CN116892490A - 风力发电机叶片的超声波除冰方法、控制器、系统及介质 - Google Patents
风力发电机叶片的超声波除冰方法、控制器、系统及介质 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种风力发电机叶片的超声波除冰方法、控制器、系统及介质，所述方法包括：获取所述风力发电机叶片的结冰信息，根据所述结冰信息控制超声波发生装置生成高频交流电信号，并控制所述超声波发生装置将所述高频交流电信号发送给压电换能器；控制所述压电换能器对所述高频交流电信号进行处理，得到超声波，并获取所述超声波的目标入射角度；根据所述目标入射角度控制所述压电换能器将所述超声波发送至所述风力发电机叶片的表面，以对所述风力发电机叶片进行除冰。本发明通过超声波的振动能量和热效应以快速破坏和融化冰层，从而提高除冰效率，并通过调节超声波的频率、强度和发射位置，做到精确控制除冰的过程。
Description
技术领域
本发明涉及超声波除冰技术领域，尤其涉及一种风力发电机叶片的超声波除冰方法、控制器、系统及介质。
背景技术
超声波除冰是近年来发展起来的对风力发电机叶片进行除冰的方法，它结合了振动除冰的机械效应（传播特性及断裂特性）、空化效应（空化阈值）、热效应（振动发热）等特性，可以提供更加有效的除冰效果。超声波除冰是采用“电激发-超声波除冰”的新型除冰技术。超声波技术是一种功率大、穿透力强、能产生空化效应的技术，在工程、医学、材料分析等领域应用十分广泛。
现有的风力发电机除冰技术可归纳三种模式：气热除冰法、电热除冰法和化学涂料除冰法。气热除冰技术是借助叶片腹板形成的隔离腔体构造叶片内气流循环通道，进行热气流循环提升叶片内部温度，从而实现对叶片进行加热的方法；电热除冰技术即通过在叶片上铺设加热元件直接加热除冰的技术，通常采用碳纤维作为加热元件，铺设在叶片外表面；化学涂层除冰技术是利用涂料的一些性质阻止冰核生产、传递或降低冰的粘附力，从而达到除冰效果。
但目前的风力发电机叶片除冰系统还存在着一些不足。气热除冰技术目前的问题为有效除冰区域较小、除冰速度慢，要求叶片内部存在气流通道，系统载荷较大，大功率机组设计困难；电热除冰技术多用于新装机，技改困难，存在高温失控的风险；化学涂层技术单独使用效果差，且涂料性能寿命较短、价格昂贵；虽有部分采用超声波除冰研究，但大多用于路面除冰、输电线除冰等。由于风力发电机叶片位置较高、工作时线速度较快且必须保证不影响其正常工作，因此路面除冰技术以及输电线除冰技术等无法适用。因此，现有技术的风机叶片去冰技术存在风机叶片的除冰效率低及无法精确控制除冰过程的问题。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种风力发电机叶片的超声波除冰方法、控制器、系统及介质，旨在解决现有技术中风力发电机叶片去冰技术存在风力发电机叶片的除冰效率低及无法精确控制除冰过程的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种风力发电机叶片的超声波除冰方法，所述风力发电机叶片的超声波除冰方法包括：
获取所述风力发电机叶片的结冰信息，根据所述结冰信息控制超声波发生装置生成高频交流电信号，并控制所述超声波发生装置将所述高频交流电信号发送给压电换能器；
控制所述压电换能器对所述高频交流电信号进行处理，得到超声波，并获取所述超声波的目标入射角度；
根据所述目标入射角度控制所述压电换能器将所述超声波发送至所述风力发电机叶片的表面，以对所述风力发电机叶片进行除冰。
可选地，所述的风力发电机叶片的超声波除冰方法，其中，所述获取所述风力发电机叶片的结冰信息，根据所述结冰信息控制超声波发生装置生成高频交流电信号，并控制所述超声波发生装置将所述高频交流电信号发送给压电换能器，具体包括：
采集所述风力发电机叶片的表面情况，根据所述表面情况判断所述风力发电机叶片是否存在冰层；
若所述风力发电机叶片存在冰层，则获取所述冰层的结冰信息，并根据所述结冰信息控制所述超声波发生装置的振荡器生成高频交流电信号；
控制所述超声波发生装置的超声波变幅杆将所述高频交流电信号发送给压电换能器。
可选地，所述的风力发电机叶片的超声波除冰方法，其中，所述控制所述压电换能器对所述高频交流电信号进行处理，得到超声波，并获取所述超声波的目标入射角度，具体包括：
在所述压电换能器接收到所述高频交流电信号后，控制所述压电换能器将所述高频交流电信号进行转换，得到预设频率的超声波；
获取所述压电换能器的类型参数和所述风力发电机叶片的参数信息，并根据所述结冰信息、所述类型参数和所述参数信息构建声波传播模型；
根据所述声波传播模型对所述超声波进行入射角度训练，得到所述超声波的目标入射角度。
可选地，所述的风力发电机叶片的超声波除冰方法，其中，所述预设频率为28kHz。
可选地，所述的风力发电机叶片的超声波除冰方法，其中，所述目标入射角度的范围为30度-60度。
可选地，所述的风力发电机叶片的超声波除冰方法，其中，所述根据所述目标入射角度控制所述压电换能器将所述超声波发送至所述风力发电机叶片的表面，以对所述风力发电机叶片进行除冰，之后还包括：
当所述压电换能器接收到所述风力发电机叶片根据所述超声波反射的反馈信号时，控制所述压电换能器将所述反馈信号发送至声跟踪装置，并控制所述声跟踪装置对所述超声波的频率及幅度进行调整。
可选地，所述的风力发电机叶片的超声波除冰方法，其中，所述根据所述目标入射角度控制所述压电换能器将所述超声波发送至所述风力发电机叶片的表面，以对所述风力发电机叶片进行除冰，之后还包括：
对所述风力发电机叶片的每个位置的冰层厚度进行分析，若所述风力发电机叶片的目标位置的冰层厚度大于其他位置，则控制声场整形器将所述超声波进行聚焦及定向至所述目标位置，其中，所述声场整形器包括透镜和反射器。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种控制器，其中，所述控制器包括：存储器及存储在所述存储器上并可在所述控制器上运行的风力发电机叶片的超声波除冰程序，所述风力发电机叶片的超声波除冰程序被所述控制器执行时实现如上所述的风力发电机叶片的超声波除冰方法的步骤。
可选地，所述的风力发电机叶片的超声波除冰方法，其中，所述风力发电机叶片的超声波除冰系统包括上述所述的控制器，所述风力发电机叶片的超声波除冰系统还包括：
信息采集设备，用于获取所述风力发电机叶片的结冰信息；
超声波发生装置，用于根据所述结冰信息生成高频交流电信号，并将所述高频交流电发送给压电换能器；
压电换能器，用于对所述高频交流电信号进行处理得到超声波信号，并根据所述入射角度将所述超声波信号发送至所述风力发电机叶片的表面，以对所述风力发电机叶片进行除冰；
声跟踪装置，用于对所述超声波的频率及幅度进行调整；
声场整形器，用于将所述超声波进行聚焦及定向至目标位置。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有风力发电机叶片的超声波除冰程序，所述风力发电机叶片的超声波除冰程序被处理器执行时实现如上所述风力发电机叶片的超声波除冰方法的步骤。
本发明公开了一种风力发电机叶片的超声波除冰方法、系统、控制器及介质，所述方法包括：获取所述风力发电机叶片的结冰信息，根据所述结冰信息控制超声波发生装置生成高频交流电信号，并控制所述超声波发生装置将所述高频交流电信号发送给压电换能器；控制所述压电换能器对所述高频交流电信号进行处理，得到超声波，并获取所述超声波的目标入射角度；根据所述目标入射角度控制所述压电换能器将所述超声波发送至所述风力发电机叶片的表面，以对所述风力发电机叶片进行除冰。本发明通过超声波的振动能量和热效应以快速破坏和融化冰层，从而提高除冰效率，并通过调节超声波的频率、强度和发射位置，做到精确控制除冰的过程，避免对风机发电机叶片造成损坏或过度震动；利用超声波技术进行除冰，不需要使用化学物质或融化剂，减少了对环境的污染；还可以与风力发电机系统的自动化控制相结合，实现对风机叶片的自动去冰，提高了操作的便利性和效率。
附图说明
图1是本发明中风力发电机叶片的超声波除冰方法的较佳实施例的流程图；
图2是本发明中较佳实施中风力发电机叶片的结构的示意图；
图3是本发明中较佳实施例的超声波发射顺序示意图；
图4是本发明中较佳实施例的超声波进行入射角度模拟的示意图；
图5是本发明中较佳实施例的超声波沿着风力发电机叶片的表面传播示意图；
图6是本发明控制器的较佳实施例的运行环境示意图；
图7为本发明中风力发电机叶片的超声波除冰系统的较佳实施例的原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明较佳实施例所述的风力发电机叶片的超声波除冰方法，如图1所示，所述风力发电机叶片的超声波除冰方法包括以下步骤：
步骤S10、获取所述风力发电机叶片的结冰信息，根据所述结冰信息控制超声波发生装置生成高频交流电信号，并控制所述超声波发生装置将所述高频交流电信号发送给压电换能器。
所述步骤S10包括：
步骤S11、采集所述风力发电机叶片的表面情况，根据所述表面情况判断所述风力发电机叶片是否存在冰层；
步骤S12、若所述风力发电机叶片存在冰层，则获取所述冰层的结冰信息，并根据所述结冰信息控制所述超声波发生装置的振荡器生成高频交流电信号；
步骤S13、控制所述超声波发生装置的超声波变幅杆将所述高频交流电信号发送给压电换能器。
具体地，如图2所示的风力发电机叶片结构示意图可知，所述风力发电机叶片结构包括腹板、前缘、叶根、主梁、尾缘和叶尖；而所述腹板起到支撑风力发电机叶片、分配风力、减少噪音和平衡风力发电机叶片负荷的作用；所述前缘起到导流和分离气流的作用，帮助气流顺利进入风力发电机叶片，减小气流的阻力，提高风力发电机的效率，同时，所述前缘也能够减小噪音和振动，增强风力发电机叶片的结构稳定性；所述叶根提供机构支撑、传递动力和平衡风力发电机叶片负荷；所述主梁用于支撑叶轮和机组、分担风力发电机叶片受力、承载震荡及动态负荷和保护电缆及管道，以提高整个风力发电机系统的可靠性和安全性；所述叶尖用于提高风能利用效率、减少噪音和震动平衡风力发电机叶片负荷，以提高其稳定性和可靠性；并在所述风力发电机叶片的叶根的上端和下端不同位置安装多个超声波发生装置，并安装压电换能器。
对于所述风力发电机叶片上的情况，可以使用多种方式对所述风力发电机叶片的表面情况进行采集，如无人机对所述风力发电机叶片的表面进行拍摄，通过图像处理技术分析所拍摄的图片的结冰情况，根据所述结冰情况来判断所述风力发电机叶片是否存在冰层，若所述风力发电机叶片存在冰层，则获取所述冰层的结冰信息，如使用传感器（例如，温度传感器或冰厚度传感器等）进行测量，一旦获取到结冰信息，则启动所述超声波发生装置，所述超声波发生装置主要用来供给能量，可为所述压电换能器供给能量，令所述压电换能器能在谐振频率状态进行工作，而所述压电换能器可以将220V的交流电信号变为超声频率的电振荡信号（即超声波信号）；所述超声波发生装置包括振荡器和超声波变幅杆，所述振荡器由基本放大器、反馈网络和选频网络组成，采用直流电源驱动方式，将直流电信号转换为具有一定频率的交流电（即高频交流电信号），所述振荡器将产生的高频交流电信号，通过超声波变幅杆传递给压电换能器；所述超声波变幅杆，又叫超声聚能器，可以将机械振动的质点位移放大，可以放大超声波振幅，并将超声能量集中在风力发电机叶片表面。
步骤S20、控制所述压电换能器对所述高频交流电信号进行处理，得到超声波，并获取所述超声波的目标入射角度。
所述步骤S20包括：
步骤S21、在所述压电换能器接收到所述高频交流电信号后，控制所述压电换能器将所述高频交流电信号进行转换，得到预设频率的超声波；
步骤S22、获取所述压电换能器的类型参数和所述风力发电机叶片的参数信息，并根据所述结冰信息、所述类型参数和所述参数信息构建声波传播模型；
步骤S23、根据所述声波传播模型对所述超声波进行入射角度训练，得到所述超声波的目标入射角度。
具体地，所述压电换能器，也称为超声波换能器，可以将超声波发生装置产生的超声频电振动（高频交流电信号）变为相应的超声频机械振动（超声波），而这个转换过程涉及到压电效应的应用；所述压电换能器由压电材料构成，当在压电材料的某个适当方向上施加一个力时，会导致压电材料内部的电极状态发生变化，进而在压电材料的对应两个表面上产生与施加的力成正比且符号相异的电荷；而当在压电材料上施加外电场时，材料的内部电极化状态也会发生变化，并产生内应力和应变，这两者与电场强度成正比，这种现象称为逆压电效应；在逆压电效应的过程中，压电材料将电能转换为机械能，即所述压电换能器将所述高频交流电信号进行信号转化得到超声波信号。调节所述压电换能器可以实现定向传播超声波，超声波传播的顺序如图3所示（图3中的箭头为超声波发射方向），首先是在1号位发射超声波，然后经历一段时间延后，在2号位发射超声波，然后在经历一段时间延后，在3号位发射超声波，以此类推，在超声波传播的过程中，超声波与超声波之间会发生交叉叠加，从而产生高能聚焦点，就可以将超声波的能量更有效地集中在风力发电机叶片的表面上。
由于超声波在传播过程中会受到多种因素的影响，所以超声波的入射角度对于风力发电机叶片的除冰效果至关重要，合适的入射角度可以使超声波更好地与风力发电机叶片表面上的冰层接触，尽可能的集中在冰层上，达到更高的能量传递，以实现最大化去冰效果。因此，压电换能器的发射角度应该使得超声波能够直接冲击到冰层；而入射角度取决于多种因素，压电换能器的类型参数、冰层的结冰信息（所述结冰信息包括厚度及硬度），以及风力发电机叶片的参数信息（所述参数信息包括形状和材质等），则需要对超声波的入射角度进行模拟以得到最佳的入射角度，模拟过程如图4所示（图4中的实线箭头和虚线箭头为不同发射角度的超声波轨迹）；入射角度的模拟是为了研究声波入射到风力发电机叶片上时的传播规律和除冰效果，最佳的入射角度可以通过模型对超声波进行模拟训练得出；先根据所述类型参数、所述结冰信息，以及所述参数信息构建一个声波传播模型，然后通过调整所述声波传播模型中的模型参数，得出各个入射角度下的除冰效果；当得到一个能够达到最大除冰效果的入射角度时，就可以认为此入射角度为最佳的入射角度；通过训练得出当入射角度在30-60度时，可以提供较好的能量集中和覆盖面积，达到理想的除冰效果，另外，还可以将风力发电机叶片中间位置的压电换能器的发射超声波的角度调至0度，可以更好的与传播来的超声波形成共振，达到更好的效果，通过超声波交错叠加技术使波束交叉叠加形成高能点，并在风力发电机叶片中间位置使用共振技术，大大提高了超声波传播过程中的能量，并避免了较大的超声波衰减问题。
进一步地，对超声波选择适合的工作频率也是至关重要的，较合适的频率可以提供合适能量和波长，而本发明实施例中超声波的工作频率选择的是28kHz；使用28kHz的超声波有着较长的波长、较低的频率和较低的能量密度；而较长的波长能够更好地穿透物质，使得在空气中的传播损耗较小，能够相对较好地穿透到风力发电机叶片的内部，对冰块进行去除并达到更好的除冰的效果；而较低的频率相对来说更容易产生能量聚焦效果，由于超声波的传播特性，较低的频率可以在一定程度上减小声波的散射和衍射，使得能量更容易集中在目标区域；而相较于较高频率的超声波，28kHz的频率可以提供适当的能量密度，避免对叶片表面造成过大的压力或损伤。
步骤S30、根据所述入射角度控制所述压电换能器将所述超声波发送至所述风力发电机叶片的表面，以对所述风力发电机叶片进行除冰。
具体地，在得出最佳的超声波的入射角度后，所述压电换能器根据所述入射角度将超声波发送至所述风力发电机叶片的表面，以对所述风力发电机叶片进行除冰，所述超声波沿着风力发电机叶片的表面传播并驱动冰块的去除过程如图5所示（图5中的箭头为超声波传播方向）；本发明通过利用超声波的振动能量和热效应可以快速破坏和融化冰层，从而提高风机叶片的去冰效率；而利用超声波进行去冰，不需要使用化学物质或融化剂，减少了对环境的污染，还可以与风力发电机系统的自动化控制相结合，实现对风力发电机叶片的自动去冰，提高了操作的便利性和效率。
进一步地，在超声波对风力发电机叶片进行除冰时，所述压电换能器和所述超声波发生装置的超声变幅杆都要在谐振状态工作，因此，必须安装声跟踪模块，通过声跟踪模块提供的声跟踪电路，来保证所述超声波发生装置在工作时频率比较稳定，并且使所述超声波发生装置与所述压电换能器的阻抗能较好的匹配；所述风力发电机叶片对发送过来的超声波进行吸收，并将一部分超声波作为反馈信号反射出去，所述声跟踪电路接收所述反馈信号，并根据所述反馈信号的特征来调整所述超声波的频率及幅度，以达到最佳的除冰效果，通过调节超声波的频率、强度和发射位置，可以做到高精确控制除冰过程，避免对风力发电机叶片造成损坏或过度震动。
进一步地，对所述风力发电机叶片的每个位置的冰层厚度进行分析（例如，腹板、前缘、叶根、主梁、尾缘和叶尖），得到分析结果，若通过分析结果得出所述风力发电机叶片的目标位置（例如，叶尖）的冰层厚度大于其他位置，则控制声场整形器将所述超声波聚焦及定向至所述目标位置（叶尖），以提高叶尖的除冰效果及准确度，其中，所述声场整形器包括透镜和反射器。
进一步地，如图6所示，根据上述风力发电机叶片的超声波除冰方法，本发明还相应提供了一种控制器51，所述控制器51包括存储器10；图6仅示出了控制器的部分组件，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。
所述存储器10在一些实施例中可以是所述控制器51的内部存储单元，例如硬盘或内存。所述存储器10在另一些实施例中也可以是所述控制器51的外部存储设备，例如所述控制器51上配备的插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card，SMC），安全数字（SecureDigital，SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。进一步地，所述存储器10还可以既包括所述控制器51的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器10用于存储安装于所述控制器51的应用软件及各类数据，例如所述安装控制器51的程序代码等。所述存储器10还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。在一实施例中，存储器10上存储有风力发电机叶片的超声波除冰程序20，该风力发电机叶片的超声波除冰程序20可被控制器51所执行，从而实现本申请中风力发电机叶片的超声波除冰方法。
所述控制器51在一些实施例中可以是一中央处理器（Central Processing Unit，CPU），微处理器或其他数据处理芯片，用于运行所述存储器20中存储的程序代码或处理数据，例如执行所述风力发电机叶片的超声波除冰方法等。
在一实施例中，当控制器51执行所述存储器10中风力发电机叶片的超声波除冰程序20时实现以下步骤：
获取所述风力发电机叶片的结冰信息，根据所述结冰信息控制超声波发生装置生成高频交流电信号，并控制所述超声波发生装置将所述高频交流电信号发送给压电换能器；
控制所述压电换能器对所述高频交流电信号进行处理，得到超声波，并获取所述超声波的目标入射角度；
根据所述目标入射角度控制所述压电换能器将所述超声波发送至所述风力发电机叶片的表面，以对所述风力发电机叶片进行除冰。
其中，所述获取所述风力发电机叶片的结冰信息，根据所述结冰信息控制超声波发生装置生成高频交流电信号，并控制所述超声波发生装置将所述高频交流电信号发送给压电换能器，具体包括：
采集所述风力发电机叶片的表面情况，根据所述表面情况判断所述风力发电机叶片是否存在冰层；
若所述风力发电机叶片存在冰层，则获取所述冰层的结冰信息，并根据所述结冰信息控制所述超声波发生装置的振荡器生成高频交流电信号；
控制所述超声波发生装置的超声波变幅杆将所述高频交流电信号发送给压电换能器。
其中，所述控制所述压电换能器对所述高频交流电信号进行处理，得到超声波，并获取所述超声波的目标入射角度，具体包括：
在所述压电换能器接收到所述高频交流电信号后，控制所述压电换能器将所述高频交流电信号进行转换，得到预设频率的超声波；
获取所述压电换能器的类型参数和所述风力发电机叶片的参数信息，并根据所述结冰信息、所述类型参数和所述参数信息构建声波传播模型；
根据所述声波传播模型对所述超声波进行入射角度训练，得到所述超声波的目标入射角度。
其中，所述预设频率为28kHz。
其中，所述目标入射角度的范围为30度-60度。
其中，所述根据所述目标入射角度控制所述压电换能器将所述超声波发送至所述风力发电机叶片的表面，以对所述风力发电机叶片进行除冰，之后还包括：
当所述压电换能器接收到所述风力发电机叶片根据所述超声波反射的反馈信号时，控制所述压电换能器将所述反馈信号发送至声跟踪装置，并控制所述声跟踪装置对所述超声波的频率及幅度进行调整。
其中，所述根据所述目标入射角度控制所述压电换能器将所述超声波发送至所述风力发电机叶片的表面，以对所述风力发电机叶片进行除冰，之后还包括：
对所述风力发电机叶片的每个位置的冰层厚度进行分析，若所述风力发电机叶片的目标位置的冰层厚度大于其他位置，则控制声场整形器将所述超声波进行聚焦及定向至所述目标位置，其中，所述声场整形器包括透镜和反射器。
进一步地，如图7所示，根据上述风力发电机叶片的超声波除冰方法，本发明还相应提供了风力发电机叶片的超声波除冰系统，所述风力发电机叶片的超声波除冰系统不仅包括上述的控制器51，所述风力发电机叶片的超声波除冰系统还包括：
数据获取模块52，用于获取所述风力发电机叶片的结冰信息及超声波的入射角度；
超声波发生装置53，用于根据所述结冰信息生成高频交流电信号，并将所述高频交流电信号发送给压电换能器；
压电换能器54，用于对所述高频交流电信号进行处理得到超声波，并根据所述入射角度将所述超声波发送至所述风力发电机叶片的表面，以对所述风力发电机叶片进行除冰；
声跟踪装置55，用于对所述超声波的频率及幅度进行调整；
声场整形器56，用于将所述超声波进行聚焦及定向至目标位置。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有风力发电机叶片的超声波除冰程序，所述风力发电机叶片的超声波除冰程序被处理器执行时实现如上所述风力发电机叶片的超声波除冰方法的步骤。
综上所述，本发明提供一种风力发电机叶片的超声波除冰方法、控制器、系统及介质，所述方法包括：获取所述风力发电机叶片的结冰信息，根据所述结冰信息控制超声波发生装置生成高频交流电信号，并控制所述超声波发生装置将所述高频交流电信号发送给压电换能器；控制所述压电换能器对所述高频交流电信号进行处理，得到超声波，并获取所述超声波的目标入射角度；根据所述目标入射角度控制所述压电换能器将所述超声波发送至所述风力发电机叶片的表面，以对所述风力发电机叶片进行除冰。本发明通过超声波的振动能量和热效应以快速破坏和融化冰层，从而提高除冰效率，并通过调节超声波的频率、强度和发射位置，做到精确控制除冰的过程，避免对风机发电机叶片造成损坏或过度震动；利用超声波技术进行除冰，不需要使用化学物质或融化剂，减少了对环境的污染；还可以与风力发电机系统的自动化控制相结合，实现对风机叶片的自动去冰，提高了操作的便利性和效率。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者控制器不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者控制器所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者控制器中还存在另外的相同要素。
当然，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关硬件（如处理器等）来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取的计算机可读存储介质中，所述程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程。其中所述的计算机可读存储介质可为存储器、磁碟、光盘等。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种风力发电机叶片的超声波除冰方法，其特征在于，所述风力发电机叶片的超声波除冰方法包括：
获取所述风力发电机叶片的结冰信息，根据所述结冰信息控制超声波发生装置生成高频交流电信号，并控制所述超声波发生装置将所述高频交流电信号发送给压电换能器；
控制所述压电换能器对所述高频交流电信号进行处理，得到超声波，并获取所述超声波的目标入射角度；
根据所述目标入射角度控制所述压电换能器将所述超声波发送至所述风力发电机叶片的表面，以对所述风力发电机叶片进行除冰。
2.根据权利要求1所述的风力发电机叶片的超声波除冰方法，其特征在于，所述获取所述风力发电机叶片的结冰信息，根据所述结冰信息控制超声波发生装置生成高频交流电信号，并控制所述超声波发生装置将所述高频交流电信号发送给压电换能器，具体包括：
采集所述风力发电机叶片的表面情况，根据所述表面情况判断所述风力发电机叶片是否存在冰层；
若所述风力发电机叶片存在冰层，则获取所述冰层的结冰信息，并根据所述结冰信息控制所述超声波发生装置的振荡器生成高频交流电信号；
控制所述超声波发生装置的超声波变幅杆将所述高频交流电信号发送给压电换能器。
3.根据权利要求1所述的风力发电机叶片的超声波除冰方法，其特征在于，所述控制所述压电换能器对所述高频交流电信号进行处理，得到超声波，并获取所述超声波的目标入射角度，具体包括：
在所述压电换能器接收到所述高频交流电信号后，控制所述压电换能器将所述高频交流电信号进行转换，得到预设频率的超声波；
获取所述压电换能器的类型参数和所述风力发电机叶片的参数信息，并根据所述结冰信息、所述类型参数和所述参数信息构建声波传播模型；
根据所述声波传播模型对所述超声波进行入射角度训练，得到所述超声波的目标入射角度。
4.根据权利要求3所述的风力发电机叶片的超声波除冰方法，其特征在于，所述预设频率为28kHz。
5.根据权利要求1或3所述的风力发电机叶片的超声波除冰方法，其特征在于，所述目标入射角度的范围为30度-60度。
6.根据权利要求1所述的风力发电机叶片的超声波除冰方法，其特征在于，所述根据所述目标入射角度控制所述压电换能器将所述超声波发送至所述风力发电机叶片的表面，以对所述风力发电机叶片进行除冰，之后还包括：
当所述压电换能器接收到所述风力发电机叶片根据所述超声波反射的反馈信号时，控制所述压电换能器将所述反馈信号发送至声跟踪装置，并控制所述声跟踪装置对所述超声波的频率及幅度进行调整。
7.根据权利要求1所述的风力发电机叶片的超声波除冰方法，其特征在于，所述根据所述目标入射角度控制所述压电换能器将所述超声波发送至所述风力发电机叶片的表面，以对所述风力发电机叶片进行除冰，之后还包括：
对所述风力发电机叶片的每个位置的冰层厚度进行分析，若所述风力发电机叶片的目标位置的冰层厚度大于其他位置，则控制声场整形器将所述超声波进行聚焦及定向至所述目标位置，其中，所述声场整形器包括透镜和反射器。
8.一种控制器，其特征在于，所述控制器包括：存储器及存储在所述存储器上并可在所述控制器上运行的风力发电机叶片的超声波除冰程序，所述风力发电机叶片的超声波除冰程序被所述控制器执行时实现如权利要求1-7任一项所述风力发电机叶片的超声波除冰方法的步骤。
9.一种风力发电机叶片的超声波除冰系统，其特征在于，所述风力发电机叶片的超声波除冰系统包括如权利要求8所述的控制器，所述风力发电机叶片的超声波除冰系统还包括：
信息采集设备，用于获取所述风力发电机叶片的结冰信息；
超声波发生装置，用于根据所述结冰信息生成高频交流电信号，并将所述高频交流电信号发送给压电换能器；
压电换能器，用于对所述高频交流电信号进行处理得到超声波，并根据所述入射角度将所述超声波发送至所述风力发电机叶片的表面，以对所述风力发电机叶片进行除冰；
声跟踪装置，用于对所述超声波的频率及幅度进行调整；
声场整形器，用于将所述超声波进行聚焦及定向至目标位置。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述风力发电机叶片的超声波除冰方法的步骤。
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