CN116380417B - 风电机组叶片分布式光纤监测系统的参数标定装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风电机组叶片分布式光纤监测系统的参数标定装置及方法，装置包括：箱体包括一个可打开的箱盖，箱内填充传热介质，箱壁设有隔热保温层，为待标定光纤提供均匀恒温的环境；箱体对立的箱壁上开有安置孔和引入槽，通过引入槽将光纤放入安置孔中，引入槽和安置孔周围设有密封装置；拉力卡扣固定在光纤上，通过传动结构对光纤施加拉力使其产生应变，应变传感模块测量待标定光纤的应变；与安置孔和引入槽所在箱壁相邻的箱壁上设有拉力调节模块、温度调节模块、控制器和显示模块。本发明实现了在现场完成风机叶片分布式光纤监测系统的参数标定，克服了只能在实验室标定参数，现场安装后存在差异的问题，有利于提升监测系统的监测精度。

Description

风电机组叶片分布式光纤监测系统的参数标定装置及方法
技术领域
本发明涉及参数标定技术领域，具体涉及一种风电机组叶片分布式光纤监测系统的参数标定装置及方法。
背景技术
随着风电机组单机容量的不断增大，风机叶片越来越长，另外，风机叶片作为捕获风能的关键部件，长期运行在恶劣环境中，其运行状况直接影响到发电机组的发电效率及安全。因此，对风机叶片进行监测的必要性越来越大。分布式光纤监测的监测距离远，不受电磁干扰，对温度、应变、振动等变化敏感，可用于风机叶片的状态监测。目前，对分布式光纤监测系统参数标定基本在实验室完成，但是风机叶片分布式光纤监测系统现场安装复杂，现场安装好的系统的光学特性难免会发生改变，若试验室标定的参数在现场安装后发生了变化，将导致计算出状态参数不准，严重影响风机叶片的监测精度。另外，分布式光纤监测系统运行一段时间后，光路系统性能参数发生退变，导致监测误差变大，在现场无法对风机叶片分布式光纤监测系统进行校正。
发明内容
因此，本发明要解决在试验室标定的光纤参数导致实际应用中监测精度差的缺陷，从而提供一种风电机组叶片分布式光纤监测系统的参数标定装置及方法，在现场完成光纤传感系统关键参数标定，实现风机叶片的应变、温度等状态参数的精准监测。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种风电机组叶片分布式光纤监测系统的参数标定装置，包括：箱体、拉力卡扣、应变传感模块、温度传感模块、控制器、显示模块、拉力调节模块和温度调节模块，其中：
所述箱体包括一个可打开的箱盖，箱内填充传热介质，箱壁设有隔热保温层为待标定光纤提供均匀恒温的环境；箱体对立的箱壁上开有安置孔和引入槽，通过引入槽将待标定光纤放入安置孔中，引入槽和安置孔周围设有密封装置；
箱体内布置有拉力卡扣、应变传感模块、温度传感模块，所述拉力卡扣固定在待标定光纤上，其两端通过传动结构对光纤施加拉力使待标定光纤产生应变，应变传感模块测量待标定光纤的应变，温度传感模块测量箱内传热介质温度；
与安置孔和引入槽所在箱壁相邻的箱壁上设有：
拉力调节模块，用于调节施加在待标定光纤上的拉力；温度调节模块，调节箱内传热介质的温度；控制器，用于根据温度调节模块和拉力调节模块设定的调节参数对应调节温度和拉力；显示模块，用于显示箱内的温度及应变数据。
在一些可选的实施方式中，所述传热介质为水或空气。
在一些可选的实施方式中，所述密封装置为橡胶材质。
在一些可选的实施方式中，所述装置还包括：电源模块，用于在标定时提供电能。
在一些可选的实施方式中，所述拉力调节模块和温度调节模块均为调节旋钮。
第二方面，本发明实施例提供一种风电机组叶片分布式光纤监测系统的参数标定方法，包括：
S1：在风机叶片的光纤上标记至少两个采样位置，并在采样位置上安装基于第一方面任一可选实施方式所述的参数标定装置；
S2：分别读取采样位置的初始温度和应变数据；
S3：分别读取光纤传感系统工作在布里渊光时域反射分析模式下采样位置的初始温度和应变分别对应的布里渊频移和功率；
S4：对不同的采样位置施加不同的温度及应力；
S5：分别读取不同采样位置在不同的温度及应力条件下对应的布里渊频移和功率；
S6：计算光纤监测系统的布里渊频移、功率的温度和应变系数来进行参数标定。
在一些可选的实施方式中，布里渊频移系数CVT、功率系数CVε、温度系数CPT和应变系数CPε通过以下公式计算得到：
其中，ΔVB1为一采样位置在不同温度和应力条件下的布里渊频移差，ΔVB2为另一采样位置在不同温度和应力条件下的布里渊频移差，ΔPB1为一采样位置在不同温度和应力条件下的布里渊功率差；ΔPB2为另一采样位置在不同温度和应力条件下的布里渊功率差；ΔT1为一采样位置的温度差；ΔT2为另一采样位置的温度差；Δε1为一采样位置的应变差；Δε2为另一采样位置的应变差。
在一些可选的实施方式中，当采样位置大于两个时，取多个任意两个采样位置的数据计算光纤监测系统的布里渊频移、功率的温度和应变系数，并取平均值作为最终的光纤监测系统的布里渊频移、功率的温度和应变系数。
在一些可选的实施方式中，在风机轮毂内的光纤上设定采样位置。
在一些可选的实施方式中，按照预设标定周期对光纤监测系统进行参数标定。
本发明技术方案，具有如下优点：
1、本发明提供的一种风电机组叶片分布式光纤监测系统的参数标定装置及方法，实现了在现场完成风机叶片分布式光纤监测系统的参数标定，克服了只能在实验室标定参数，现场安装后存在差异的问题，有利于提升监测系统的监测精度。
2、本发明提供的一种风机叶片分布式光纤监测系统的参数标定方法，按照预设标定周期对光纤监测系统进行参数标定，随着运行时间的加长来更新参数标定，从而持续保证监测的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。
图1为本发明实施例中风机叶片分布式光纤监测系统的参数标定装置的示意图；
图2为本发明实施例中风机叶片分布式光纤监测系统的参数标定方法的流程图；
图3为本发明实施例中风机叶片分布式光纤监测系统现场参数标定示意图。
附图标记
1-箱体；11-箱盖；12-安置孔；13-引入槽；2-拉力卡扣；
3-应变传感模块；4-拉力调节模块；5-温度调节模块；6-控制器；
7-显示模块；8-待标定光纤；14-温度传感模块。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供一种风机叶片分布式光纤监测系统的参数标定装置，如图1所示，包括：箱体1、拉力卡扣2、应变传感模块3、温度传感模块14、拉力调节模块4、温度调节模块5、控制器6、显示模块7，其中：
箱体1包括一个可打开的箱盖11，箱内填充传热介质，箱壁设有隔热保温层为待标定光纤提供均匀恒温的环境；箱体对立的箱壁上开有安置孔12和引入槽13，通过引入槽13将待标定光纤8放入安置孔12中，引入槽13和安置孔12周围设有密封装置；
箱体1内布置有拉力卡扣2、应变传感模块3、温度传感模块14，拉力卡扣2固定在待标定光纤上，其两端通过传动结构对待标定光纤8施加拉力使待标定光纤8产生应变，应变传感模块3测量待标定光纤8的应变，温度传感模块14测量箱内传热介质温度；
与安置孔12和引入槽13所在箱壁相邻的箱壁上设有：拉力调节模块4，用于调节施加在待标定光纤上的拉力；温度调节模块5，用于调节箱内传热介质的温度；控制器6，用于根据温度调节模块和拉力调节模块设定的调节参数对应调节温度和拉力；显示模块7，用于显示箱内的温度及应变数据。
在一实施例中，拉力调节模块和温度调节模块均为调节旋钮，操作方便。箱体内的传热介质为水或空气，引入槽和安置孔周围设置的密封装置为橡胶材质，通过温度调节模块调节传热介质的温度，在进行标定时将箱盖盖严同时结合箱壁的隔热保温层为光纤提供均匀恒温的环境。
在本发明实施例中上述装置还包括电源模块，用于在标定时提供电能，实际应用中可以选用可充电电源，操作过程方便，且节能环保。
本发明实施例提供的风机叶片分布式光纤监测系统的参数标定装置，实现了在现场完成风机叶片分布式光纤监测系统的参数标定，克服了只能在实验室标定参数，现场安装后存在差异的问题，提升监测系统的监测精度。
实施例2
本发明实施例提供一种风机叶片分布式光纤监测系统的参数标定方法，基于实施例1中的监测装置，如图2所示，包括：
S1:在风机叶片的光纤上标记至少两个采样位置，并在采样位置上安装实施例1中任一实施方式的参数标定装置；
S2:分别读取采样位置的初始温度和应变数据；
S3:分别读取光纤传感系统工作在布里渊光时域反射分析模式下采样位置的初始温度和应变分别对应的布里渊频移和功率；
S4：对不同的采样位置施加不同的温度及应力；
S5：分别读取不同采样位置在不同的温度及应力条件下对应的布里渊频移和功率；
S6：计算光纤监测系统的布里渊频移、功率的温度和应变系数来进行参数标定。
具体地，布里渊频移系数CVT、功率系数CVε、温度系数CPT和应变系数CPε通过以下公式计算得到：
其中，ΔVB1为一采样位置在不同温度和应力条件下的布里渊频移差，ΔVB2为另一采样位置在不同温度和应力条件下的布里渊频移差，ΔPB1为一采样位置在不同温度和应力条件下的布里渊功率差；ΔPB2为另一采样位置在不同温度和应力条件下的布里渊功率差；ΔT1为一采样位置的温度差；ΔT2为另一采样位置的温度差；Δε1为一采样位置的应变差；Δε2为另一采样位置的应变差。
实际中为了提供提高标定的准确度，选取采样位置大于两个，取多个任意两个采样位置的数据计算光纤监测系统的布里渊频移、功率的温度和应变系数，并取平均值作为最终的光纤监测系统的布里渊频移、功率的温度和应变系数。
由于光纤粘覆在风机叶片外表面作为监测传感器及数据传输通道，为了操作方便实际应用中选择风机轮毂内的光纤上设定采样位置，按照预设标定周期对光纤监测系统进行参数标定，随着运行时间的加长来更新参数标定，从而持续保证监测的准确性，具体标定周期根据实际应用场景做合理设置，在此不作具体限定。
在一具体实施例中，如图3所示，以标记位置01和位置02两个采样位置进行示例，具体包括以下步骤：
a1:在轮毂内，在叶片的传感光纤上标记位置01和位置02，并分别在位置01和位置02安装参数标定装置；
a2：分别读取位置01和位置02的初始温度和应变(T10,ε10)和(T20,ε20)；
a3：光纤传感系统工作在BOTDR(布里渊光时域反射)分析模式，读取位置01和位置02初始温度和应变分别对应的布里渊频移和功率(V10,P10)和(V20,P20)；
a4：在位置01施加温度及应力(T11,ε11)，在位置02施加温度及应力(T21,ε21)；
a5：读取位置01的温度和应变(T11,ε11)对应的布里渊频移和功率(V11,P11)，读取位置02的温度和应变(T21,ε21)对应的布里渊频移和功率(V21,P21)；
a6：计算ΔVB1＝V11-V10，ΔVB2＝V21-V20，ΔPB1＝P11-P10，ΔPB2＝P21-P20，ΔT1＝T11-T10，ΔT2＝T21-T20，Δε1＝ε11-ε10，Δε2＝ε21-ε20；
a7：计算光纤监测系统的布里渊频移、功率的温度和应变系数CVT、CVε、CPT、CPε。
本发明实施例提供的参数标定方法，克服了事先在实验室标定参数，现场安装后光纤特性改变导致参数差异的问题，操作简单，便于现场测试使用，有利于提升监测系统的监测精度，系统运行一段时间后可按照标定周期进行多次参数校正，有利于保持系统持续的准确监测。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种风电机组叶片分布式光纤监测系统的参数标定方法，其特征在于，包括：
S1：在风机叶片的光纤上标记至少两个采样位置，并在采样位置上安装有参数标定装置；
S2：分别读取采样位置的初始温度和应变数据；
S3：分别读取光纤传感系统工作在布里渊光时域反射分析模式下采样位置的初始温度和应变分别对应的布里渊频移和功率；
S4：对不同的采样位置施加不同的温度及应力；
S5：分别读取不同采样位置在不同的温度及应力条件下对应的布里渊频移和功率；
S6：计算光纤监测系统的布里渊频移系数、功率系数、温度系数和应变系数来进行参数标定；其中，布里渊频移系数CVT、功率系数CVε、温度系数CPT和应变系数CPε通过以下公式计算得到：
其中，ΔVB1为一采样位置在不同温度和应力条件下的布里渊频移差，ΔVB2为另一采样位置在不同温度和应力条件下的布里渊频移差，ΔPB1为一采样位置在不同温度和应力条件下的布里渊功率差；ΔPB2为另一采样位置在不同温度和应力条件下的布里渊功率差；ΔT1为一采样位置的温度差；ΔT2为另一采样位置的温度差；Δε1为一采样位置的应变差；Δε2为另一采样位置的应变差。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当采样位置大于两个时，取多个任意两个采样位置的数据计算光纤监测系统的布里渊频移系数、功率系数、温度系数和应变系数，并取平均值作为最终的光纤监测系统的布里渊频移系数、功率系数、温度系数和应变系数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在风机轮毂内的光纤上设定采样位置。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照预设标定周期对光纤监测系统进行参数标定。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参数标定装置，包括：箱体、拉力卡扣、应变传感模块、温度传感模块、控制器、显示模块、拉力调节模块和温度调节模块，其中：
所述箱体包括一个可打开的箱盖，箱内填充传热介质，箱壁设有隔热保温层为待标定光纤提供均匀恒温的环境；箱体对立的箱壁上开有安置孔和引入槽，通过引入槽将待标定光纤放入安置孔中，引入槽和安置孔周围设有密封装置；
箱体内布置有拉力卡扣、应变传感模块、温度传感模块，所述拉力卡扣固定在待标定光纤上，其两端通过传动结构对光纤施加拉力使待标定光纤产生应变，应变传感模块测量待标定光纤的应变，温度传感模块测量传热介质温度；
与安置孔和引入槽所在箱壁相邻的箱壁上设有：
拉力调节模块，用于调节施加在待标定光纤上的拉力；温度调节模块，调节箱内传热介质的温度；控制器，用于根据温度调节模块和拉力调节模块设定的调节参数对应调节温度和拉力；显示模块，用于显示箱内的温度及应变数据。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述传热介质为水或空气。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述密封装置为橡胶材质。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：电源模块，用于在标定时提供电能。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述拉力调节模块和温度调节模块均为调节旋钮。
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