据权利要求50至68中任一项所述的方法，其中，确定所述角速度的步骤基于所述至少一个传感器加速度和所述偏转之间的相关性。

70.根据权利要求50至69中任一项所述的方法，其中，所述方法包括在计算所述偏转的步骤中结合对重力加速度的补偿。

71.根据权利要求50至70中任一项所述的方法，其中，当所述风力涡轮机叶片大致平行于重力时，执行测量至少一个传感器加速度的步骤。

72.根据权利要求50至71中任一项所述的方法，其中，当所述风力涡轮机叶片大致垂直于重力时，执行测量至少一个传感器加速度的步骤。

73.根据权利要求50至72中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括测量所述风力涡轮机叶片在所述传感器单元位置处的角度取向的步骤，其中，计算所述偏转的步骤基于所述角度取向。

74.根据权利要求73所述的方法，其中，所述角度取向基于所述至少一个加速度方向上的所述至少一个传感器加速度。

75.根据权利要求50至74中任一项所述的方法，其中，所述方法包括执行陀螺仪测量的步骤。

76.根据权利要求73到75中任一项所述的方法，其中，所述角度取向基于所述陀螺仪测量。

77.一种用于监测风力涡轮机叶片的方法，包括以下步骤：

测量在相对于所述风力涡轮机叶片上的传感器单元位置的一个或多个加速度方向上的一个或多个传感器加速度，其中，所述传感器单元位置具有相对于所述风力涡轮机的可旋转转子的旋转轴线的径向位置，其中，所述一个或多个加速度方向分别与所述一个或多个传感器加速度相关联，其中，测量所述一个或多个传感器加速度的步骤在测量时间段中连续地执行以获得加速度数据样本；以及

分析所述加速度数据样本以获得所述加速度数据样本的频率组成，其中，所述频率组成指示所述风力涡轮机叶片的一个或多个叶片本征频率。

78.根据权利要求77所述的方法，其中，所述方法包括将指示所述加速度数据样本的信息传送到远程位置的步骤。

79.根据权利要求77或78所述的方法，其中，分析所述加速度数据样本的步骤基于应用傅立叶变换。

80.根据权利要求77至79中任一项所述的方法，其中，在所述传感器单元位置处执行分析所述加速度数据样本的步骤。

81.根据权利要求77至80中任一项所述的方法，其中，在所述风力涡轮机的风力涡轮机控制器中执行分析所述加速度数据样本的步骤。

82.根据权利要求77至81中的任一项所述的方法，其中，在所述远程位置上执行分析所述加速度数据样本的步骤。

83.根据权利要求77至82中任一项所述的方法，其中，所述方法包括评估所述一个或多个叶片本征频率的步骤。

84.根据权利要求83所述的方法，其中，评估所述一个或多个叶片本征频率的步骤包括检测所述一个或多个叶片本征频率的幅度变化。

85.根据权利要求83或84所述的方法，其中，评估所述一个或多个叶片本征频率的步骤包括检测所述一个或多个叶片本征频率的频率变化。

86.根据权利要求83至85中任一项所述的方法，其中，评估所述一个或多个叶片本征频率的步骤包括检测所述一个或多个叶片本征频率的频率降低。

87.根据权利要求83至86中任一项所述的方法，其中，评估所述一个或多个叶片本征频率的步骤包括检测所述一个或多个叶片本征频率的相对频率。

88.根据权利要求83至87中任一项所述的方法，其中，评估所述一个或多个叶片本征频率的步骤包括检测所述一个或多个叶片本征频率的相对幅度。

89.根据权利要求83至88中任一项所述的方法，其中，评估所述一个或多个叶片本征频率的步骤包括建立所述风力涡轮机叶片的一个或多个振动模式的存在。

90.根据权利要求83至89中任一项所述的方法，其中，评估所述一个或多个叶片本征频率的步骤包括建立所述一个或多个振动模式的幅度。

91.根据权利要求83至90中任一项所述的方法，其中，评估所述一个或多个叶片本征频率的步骤包括将所述一个或多个叶片本征频率与一个或多个模型本征频率进行比较。

92.根据权利要求83至91中任一项所述的方法，其中，评估所述一个或多个叶片本征频率的步骤包括基于所述一个或多个叶片本征频率来定位所述叶片的结构损坏。

93.一种用于监测风力涡轮机的风力涡轮机叶片的实际桨距角的方法，所述方法包括以下步骤：

从距离传感器单元朝向所述风力涡轮机的风力涡轮机塔架发射信号，其中，所述距离传感器单元位于所述风力涡轮机叶片上的传感器单元位置；

测量从所述风力涡轮机塔架反射的信号以获得测量信号，其中，从所述风力涡轮机塔架反射的所述信号基于发射信号的步骤；以及

确定在所述传感器单元位置处的实际桨距角。

94.根据权利要求93所述的方法，其中，确定所述风力涡轮机叶片的实际桨距角的步骤基于接收所述测量信号的时间。

95.根据权利要求93或94所述的方法，其中，在所述传感器单元位置处的所述实际桨距角不同于在所述风力涡轮机的变桨轴承系统处的桨距角。

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