CN219369101U - 一种专用于大尺寸风电叶片疲劳试验的光纤测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种专用于大尺寸风电叶片疲劳试验的光纤测量系统，包括光栅式风电叶片表面应力传感器和相配合使用的数据解调仪；所述光栅式风电叶片表面应力传感器布置在叶片表面，其包括玻璃钢基体材料、敏感布拉格光栅、表面层、连接光纤、保护覆盖层，所述玻璃钢基体材料连接于所述风电叶片的表面，所述玻璃钢基体材料、敏感布拉格光栅、表面层从下到上依次连接为一体，所述连接光纤布置在所述敏感布拉格光栅两端，所述敏感布拉格光栅通过所述连接光纤与所述数据解调仪连接。本申请提供的一种大尺寸风电叶片疲劳测试系统，其可以提升传感器完好率，提高测量效率，减少因更换应变片造成的试验停机延误。

Description

一种专用于大尺寸风电叶片疲劳试验的光纤测量系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电机组叶片试验设备技术领域，具体涉及一种专用于大尺寸风电叶片疲劳试验的光纤测量系统。

背景技术

风力发电已经被广泛使用，风电叶片作为风电机组的重要组成部件之一，其设计使用寿命往往可以达到20-30年，损坏后会导致严重的经济损失。为避免因设计缺陷导致风电叶片的提前损坏，现有的风电叶片设计定型前均需进行系统的疲劳试验。

现有的风电叶片疲劳试验系统主要采用电阻应变片测量记录叶片试验过程中所受载荷的变化情况，通过解调仪进行数据的收集与分析；该方式存在电阻应变片安装工艺复杂，使用寿命低，耗材用量大等缺陷。

实用新型内容

针对上述背景技术中存在的技术问题，本申请的目的在于提供一种专用于大尺寸风电叶片疲劳试验的光纤测量系统。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：

一种专用于大尺寸风电叶片疲劳试验的光纤测量系统，包括光栅式风电叶片表面应力传感器和相配合使用的数据解调仪；

所述光栅式风电叶片表面应力传感器布置在叶片表面，其包括玻璃钢基体材料、敏感布拉格光栅、表面层、连接光纤、保护覆盖层，所述玻璃钢基体材料连接于所述风电叶片的表面，所述玻璃钢基体材料、敏感布拉格光栅、表面层从下到上依次连接为一体，所述连接光纤布置在所述敏感布拉格光栅两端，所述敏感布拉格光栅通过所述连接光纤与所述数据解调仪连接，所述保护覆盖层将玻璃钢基体材料、敏感布拉格光栅、表面层完全覆盖，连接于所述风电叶片的表面。

其中，所述光栅式风电叶片表面应力传感器布置在风电叶片表面应力集中区域，或者，布置在风电叶片前后缘合模缝区域，或者，布置在风电叶片PS/SS面主梁区域。

其中，所述玻璃钢基体材料选用面密度为400g/㎡的双轴玻纤布。

其中，所述敏感布拉格光栅的中心波长范围1510nm～1590nm，抗拉强度≥100kpsi。

其中，所述表面层选用面密度为30g/㎡的表面毡，其尺寸大小满足完全覆盖基体材料。

其中，所述保护覆盖层采用厚度≥1mm的粘弹体胶带。

其中，所述连接光纤选用金属铠装光缆。

其中，所述连接光纤的安装插口采用FC/APC插口规格。

其中，所述数据解调仪的通道数为8通道或12通道、16通道解调仪；所述数据解调仪将实时测量数据发送至指定终端。

其中，所述光栅式风电叶片表面应力传感器为多个，多个所述光栅式风电叶片表面应力传感器采用串联的方式与解调仪连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：提供一种大尺寸风电叶片疲劳测试系统，其可以提升传感器完好率，提高测量效率，减少因更换应变片造成的试验停机延误，便于在产业上推广和使用。

附图说明

图1所示为本申请实施例的大尺寸风电叶片疲劳试验的光纤测量系统示意图；

图2所示为本申请实施例的风电叶片光栅应力传感器结构示意图；

图3所示为本申请实施例的风电叶片光栅应力传感器粘接位置局部示意图。

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。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

本申请提供的大尺寸风电叶片疲劳试验的光纤测量系统，可以共同作用，以对风电叶片疲劳测试过程中叶片的实时受力情况进行监控。

请参阅图1-图3所示，为本实用新型提供的一种实施例结构。

本实施例提供的一种专用于大尺寸风电叶片疲劳试验的光纤测量系统，包括光栅式风电叶片表面应力传感器1和相配合使用的数据解调仪。可以采集风电叶片试验数据，配套数据解调仪，可以对所采集数据进行收集、整理、比对。

所述光栅式风电叶片表面应力传感器1通过粘贴的方式布置在叶片表面，其包括玻璃钢基体材料2、敏感布拉格光栅3、表面层4、连接光纤5、保护覆盖层6，所述玻璃钢基体材料2连接于所述风电叶片的表面，所述玻璃钢基体材料2、敏感布拉格光栅3、表面层4从下到上依次连接为一体，使用环氧树脂将三者粘接灌注；所述连接光纤5布置在所述敏感布拉格光栅3两端，所述敏感布拉格光栅3通过所述连接光纤5与所述数据解调仪连接，所述保护覆盖层6将玻璃钢基体材料2、敏感布拉格光栅3、表面层4完全覆盖，连接于所述风电叶片的表面。

优选地，所述光栅式风电叶片表面应力传感器1布置在风电叶片表面应力集中区域，或者，布置在风电叶片前后缘合模缝区域，或者，布置在风电叶片PS/SS面主梁区域。

需要说明的是，所述玻璃钢基体材料，可以使用双轴玻纤布，也可以采用其它符合标准玻纤布。优选地，选择其面密度为400g/㎡的双轴玻纤布，也可以选择与被测叶片材料规格一致的玻纤布。

需要说明的是，所述敏感布拉格光栅的中心波长范围1510nm～1590nm，抗拉强度≥100kpsi。所述敏感布拉格光栅的材料可使用飞秒光栅，也可以选择其它满足试验强度要求的敏感光栅。

需要说明的是，所述表面层的材料可以使用表面毡，也可以使用其它符合标准的纤维材料。优选地，选用表面毡的面密度为30g/㎡，放置位置处于玻璃钢基体材料及布拉格光栅之上，尺寸大小满足完全覆盖基体材料。

需要说明的是，所述保护覆盖层的材料可以使用粘弹体胶带，也可使用布基胶带。优选地，采用厚度≥1mm的粘弹体胶带，要求其完全覆盖传感器并超出传感器边缘≥20mm。

需要说明的是，所述连接光纤可以使用金属铠装光缆，也可以使用其他光缆。优选地，其连接位置使用SMF-28尾纤，其安装插口采用FC/APC插口规格，也可以选择其它插口规格。优选地，使用连接光纤采用串联的方式将各个传感器与数据解调仪连接。

需要说明的是，所述的配套数据解调仪包括数据处理单元、通信模块，采用有线/4G无线两种数据传输方式，将实时测量数据发送至指定终端。所述数据解调仪，其通道数可为8通道，也可以根据实际情况选用12或16通道解调仪。优选地，其带宽80nm，也可以选择其它满足测量要求的解调仪。

具体地，风电叶片在设计过程中，为满足使用寿命要求，需在设计定型前对叶片的疲劳寿命进行测试。现有的测试方案多采用电阻应力测试系统对叶片进行疲劳测试，该系统通过电阻应变片采集风电叶片被测点的应力情况并进行监控与分析。电阻应力测试系统存在应变片安装步骤繁琐、使用寿命低、损坏率高的缺陷；同时，电阻应力测试系统所用耗材用量大、重复利用率低、成本高。在这种情况下，我们开发了一种专用于大尺寸风电叶片疲劳试验的光纤测量系统，该系统的核心是采用专门开发的光栅光纤式应力传感器取代传统电阻应变片对被测叶片应力情况进行实时监控，并通过数据解调仪进行数据的传输，分析与记录。

在大尺寸风电叶片实际疲劳测试中，大部分应力集中区域聚集在叶片中段、前后缘合模缝区域以及PS/SS主梁区域；优选地，对该位置的应力情况重点进行监控。

在叶片疲劳测试过程中，测试点粘贴传感器后，传感器边缘受到应力更为集中而容易发生分层缺陷。为避免此类缺陷，在传感器粘接过程中需使粘接区域均匀涂满粘接剂并完全按压到位以利于粘接剂固化。具体地，选取粘弹体胶带覆盖于传感器表面起到保护作用。优选地，所用的粘弹体胶带厚度≥1mm，胶带完全覆盖传感器表面并超出传感器边缘≥20mm。

目前使用的电阻式疲劳测量系统中的电阻应变片需采用并联方式与数据解调仪连接，连接过程工序繁琐，所用耗材多且不可回收。具体地，本专利开发的光纤测量系统中传感器采用串联的方式与解调仪连接；优选地，本系统解调仪采用双通道的方式与串联传感器进行连接，可以有效地降低单一位置损坏造成的系统测量损失。

本系统解调仪可采用有限连接的方式将采集数据传输至计算机等数据处理终端；优选地，本系统也可以通过4G传输的方式将采集数据传输至手机等移动终端，使用更加便捷。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本实用新型的优选例，并不用来限制本实用新型，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种专用于大尺寸风电叶片疲劳试验的光纤测量系统，其特征在于，包括光栅式风电叶片表面应力传感器(1)和相配合使用的数据解调仪；

所述光栅式风电叶片表面应力传感器(1)布置在叶片表面，其包括玻璃钢基体材料(2)、敏感布拉格光栅(3)、表面层(4)、连接光纤(5)、保护覆盖层(6)，所述玻璃钢基体材料(2)连接于所述风电叶片的表面，所述玻璃钢基体材料(2)、敏感布拉格光栅(3)、表面层(4)从下到上依次连接为一体，所述连接光纤(5)布置在所述敏感布拉格光栅(3)两端，所述敏感布拉格光栅(3)通过所述连接光纤(5)与所述数据解调仪连接，所述保护覆盖层(6)将玻璃钢基体材料(2)、敏感布拉格光栅(3)、表面层(4)完全覆盖，连接于所述风电叶片的表面。

2.根据权利要求1所述的一种专用于大尺寸风电叶片疲劳试验的光纤测量系统，其特征在于，所述光栅式风电叶片表面应力传感器(1)布置在风电叶片表面应力集中区域，或者，布置在风电叶片前后缘合模缝区域，或者，布置在风电叶片PS/SS面主梁区域。

3.根据权利要求1所述的一种专用于大尺寸风电叶片疲劳试验的光纤测量系统，其特征在于，所述玻璃钢基体材料(2)选用面密度为400g/㎡的双轴玻纤布。

4.根据权利要求1所述的一种专用于大尺寸风电叶片疲劳试验的光纤测量系统，其特征在于，所述敏感布拉格光栅(3)的中心波长范围1510nm～1590nm，抗拉强度≥100kpsi。

5.根据权利要求1所述的一种专用于大尺寸风电叶片疲劳试验的光纤测量系统，其特征在于，所述表面层(4)选用面密度为30g/㎡的表面毡，其尺寸大小满足完全覆盖基体材料。

6.根据权利要求1所述的一种专用于大尺寸风电叶片疲劳试验的光纤测量系统，其特征在于，所述保护覆盖层(6)采用厚度≥1mm的粘弹体胶带。

7.根据权利要求1所述的一种专用于大尺寸风电叶片疲劳试验的光纤测量系统，其特征在于，所述连接光纤(5)选用金属铠装光缆。

8.根据权利要求7所述一种专用于大尺寸风电叶片疲劳试验的光纤测量系统，其特征在于，所述连接光纤(5)的安装插口采用FC/APC插口规格。

9.根据权利要求1所述的一种专用于大尺寸风电叶片疲劳试验的光纤测量系统，其特征在于，所述数据解调仪的通道数为8通道或12通道、16通道解调仪；所述数据解调仪将实时测量数据发送至指定终端。

10.根据权利要求1所述的一种专用于大尺寸风电叶片疲劳试验的光纤测量系统，其特征在于，所述光栅式风电叶片表面应力传感器(1)为多个，多个所述光栅式风电叶片表面应力传感器(1)采用串联的方式与解调仪连接。