CN213711238U - 一种基于无人机搭载的智能化风电机组桨叶监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于风电领域，公开了一种基于无人机搭载的智能化风电机组桨叶监测装置，包括无人机机身、无人机停机架、导轨滑台传动装置系统、多技术模块化损伤监测系统；所述无人机停机架与无人机机身连接，所述导轨滑台传动装置系统与无人机停机架连接，所述多技术模块化损伤监测系统与导轨滑台传动装置系统连接。本实用新型利用无人机特有的悬停、稳定飞行、操作简易等优点，将无人机运用到风电领域桨叶探伤的监测中，极大提高测试效率、操作安全性，同时在线原位监测不影响风电产业经济效益。

Description

一种基于无人机搭载的智能化风电机组桨叶监测装置

技术领域

本实用新型属于风电领域，涉及一种基于无人机搭载的智能化风电机组桨叶监测装置。

背景技术

风电作为一种清洁、安全、可再生的绿色能源在中国得到了快速发展，已成为中国实现低碳能源战略布局的重要技术支撑。风电桨叶是风电装备系统中实现风能转化为机械能的最关键部件，通常要求其服役年限至少为20年。风电桨叶在长期服役过程中主要承受随机载荷，极易发生疲劳破坏，其服役性能可靠性极大程度上决定着风电机组的工作寿命和效率。诱发风电桨叶损伤的原因主要是恶劣外部环境工况等对风电叶片表面的侵蚀及交变循环服役载荷造成的材料疲劳破坏。究其原因，缺乏对风电桨叶在线损伤特性的获取是导致无法科学采取应对措施、降低损伤破坏率的主要原因。而传统监测方法人工作业的危险系数高、监测效率低、人工劳动强度大，同时需要停机监测，经济效益损失大。因此，研发适用于风电机组桨叶服役工况下的新型智能在线探伤监测系统是迫切的，具有重大战略意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于研发能够实现风电桨叶损伤力学特性的在线精准监测功能，解决风电领域由于服役性能弱化导致的疲劳损伤、断裂破坏等产业领域问题，以及人工监测存在的效率低下、工况危险系数高、停机降低经济效益等问题，提出了一种基于无人机搭载的智能化风电机组桨叶监测装置，实现风电机组桨叶服役工况下进行智能在线探伤监测的作用。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于无人机搭载的智能化风电机组桨叶监测装置，其特征在于：包括无人机机身、无人机停机架、导轨滑台传动装置系统、多技术模块化损伤监测系统；所述无人机停机架与无人机机身连接，所述导轨滑台传动装置系统与无人机停机架连接，所述多技术模块化损伤监测系统与导轨滑台传动装置系统连接。

进一步地，所述的一种基于无人机搭载的智能化风电机组桨叶监测装置，其特征在于：所述导轨滑台传动装置系统包括横向导轨滑台机架、纵向导轨滑台机架、横向滑台、纵向滑台、横向电机、纵向电机、横向丝杆、纵向丝杆；所述横向电机的后端设有两根下端信号传输线，所述横向丝杆一端与横向电机的转轴连接、另一端与横向导轨滑台机架连接，所述横向丝杆上螺纹旋合设有横向滑台，所述横向电机带动横向丝杆转动时所述横向滑台沿着横向导轨滑台机架滑动，所述多技术模块化损伤监测系统与所述横向滑台连接；

所述纵向电机的后端设有两根上端信号传输线，所述纵向丝杆一端与纵向电机的转轴连接、另一端与纵向导轨滑台机架连接，所述纵向丝杆上螺纹旋合设有纵向滑台，所述纵向电机带动纵向丝杆转动时所述纵向滑台沿着纵向导轨滑台机架滑动，所述纵向滑台与所述横向导轨滑台机架连接，所述纵向导轨滑台机架与所述无人机停机架连接；

所述横向导轨滑台机架、纵向导轨滑台机架相互垂直，所述下端信号传输线、上端信号传输线分别与中控台连接。

进一步地，所述的一种基于无人机搭载的智能化风电机组桨叶监测装置，其特征在于：所述纵向滑台的左右两侧对称安装有两个下弯型垫块，所述下弯型垫块上开设有螺纹孔，所述纵向滑台和横向导轨滑台机架通过左右两个所述下弯型垫块配合螺栓连接；所述纵向导轨滑台机架的左右两侧对称安装有两个上弯型垫块，所述上弯型垫块上开设有螺纹孔，所述纵向导轨滑台机架与无人机停机架通过左右两个所述上弯型垫块配合螺栓连接；所述横向滑台的前后两侧对称安装有两个垫块，所述垫块上开设有螺纹孔，所述横向滑台和多技术模块化损伤监测系统通过前后两个所述垫块配合螺栓连接。

进一步地，所述的一种基于无人机搭载的智能化风电机组桨叶监测装置，其特征在于：所述多技术模块化损伤监测系统包括T型块、左右转动台、超声波探测装置、高清相机、高清相机上下转动架、超声波探测装置上下转动架、同向三轴错列式激光位移传感器；所述T型块铰接于所述左右转动台上，所述超声波探测装置铰接于所述超声波探测装置上下转动架上，所述高清相机安装于所述高清相机上下转动架上，所述同向三轴错列式激光位移传感器安装在所述高清相机上；所述左右转动台、高清相机上下转动架、超声波探测装置上下转动架分别与中控台机械连接，所述中控台同时分别与所述左右转动台、高清相机上下转动架、超声波探测装置上下转动架的驱动端控制连接；所述多技术模块化损伤监测系统通过T型块与所述横向滑台连接。

进一步地，所述的一种基于无人机搭载的智能化风电机组桨叶监测装置，其特征在于：所述中控台包括有电控单元、驱动单元和监测单元。

进一步地，所述的一种基于无人机搭载的智能化风电机组桨叶监测装置，其特征在于：所述同向三轴错列式激光位移传感器包括三个激光位移传感器，三个所述激光位移传感器朝着同一个轴向错列式设在所述高清相机上。

进一步地，所述的一种基于无人机搭载的智能化风电机组桨叶监测装置，其特征在于：所述无人机停机架包括四个支撑脚，每个所述支撑脚上套设有皮垫。

本实用新型与现有技术相比，具有以下技术效果：

本实用新型利用无人机特有的悬停、稳定飞行、操作简易等优点，将无人机运用到风电领域桨叶探伤的监测中，极大提高测试效率、操作安全性，同时在线原位监测不影响风电产业经济效益。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为导轨滑台传动装置系统的结构示意图；

图3为多技术模块化损伤监测系统的结构示意图；

图4为中控台的内部单元示意图；

图示中1为无人机机身，2为无人机停机架，3为皮垫，4为导轨滑台传动装置系统，5为多技术模块化损伤监测系统，401为下端信号传输线，402为横向电机，403为横向导轨滑台机架，404为横向滑台，405为横向丝杆，406为垫块，407为螺栓，408为下弯型垫块，409为螺栓，410为纵向滑台，411为纵向丝杆，412为纵向导轨滑台机架，413为上弯型垫块，414为螺栓，415为纵向电机，416为上端信号传输线，501为T型块，502为螺纹孔，503为左右转动台，504为超声波探测装置，505为高清相机，506为激光位移传感器，507为激光位移传感器，508为激光位移传感器，509为高清相机上下转动架，510为中控台，511为超声波探测装置上下转动架。

具体实施方式：

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1：

参照附图1-4，本实例为一种基于无人机搭载的智能化风电机组桨叶监测装置，包括无人机机身1、无人机停机架2、皮垫3、导轨滑台传动装置系统4、多技术模块化损伤监测系统5；导轨滑台传动装置系统4通过上弯型垫块413、螺栓414与无人机停机架2连接，多技术模块化损伤监测系统5通过垫块406、螺栓407与导轨滑台传动装置系统4的横向滑台404连接。

无人机停机架2与无人机机身1连接，实现无人机稳定停放的作用，因为其内部有足够的空间，保证了多技术模块化损伤监测系统5的移动空间；皮垫3设在无人机停机架的四个底端支撑脚上，具有缓冲减震的作用。

导轨滑台传动装置系统4与无人机停机架2连接，导轨滑台传动装置系统4由下端信号传输线401、横向电机402、横向导轨滑台机架403、横向滑台404、横向丝杆405、垫块406、螺栓407、下弯型垫块408、螺栓409、纵向滑台410、纵向丝杆411、纵向导轨滑台机架412、上弯型垫块413、螺栓414、纵向电机415、上端信号传输线416构成。横向导轨滑台机架403、纵向导轨滑台机架412相互垂直。

横向电机402后端设有两根下端信号传输线401，横向丝杆405一端与横向电机402的转轴连接，另一端与横向导轨滑台机架403连接，横向丝杆405上螺纹旋合设有横向滑台404，横向滑台404同时又被限定在横向导轨滑台机架403上，横向电机402带动横向丝杆405转动时横向滑台404沿着横向导轨滑台机架403滑动。横向滑台404的前后两侧对称安装有两个垫块406，垫块406上开设有螺纹孔，横向滑台404和多技术模块化损伤监测系统的T型块501通过前后两个垫块406、前后分别四个螺栓407连接。工作时，中控台510将信号通过下端信号传输线401传给横向电机402，横向电机402的转轴转动带动横向丝杆405转动，实现横向滑台404的左右精确位移滑动定位，从而实现多技术模块化损伤监测系统5的左右精确位移滑动定位。

纵向电机415后端设有两根上端信号传输线416，纵向丝杆411一端与纵向电机415的转轴连接，另一端与纵向导轨滑台机架412连接，纵向丝杆411上螺纹旋合设有纵向滑台410，纵向滑台410同时又被限定在纵向导轨滑台机架412上，纵向电机415带动纵向丝杆411转动时纵向滑台410沿着纵向导轨滑台机架412滑动。纵向滑台410的左右两侧对称安装有两个下弯型垫块408，下弯型垫块408上开设有螺纹孔，纵向滑台410和横向导轨滑台机架403通过左右两个下弯型垫块408、左右分别四个螺栓409连接。纵向导轨滑台机架412的左右两侧对称安装有两个上弯型垫块413，上弯型垫块413上开设有螺纹孔，纵向导轨滑台机架412与无人机停机架2通过左右两个上弯型垫块413配合左右分别四个螺栓414连接；工作时，中控台510将信号通过上端信号传输线416传给纵向电机415，纵向电机415的转轴转动带动纵向丝杆411转动，实现纵向滑台410前后的精确位移滑动定位，从而实现多技术模块化损伤监测系统5的前后精确位移滑动定位。

多技术模块化损伤监测系统5与横向滑台404连接，多技术模块化损伤监测系统5由T型块501、螺纹孔502、左右转动台503、超声波探测装置504、高清相机505、高清相机上下转动架509、中控台510、超声波探测装置上下转动架511、同向三轴错列式激光位移传感器构成。

T型块501铰接于左右转动台503上，超声波探测装置504铰接于超声波探测装置上下转动架511上，高清相机505安装于高清相机上下转动架509上，同向三轴错列式激光位移传感器安装在高清相机505上；同向三轴错列式激光位移传感器包括三个激光位移传感器506、507、508，三个激光位移传感器506、507、508朝着同一个轴向错列式设在高清相机505上。左右转动台503、高清相机上下转动架509、超声波探测装置上下转动架511分别与中控台510机械连接，中控台510同时分别与左右转动台503、高清相机上下转动架509、超声波探测装置上下转动架511的驱动端控制连接。T型块501上开设有螺纹孔502，多技术模块化损伤监测系统5通过T型块510与横向滑台404连接。

中控台510包括电控单元、驱动单元和监测单元，实现接收、处理和传递信号的作用；多技术模块化损伤监测系统5中，左右转动台503以下的部分是一个整体，通过中控台510发出的信号将左右转动台503左右转动，从而实现超声波探测装置504、高清相机505和同向三轴错列式激光位移传感器的左右精确转动定位；超声波探测装置504与超声波探测装置上下转动架511铰接，通过中控台510发出的信号将超声波探测装置上下转动架511上下转动，从而实现超声波探测装置504的上下精确转动定位；高清相机505与高清相机上下转动架509连接，高清相机505上设有同向三轴错列式激光位移传感器，通过中控台510发出的信号将高清相机上下转动架509上下转动，从而实现高清相机505和同向三轴错列式激光位移传感器的上下精确转动定位；同向三轴错列式激光位移传感器由激光位移传感器506、激光位移传感器507和激光位移传感器508构成，这三个激光位移传感器朝着同一个轴向错列式设在高清相机505上，基于“三点定面”的原则，同向三轴错列式激光位移传感器将所测得的距离数据传回中控台510，中控台510控制导轨滑台传动装置系统4，实现对桨叶监测区域精准定位，从而实现无人机搭载的智能化风电机组桨叶监测探伤机构与风电桨叶的同步等距运动，再结合差分GPS空间定位技术，作为控制信号实现无人机平台的水平旋飞运动，保证测试过程中实现与风电桨叶之间的同频公转；基于同向三轴错列式激光位移传感器的定点跟随测试，将获取的风电桨叶当前旋转角度数据传给中控台510，中控台510根据角度数据来控制左右转动台503、高清相机上下转动架509和超声波探测装置上下转动架511对超声波探测装置504、高清相机505和同向三轴错列式激光位移传感器进行同步旋转驱动加载，以保证多技术模块化损伤监测系统5、无人机无自转的差异化联动，保证测试平台相对于受测桨叶的准相对静止状态；超声波探测装置504与超声波探测装置上下转动架511连接，监测获取桨叶材料服役工况下(旋转服役、承受风载、承受离心力)的超声损伤特性及表面应变演化规律，高清相机505与高清相机上下转动架509连接，采用高清摄像(CCD)技术与数字散斑技术(DIC)协同开展桨叶周期性旋转效应所诱发的非均匀应变演化，其中CCD技术针对叶片监测局部区域进行宏观实时高清图像采集，DIC技术负责获取表面实时应变演化特征，构建宏观-微观综合响应特性，将超声波探测装置504和高清相机505获得的数据传入后台，后台将所得的数据处理后并与之前已经揭示的服役条件下桨叶材料多尺度力学响应与复杂损伤特征(损伤类型、演化规律、裂纹或缺陷等特征尺寸)对比，以此等效研究和评估桨叶构件的损伤特征和程度。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于无人机搭载的智能化风电机组桨叶监测装置，其特征在于：包括无人机机身、无人机停机架、导轨滑台传动装置系统、多技术模块化损伤监测系统；所述无人机停机架与无人机机身连接，所述导轨滑台传动装置系统与无人机停机架连接，所述多技术模块化损伤监测系统与导轨滑台传动装置系统连接；

所述导轨滑台传动装置系统包括横向导轨滑台机架、纵向导轨滑台机架、横向滑台、纵向滑台、横向电机、纵向电机、横向丝杆、纵向丝杆；所述横向电机的后端设有两根下端信号传输线，所述横向丝杆一端与横向电机的转轴连接、另一端与横向导轨滑台机架连接，所述横向丝杆上螺纹旋合设有横向滑台，所述横向电机带动横向丝杆转动时所述横向滑台沿着横向导轨滑台机架滑动，所述多技术模块化损伤监测系统与所述横向滑台连接；

所述纵向电机的后端设有两根上端信号传输线，所述纵向丝杆一端与纵向电机的转轴连接、另一端与纵向导轨滑台机架连接，所述纵向丝杆上螺纹旋合设有纵向滑台，所述纵向电机带动纵向丝杆转动时所述纵向滑台沿着纵向导轨滑台机架滑动，所述纵向滑台与所述横向导轨滑台机架连接，所述纵向导轨滑台机架与所述无人机停机架连接；

所述横向导轨滑台机架、纵向导轨滑台机架相互垂直，所述下端信号传输线、上端信号传输线分别与中控台连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机搭载的智能化风电机组桨叶监测装置，其特征在于：所述纵向滑台的左右两侧对称安装有两个下弯型垫块，所述下弯型垫块上开设有螺纹孔，所述纵向滑台和横向导轨滑台机架通过左右两个所述下弯型垫块配合螺栓连接；所述纵向导轨滑台机架的左右两侧对称安装有两个上弯型垫块，所述上弯型垫块上开设有螺纹孔，所述纵向导轨滑台机架与无人机停机架通过左右两个所述上弯型垫块配合螺栓连接；所述横向滑台的前后两侧对称安装有两个垫块，所述垫块上开设有螺纹孔，所述横向滑台和多技术模块化损伤监测系统通过前后两个所述垫块配合螺栓连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于无人机搭载的智能化风电机组桨叶监测装置，其特征在于：所述多技术模块化损伤监测系统包括T型块、左右转动台、超声波探测装置、高清相机、高清相机上下转动架、超声波探测装置上下转动架、同向三轴错列式激光位移传感器；所述T型块铰接于所述左右转动台上，所述超声波探测装置铰接于所述超声波探测装置上下转动架上，所述高清相机安装于所述高清相机上下转动架上，所述同向三轴错列式激光位移传感器安装在所述高清相机上；所述左右转动台、高清相机上下转动架、超声波探测装置上下转动架分别与中控台机械连接，所述中控台同时分别与所述左右转动台、高清相机上下转动架、超声波探测装置上下转动架的驱动端控制连接；所述多技术模块化损伤监测系统通过T型块与所述横向滑台连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于无人机搭载的智能化风电机组桨叶监测装置，其特征在于：所述中控台包括有电控单元、驱动单元和监测单元。

5.根据权利要求3所述的一种基于无人机搭载的智能化风电机组桨叶监测装置，其特征在于：所述同向三轴错列式激光位移传感器包括三个激光位移传感器，三个所述激光位移传感器朝着同一个轴向错列式设在所述高清相机上。

6.根据权利要求1所述的一种基于无人机搭载的智能化风电机组桨叶监测装置，其特征在于：所述无人机停机架包括四个支撑脚，每个所述支撑脚上套设有皮垫。

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