CN202158867U - 风电机组安全结构健康诊断光纤光栅传感器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种风电传感器装置，是一种风电机组安全结构健康诊断光纤光栅传感器装置，包括预埋在风电机桩基础内、风电机承台部位以及风电机塔体部位的光纤光栅传感器，各光纤光栅通过传感器信号传输线缆与光电信号转化器相连接，光电信号转化器通过光缆或电缆与数据采集处理连接，信号转化器将光纤光栅传感器测量到的参数转化为光信号或电信号，再传输到数据采集处理器进行实时健康监测。本实用新型可实施对结构的实时健康监测，可作为对风电机组基础、塔体等关键构件健康评价的依据之一，且抗电磁干扰，体积小，重量轻，传输损耗小。

Description

风电机组安全结构健康诊断光纤光栅传感器装置

技术领域

本实用新型涉及一种风电传感器装置，具体的说是一种风电机组安全结构健康诊断光纤光栅传感器装置。

背景技术

结构健康监测（简称SHM）是指利用现场的无损传感技术,通过包括对风电机组的基础、塔体结构等在内的结构系统特性分析,达到监测结构损伤或退化的目的。

光纤光栅传感器（Fiber Bragg Grating Sensor）属于光纤传感器的一种，基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格（Bragg）波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。由于光纤光栅与光纤之间天然的兼容性，很容易将多个光纤光栅串联在一根光纤上构成光纤光栅阵列，实现准分布式传感，加上光纤光栅具有普通光纤的许多优点外，且本身的传感信号为波长调制，测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗不受光源功率波动和系统损耗影响的特点。

对于风电机组而言，基础的强度及稳定性、塔体的结构、瞬间的强风、以及震动等因素，都可能导致故障的发生，而传统传感器下的健康监测系统普遍存在着稳定性与耐久性差、抗干扰性（包括电磁、噪音、光强）差、布设工艺复杂、成活率低等缺点,这也是工程界迫切需要解决的难题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种风电机组安全结构健康诊断光纤光栅传感器装置，抗电磁干扰，体积小，重量轻，传输损耗小，实施对结构的实时健康监测。

本实用新型解决以上技术问题的技术方案是：

风电机组安全结构健康诊断光纤光栅传感器装置，包括预埋在风电机桩基础内、风电机承台部位以及风电机塔体部位的光纤光栅传感器，各光纤光栅通过传感器信号传输线缆与光电信号转化器相连接，光电信号转化器通过光缆或电缆与数据采集处理连接，信号转化器将光纤光栅传感器测量到的参数转化为光信号或电信号，再传输到数据采集处理器进行实时健康监测。

本实用新型进一步限定的技术方案是：

前述的风电机组安全结构健康诊断光纤光栅传感器装置，光纤光栅传感器为光纤光栅应变传感器、光纤光栅温度传感器、光纤光栅位移传感器、光纤光栅加速度计或光纤光栅压力传感器。

前述的风电机组安全结构健康诊断光纤光栅传感器装置，在风电机塔体顶部还设有GPS位移监测器，GPS位移监测器通过光缆或电缆与数据采集处理器连接。

本实用新型可以完全采用现有模块或器件作为相应单元，将其组合连接在一起即可实现上述技术方案，因此切实可行。

本实用新型的有益效果是：(1)抗电磁干扰:一般电磁辐射的频率比光波低许多，所以在光纤中传输的光信号不受电磁干扰的影响。(2)电绝缘性能好，安全可靠:光纤本身是由电介质构成的，而且无需电源驱动，因此适宜于在易燃易爆的油、气、化工生产中使用。(3)耐腐蚀，化学性能稳定:由于制作光纤的材料一石英具有极高的化学稳定性，因此光纤传感器适宜于在较恶劣环境中使用。(4)体积小、重量轻，几何形状可塑。(5)传输损耗小:可实现远距离遥控监测。(6)传输容量大:可实现多点分布式测量。(7)测量范围广:可测量温度、压强、应变、应力、流量、流速、电流、 电压、液位、液体浓度、成分等。本实用新型可实施对结构的实时健康监测，可作为对风电机组基础、塔体等关键构件健康评价的依据之一。

附图说明

图1是本实用新型的连接框图。

具体实施方式

    实施例1

本实施例提出一种风电机组安全结构健康诊断光纤光栅传感器装置，连接如图1所示，包括预埋在风电机桩基础内、风电机承台部位以及风电机塔体部位的光纤光栅应变传感器1、光纤光栅温度传感器2、光纤光栅位移传感器3、或光纤光栅压力传感器4，各光纤光栅通过传感器信号传输线缆与光电信号转化器5相连接，光电信号转化器5通过光缆或电缆与数据采集处理器6连接，信号转化器5将光纤光栅传感器测量到的参数转化为光信号或电信号，再传输到数据采集处理器6进行实时健康监测。在风电机塔体顶部还设有GPS位移监测器7， GPS位移监测器7通过光缆或电缆与数据采集处理器6连接。

光纤光栅传感器从风电机组的施工过程开始，对桩基础、塔体、桨叶等关键构件的受力状态，机舱与塔体结合面的应力，以及承台（指海上风电）施工阶段的温度及温度应力状态等进行全过程监测。对于已经运行的风电机组，除了对桩基础外，对塔体、桨叶等关键构件的受力状态，机舱与塔体结合面的应力部位，都可以进行应用。

风电安全智能预警应急系统是将GIS（地理分析系统）与数字化结构健康监测决策系统相互结合起来开发的风电智能结构数字化健康诊断决策系统，硬件系统部分包括在桩基础内、承台部位以及塔体部位预埋传感器、信号传输线缆等，这些传感器将测量到的应力、应变、位移、荷载和温度等参数，并提取能直接反映结构中损伤的参数，转化为光、电信号，通过现场光缆、电缆等传输到数据采集处理系统，实施对结构的实时健康监测。可作为对风电机组基础、塔体等关键构件健康评价的依据之一。GIS技术在数字化结构监测决策系统中的应用，使得系统功能更加直观，可实现地理图层的显示、切换、缩放、漫游、导航，对检查位置，病害位置进行的图形化显示，通过空间查询获取相关位置病害情况及处置情况，也可通过查询迅速定位病害数据发生的位置，为决策提供依据。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (3)

1.风电机组安全结构健康诊断光纤光栅传感器装置，其特征在于：包括预埋在风电机桩基础内、风电机承台部位以及风电机塔体的光纤光栅传感器，所述各光纤光栅通过传感器信号传输线缆与光电信号转化器相连接，所述光电信号转化器通过光缆或电缆与数据采集处理器连接，所述信号转化器将所述光纤光栅传感器测量到的参数转化为光信号或电信号，再传输到所述数据采集处理器进行实时健康监测。

2.如权利要求1所述的风电机组安全结构健康诊断光纤光栅传感器装置，其特征在于：所述光纤光栅传感器为光纤光栅应变传感器、光纤光栅温度传感器、光纤光栅位移传感器或光纤光栅压力传感器。

3.如权利要求1或2所述的风电机组安全结构健康诊断光纤光栅传感器装置，其特征在于：在风电机塔体顶部还设有GPS位移监测器，所述GPS位移监测器通过光缆或电缆与所述数据采集处理连接。

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