CN203796505U - 一种风力发电机组的温度和应变监控系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种风力发电机组的温度和应变监控系统，包括：光纤、光谱分析模块和上位机，每台风力发电机内部至少敷设一根光纤，所述的光纤敷设于风力发电机内部温度和应变监测点，且所述应变监测点处的光纤上分别设有光纤光栅应变传感器，敷设于每台风力发电机内部光纤组合成信息传递的光纤环网，所述的光纤环网的一端设有光源，光谱分析模块设于光纤环网的另一端，所述的光谱分析模块通过通讯电缆与上位机相连接。本实用新型采用光纤作为信号传递的介质且不需要供电，并可利用光纤作为温度传感器，极大程度地降低了风力发电机的建造成本，避免了电磁波的干扰，提高了监测的准确性，其接线线路简单，安装方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种风力发电机组的监控系统，尤其是一种风力发电机组的温度和应变监控系统。
背景技术
风能作为一种清洁的可再生资源，越来越受到世界各国的重视。尤其是近几年环境问题日益严重的情况下，再加上随着技术进步和环保事业的不断发展，风能发电将完全可以与燃煤发电匹敌。风力发电机是风力发电的主要设备，它可以将风能转化成电能。
风力发电机在使用过程中会产生大量的热，如果得不到及时的发现和处理极易发生火灾，给企业带来严重的损失；另外，风力发电机大多设置在野外，在较复杂的工作环境下，塔筒极易发生倾斜、变形甚至倒塌的情况；除上述情况之外，风力发电机的桨叶还可能因裂纹断裂或折断，传动装置和发动机失灵等重大安全事故的发生给企业和社会造成巨大的经济损失。因此必须对风力发电机的温度和应变进行监测。
目前，对风力发电机关键部位的温度和应变普遍是采用单独的温度传感器和应变传感器分别进行测量，这些传感器主要是通过电源来驱动以实现电信号传递，然而这些电信号极容易受到电磁波的干扰，不但造成监测的灵敏度较低，而且可靠性极差后果。另外采用上述的传感器组成的风力发电机的监测系统还有传感器繁多、接线线路复杂、安装复杂、测试结果分散，最主要是风力发电机的相关建设成本极高。
鉴于此提出本实用新型。
实用新型内容
本实用新型的目的为克服现有技术的不足，提供一种建造成本较低，使用安全可靠，数据采集准确、集中的风力发电机组的温度和应变监控系统。
为了实现该目的，本实用新型采用如下技术方案：一种风力发电机组的温度和应变监控系统，包括：光纤、光谱分析模块和上位机，每台风力发电机内部至少敷设一根光纤，所述的光纤敷设于每风力发电机内部温度和应变监测点，且所述应变监测点处的光纤上分别设有光纤光栅应变传感器，敷设于台风力发电机内部光纤组合成信息传递的光纤环网，所述的光纤环网的一端设有光源，光谱分析模块设于光纤环网的另一端，所述的光谱分析模块通过通讯电缆与上位机相连接。经研究发现，由于温度会对光纤中传播的光的波长产生一定的影响，光纤除了传递信号的功能外，因此光纤还具有温度传感器的功能，靠单纯的光纤完全可以实现对风力发电机组进行监测，虽然其灵敏度的监测范围在3米以内，却完全可以实现对风力发电机内部各部分的温度监测点进行监测，减少温度传感器的使用，极大程度地降低了风力发电机的建造成本，可以在同领域中进行广泛推广；另外，光纤光栅应变传感器可以对风力发电机内部各部分的应变情况进行监测，其原理是当光纤光栅所处环境的应变发生异常时，光栅的周期或纤芯折射率将发生变化，从而使反射光的波长发生变化，通过测量物理量变化前后反射光波长的变化，就可以获得待测物理量的变化情况。该系统在使用过程中，光源会发出一定波长的光线，光线会在光纤环网中的每根光纤中传播，传播后得到的光会被光谱分析模块采集并做分析，并将分析后的结果通过通讯电缆传输给上位机，当出现异常时上位机可显示异常的位置并及时采取相应措施，以此实现对风力发电机内部温度和应变监测点进行监控。通过该系统可以很好地实现对风力发电机内部温度和应变进行监测，降低了传统的监测系统的的复杂程度，具有较好的抗电磁波干扰的性能，提高了监测系统的监测精度并降低了该系统的建造成本。其中光谱分析模块对接收到的光的波长进行解析并将其转化成传递温度和应变信息的电信号，再采集的电信号通过通信电缆(RS485电缆)传递给上位机，上位机的可以对风力发电机各个监测点的温度和应变进行监测，并对监测的数据进行存储。一旦出现异常，上位机就会发出警示。以此来实现对风力发电机组的温度和应变进行监测。
前述的这种风力发电机组的温度和应变监控系统中，所述的温度监测点处的光纤上还设有光纤光栅温度传感器。为了使监测的范围更加准确可以在风力发电机的易引起火灾的监测点设置光纤光栅温度传感器。风力发电机中有的机舱和电控柜极易发生火灾，为了实现其精准的定位监测，可以在这些地方装设光纤光栅温度传感器。
前述的这种风力发电机组的温度和应变监控系统中，所述的光纤光栅应变传感器串接于光纤上。由于光纤的信息容纳量较大，可以将多个光纤光栅应变传感器串接在一根或多根光纤上。
前述的这种风力发电机组的温度和应变监控系统中，所述的光纤光栅温度传感器串接于光纤上。由于光纤的信息容纳量较大，可以将多个光纤光栅温度传感器串接在一根或多根光纤上。
前述的这种风力发电机组的温度和应变监控系统中，所述的每台风力发电机内部敷设两根光纤，光纤光栅应变传感器串接于其中一根光纤上，设有光纤光栅应变传感器的光纤敷设于风力发电机内部的应变监测点，另一根光纤敷设于风力发电机内部的温度监测点。通过光纤光栅应变传感器对发电机内部的应变监测点进行监测，通过另一根光纤对风力发电机内部的温度监测点进行监测。
前述的这种风力发电机组的温度和应变监控系统中，所述的光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器串接于同一根光纤上，且光纤光栅应变传感器的个数为3～10个，光纤光栅温度传感器的个数为2～15个，所述的光纤敷设于风力发电机内部温度和应变监测点，且光纤光栅应变传感器串接于应变监测点的光纤上，光纤光栅温度传感器串接于温度监测点。可以通过同一根光纤以及串接在光纤上的光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器对风力发电机内部温度和应变监测点进行监测。
前述的这种风力发电机组的温度和应变监控系统中，所述的应变监测点包括风力发电机的桨叶、塔筒中部的内壁、发电机、齿轮箱以及风力发电机的基础上。
前述的这种风力发电机组的温度和应变监控系统中，所述的应变监测点包括风力发电机的桨叶、塔筒中部的内壁、发电机、齿轮箱以及风力发电机的基础上；对桨叶的应变进行监测，当桨叶应变异常时，可根据监测结果进行维修或更换；同时还可对发电机进行监测，发电机在使用过程中发生异常时能够及时得到异常信息并采取相应的解决措施；同样也可以对齿轮箱的变形进行监测；由于风机塔筒在外力的作用下可能导致折断或由于地基不稳造成倾斜，该系统也可对其变形量进行监测，预防风力发电机倾斜甚至折断。
所述的温度监测点包括风力发电机的机舱、塔筒内壁、电控柜、发电机、齿轮箱上。对风力发电机内部的上述装置进行监测，可有效地对火灾进行预测，以便及时地采取相应的避灾措施。
前述的这种风力发电机组的温度和应变监控系统中，所述的通讯电缆为RS485电缆。通过RS485电缆可以实现联网的功能。
采用本实用新型所述的技术方案后，带来以下有益效果：
本实用新型所述风力发电机组的温度和应变监控系统，采用光纤作为光信号传递的介质，光纤可有效避免电磁波对信号的影响且使用安全，还可利用光纤作为温度传感器对风力发电机内部各点的温度进行监测，极大程度地降低了风力发电机的建造成本。通过光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器分别对风力发电机需要监测的应变和温度监测点进行准确监测，且接线线路简单，安装方便；另外采集的监测结果相对集中，可为风力发电机的优化设计提供数据支撑。
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
图1：本实用新型的示意图一；
图2：本实用新型的示意图二。
其中：1、光纤，2、光谱分析模块，3、上位机，4、光纤光栅应变传感器，5、光纤环网，6、光源，7、光纤光栅温度传感器。
具体实施方式
本实用新型的具体实施例1：如图1所示的一种风力发电机组的温度和应变监控系统，包括：光纤1、光谱分析模块2和上位机3，每台风力发电机内部至少敷设一根光纤1，所述的光纤1敷设于每风力发电机内部温度和应变监测点，且所述应变监测点处的光纤1上分别设有光纤光栅应变传感器4，敷设于台风力发电机内部光纤1组合成信息传递的光纤环网5，所述的光纤环网5的一端设有光源6，光谱分析模块2设于光纤环网5的另一端，所述的光谱分析模块2通过通讯电缆与上位机3相连接。所述的光纤光栅应变传感器4串接于光纤1上。所述的温度监测点处的光纤1上还设有光纤光栅温度传感器7。所述的光纤光栅温度传感器7串接于光纤1上。所述的光纤光栅应变传感器4和光纤光栅温度传感器7串接于同一根光纤1上，且光纤光栅应变传感器4的个数为10个，光纤光栅温度传感器7的个数为5个，所述的光纤1敷设于风力发电机内部温度和应变监测点，且光纤光栅应变传感器4串接于应变监测点的光纤上，光纤光栅温度传感器7串接于温度监测点。所述的应变监测点包括风力发电机的桨叶、塔筒中部的内壁、发电机、齿轮箱以及风力发电机的基础上；所述的温度监测点包括风力发电机的机舱、塔筒内壁、电控柜、发电机、齿轮箱上。所述的通讯电缆为RS485电缆。
本实用新型的具体实施例2：如图2所示的一种风力发电机组的温度和应变监控系统，包括：光纤1、光谱分析模块2和上位机3，每台风力发电机内部至少敷设一根光纤1，所述的光纤1敷设于风力发电机内部温度和应变监测点，且所述应变监测点处的光纤1上分别设有光纤光栅应变传感器4，敷设于每台风力发电机内部光纤组合成信息传递的光纤环网5，所述的光纤环网5的一端设有光源6，光谱分析模块2设于光纤环网5的另一端，所述的光谱分析模块2通过通讯电缆与上位机3相连接。所述的光纤光栅应变传感器4串接于光纤1上。所述的每台风力发电机内部敷设两根光纤1，光纤光栅应变传感器4串接于其中一根光纤1上，设有光纤光栅应变传感器4的光纤1敷设于风力发电机内部的应变监测点，另一根光纤1敷设于风力发电机内部的温度监测点。所述的应变监测点包括风力发电机的桨叶、塔筒中部的内壁、发电机、齿轮箱以及风力发电机的基础上；所述的温度监测点包括风力发电机的机舱、塔筒内壁、电控柜、发电机、齿轮箱上。所述的通讯电缆为RS485电缆。
本实用新型的具体实施例3：一种风力发电机组的温度和应变监控系统，包括：光纤1、光谱分析模块2和上位机3，每台风力发电机内部至少敷设一根光纤1，所述的光纤1敷设于风力发电机内部温度和应变监测点，且所述应变监测点处的光纤1上分别设有光纤光栅应变传感器4，敷设于每台风力发电机内部光纤组合成信息传递的光纤环网5，所述的光纤环网5的一端设有光源6，光谱分析模块2设于光纤环网5的另一端，所述的光谱分析模块2通过通讯电缆与上位机3相连接。所述的温度监测点处的光纤1上还设有光纤光栅温度传感器7。所述的光纤光栅应变传感器4串接于光纤1上。所述的光纤光栅温度传感器7串接于光纤1上。所述的光纤光栅应变传感器4和光纤光栅温度传感器7串接于同一根光纤1上，且光纤光栅应变传感器4的个数为8个，光纤光栅温度传感器7的个数为15个，所述的光纤1敷设于风力发电机内部温度和应变监测点，且光纤光栅应变传感器4串接于应变监测点的光纤上，光纤光栅温度传感器7串接于温度监测点。所述的应变监测点包括风力发电机的桨叶、塔筒中部的内壁、发电机、齿轮箱以及风力发电机的基础上；所述的温度监测点包括风力发电机的机舱、塔筒内壁、电控柜、发电机、齿轮箱上。所述的通讯电缆为RS485电缆。
本实用新型的具体实施例4：一种风力发电机组的温度和应变监控系统，包括：光纤1、光谱分析模块2和上位机3，每台风力发电机内部至少敷设一根光纤1，所述的光纤1敷设于每风力发电机内部温度和应变监测点，且所述应变监测点处的光纤1上分别设有光纤光栅应变传感器4，敷设于台风力发电机内部光纤1组合成信息传递的光纤环网5，所述的光纤环网5的一端设有光源6，光谱分析模块2设于光纤环网5的另一端，所述的光谱分析模块2通过通讯电缆与上位机3相连接。所述的光纤光栅应变传感器4串接于光纤1上。所述的光纤1敷设于风力发电机内部温度和应变监测点，且光纤光栅应变传感器4串接于应变监测点的光纤上。所述的通讯电缆为RS485电缆。
以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型原理前提下，还可以做出多种变形和改进，这也应该视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种风力发电机组的温度和应变监控系统，其特征在于：包括：光纤(1)、光谱分析模块(2)和上位机(3)，每台风力发电机内部至少敷设一根光纤(1)，所述的光纤(1)敷设于风力发电机内部温度和应变监测点，且所述应变监测点处的光纤(1)上分别设有光纤光栅应变传感器(4)，敷设于每台风力发电机内部光纤组合成信息传递的光纤环网(5)，所述的光纤环网(5)的一端设有光源(6)，光谱分析模块(2)设于光纤环网(5)的另一端，所述的光谱分析模块(2)通过通讯电缆与上位机(3)相连接。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组的温度和应变监控系统，其特征在于：所述的温度监测点处的光纤(1)上还设有光纤光栅温度传感器(7)。
3.根据权利要求1所述的风力发电机组的温度和应变监控系统，其特征在于：所述的光纤光栅应变传感器(4)串接于光纤(1)上。
4.根据权利要求2所述的风力发电机组的温度和应变监控系统，其特征在于：所述的光纤光栅温度传感器(7)串接于光纤(1)上。
5.根据权利要求1所述的风力发电机组的温度和应变监控系统，其特征在于：所述的每台风力发电机内部敷设两根光纤(1)，光纤光栅应变传感器(4)串接于其中一根光纤(1)上，设有光纤光栅应变传感器(4)的光纤(1)敷设于风力发电机内部的应变监测点，另一根光纤(1)敷设于风力发电机内部的温度监测点。
6.根据权利要求2所述的风力发电机组的温度和应变监控系统，其特征在于：所述的光纤光栅应变传感器(4)和光纤光栅温度传感器(7)串接于同一根光纤(1)上，且光纤光栅应变传感器(4)的个数为3～10个，光纤光栅温度传感器(7)的个数为2～15个，所述的光纤(1)敷设于风力发电机内部温度和应变监测点，且光纤光栅应变传感器(4)串接于应变监测点的光纤上，光纤光栅温度传感器(7)串接于温度监测点。
7.根据权利要求1所述的风力发电机组的温度和应变监控系统，其特征在于：所述的应变监测点包括风力发电机的桨叶、塔筒中部的内壁、发电机、齿轮箱以及风力发电机的基础上。
8.根据权利要求2所述的风力发电机组的温度和应变监控系统，其特征在于：所述的应变监测点包括风力发电机的桨叶、塔筒中部的内壁、发电机、齿轮箱以及风力发电机的基础上；所述的温度监测点包括风力发电机的机舱、塔筒内壁、电控柜、发电机、齿轮箱上。
9.根据权利要求1所述的风力发电机组的温度和应变监控系统，其特征在于：所述的通讯电缆为RS485电缆。
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