DE112018004704T5 - Sensor arrangement for the detection of bending moments in an elongated component, elongated component, sensor system and wind turbine - Google Patents

Sensor arrangement for the detection of bending moments in an elongated component, elongated component, sensor system and wind turbine Download PDF

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Abstract

Eine Sensoranordnung zum Erfassen von Biegemomenten in einem länglichen Bauteil (z.B. einem Rotorblatt einer Windenergieanlage). Die Sensoranordnung umfasst eine Messstange, die sich zumindest in einem vorbestimmten Abstand parallel zur Dehnungsrichtung des länglichen Bauteils und quer zur Biegeachse erstreckt. Die Sensoranordnung umfasst ferner ein Fixierelement, das an einem distalen Ende des Messstabs angebracht ist, wobei das Fixierelement zum festen Anbringen des Messstabs an einer Oberfläche des länglichen Bauteils ausgebildet ist, und ein Stützelement, das an einem proximalen Ende des Messstabs gegenüber dem distalen Ende angebracht ist, wobei das Stützelement zur festen Befestigung an der Oberfläche und zum Ansaugen des Messstabs derart konfiguriert ist, dass es eine axiale Verschiebung desselben ermöglicht. Ferner umfasst die Sensoranordnung einen benachbart und beabstandet vom proximalen Ende der Messstange angeordneten Wegsensor (z. B. induktiver Sensor), der dazu eingerichtet ist, ein die axiale Verschiebung (z. B. eine Metallspitze) der Messstange anzeigendes Signal auszugeben. Die Messstäbe bestehen aus dem gleichen Material (z. B. Fiberglas) als langgestrecktes Bauteil. Vorzugsweise sind drei oder vier der Sensoranordnungen in Winkelabständen um eine Innenumfangsfläche der Rotorlattwurzel angeordnet. Ferner werden ein längliches Bauteil, ein Sensorsystem und eine Windenergieanlage offenbart.A sensor arrangement for detecting bending moments in an elongated component (e.g. a rotor blade of a wind turbine). The sensor arrangement comprises a measuring rod which extends at least at a predetermined distance parallel to the direction of elongation of the elongate component and transversely to the bending axis. The sensor arrangement further comprises a fixing element that is attached to a distal end of the measuring rod, wherein the fixing element is designed to firmly attach the measuring rod to a surface of the elongate component, and a support element that is attached to a proximal end of the measuring rod opposite the distal end is configured with the support element for fixed attachment to the surface and for sucking the measuring rod in such a way that it enables an axial displacement thereof. Furthermore, the sensor arrangement comprises a displacement sensor (for example inductive sensor) which is arranged adjacent to and at a distance from the proximal end of the measuring rod and is set up to output a signal which indicates the axial displacement (for example a metal tip) of the measuring rod. The measuring rods are made of the same material (e.g. fiberglass) as an elongated component. Preferably three or four of the sensor arrangements are arranged at angular intervals around an inner circumferential surface of the rotor blade root. Furthermore, an elongated component, a sensor system and a wind turbine are disclosed.

Description

Die Erfindung betrifft Techniken zur Erfassung von Biegemomenten in Bauteilen und insbesondere eine verbesserte Sensoranordnung zur Erfassung von Biegemomenten in einem länglichen Bauteil (wie einem Rotorblatt einer Windenergieanlage) sowie ein längliches Bauteil, Sensorsystem und Windenergieanlage.The invention relates to techniques for detecting bending moments in components and, in particular, to an improved sensor arrangement for detecting bending moments in an elongated component (such as a rotor blade of a wind turbine) and an elongated component, sensor system and wind turbine.

Bei Anlagen wie Windenergieanlagen werden signifikante Biegemomente in länglichen Bauteilen, insbesondere bei Rotorblättern und beim Turm der Turbine, induziert. In anderen Industrien, z. B. mit Bauteilen aus Glasfaser, Metall usw. ergeben sich ähnliche Probleme; um einen sicheren und einwandfreien Betrieb zu gewährleisten, ist es wünschenswert, die in den Bauteilen entstehenden Biegemomente genau zu messen.In systems such as wind turbines, significant bending moments are induced in elongated components, particularly in the case of rotor blades and the turbine tower. In other industries, e.g. B . similar problems arise with components made of glass fiber, metal etc.; In order to ensure safe and trouble-free operation, it is desirable to measure the bending moments that occur in the components precisely.

Insbesondere ist die Kenntnis der Rotorblattbiegemomente hinsichtlich der folgenden Konstruktionsaspekte einer Windenergieanlage von Bedeutung:

  1. (i) Bereitstellen einer wesentlichen Eingabe für intelligente Steuerungszwecke, Erleichterung der Ausrüstungsgewichtsreduktion;
  2. (ii) direkte Schätzung/Bewertung des Windfeldes vor dem Rotor (Windgeschwindigkeit, Windscherung vertikal & horizontal);
  3. (iii) Rotorblattsteigungsausrichtung; und
  4. (iv) Zählen von Zyklen für Lebensdauerzwecke für die Rotorblätter und die Rotorwelle.
Knowledge of the rotor blade bending moments with regard to the following design aspects of a wind turbine is of particular importance:
  1. (i) providing essential input for intelligent control purposes, facilitating equipment weight reduction;
  2. (ii) direct estimation / evaluation of the wind field in front of the rotor (wind speed, wind shear vertical &horizontal);
  3. (iii) rotor pitch alignment; and
  4. (iv) Counting life cycle cycles for the rotor blades and rotor shaft.

Es ist bekannt, die in den Rotorblättern von Windkraftanlagen entstehenden Biegemomente mittels direkt auf die Rotorblätter aufgebrachter dynamischer mechanischer Spektroskopie (DMS) zu messen. Die Ausrüstung für solche Techniken hat jedoch eine begrenzte Lebensdauer und eine aufwendige Signalverstärkung ist erforderlich.It is known to measure the bending moments arising in the rotor blades of wind power plants by means of dynamic mechanical spectroscopy (DMS) applied directly to the rotor blades. However, the equipment for such techniques has a limited lifespan and complex signal amplification is required.

Es ist auch bekannt, die Biegemomente auf der Basis von indirekt aufgebrachten DMS zu messen. Bei solchen Techniken kann es jedoch einen starken Einfluss auf die Klebstoffschicht geben, was sich als Temperatureinfluss und Alterungserscheinungen manifestiert; und das selektive Anbringen macht den Sensor anfällig für Dehnungsgradienten/Ausbeulungseffekte in dem Rotorblatt.It is also known to measure the bending moments on the basis of indirectly applied strain gauges. With such techniques, however, there can be a strong influence on the adhesive layer, which manifests itself as the influence of temperature and signs of aging; and the selective attachment makes the sensor susceptible to strain gradients / bulge effects in the rotor blade.

Es sind auch Techniken bekannt, bei denen aktive oder passive faseroptische Sensoren verwendet werden und Verfahren, bei denen die Glasfasern auf oder in der Rotorblattwand verlegt werden. Derartige Techniken sind beispielsweise in EP2778602B1 offenbart. Diese Techniken erfordern jedoch sehr teure Analyseeinheiten zur Realisierung des optischen Signals, so dass sie eine geringe Zuverlässigkeit aufweisen können und ein temperaturgetriebener Expansionsanteil nur durch umfangreichendes Lernen kompensiert werden muss.Techniques are also known in which active or passive fiber-optic sensors are used and methods in which the glass fibers are laid on or in the rotor blade wall. Such techniques are for example in EP2778602B1 disclosed. However, these techniques require very expensive analysis units to implement the optical signal, so that they can have a low level of reliability and a temperature-driven expansion component only has to be compensated for by extensive learning.

Eine andere bekannte Technik beinhaltet die Verwendung von Laser-oder Lichtstrahlen sowie Sender, Empfänger und gegebenenfalls Spiegel in dem Rotorblatt, um die Bewegung der Rotorblattspitze (eines Außenteils des Rotorblatts) relativ zur Rotorblattwurzel zu detektieren. Diese Techniken leiden jedoch unter ähnlichen Nachteilen bei den vorstehend erwähnten Verfahren auf faseroptischer Basis.Another known technique involves the use of laser or light beams and transmitters, receivers and possibly mirrors in the rotor blade in order to detect the movement of the rotor blade tip (an outer part of the rotor blade) relative to the rotor blade root. However, these techniques suffer from similar drawbacks in the above-mentioned fiber optic based methods.

Eine weitere bekannte Technik umfasst das Integrieren der erfassten Beschleunigung eines Teils/Abschnitts des Rotorblatts, der außerhalb der Rotorblattwurzel liegt, zu der Rotorblatt-Drehzahl oder Rotorblattspitzen-Abweichung. WO2015/014366 offenbart eine Windenergieanlage mit mindestens einem Rotorblatt und einem an einem Wurzelende des Rotorblattes angeordneten Lastsensor. Ein optischer Beschleunigungsmesser ist innerhalb des Rotorblatts nahe einer Spitze davon angeordnet, und eine Steuerung ist mit dem Beschleunigungsmesser über eine oder mehrere optische Fasern verbunden, die sich entlang der Länge des Rotorblatts erstrecken und dazu konfiguriert sind, die Windenergieanlage basierend auf der gemessenen Last und der gemessenen Beschleunigung zu steuern, um die Last auf dem Rotorblatt unter einem vorbestimmten Schwellenpegel zu halten.Another known technique involves integrating the sensed acceleration of a portion / portion of the rotor blade that is outside the rotor blade root with the rotor blade speed or rotor blade tip deviation. WO2015 / 014366 discloses a wind turbine with at least one rotor blade and a load sensor arranged at a root end of the rotor blade. An optical accelerometer is disposed within the rotor blade near a tip thereof, and a controller is connected to the accelerometer via one or more optical fibers that extend the length of the rotor blade and are configured to adjust the wind turbine based on the measured load and the control measured acceleration to keep the load on the rotor blade below a predetermined threshold level.

EP2898216B 1 offenbart ein Verfahren zur Zustandsüberwachung eines Rotorblatts einer Windenergieanlage, umfassend: Messen einer Beschleunigung des Rotorblatts mit einem ersten Signal mittels eines faseroptischen Beschleunigungssensors, wobei die Beschleunigung an einer ersten radialen Position in einem vorbestimmten Abstand von der Rotorblattwurzel in mindestens einer Richtung gemessen wird, umfassend eine erste Richtungskomponente orthogonal zur Achse des Rotorblatts, Messen einer Dehnung des Rotorblatts mit einem zweiten Signal mittels eines faseroptischen Dehnungssensors, wobei die Dehnung an einer zweiten radialen Position gemessen wird, die im Bereich der ersten radialen Position zur Rotorblattwurzel angeordnet ist, um Biegemomente in zwei, typischerweise orthogonalen Richtungen zu messen; Bestimmen einer ersten Positionsänderung durch zeitliche Integration der Beschleunigung; Bestimmen eines ersten Wertes, der der Rotorblattsteifigkeit entspricht, durch Berechnung auf der Grundlage der ersten Positionsänderung und der Dehnung; und Bestimmen des Rotorblattzustands von dem ersten Wert. Die erste radiale Position kann ungefähr bei der Hälfte des Blattradius oder zwischen der Hälfte des Blattradius und einer Rotorblattspitze angeordnet sein und/oder die zweite radiale Position kann in einem Abstand von 5 Metern oder weniger von der Blattwurzel angeordnet sein. EP2898216B 1 discloses a method for monitoring the condition of a rotor blade of a wind turbine, comprising: measuring an acceleration of the rotor blade with a first signal using a fiber-optic acceleration sensor, the acceleration being measured at a first radial position at a predetermined distance from the rotor blade root in at least one direction a first directional component orthogonal to the axis of the rotor blade, measuring an elongation of the rotor blade with a second signal by means of a fiber optic strain sensor, the elongation being measured at a second radial position which is arranged in the region of the first radial position relative to the rotor blade root, by bending moments in two , typically measuring orthogonal directions; Determining a first change in position by integrating the acceleration over time; Determining a first value corresponding to the rotor blade stiffness by calculation based on the first position change and the elongation; and determining the rotor blade condition from the first value. The first radial position can be arranged approximately at half the blade radius or between half the blade radius and a rotor blade tip and / or the second radial position may be 5 meters or less from the root of the leaf.

Weitere Techniken auf der Basis von Beschleunigungssignalen sind in DE102010032120A1 offenbart.Other techniques based on acceleration signals are in DE102010032120A1 disclosed.

Bei Techniken mit Integration der erfassten Beschleunigung, aufgrund der Drehbewegung des Rotorblatts, der Azimutbewegung der Gondel um die Turmwelle/Achse (aktiv, passiv) der Windenergieanlage und der Turmbewegung sowie anderen aufgrund einer permanenten Integration auftretenden Fehlern ist die Genauigkeit insbesondere des Abweichungsergebnisses begrenzt. Außerdem besteht bei Verwendung herkömmlicher Beschleunigungssensoren eine hohe Gefahr einer Zerstörung/Beschädigung der elektrischen Leitungen und Sensoren im Rotorblatt aufgrund der Wirkung eines Blitzschlags.In the case of techniques with integration of the detected acceleration, due to the rotary movement of the rotor blade, the azimuth movement of the nacelle around the tower shaft / axis (active, passive) of the wind turbine and the tower movement, as well as other errors that occur due to permanent integration, the accuracy, in particular of the deviation result, is limited. In addition, when using conventional acceleration sensors, there is a high risk of destruction / damage to the electrical lines and sensors in the rotor blade due to the effect of a lightning strike.

Dementsprechend weisen bekannte Lösungen folgende Nachteile auf oder führen zu folgenden Problemen:

  • - Robustheit/Zuverlässigkeit ist nicht ausreichend;
  • - für elektrische Bauteile im Rotorblatt, die in einem Abstand von der Rotorblattwurzel positioniert sind, besteht die Gefahr einer Zerstörung durch Blitzeinschläge;
  • - für Expansion-oder Abweichungs-basierte Verfahren, gewöhnlich nicht-triviale Verfahren zum Kompensieren des Temperatureinflusses/ -effekts auf die Rotorblattleistung/ - reaktion, die in der Praxis verwendet oder gelernt werden müssen, was zum Teil separate Sensoren erfordert;
  • - bei Verfahren mit faseroptischen Sensoren, die bei der Herstellung in Rotorblattwände integriert sind, besteht keine Reparaturmöglichkeit, wenn die faseroptischen Kabel fehlerhaft, beschädigt oder nicht funktionieren; und
  • - die Kosten der bekannten Lösungen können extrem hoch sein.
Accordingly, known solutions have the following disadvantages or lead to the following problems:
  • - Robustness / reliability is not sufficient;
  • - For electrical components in the rotor blade, which are positioned at a distance from the rotor blade root, there is a risk of being destroyed by lightning strikes;
  • for expansion or deviation-based methods, usually non-trivial methods for compensating the temperature influence / effect on the rotor blade power / response, which have to be used or learned in practice, which in some cases requires separate sensors;
  • - In the case of processes with fiber-optic sensors that are integrated in the rotor blade walls during manufacture, there is no possibility of repair if the fiber-optic cables are faulty, damaged or not working; and
  • - The cost of the known solutions can be extremely high.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorgenannten Probleme zu überwinden und eine verbesserte Sensoranordnung zur Erfassung von Biegemomenten in einem länglichen Bauteil, einem Sensorsystem und einer Windenergieanlage bereitzustellen.The object of the present invention is to overcome the aforementioned problems and to provide an improved sensor arrangement for detecting bending moments in an elongated component, a sensor system and a wind energy installation.

ZusammenfassungSummary

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Sensoranordnung zum Erfassen von Biegemomenten in einem länglichen Bauteil, beispielsweise einem Rotorblatt einer Windenergieanlage, vorgesehen, wobei die Sensoranordnung umfasst: eine Messstange, die sich zumindest in einem vorbestimmten Abstand parallel zur Dehnungsrichtung des länglichen Bauteils und quer zur Biegeachse erstreckt; ein Fixierelement, das an einem von einem proximalen Ende und einem distalen Ende der Messstange, wobei das Fixierelement dazu eingerichtet ist, den Messstab fest an einer Oberfläche des länglichen Bauteils zu befestigen; ein Stützelement, das an dem anderen von dem proximalen Ende und dem distalen Ende des Messstabs angebracht ist, wobei das Stützelement dazu konfiguriert ist, fest an der Oberfläche angebracht zu werden und um den Messstab zu stützen, so dass eine axiale Verschiebung desselben ermöglicht wird; und einen Wegsensor, der benachbart und beabstandet von dem proximalen Ende der Messstange angeordnet ist, wobei der Sensor zur Ausgabe eines die axiale Verschiebung der Messstange anzeigenden Signals ausgebildet ist; wobei die Messstäbe aus dem gleichen Material wie das längliche Bauteil bestehen.According to one aspect of the invention, a sensor arrangement for detecting bending moments in an elongated component, for example a rotor blade of a wind energy installation, is provided, the sensor arrangement comprising: a measuring rod which is at least at a predetermined distance parallel to the elongation direction of the elongated component and transversely to the bending axis extends; a fixing element, which at one of a proximal end and a distal end of the measuring rod, wherein the fixing element is configured to fix the measuring rod firmly to a surface of the elongate component; a support member attached to the other of the proximal end and the distal end of the dipstick, the support member configured to be fixedly attached to the surface and to support the dipstick so as to allow axial displacement thereof; and a displacement sensor which is arranged adjacent and spaced from the proximal end of the measuring rod, the sensor being designed to output a signal which indicates the axial displacement of the measuring rod; the measuring rods are made of the same material as the elongated component.

Vorzugsweise liegt der vorbestimmte Abstand im Bereich von 10-200 cm, bevorzugt 20-100 cm und bevorzugter 20-50 cm.The predetermined distance is preferably in the range of 10-200 cm, preferably 20-100 cm and more preferably 20-50 cm.

Vorzugsweise weist der Messstab einen Durchmesser auf, der im Bereich von 1-10 mm, bevorzugt 2-8 mm und besonders bevorzugt 4-6 mm liegt.The measuring rod preferably has a diameter which is in the range from 1-10 mm, preferably 2-8 mm and particularly preferably 4-6 mm.

Vorzugsweise liegt der Abstand im Bereich 2-30%, bevorzugt 5-20% und besonders bevorzugt 10-15% der Länge des langgestreckten Bauteils.The distance is preferably in the range 2-30%, preferably 5-20% and particularly preferably 10-15% of the length of the elongate component.

Vorzugsweise ist das Fixierelement dazu eingerichtet, eine Achse des Messstabs in einem vorbestimmten Abstand von der Oberfläche zu lagern.The fixing element is preferably designed to support an axis of the measuring rod at a predetermined distance from the surface.

Vorzugsweise liegt der vorbestimmte Abstand im Bereich 1-10x, bevorzugter 2-5x und besonders bevorzugt 2-3x des Durchmessers der Messstange.The predetermined distance is preferably in the range 1-10x , more preferred 2-5x and particularly preferred 2-3x of the diameter of the measuring rod.

Vorzugsweise weist das Stützelement eine Lager- oder Lagerfläche auf, die dazu eingerichtet ist, eine Gleitbewegung der Messstange relativ zu dieser zu ermöglichen.The support element preferably has a bearing or bearing surface which is set up to enable the measuring rod to slide relative to the latter.

Vorzugsweise ist am proximalen Ende der Messstange eine Metallspitze angeordnet. In einer Ausführungsform umfasst der Wegsensor einen induktiven Sensor.A metal tip is preferably arranged at the proximal end of the measuring rod. In one embodiment, the displacement sensor comprises an inductive sensor.

In einer anderen Ausführungsform umfasst der Wegsensor einen kapazitiven Sensor, einen Magnetsensor oder einen optischen Sensor.In another embodiment, the displacement sensor comprises a capacitive sensor, a magnetic sensor or an optical sensor.

Vorzugsweise ist der Wegsensor dazu eingerichtet, axiale Verschiebungen des Messstabes im Bereich von ± 10 mm zu erfassenThe displacement sensor is preferably set up to detect axial displacements of the measuring rod in the range of ± 10 mm

Vorzugsweise ist der Wegsensor eingerichtet, axiale Verschiebungen des Messstabes mit einer Auflösung von 0,1% zu erfassen. The displacement sensor is preferably set up to detect axial displacements of the measuring rod with a resolution of 0.1%.

Vorzugsweise besteht die Messstange aus Glasfaser oder Kohlenstoff.The measuring rod preferably consists of glass fiber or carbon.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein längliches Bauteil, beispielsweise ein Messer einer Windenergieanlage, vorgesehen, an dem eine Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 der beigefügten Ansprüche angebracht ist.According to a further aspect of the invention, an elongated component, for example a knife of a wind power installation, is provided, on which a sensor arrangement according to one of claims 1 to 13 of the appended claims is attached.

Vorzugsweise sind mehrere der Sensoranordnungen an dem länglichen Bauteil angebracht, wobei der Wegsensor jeder Sensoranordnung ein jeweiliges Signal ausgibt, das eine von dieser Sensoranordnung erfasste Verschiebung anzeigt.A plurality of the sensor arrangements are preferably attached to the elongate component, the displacement sensor of each sensor arrangement issuing a respective signal which indicates a displacement detected by this sensor arrangement.

Vorzugsweise sind die Sensoranordnungen an der um den Querschnittsumfang der Messstange beabstandeten Oberfläche angebracht.The sensor arrangements are preferably attached to the surface spaced around the cross-sectional circumference of the measuring rod.

Vorzugsweise sind die Sensoranordnungen auf der Oberfläche gleichwinklig um den Querschnittsumfang der Messstange herum angeordnet.The sensor arrangements are preferably arranged on the surface at equal angles around the cross-sectional circumference of the measuring rod.

In einer Ausführungsform sind drei Sensoranordnungen an der Oberfläche angebracht. Vorzugsweise sind solche Sensoren am Umfang der Rotorblattwurzel angebracht, um die beiden orthogonalen Rotorblattwurzelbiegemomente und die wirkende Axialkraft zu messen oder zu berechnen.In one embodiment, three sensor arrangements are attached to the surface. Such sensors are preferably attached to the circumference of the rotor blade root in order to measure or calculate the two orthogonal rotor blade root bending moments and the acting axial force.

In einer anderen Ausführungsform sind vier Sensoranordnungen an der Oberfläche angebracht. Vorzugsweise sind die Sensoranordnungen als zwei Paare von diametral gegenüberliegenden Sensoranordnungen angeordnet. Bei vier einander gegenüberliegenden Sensoren sind die beiden Biegemomente direkt messbar, wobei der axiale Krafteinfluss direkt kompensiert wird.In another embodiment, four sensor arrays are attached to the surface. The sensor arrangements are preferably arranged as two pairs of diametrically opposite sensor arrangements. With four sensors facing each other, the two bending moments can be measured directly, with the axial force being compensated for directly.

Vorzugsweise ist das längliche Bauteil hohl und die Oberfläche ist eine Innenfläche. Vorzugsweise sind die Sensoranordnungen an einem Abschnitt der Oberfläche an einem Ende des länglichen Bauteils angebracht.Preferably the elongate member is hollow and the surface is an inner surface. Preferably, the sensor assemblies are attached to a portion of the surface at one end of the elongate member.

Vorzugsweise ist das längliche Bauteil ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage. Vorzugsweise befindet sich der Abschnitt der Oberfläche an oder benachbart zu dem Wurzelende des Rotorblattes.The elongate component is preferably a rotor blade for a wind energy installation. The section of the surface is preferably located at or adjacent to the root end of the rotor blade.

Vorzugsweise ist das längliche Bauteil aus Glasfaser oder Kohlenstoff gebildet.The elongate component is preferably formed from glass fiber or carbon.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Sensorsystem zum Erfassen von Biegemomenten in einem länglichen Bauteil, beispielsweise eines Rotorblatts einer Windenergieanlage, vorgesehen, wobei das Sensorsystem umfasst: eine Mehrzahl von Sensoranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 13 der beigefügten Ansprüche oder ein längliches Bauteil gemäß einem der Ansprüche 14 bis 25 der beigefügten Ansprüche; und eine Verarbeitungsschaltung gekoppelt ist, um das von dem Wegsensor jeder Sensoranordnung ausgegebene Signal zu empfangen; wobei die Verarbeitungsschaltung konfiguriert ist, basierend auf den Signalen, die die axialen Verschiebungen der Messstäbe angeben, das Biegemoment in einem länglichen Bauteil zu bestimmen.According to a further aspect of the invention, a sensor system for detecting bending moments in an elongated component, for example a rotor blade of a wind energy installation, is provided, the sensor system comprising: a plurality of sensor arrangements according to one of claims 1 to 13 of the appended claims or an elongated component according to any of claims 14 to 25 of the appended claims; and a processing circuit is coupled to receive the signal output by the displacement sensor of each sensor arrangement; wherein the processing circuit is configured to determine the bending moment in an elongate member based on the signals indicative of the axial displacements of the measuring rods.

Vorzugsweise ist jeder Wegsensor über eine Überspannungsschutzschaltung mit der Verarbeitungsschaltung gekoppelt.Each displacement sensor is preferably coupled to the processing circuit via an overvoltage protection circuit.

Vorzugsweise ist die Verarbeitungsschaltung mit einem oder mehreren Pitch-Sensoren gekoppelt, wobei jeder Pitch-Sensor konfiguriert ist, um der Verarbeitungsschaltung ein Signal zuzuführen, das einen Pitch-Sensor einer jeweiligen länglichen Komponente anzeigt, wobei die Verarbeitungsschaltung konfiguriert ist, um das Biegemoment basierend auf den Signalen zu bestimmen, die die axialen Verschiebungen und den Pitch-Winkel anzeigen.Preferably, the processing circuit is coupled to one or more pitch sensors, each pitch sensor configured to provide the processing circuit with a signal indicative of a pitch sensor of a respective elongated component, the processing circuit configured to adjust the bending moment based on to determine the signals indicating the axial displacements and the pitch angle.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Windenergieanlage bereitgestellt, umfassend: eine Vielzahl von Sensoranordnungseinheiten nach einem der Ansprüche 1 bis 13 der beigefügten Ansprüche, ein längliches Bauteil gemäß einem der Ansprüche 14 bis 25 der beigefügten Ansprüche oder ein Sensorsystem nach einem der Ansprüche 26 bis 28 der beigefügten Ansprüche.According to a further aspect of the invention there is provided a wind turbine comprising: a plurality of sensor arrangement units according to one of claims 1 to 13 of the appended claims, an elongated component according to one of claims 14 to 25 of the appended claims or a sensor system according to one of claims 26 to 28 of the accompanying claims.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Verwendung von Positions-/ Wegsensoren Robustheit und/oder Zuverlässigkeit deutlich verbessert wird.An advantage of the invention is that the use of position / displacement sensors significantly improves robustness and / or reliability.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass in dem Rotorblatt im Abstand von der Rotorblattwurzel keine elektrischen Bauteile angeordnet sind, wodurch die Gefahr einer Zerstörung durch Blitzeinschlag verringert wird.Another advantage is that no electrical components are arranged in the rotor blade at a distance from the rotor blade root, as a result of which the risk of destruction by lightning is reduced.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei Ausführungsformen eine direkte Kompensation des Temperatureinflusses vorhanden ist.Another advantage of the invention is that in embodiments there is a direct compensation of the temperature influence.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei den in Ausführungsformen verwendeten Vorrichtungen die Möglichkeit besteht, eine einfache Nachrüstung/Wiedermontage oder Reparatur zu ermöglichen.A further advantage is that the devices used in embodiments offer the possibility of simple retrofitting / reassembly or repair.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass im Vergleich zu bekannten Lösungen die Kosten, z. B. durch zwei Drittel bei bestimmten Ausführungsformen, deutlich reduziert werden.Another advantage of the invention is that compared to known solutions Costs, e.g. B . can be significantly reduced by two thirds in certain embodiments.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Erfassung des Vorhandenseins von Eis auf dem Rotorblatt und die Identifikation von Schwingungsformen und/oder Einfluss von Verwirbelungen in Windrichtung hinter den Windturbinengeneratoren (WTGs) verbessert werden.Another advantage is that the detection of the presence of ice on the rotor blade and the identification of vibration forms and / or the influence of turbulence in the wind direction behind the wind turbine generators (WTGs) are improved.

FigurenlisteFigure list

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen gemäß der Beschreibung. In den Zeichnungen zeigen:

  • 1 (Stand der Technik) zeigt eine bekannte Windenergieanlage mit mehreren Rotorblättern;
  • 2 zeigt eine axiale Querschnittsansicht einer Rotorblattwurzel eines Rotorblattes von 1, die Sensoranordnungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Details B von 2;
  • 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Details a von 2; und
  • 5 ist eine transversale Querschnittsansicht einer Rotorblattwurzel eines Rotorblatts von 1, bei (a) drei gleichmäßig beabstandeten Sensoranordnungen und (b) zwei Paaren von diametral gegenüberliegenden Sensoranordnungen.
Further details of the invention emerge from the drawings according to the description. The drawings show:
  • 1 (State of the art) shows a known wind turbine with several rotor blades;
  • 2nd shows an axial cross-sectional view of a rotor blade root of a rotor blade of FIG 1 10 showing sensor arrangements according to an embodiment of the invention;
  • 3rd shows an enlarged view of the detail B from 2nd ;
  • 4th shows an enlarged view of detail a of 2nd ; and
  • 5 10 is a transverse cross-sectional view of a rotor blade root of a rotor blade of FIG 1 , with (a) three equally spaced sensor arrangements and (b) two pairs of diametrically opposed sensor arrangements.

1 (Stand der Technik) zeigt eine bekannte Windenergieanlage 1 mit mehreren Rotorblättern. Die Windenergieanlage 1 umfasst einen Turm 3 und eine Gondel 2, die drehbar auf dem Turm 3 montiert ist. Die Gondel 2 umfasst eine Gondelabdeckung 4, die an einem Hauptrahmen (nicht gezeigt) angebracht ist, der nachstehend ausführlicher erörtert wird. Auf einer Rotorwelle (nicht dargestellt) innerhalb der Gondel 2 ist ein Rotor 7 angeordnet, der wiederum eine Nabe 5 und mindestens ein Rotorblatt 6 umfasst (hier drei). 1 (State of the art) shows a known wind turbine 1 with several rotor blades. The wind turbine 1 includes a tower 3rd and a gondola 2nd that are rotatable on the tower 3rd is mounted. The gondola 2nd includes a nacelle cover 4th attached to a main frame (not shown), which is discussed in more detail below. On a rotor shaft (not shown) inside the nacelle 2nd is a rotor 7 arranged, which in turn is a hub 5 and at least one rotor blade 6 includes (here three).

Nahe der Achse der Nabe 5 wird ein Endabschnitt oder Rotorblattwurzel 8 des Rotorblatts 6 an Ort und Stelle gehalten, z.B. innerhalb des Mantels 9. Es ist wünschenswert, Vorrichtungen zum Messen von Biegemomenten um die y-und/oder z-Achse und/oder Axialkräfte (entlang der x-Achse) bereitzustellen, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird.Near the axis of the hub 5 becomes an end section or rotor blade root 8th of the rotor blade 6 held in place, eg inside the jacket 9 . It is desirable to provide devices for measuring bending moments about the y and / or z axis and / or axial forces (along the x axis), as described in more detail below.

2 zeigt eine Längsschnittansicht einer Rotorblattwurzel 8 eines Rotorblatts 6 von 1, die Sensoranordnungen 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Das Rotorblatt 6 besteht dabei aus Glasfaser. Es versteht sich jedoch, dass das Rotorblatt 6 aus anderen Materialien, wie Kohlenstoff-oder Kohlenstoffverbundstoffen, hergestellt sein kann. Jede Sensoranordnung 10 ist an einem Oberflächenabschnitt 12 an oder in der Nähe des Endes 14 des Rotorblattes 6 angeordnet, d. h. um bei der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10 nicht die Ausdehnung des Wandmaterials des Rotorblattes 6 im Bereich der Rotorblattwurzel 8 zu messen, wird die Dehnung zwischen zwei Punkten, die einen ausreichend großen Abstand zueinander aufweisen, direkt gemessen, wodurch der Einfluss von Spannungsdehnungsgradienten und Ausbeulungen vernachlässigbar klein gehalten wird. 2nd shows a longitudinal sectional view of a rotor blade root 8th of a rotor blade 6 from 1 , the sensor arrays 10th according to an embodiment of the invention. The rotor blade 6 consists of glass fiber. However, it is understood that the rotor blade 6 can be made of other materials, such as carbon or carbon composites. Any sensor arrangement 10th is on a surface section 12 at or near the end 14 of the rotor blade 6 arranged, ie around in the sensor arrangement according to the invention 10th not the expansion of the wall material of the rotor blade 6 in the area of the rotor blade root 8th To measure, the strain between two points, which are at a sufficiently large distance from one another, is measured directly, as a result of which the influence of stress expansion gradients and bulges is kept negligibly small.

Jede Sensoranordnung 10 ist wie folgt aufgebaut. Eine Messstange 16 erstreckt sich entlang der Länge des Flächenabschnitts 12 und überspannt daher im Wesentlichen die Länge der Rotorblattwurzel 8. Die Messstange 16 besteht aus dem gleichen Material wie das Rotorblatt 6, d. h. Glasfaser (oder aus anderen Materialien, wie Kohlenstoff oder gegebenenfalls Kohlenstoffverbundstoffe). Dies dient dazu, einen „natürlichen“ Temperaturausgleich im Hinblick auf Temperatureffekte auf der Rotorblattwurzel 8 zu gewährleisten. Es ist zu beachten, dass die Temperaturverteilung in der räumlichen Ausdehnung einer Rotorblattwurzel 8 nicht gleichmäßig ist und somit die Temperaturkompensation sensorpositionsspezifisch sein muss.Any sensor arrangement 10th is structured as follows. A measuring rod 16 extends along the length of the surface section 12 and therefore essentially spans the length of the rotor blade root 8th . The measuring rod 16 consists of the same material as the rotor blade 6 , ie glass fiber (or from other materials such as carbon or possibly carbon composites). This serves a "natural" temperature compensation with regard to temperature effects on the rotor blade root 8th to guarantee. It should be noted that the temperature distribution in the spatial extent of a rotor blade root 8th is not uniform and therefore the temperature compensation must be specific to the sensor position.

3 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Details B der 2. Ein Befestigungselement 18 ist fest an dem Oberflächenabschnitt 12 angebracht, z. B. durch einen starken Klebstoff (nicht gezeigt). Außerdem ist das distale Ende 20 der Messstange 16 wiederum über einen starren Winkelbügel 19 fest mit dem Befestigungselement 18 verbunden, der den Messstab 16 (der z. B. in eine Ausnehmung desselben mit dem starken Klebstoff eingeklebt ist) fest/starr umgreift. 3rd shows an enlarged view of the detail B of the 2nd . A fastener 18th is firmly on the surface section 12 attached, e.g. B. by a strong adhesive (not shown). It is also the distal end 20th the measuring rod 16 again over a rigid angle bracket 19th firmly with the fastener 18th connected to the dipstick 16 (which is glued into a recess of the same with the strong adhesive, for example).

Zurückkehrend zu 2 ist an oder nahe dem proximalen Ende 22 der Messstange 16 ein Stützelement 24 vorgesehen, das fest an dem Oberflächenabschnitt 12 befestigt ist, z. B. durch einen starken Klebstoff. In dieser Ausführungsform durchläuft die Messstange 16 einen axialen Durchgang (nicht gezeigt) in dem Stützelement 24 mit Spiel, wodurch eine axiale/longitudinale Bewegung der Messstange 16 relativ zu dem Stützelement 24 ermöglicht wird. In Ausführungsformen können Lager und/oder Schmiermaterial wie Fett zwischen Eingriffsflächen des Stützelements 24 und der Messstange 16 vorgesehen sein. Eine Anzahl von weiteren Stützelementen 24', 24" kann zwischen dem Befestigungselement 18 und dem Stützelement 24 vorgesehen sein (z. B. gleich beabstandet).Returning to 2nd is at or near the proximal end 22 the measuring rod 16 a support element 24th provided that firmly on the surface section 12 is attached, e.g. B. with a strong adhesive. In this embodiment, the measuring rod passes through 16 an axial passage (not shown) in the support member 24th with play, causing an axial / longitudinal movement of the measuring rod 16 relative to the support element 24th is made possible. In embodiments, bearings and / or lubricant, such as grease, can be located between engagement surfaces of the support member 24th and the measuring rod 16 be provided. A number of additional support elements 24 ' , 24 " can between the fastener 18th and the support member 24th be provided (e.g. equally spaced).

Jede Sensoranordnung 10 umfasst ferner einen Positions-/ Wegsensor 26. Unter Bezugnahme auf 4 zeigt diese eine vergrößerte Ansicht des Details A von 2. Der Wegsensor 26 ist an dem Oberflächenabschnitt 12 der Rotorblattwand 27 angebracht. In dieser Ausführungsform ist eine Metallspitze 28 (z. B. Stahl) am proximalen Ende 22 der Messstange 16 vorgesehen, und der Wegsensor 26 umfasst einen induktiven Sensor zum Erfassen von Position oder Positionsänderungen. Auf diese Weise wird eine Bewegung/Lageänderung eines Punktes (z. B. das proximale Ende 22) gegenüber einem anderen (z. B. Stützelement 24 oder Wegsensor 26) kann mittels eines einfachen, robusten Positionssensors, üblicherweise ohne weitere Signalverarbeitung, gemessen werden. Es versteht sich, dass der Wegsensor 26 alternativ einen kapazitiven Sensor, einen Magnetsensor oder einen optischen Sensor umfassen kann.Any sensor arrangement 10th also includes a position / displacement sensor 26 . With reference to 4th shows an enlarged view of the Details A from 2nd . The displacement sensor 26 is on the surface section 12 the rotor blade wall 27th appropriate. In this embodiment is a metal tip 28 (e.g. steel) at the proximal end 22 the measuring rod 16 provided, and the displacement sensor 26 includes an inductive sensor for detecting position or changes in position. In this way a movement / change in position of a point (e.g. the proximal end 22 ) against another (e.g. B . Support element 24th or displacement sensor 26 ) can be measured using a simple, robust position sensor, usually without further signal processing. It is understood that the displacement sensor 26 alternatively can comprise a capacitive sensor, a magnetic sensor or an optical sensor.

In dieser Ausführungsform werden Signale, die durch die Wegsensoren 26 an des Rotorblattes 6 (ein „erstes Rotorblatt“) erzeugt werden, über die Leitungen 28 und die Überspannungsschutzeinheit 30 an die ersten Eingänge 32 der Verarbeitungsschaltung 34angeschlossen. Letztere umfasst ferner einen zweiten Eingang 36 und einen dritten Eingang 38 zum Empfangen von Signalen, die eine Bewegung/Positionsänderung von einem zweiten und einem dritten Rotorblatt (nicht gezeigt) anzeigen. Die Verarbeitungsschaltung 34 umfasst ferner einen vierten Eingang 38, der dazu konfiguriert ist, ein Signal zu empfangen, das einen Pitch-Winkel des ersten Rotorblatts 6 von dem Pitch-Sensor 40 anzeigt. Die Verarbeitungsschaltung 34 umfasst ferner einen fünften Eingang 42 und einen sechsten Eingang 44 zum Empfangen von Signalen, die eine Bewegung/Positionsänderung von dem zweiten und dem dritten Rotorblatt (nicht gezeigt) anzeigen.In this embodiment, signals are transmitted by the displacement sensors 26 on the rotor blade 6 (a "first rotor blade") are generated via the lines 28 and the surge protection unit 30th to the first entrances 32 connected to the processing circuit 34. The latter also includes a second entrance 36 and a third entrance 38 for receiving signals indicating movement / change in position from second and third rotor blades (not shown). The processing circuit 34 also includes a fourth input 38 configured to receive a signal that is a pitch angle of the first rotor blade 6 from the pitch sensor 40 displays. The processing circuit 34 also includes a fifth entrance 42 and a sixth entrance 44 for receiving signals indicative of movement / change in position from the second and third rotor blades (not shown).

Die Verarbeitungsschaltung 34 umfasst vorzugsweise eine Windturbinengeneratorprogrammierbare Logiksteuerung (WTG-PLC), die dazu konfiguriert ist, Biegemomente in der Rotorblattwurzel 8 (1) um die y-und/oder z-Achse und/oder Axialkräfte (entlang der x-Achse) basierend auf den verschiedenen Positions-/ Verschiebungssignalen und Pitch-winkel-Signalen, unter Verwendung von im Stand der Technik bekannten Techniken, zu berechnen.The processing circuit 34 preferably includes a wind turbine generator programmable logic controller (WTG-PLC) configured to apply bending moments in the rotor blade root 8th ( 1 ) to calculate the y and / or z axis and / or axial forces (along the x axis) based on the various position / displacement signals and pitch angle signals using techniques known in the art.

5 (a) ist eine axiale Querschnittsansicht einer Rotorblattwurzel 8, bei einer Ausführungsform bei drei gleichmäßig beabstandeten Sensoranordnungen 10, 10' und 10". 5 (a) is an axial cross-sectional view of a rotor blade root 8th , in one embodiment with three equally spaced sensor arrangements 10th , 10 ' and 10 " .

Diese sind in gleichen (120 Grad) Winkelabständen um die Innenfläche 12 der Rotorblattwurzel 8 angeordnet. Wenn drei derartige Sensoren am Umfang der Rotorblattwurzel 8 angebracht sind, können die beiden orthogonalen Blattwurzelbiegemomente und die wirkende Axialkraft, wie oben erwähnt, gemessen oder berechnet werden.These are at equal (120 degrees) angular intervals around the inner surface 12 the rotor blade root 8th arranged. If three such sensors on the circumference of the rotor blade root 8th are attached, the two orthogonal leaf root bending moments and the acting axial force, as mentioned above, can be measured or calculated.

5 (b) ist eine axiale Querschnittsansicht einer Rotorblattwurzel 8, bei einer anderen Ausführungsform (entsprechend 2) bei zwei Paaren von diametral gegenüberliegenden Sensoranordnungen 10, 11. Wenn vier Sensoren so verwendet werden, dass zwei innerhalb eines Paares einander gegenüberliegen und miteinander verbunden sind und eine Signaladdition verwendet wird, können die beiden Biegemomente direkt gemessen werden, wodurch der axiale Krafteinfluss direkt kompensiert wird. 5 (b) is an axial cross-sectional view of a rotor blade root 8th , in another embodiment (corresponding 2nd ) with two pairs of diametrically opposed sensor arrangements 10th , 11 . If four sensors are used so that two within a pair face each other and are connected to each other and a signal addition is used, the two bending moments can be measured directly, whereby the axial force influence is directly compensated for.

Obwohl die Erfindung oben in Bezug auf Rotorblätter von Windenergieanlagen beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Techniken auf jede schlanke/längliche Struktur oder strukturelle Komponente, wie etwa den Turm/die Welle einer Windenergieanlage, anwendbar sind.Although the invention has been described above with respect to rotor blades of wind turbines, it is understood that the techniques are applicable to any slim / elongated structure or structural component, such as the tower / shaft of a wind turbine.

Liste von ReferenzzeichenList of reference characters

11
WindturbineWind turbine
22nd
Gondelgondola
33rd
Turmtower
44th
GondeldeckelNacelle cover
55
Nabehub
66
RotorblattRotor blade
77
Rotorrotor
88th
RotorblattwurzelRotor blade root
99
Mantelcoat
1010th
SensoranordnungSensor arrangement
10'10 '
SensoranordnungSensor arrangement
10"10 "
SensoranordnungSensor arrangement
1111
SensoranordnungSensor arrangement
1212
FlächenabschnittSurface section
1414
EndeThe End
1616
MessstabDipstick
1818th
BefestigungselementFastener
1919th
starrer Winkelbügelrigid angle bracket
2020th
distalen Endedistal end
2222
proximales Endeproximal end
2424th
TrägerelementCarrier element
24'24 '
TrägerelementCarrier element
24"24 "
TrägerelementCarrier element
2626
Positions-/ WegsensorPosition / displacement sensor
2727th
RotorblattwandRotor blade wall
2828
MetallspitzeMetal tip
2929
Leitungencables
30 30th
ÜberspannungsschutzeinheitSurge protection unit
3232
erster Eingangfirst entrance
3434
VerarbeitungsschaltungProcessing circuit
3636
zweiter Eingangsecond entrance
3838
dritter Eingangthird entrance
3939
vierter Eingangfourth entrance
4040
Pitch-WinkelsensorPitch angle sensor
4242
fünfter Eingangfifth entrance
4444
sechster Eingangsixth entrance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 2778602 B1 [0006]EP 2778602 B1 [0006]
  • WO 2015/014366 [0008]WO 2015/014366 [0008]
  • EP 2898216 B [0009]EP 2898216 B [0009]
  • DE 102010032120 A1 [0010]DE 102010032120 A1 [0010]

Claims (19)

Sensoranordnung zum Erfassen von Biegemomenten in einem länglichen Bauteil, beispielsweise einem Rotorblatt einer Windenergieanlage, wobei die Sensoranordnung umfasst: einen Messstab, der sich mindestens um einen vorbestimmten Abstand parallel zur Dehnungsrichtung des länglichen Bauteils und quer zur Biegeachse erstreckt; ein Fixierelement, das an einem von einem proximalen Ende und einem distalen Ende des Messstabs angebracht ist, wobei das Fixierelement zum festen Anbringen des Messstabs an einer Oberfläche des länglichen Bauteils ausgebildet ist; ein Stützelement, das an dem anderen von dem proximalen Ende und dem distalen Ende der Messstange angebracht ist, wobei das Stützelement dazu konfiguriert ist, fest an der Oberfläche angebracht zu werden und um die Messstange zu stützen, so dass eine axiale Verschiebung derselben ermöglicht wird; und einen Wegsensor, der benachbart und beabstandet von dem proximalen Ende der Messstange angeordnet ist, wobei der Sensor dafür ausgelegt ist, ein Signal auszugeben, das die axiale Verschiebung der Messstange anzeigt; wobei die Messstäbe aus dem gleichen Material wie das längliche Bauteil bestehen.Sensor arrangement for detecting bending moments in an elongated component, for example a rotor blade of a wind power plant, the sensor arrangement comprising: a measuring rod which extends at least a predetermined distance parallel to the direction of elongation of the elongate component and transversely to the bending axis; a fixation member attached to one of a proximal end and a distal end of the dipstick, the fixation member configured to securely attach the dipstick to a surface of the elongate member; a support member attached to the other of the proximal end and the distal end of the measurement rod, the support element configured to be fixedly attached to the surface and to support the measurement rod so as to allow axial displacement thereof; and a displacement sensor located adjacent and spaced from the proximal end of the measuring rod, the sensor being configured to output a signal which indicates the axial displacement of the measuring rod; the measuring rods are made of the same material as the elongated component. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Abstand im Bereich von 10-200 cm, bevorzugt 20-100 cm, und bevorzugter 20-50 cm, liegt.Sensor arrangement after Claim 1 , characterized in that the predetermined distance is in the range of 10-200 cm, preferably 20-100 cm, and more preferably 20-50 cm. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstange einen Durchmesser aufweist, der im Bereich 1-10 mm, bevorzugt 2-8 mm und bevorzugter 4-6 mm, liegt.Sensor arrangement (1) after Claim 1 or 2nd , characterized in that the measuring rod has a diameter which is in the range 1-10 mm, preferably 2-8 mm and more preferably 4-6 mm. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Abstand im Bereich 2-30%, bevorzugt 5-20% und bevorzugter 10-15%, der Länge des langgestreckten Bauteils liegt.Sensor arrangement (1) after Claim 1 , 2nd or 3rd , characterized in that the predetermined distance is in the range 2-30%, preferably 5-20% and more preferably 10-15%, of the length of the elongated component. Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierelement zur Abstützung einer Achse der Messstange in einem vorbestimmten Abstand von der Oberfläche ausgebildet ist.Sensor arrangement (1) according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the fixing element is designed to support an axis of the measuring rod at a predetermined distance from the surface. Sensoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Abstand im Bereich 1-10x, bevorzugt 2-5x und bevorzugter 2-3x des Durchmessers der Messstange liegt.Sensor arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the predetermined distance is in the range 1-10x, preferably 2-5x and more preferably 2-3x of the diameter of the measuring rod. Sensoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement eine Lager- oder Lagerfläche aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine Gleitbewegung der Messstange relativ zu dieser zu ermöglichen.Sensor arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the supporting element has a bearing or bearing surface which is set up to enable the measuring rod to slide relative to the latter. Sensoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am proximalen Ende der Messstange eine Metallspitze angeordnet ist.Sensor arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a metal tip is arranged at the proximal end of the measuring rod. Sensoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegsensor einen induktiven Sensor umfasst.Sensor arrangement after Claim 8 , characterized in that the displacement sensor comprises an inductive sensor. Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegsensor einen kapazitiven Sensor, einen Magnetsensor oder einen optischen Sensor umfasst.Sensor arrangement (1) according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that the displacement sensor comprises a capacitive sensor, a magnetic sensor or an optical sensor. Sensoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegsensor eingerichtet ist, axiale Verschiebungen des Messstabes im Bereich von ± 10 mm zu erfassen.Sensor arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the displacement sensor is set up to detect axial displacements of the measuring rod in the range of ± 10 mm. Sensoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegsensor eingerichtet ist, axiale Verschiebungen des Messstabes mit einer Auflösung von 0,1% zu erfassen.Sensor arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the displacement sensor is set up to detect axial displacements of the measuring rod with a resolution of 0.1%. Sensoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstange aus Glasfaser oder Kohlenstoff besteht.Sensor arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring rod consists of glass fiber or carbon. Langgestrecktes Bauteil, beispielsweise ein Rotorblatt einer Windenergieanlage, wobei das langgestreckte Bauteil eine Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.Elongated component, for example a rotor blade of a wind power plant, the elongated component having a sensor arrangement according to one of the preceding claims. Langgestrecktes Bauteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Sensoranordnungen daran angebracht sind, wobei der Wegsensor jeder Sensoranordnung ein jeweiliges Signal ausgibt, das eine von dieser Sensoranordnung erfasste Verschiebung anzeigt.Elongated component after Claim 14 , characterized in that several of the sensor arrangements are attached to it, the displacement sensor of each sensor arrangement outputing a respective signal which indicates a displacement detected by this sensor arrangement. Sensorsystem zum Erfassen von Biegemomenten in einem länglichen Bauteil, beispielsweise einem Rotorblatt einer Windenergieanlage, wobei das Sensorsystem umfasst: mehrere Sensoranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder ein längliches Bauteil nach einem der Ansprüche 14 bis 25; und eine Verarbeitungsschaltung, die gekoppelt ist, um das von dem Wegsensor jeder Sensoranordnung ausgegebene Signal zu empfangen; wobei die Verarbeitungsschaltung konfiguriert ist, basierend auf den Signalen, die die axialen Verschiebungen der Messstäbe angeben, das Biegemoment in einem länglichen Bauteil zu bestimmen.Sensor system for detecting bending moments in an elongated component, for example a rotor blade of a wind power plant, the sensor system comprising: a plurality of sensor arrangements according to one of the Claims 1 to 13 or an elongated component according to one of the Claims 14 to 25; and a processing circuit coupled to receive the signal output from the displacement sensor of each sensor array; wherein the processing circuit is configured to determine the bending moment in an elongate member based on the signals indicative of the axial displacements of the measuring rods. Sensorsystem nach Anspruch 26, wobei jeder Wegsensor mit der Verarbeitungsschaltung über eine Überspannungsschutzschaltung gekoppelt ist. 27. The sensor system according to claim 26, wherein each displacement sensor is coupled to the processing circuit via an overvoltage protection circuit. Sensorsystem nach Anspruch 26 oder 27, wobei die Verarbeitungsschaltung mit einem oder mehreren Pitch-Sensoren gekoppelt ist, wobei jeder Pitch-Sensor konfiguriert ist, um der Verarbeitungsschaltung ein Signal zuzuführen, das einen Pitch-Sensoren einer jeweiligen länglichen Komponente angibt, wobei die Verarbeitungsschaltung konfiguriert ist, um das Biegemoment basierend auf den Signalen zu bestimmen, die die axialen Verschiebungen und der Pitch-Winkel anzeigen.28. The sensor system of claim 26 or 27, wherein the processing circuit is coupled to one or more pitch sensors, each pitch sensor configured to provide the processing circuit with a signal indicative of a pitch sensor of a respective elongated component, the processing circuit configured is to determine the bending moment based on the signals indicating the axial displacements and the pitch angle. Windturbine, umfassend: mehrere Sensoranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ein längliches Bauteil nach einem der Ansprüche 14 bis 25 oder ein Sensorsystem nach einem der Ansprüche 26 bis 28.Wind turbine, comprising: several sensor arrangements according to one of the Claims 1 to 13 , an elongated component according to one of the Claims 14 to 25 or a sensor system according to any one of claims 26 to 28.
DE112018004704.0T 2017-08-24 2018-08-23 Sensor arrangement for recording bending moments in an elongated component, elongated component, sensor system and wind turbine Active DE112018004704B4 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IN201721030100 2017-08-24
IN201721030100 2017-08-24
PCT/IB2018/056393 WO2019038710A1 (en) 2017-08-24 2018-08-23 Sensor arrangement for sensing bending moments in an elongate component; elongate component; sensor system and wind turbine

Publications (2)

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