KR20180106621A - 듀얼 신호를 이용한 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템 - Google Patents

듀얼 신호를 이용한 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 듀얼 신호를 이용한 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표면파를 블레이드 상에 발생시켜 블레이드 표면을 따라 이송된 표면파를 수신하도록 하고, 수신된 표면파에 의해 생성된 전기신호를 분석하여 블레이드의 결함을 검출하도록 하면서, 저주파와 고주파의 표면파를 발생시켜 각 저주파 및 고주파와 동일한 고유 진동수를 갖는 표면파수신부를 통해 표면파를 수신하여 블레이드의 정밀한 결함 검출이 가능하도록 하거나, 또는 저주파의 표면파만을 발생시켜 저주파수신부 및 고주파수신부에서 저주파의 표면파를 수신하도록 함으로써 신속하고 경제적인 블레이드 결함의 검출이 가능하도록 하는 듀얼 신호를 이용한 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템에 관한 것이다.

Description

듀얼 신호를 이용한 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템{Diagnostic system for wind power generator Using Dual Signal}
본 발명은 듀얼 신호를 이용한 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표면파를 블레이드 상에 발생시켜 블레이드 표면을 따라 이송된 표면파를 수신하도록 하고, 수신된 표면파에 의해 생성된 전기신호를 분석하여 블레이드의 결함을 검출하도록 하면서, 저주파와 고주파의 표면파를 발생시켜 각 저주파 및 고주파와 동일한 고유 진동수를 갖는 표면파수신부를 통해 표면파를 수신하여 블레이드의 정밀한 결함 검출이 가능하도록 하거나, 또는 저주파의 표면파만을 발생시켜 저주파수신부 및 고주파수신부에서 저주파의 표면파를 수신하도록 함으로써 신속하고 경제적인 블레이드 결함의 검출이 가능하도록 하는 듀얼 신호를 이용한 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템에 관한 것이다.
풍력발전기는 바람의 운동에너지를 기계적인 에너지로 변환해 전기를 생산하는 장치로, 크게 육상이나 해상에 설치된 타워(tower)와, 타워의 상부에 회전하도록 설치되며 발전기를 내장한 나셀(nacelle)과, 발전기의 구동을 위해 나셀에 회전하도록 설치되며 복수의 블레이드(blade)를 갖춘 로터(rotor) 등을 포함하는데, 이중 블레이드는 고장빈도가 가장 높고 발전효율에 직접적인 영향을 미치는 풍력발전기의 가장 핵심적인 구성요소이다. 따라서, 블레이드의 오염 및 파손으로 인한 발전효율 저하를 방지하기 위하여 청소, 보수 등과 같은 작업을 수행하여야 하며, 위와 같은 작업을 수행하기 전에 블레이드의 정확한 상태 진단이 필요하다. 하지만, 풍력발전기는 거대 구조물이기 때문에 블레이드의 상태 진단에 어려움이 많아, 최근에는 하기 특허문헌처럼 자동으로 블레이드의 상태를 진단할 수 있는 시스템이 개발되고 있다.
<특허문헌>
공개특허 제10-2014-0038149호(2014. 03. 28. 공개) "전도성 나노물질이 포함된 섬유강화복합체의 구조 건전성 감시장치, 그의 감시 방법 및 제조방법, 그리고 전도성 나노물질이 포함된 풍력 발전용 블레이드의 구조 건전성 감시장치 및 그의 제조방법"
하지만, 종래의 블레이드 진단 시스템은 블레이드 내부에 센서를 위치시키고 블레이드의 물리적 변화를 센싱하여 블레이드 상태를 진단하므로, 블레이드에 일정 이상의 변형이 생긴 후에만 진단이 가능하여 불량발생 초기에 상태진단이 어렵고, 블레이드의 물리적 변형과 무관하게 블레이드 표면에 생긴 부식, 이물부착 등을 진단할 수 없는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명은 정밀한 블레이드 결함의 검출이 가능하도록 하는 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 신속하고 경제적인 블레이드 결함의 검출이 가능하도록 하는 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 블레이드 결함의 종류, 크기, 위치의 특정이 가능하도록 하는 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 결함의 검증 및 확인이 가능하도록 하는 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템은 전기 신호를 인가받아 블레이드 표면을 따라 이송되는 표면파를 발생시키는 표면파발생부와, 상기 표면파발생부와 일정 간격 이격되어 위치하며 상기 표면파발생부에서 생성되어 블레이드 표면을 따라 이송된 표면파를 수신하여 전기 신호를 생성하는 표면파수신부와, 상기 표면파수신부에서 생성된 전기신호를 분석하여 블레이드의 결함을 검출하는 결함분석부를 포함하고, 상기 표면파발생부는 저주파의 표면파를 발생시키는 저주파발생부와, 고주파의 표면파를 발생시키는 고주파발생부를 포함하며, 상기 표면파수신부는 상기 저주파발생부에서 발생되는 저주파의 표면파를 수신하는 저주파수신부와, 상기 고주파발생부에서 발생되는 고주파의 표면파를 수신하는 고주파수신부를 포함하고, 상기 저주파수신부는 저주파발생부에서 발생되는 저주파와 동일한 고유 진동수를 갖도록 형성되며, 상기 고주파수신부는 고주파발생부에서 발생되는 고주파와 동일한 고유 진동수를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템에 있어서, 상기 표면파수신부는 상기 표면파발생부에 의해 발생된 표면파에 의한 응력으로 전기신호를 발생하는 압전기판과, 상기 압전기판에 의해 발생된 전기신호를 상기 결함분석부로 전달하는 전극을 포함하고, 상기 저주파수신부 및 고주파수신부의 압전기판은 각각 저주파발생부에서 발생되는 저주파 및 고주파발생부에서 발생되는 고주파와 동일한 고유 진동수를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템에 있어서, 상기 표면파발생부는 상기 저주파발생부에 의해서만 표면파를 발생시키며, 상기 저주파수신부 및 고주파수신부는 상기 저주파발생부에 의해 발생된 표면파를 수신하여 생성된 전기신호를 상기 결함분석부로 전달하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템에 있어서, 상기 결함분석부는 상기 복수의 표면파수신부별로 생성되는 전기신호의 진폭 및 위상을 분석하는 수신신호분석부와; 블레이드의 결함이 없는 정상상태에서 각 표면파수신부에서 생성되는 전기신호와, 블레이드 결함의 종류에 따라 각 표면파수신부에서 생성되는 전기신호를 분석하여 저장하는 수신부별기본신호저장부와; 상기 수신신호분석부 및 수신부별기본신호저장부에서 분석되는 전기신호의 진폭, 위상을 비교하여 블레이드의 결함 위치 및 종류를 특정하는 결함특정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템에 있어서, 상기 수신부별기본신호저장부는 블레이드에 결함이 없는 정상상태에서 각 표면파수신부를 통해 생성되는 전기신호의 진폭정보를 저장하는 정상진폭정보저장모듈과, 블레이드에 결함이 없는 정상상태에서 각 표면파수신부를 통해 생성되는 전기신호의 위상정보를 저장하는 정상위상정보저장모듈과, 블레이드 결함의 종류, 크기에 따라 각 표면파수신부를 통해 생성되는 전기신호의 진폭정보를 저장하는 결함별진폭정보저장모듈과, 블레이드 결함의 종류, 크기에 따라 각 표면파수신부를 통해 생성되는 전기신호의 위상정보를 저장하는 결함별위상정보저장모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템에 있어서, 상기 결함특정부는 상기 수신부별진폭분석모듈에 의해 분석되는 진폭정보와, 상기 정상진폭정보버장모듈 및 결함별진폭정보저장모듈에 의해 저장되는 진폭정보를 비교하는 수신부별진폭비교모듈과; 상기 수신부별위상분석모듈에 의해 분석되는 위상정보와, 상기 정상위상정보저장모듈 및 결함별위상정보저장모듈에 의해 저장되는 위상정보를 비교하는 수신부별위상비교모듈과; 상기 수신부별진폭비교모듈 및 수신부별위상비교모듈에 의해 비교되는 결과에 따라 결함의 종류를 특정하는 결함종류특정모듈과; 상기 결함종류특정모듈에 의해 결함이 특정된 표면파수신부를 파악하여 결함의 위치를 특정하는 결함위치특정모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템은 상기 표면파수신부에서 생성되는 전기신호를 화면에 표시하는 화면표시부를 포함하고, 상기 화면표시부는 복수의 각 표면파수신부별 생성되는 전기신호를 표시하는 수신부별신호표시부와, 상기 결함특정부에 의해 특정되는 각 표면파수신부의 결함 정보를 표시하는 결함정보표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템에 있어서, 상기 수신부별신호표시부는 블레이드의 정상 상태에서 각 표면파수신부에 의해 생성되는 전기신호를 화면에 표시하는 정상신호표시모듈과, 실제 측정시 각 표면파수신부에 의해 생성되는 전기신호를 화면에 표시하는 수신신호표시모듈과, 결함의 종류, 크기에 따라 각 표면파수신부에 의해 생성되는 전기신호를 화면에 표시하는 결함신호표시모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템에 있어서, 상기 수신부별신호표시부는 상기 정상신호표시모듈, 수신신호표시모듈, 결함신호표시모듈에 의해 화면에 표시되는 신호를 동기화하는 신호동기화모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템에 있어서, 상기 수신부별신호표시부는 상기 정상신호표시모듈, 결함별신호표시모듈에 의해 표시되는 신호와 상기 수신신호표시모듈에 의해 표시되는 신호와의 진폭차, 위상차를 화면에 표시하는 진폭차표시모듈, 위상차표시모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 저주파 및 고주파의 표면파를 블레이드 상에 발생시켜 블레이드 표면을 따라 이송된 표면파를 수신하도록 하고, 수신된 표면파에 의해 생성된 전기신호를 분석하여 블레이드의 결함을 검출하도록 하면서, 표면파를 수신하는 표면파수신부는 표면파발생부에서 발생되는 고주파 및 저주파의 진동수와 동일한 고유 진동수를 갖도록 함으로써 정확한 블레이드 결함의 검출이 가능하도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 저주파발생부에 의해 저주파의 표면파만을 발생시키도록 하며, 저주파수신부 및 고주파수신부는 저주파발생부에 의해 발생된 저주파를 수신하여 전기신호를 생성하도록 함으로써, 신속하고 경제적인 블레이드 결함의 검출이 가능하도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 각 표면파수신부에서 결함이 없는 상태에서 생성되는 정상 전기신호, 결함의 종류, 크기에 따라 생성되는 전기신호의 진폭과 위상을 저장하고, 실제 측정되는 전기신호의 진폭, 위상과 비교하도록 함으로써, 결함의 종류, 크기, 위치의 특정이 가능하도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 각 표면파수신부에서의 정상신호와 수신신호, 결함별 신호를 화면에 표시하도록 하여 신호의 비교가 이루어지도록 함으로써 결함의 검증 및 확인이 가능하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 신호를 이용한 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템의 구성을 나타내는 블럭도
도 2는 도 1의 표면파발생부 및 표면파수신부를 설명하기 위한 참고도
도 3은 도 1의 표면파발생부 및 표면파수신부의 설치 상태를 설명하기 위한 참고도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면파발생부 및 표면파수신부를 설명하기 위한 참고도
도 5 및 도 6은 도 4에 의하여 블레이드에 생긴 크랙의 진단 과정을 설명하기 위한 참고도
도 7은 도 1의 결함분석부의 구성을 나타내는 블럭도
도 8은 도 1의 화면표시부의 구성을 나타내는 블럭도
이하에서는 본 발명에 따른 듀얼 신호를 이용한 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하고, 또한 명세서에 기재된 "...부", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 듀얼 신호를 이용한 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템을 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명하면, 상기 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템은 전기 신호를 인가받아 블레이드(100) 표면을 따라 이송되는 표면파를 발생시키는 표면파발생부(1)와, 상기 표면파발생부(1)와 일정 간격 이격되어 위치하며 상기 표면파발생부(1)에서 생성되어 블레이드(100) 표면을 따라 이송된 표면파를 수신하여 전기 신호를 생성하는 표면파수신부(3)와, 상기 표면파수신부(3)에서 생성된 전기신호를 분석하여 블레이드의 결함을 검출하는 결함분석부(5)와, 상기 표면파수신부(3)에서 생성되는 전기신호를 화면에 표시하는 화면표시부(7)를 포함한다.
본 발명에 따른 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템은 블레이드(100) 상에서 표면파의 변화 정도를 측정하여 블레이드(100)의 결함을 분석할 수 있도록 하는 것으로, 표면파발생부(1)에 의해 발생된 표면파를 표면파수신부(3)에서 수신하도록 하고, 표면파수신부(3)에서 수신되는 표면파에 의해 생성되는 전기신호를 분석하여 블레이드(100)의 결함을 검출하도록 한다. 특히, 상기 표면파발생부(1)는 저주파 및 고주파를 발생시켜 저주파에 의해 넓은 범위의 블레이드 이상 여부를 진단한 후, 고주파에 의해 정밀 진단을 하도록 할 수 있으며, 이때 표면파발생부(1)에서 발생된 표면파를 수신하는 표면파수신부(3)는 표면파발생부(1)에서 발생되는 저주파 및 고주파와 동일한 고유진동수를 갖는 저주파수신부(3a) 및 고주파수신부(3b)를 포함하여, 저주파수신부(3a) 및 고주파수신부(3b) 각각이 저주파와 고주파를 수신하도록 함으로써 정밀한 블레이드 결함의 검출이 가능하도록 한다.
또 다른 실시예로, 상기 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템은 표면파발생부(1)에서 저주파만을 발생시키도록 할 수도 있으며, 이때 상기 표면파수신부(3)는 저주파수신부(3a) 및 고주파수신부(3b)에서 표면파발생부(1)에서 발생된 저주파를 수신하여 전기신호를 생성하도록 함으로써, 신속하고 경제적인 블레이드 결함의 검출이 가능하도록 할 수도 있다.
이하에서는, 각 실시예에 따른 표면파발생부(1) 및 표면파수신부(3)를 설명한 다음, 각 실시예에서 공통되는 구성인 결함분석부(5)와, 화면표시부(7)에 대해 설명하도록 한다.
상기 표면파발생부(1)는 전기신호를 인가받아 블레이드 표면을 따라 이송하는 표면파를 발생시키는 구성으로, 도 2에 도시된 바와 같이 압전소자로 이루어진 압전기판(11)과, 압전기판(11) 상에 형성된 전극(13)을 포함할 수 있으며, 전극(13)에 전압을 공급하면 압전기판(11)에 의해 응력, 발진 과정이 반복되면서 표면 탄성파가 생성된다. 상기 표면파발생부(1)는 펄스 전압의 전기신호를 공급받아 압전기판(11)에 의해 일정 주파수의 표면파가 발생되도록 할 수 있으며, 이를 위해 함수발생기, 전력증폭기 등이 사용되도록 할 수 있다. 상기 표면파발생부(1)는 도 3에 도시된 바와 같이 표면파수신부(3)와 대향되도록 일정 간격으로 형성될 수 있으며, 20 내지 50KHz의 저주파를 발생시키는 저주파발생부(1a)와, 70 내지 100KHz의 고주파를 발생시키는 고주파발생부(1b)를 포함할 수 있다. 이때, 저주파의 표면파는 고주파의 표면파에 비해 이송거리가 긴 장점이 있으나 블레이드의 불량을 정밀하게 진단할 수 없고, 고주파의 표면파는 저주파의 표면파에 비해 블레이드 불량을 정밀하게 진단할 수 있으나 이송거리가 짧은 단점이 있어, 저주파 표면파를 이용하여 먼저 개략적인 진단을 실행하고, 이상이 의심되는 부분에서 고주파를 발생시켜 블레이드 표면의 정밀 진단이 가능하도록 한다.
특히, 상기 저주파발생부(1a)에 의해 발생된 저주파는 상기 표면파수신부(3)의 저주파수신부(3a)에 의해 수신되도록 하고, 상기 고주파발생부(1b)에 의해 발생된 고주파는 상기 표면파수신부(3)의 고주파수신부(3b)에 의해 수신되도록 하며, 상기 저주파수신부(3a) 및 고주파수신부(3b)는 각 저주파 및 고주파와 동일한 고유 진동수를 갖도록 하여 공명 현상을 통해 증폭된 전기 신호를 발생시키도록 함으로써 정확한 결함의 검출이 가능하도록 한다. 이에 관한 상세한 설명은 후술한다.
상기 표면파수신부(3)는 상기 표면파발생부(1)와 일정 간격 이격되어 위치하며 상기 표면파발생부(1)에서 생성되어 블레이드 표면을 따라 이송된 표면파를 수신하여 전기신호를 생성하는 구성으로, 블레이드(100) 표면에 일정 간격을 두고 복수개가 위치한다. 블레이드(100)에 크랙, 부식 및 이물 등이 생겨 블레이드의 상태 불량이 발생한 경우, 블레이드(100) 표면을 따라 이송되는 표면파는 반사, 회절, 감쇠가 이루어져 상기 표면파수신부(3)에서 생성된 전기 신호는 블레이드가 정상적인 경우와 달리 변화하게 되므로, 상기 상태감지시스템은 상기 표면파수신부(3)에서 생성된 상기 전기 신호를 분석하여 블레이드 상태를 진단하게 된다. 상기 표면파수신부(3)는 도 2에 도시된 바와 같이 티탄산 지르콘산납(PZT) 등의 압전소자로 이루어진 압전기판(31)과, 상기 압전기판(31) 상에 형성된 전극(33)을 포함할 수 있다. 상기 표면파발생부(1)에서 생성되어 블레이드 표면을 따라 이송된 표면파가 상기 표면파수신부(3)에 도달하면 상기 압전기판(31)에 응력이 가해져 전기 신호가 발생하여 전극(33)을 통해 결함분석부(5)에 전달된다.
특히, 상기 표면파수신부(3)는 상기 저주파발생부(1a)에서 발생되는 저주파의 표면파를 수신하는 저주파수신부(3a)와, 상기 고주파발생부(1b)에서 발생되는 고주파의 표면파를 수신하는 고주파수신부(3b)를 포함할 수 있으며, 상기 저주파수신부(3a) 및 고주파수신부(3b)는 각각 저주파발생부(1a)에서 발생되는 저주파 및 고주파발생부(1b)에서 발생되는 고주파와 동일한 고유 진동수를 갖도록 형성된다. 다시 말해, 상기 저주파발생부(1a) 및 고주파발생부(1b)의 압전기판(31)은 각각 수신하는 저주파 및 고주파와 동일한 고유 진동수를 갖도록 형성되어, 공명 현상을 통해 각 표면파에 의해 생성되는 전기신호를 증폭시키도록 함으로써, 정상상태와 이상상태에서의 신호 비교가 명확하게 이루어지도록 하여 정밀한 블레이드 결함의 검출이 가능하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표면파발생부(1) 및 표면파수신부(3)에 관하여 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명하면, 상기 표면파발생부(1) 및 표면파수신부(3)도 일 실시예와 같이 저주파발생부(1a), 고주파발생부(1b), 저주파수신부(3a), 고주파수신부(3b)를 모두 포함하도록 하나, 저주파발생부(1a)에 의한 저주파의 발생만으로 블레이드(100) 결함의 검출이 이루어지도록 하며, 상기 저주파수신부(3a) 및 고주파수신부(3b)는 상기 저주파발생부(1a)에서 발생되는 저주파를 수신하여 전기신호를 생성하도록 한다.
상기 저주파수신부(3a) 및 고주파수신부(3b)는 일 실시예와 같이 각각 상기 저주파발생부(1a) 및 고주파발생부(1b)에서 발생되는 표면파와 동일한 고유 진동수를 갖도록 형성될 때, 증폭된 신호를 통해 가장 정밀한 결함을 검출하도록 할 수 있으나, 상기 저주파발생부(1a)에서 발생되는 저주파의 표면파를 상기 고주파수신부(3b)가 수신할 경우에도 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이 정상상태와 위상, 진폭 등의 비교가 가능한 전기신호가 생성되는 것을 확인하였으며, 이를 통해 신속한 결함의 검출이 가능하도록 한다. 도 5 내지 도 6은 상기 고주파수신부(3b)에서 수신되는 저주파의 표면파에 의해 생성되는 전기신호를 나타내는 것으로, 도 5는 블레이드 크랙의 길이(2, 4, 6, 8cm)에 따라 얻은 전기신호를 나타내며, 도 6은 블레이드 크랙의 폭(medium(5mm), high(40mm))에 따라 얻는 전기신호를 나타내는데, 크랙의 길이 및 폭에 따라 전기신호의 진폭과 위상이 변화되는 패턴을 알 수 있다. 상기 화면표시부(7)는 이러한 블레이드의 결함에 따른 전기신호의 변화 패턴을 별도의 화면에 표시하도록 할 수 있으며, 실제 표면파수신부(3)에서 생성되는 전기신호와의 직접적인 비교를 통해 블레이드의 결함을 확인할 수 있도록 한다. 따라서, 본 실시예에 따른 상태감지시스템은 상기 저주파수신부(3a)에서 수신되는 표면파에 의해 생성되는 전기신호를 통해 블레이드 이상에 따른 대략의 진폭 변화를 확인할 수 있으며, 이와 동시에 고주파수신부(3b)에서 수신되는 저주파의 표면파에 의해 생성되는 전기신호를 통해 위상과 진폭 변화를 확인하여 신속하면서도 정확한 결함의 검출이 가능하도록 한다. 또한, 저주파의 발생만으로 결함의 검출이 가능하므로 더욱 경제적인 블레이드의 상태 진단을 실시할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에서는 상황에 따라 일 실시예와 같이 저주파발생부(1a) 및 고주파발생부(1b)에서 표면파를 발생시켜 정밀한 블레이드의 상태 진단을 실시할 수도 있으며, 본 실시예와 같이 저주파발생부(1a)에서만 저주파의 표면파를 발생시키고, 저주파수신부(3a) 및 고주파수신부(3b)에서 저주파의 표면파를 수신하여 신속하게 블레이드의 상태 감지를 실시하도록 할 수도 있다.
상기 결함분석부(5)는 상기 표면파수신부(3)에서 수신되는 표면파에 의해 생성되는 전기신호를 분석하여 블레이드(100)의 상태를 진단하도록 하는 구성으로, 블레이드의 표면에 형성되는 크랙, 부식, 이물을 검출하여 특정하도록 한다. 상기 표면파발생부(1)에서 발생되어 블레이드(100) 표면을 따라 이송되는 표면파는 크랙, 부식, 이물과 접촉될 경우 반사, 회절, 감쇠가 이루어지게 되며, 이에 따라 상기 표면파수신부(3)에서 생성되는 전기신호는 그 진폭과 주파수가 변경된다. 따라서, 상기 결함분석부(5)는 상기 표면파수신부(3)에서 생성되는 전기신호를 분석하여 블레이드의 결함을 검출할 수 있도록 한다. 특히 상기 결함분석부(5)는 결함의 종류, 크기에 따라 변경되는 전기신호의 패턴을 분석하여 저장하도록 하고, 이를 실제 표면파수신부(3)에서 생성되는 전기신호와 비교하도록 함으로써, 결함의 종류, 크기를 특정하도록 할 수 있으며, 상기 표면파발생부(1)와 표면파수신부(3)는 일정 간격 이격되어 복수개가 형성되므로, 결함의 위치도 손쉽게 특정할 수 있게 된다. 상기 결함분석부(5)는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 표면파수신부(3)에 의해 수신되는 표면파에 의해 생성되는 전기신호를 분석하는 수신신호분석부(51)와, 각 표면파수신부(3)에 대해 정상상태 및 결함에 따라 생성되는 전기신호를 분석하여 저장하는 수신부별기본신호저장부(53)와, 상기 수신신호분석부(51) 및 수신부별기본신호저장부(53)에 의해 분석되는 전기신호를 비교하여 블레이드 결함을 특정하는 결함특정부(55)를 포함한다.
상기 수신신호분석부(51)는 상기 표면파수신부(3)에서 생성되는 전기신호를 분석하는 구성으로, 상기 수신신호분석부(51)에 의해 분석되는 정보는 상기 수신부별기본신호저장부(53)에 의해 저장된 정보와 비교되어 블레이드의 결함을 진단하고 결함의 특정이 이루어질 수 있도록 한다. 상기 수신신호분석부(51)는 각 표면파수신부(3)에 대해 전기신호의 진폭을 분석하는 수신부별진폭분석모듈(511)과, 위상을 분석하는 수신부별위상분석모듈(512)을 포함할 수 있고, 상기 수신부별진폭분석모듈(511) 및 수신부별진폭분석모듈(511)은 일정 시간 동안 전기신호의 평균 진폭과 위상차를 계산하여 상기 수신부별기본신호저장부(53)에 의해 저장된 신호의 진폭, 위상가 비교가 이루어지도록 할 수 있다.
상기 수신부별기본신호저장부(53)는 상기 수신신호분석부(51)에 의해 분석되는 정보와 비교될 수 있는 각 표면파수신부(3)의 전기신호 정보를 저장하는 구성으로, 블레이드가 결함이 없는 정상상태에서 표면파수신부(3)에 의해 생성되는 전기신호와, 블레이드에 결함이 발생하였을 때 결함의 종류 및 정도에 따라 표면파수신부(3)에 의해 생성되는 전기신호를 저장하도록 한다. 상기 수신부별기본신호저장부(53)는 정상상태에서의 진폭정보를 저장하는 정상진폭정보저장모듈(531), 정상상태에서의 위상정보를 저장하는 정상위상정보저장모듈(532), 결함별 진폭정보를 저장하는 결함별진폭정보저장모듈(533), 결함별 위상정보를 저장하는 결함별위상정보저장모듈(534)을 포함한다.
상기 정상진폭정보저장모듈(531) 및 정상위상정보저장모듈(532)은 블레이드에 결함이 없는 정상상태에서 상기 표면파수신부(3)가 표면파발생부(1)에 의해 발생되는 표면파를 수신하여 생성하는 전기신호의 평균 진폭 및 위상차를 분석하여 저장하도록 한다.
상기 결함별진폭정보저장모듈(533) 및 결함별위상정보저장모듈(534)은 블레이드에 크랙, 부식, 이물 등의 결함이 발생하였을 때, 결함의 종류마다 표면파수신부(3)에서 생성되는 전기신호의 진폭 및 위상차를 분석하여 저장하도록 한다. 블레이드의 결함은 이물의 경우 표면파의 반사에 많은 영향을 끼치며, 크랙의 경우 부식에 비해 표면파를 더 많이 감쇄시키게 되고, 동일한 크랙의 경우에도 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이 크랙의 길이 또는 폭에 따라 다른 진폭 및 위상을 갖는 전기신호를 발생시키게 된다. 따라서, 상기 결함별진폭정보저장모듈(533) 및 결함별위상정보저장모듈(534)은 결함의 종류 및 정도에 따라 표면파수신부(3)에 의해 생성되는 전기신호의 평균진폭 및 위상차 정보를 분석하여 저장하도록 하며, 저장된 정보를 상기 수신신호분석부(51)에 의해 분석되는 정보와 비교하도록 함으로써, 블레이드 결함의 종류 및 정도를 특정할 수 있도록 한다.
상기 결함특정부(55)는 상기 수신신호분석부(51) 및 상기 수신부별기본신호저장부(53)에 의해 분석되는 정보를 비교하여 블레이드의 결함을 특정하는 구성으로, 신호의 진폭 및 위상 정보를 비교하여 결함의 종류, 정도를 특정하도록 하며, 결함이 발생한 표면파수신부(3)를 이용하여 결함의 위치를 특정할 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 결함특정부(55)는 표면파수신부(3)별 진폭정보를 비교하는 수신부별진폭비교모듈(551), 위상정보를 비교하는 수신부별위상비교모듈(552), 진폭 및 위상의 비교를 통해 결함의 종류를 특정하는 결함종류특정모듈(553), 결함의 정도를 특정하는 결함정도특정모듈(554), 결함의 위치를 특정하는 결함위치특정모듈(555)을 포함한다.
상기 수신부별진폭비교모듈(551) 및 수신부별위상비교모듈(552)은 상기 수신신호분석부(51)에 의해 분석되는 전기신호의 평균 진폭정보 및 위상정보와, 상기 수신부별기본신호저장부(53)에 의해 저장되는 정상상태, 결함의 종류, 결함의 정도별 평균 진폭, 위상 정보를 비교하도록 한다.
상기 결함종류특정모듈(553)은 상기 수신부별진폭비교모듈(551) 및 수신부별위상비교모듈(552)에 의해 비교되는 결과에 따라 평균 진폭 및 위상 정보가 일정 범위 내인 경우 크랙, 부식, 이물 등 해당 종류의 결함이 발생한 것으로 특정하도록 한다.
상기 결함정도특정모듈(554)은 상기 수신부별진폭비교모듈(551) 및 수신부별위상비교모듈(552)에 의해 상기 수신신호분석부(51)에 의해 분석되는 진폭 및 위상 정보와 결함의 크기에 따른 진폭 및 위상정보를 비교하여 결함의 길이, 너비 등 그 정도를 특정하도록 한다.
상기 결함위치특정모듈(555)은 상기 결함종류특정모듈(553)에서 결함이 존재하는 것으로 판단된 표면파수신부(3)를 특정하여 결함의 위치를 특정하도록 한다.
상기 화면표시부(7)는 상기 결함분석부(5)에 의해 분석되는 결함의 정보를 확인 및 검증하여 더욱 정확한 블레이드의 상태 감지가 가능하도록 하는 구성으로, 각 표면파수신부(3)에서 생성되는 전기신호와 결함정보를 별도의 화면(미도시)에 표시하도록 한다. 본 발명은 상기 결함분석부(5)에 의해 결함의 종류, 크기, 위치를 자동으로 특정할 수 있도록 하나, 항상 정확한 정보가 출력될 수는 없으므로, 상기 화면표시부(7)를 통해 감시자가 직접 신호정보를 확인하도록 함으로써, 결함분석부(5)에 의해 검출되는 정보를 확인, 검증할 수 있도록 한다. 상기 화면표시부(7)는 도 8에 도시된 바와 같이 각 표면파수신부(3)별 생성되는 전기신호를 화면에 표시하는 수신부별신호표시부(71)와, 상기 결함분석부(5)에 의해 분석되는 결함정보를 화면에 표시하는 결함정보표시부(73)를 포함한다.
상기 수신부별신호표시부(71)는 각 표면파수신부(3)에서 생성되는 전기신호를 화면에 표시하는 구성으로, 시간에 따른 전압의 변화를 표시하도록 할 수 있으며, 정상상태에서의 신호, 실제 생성되는 신호, 결함에 따른 신호를 함께 표시하고, 각 신호를 시간에 따라 동기화하여 정확한 비교가 이루어질 수 있도록 하며, 각 신호의 진폭차, 위상차를 화면에 표시하도록 함으로써 용이하고 신속한 비교가 이루어질 수 있도록 한다. 상기 수신부별신호표시부(71)는 각 표면파수신부(3) 별로 별도의 영역을 형성하여 화면에 표시되도록 할 수 있다. 상기 수신부별신호표시부(71)는 정상신호표시모듈(711), 수신신호표시모듈(712), 결함별신호표시모듈(713), 신호동기화모듈(714), 진폭차표시모듈(715), 위상차표시모듈(716)을 포함할 수 있다.
상기 정상신호표시모듈(711)은 블레이드의 결함이 없는 정상상태에서 각 표면파수신부(3)에 의해 생성되는 전기신호를 화면에 표시하도록 하는 구성으로, 상기 정상진폭정보저장모듈(531) 및 정상위상정보저장모듈(532)에 의해 저장되는 진폭 및 위상정보의 기초가 되는 신호정보가 화면에 표시하도록 한다. 상기 정상신호표시모듈(711)은 각 표면파수신부(3)별로 각각 표시되며, 일정 버튼을 누를 경우에만 표시되도록 구성할 수도 있다.
상기 수신신호표시모듈(712)은 실제 블레이드의 상태 감지시 상기 표면파수신부(3)에서 생성되는 표면파에 의해 생성되는 전기신호를 화면에 표시하는 구성으로, 각 표면파수신부(3)별로 표시되도록 한다. 따라서, 상기 정상신호표시모듈(711) 및 결함별신호표시모듈(713)에 의해 표시되는 신호와 직접적인 비교가 이루어지도록 할 수 있다.
상기 결함별신호표시모듈(713)은 블레이드 결함의 종류 및 정도에 따른 신호를 화면에 표시하는 구성으로, 각 표면파수신부(3) 별로 일정 버튼을 누를 경우에만 표시되도록 할 수 있으며, 상기 수신신호표시모듈(712)에 의해 표시되는 신호와의 비교를 통해 결함의 종류, 정도를 파악할 수 있도록 한다.
상기 신호동기화모듈(714)은 상기 정상신호표시모듈(711), 수신신호표시모듈(712), 결함별신호표시모듈(713)에 의해 표시되는 신호의 시점을 동기화하도록 하는 구성으로, 상기 표면파발생부(1)에서 표면파를 발생시키는 시점을 기준으로 하여 각 신호의 동기화가 이루어지도록 한다. 따라서, 상기 신호동기화모듈(714)은 각 신호의 시점을 동기화하여 정확한 비교가 이루어지도록 할 수 있다.
상기 진폭차표시모듈(715)은 화면에 표시되는 신호간의 진폭차를 화면에 표시하도록 하는 구성으로, 상기 정상신호표시모듈(711), 수신신호표시모듈(712), 결함별신호표시모듈(713)에 의해 표시되는 신호들 중, 정상신호표시모듈(711) 또는 결함별신호표시모듈(713)과 수신신호표시모듈(712) 사이의 진폭차를 화면에 강조하여 표시하도록 한다. 따라서, 사용자는 수신신호표시모듈(712)에 의해 표시되는 신호와 정상신호표시모듈(711) 또는 결함별신호표시모듈(713)에 의해 표시되는 신호 사이의 진폭차를 쉽게 파악하여 결함의 확인이 신속하고 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
상기 위상차표시모듈(716)은 상기 진폭차표시모듈(715)과 위상차를 화면에 표시하는 구성이라는 것에 관해서만 차이를 가지며, 역시 결함의 확인이 신속하고 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.
상기 결함정보표시부(73)는 상기 결함특정부(55)에 의해 특정되는 결함정보를 화면에 표시하는 구성으로, 결함이 발생된 표면파수신부(3)의 위치와 결함의 종류, 정도를 화면에 표시하도록 한다. 이를 위해, 상기 결함정보표시부(73)는 결함의 위치를 표시하는 결함위치표시모듈(731)과, 결함의 종류를 표시하는 결함종류표시모듈(732), 결함의 정도를 표시하는 결함정도표시모듈(733)을 포함하며, 각각 상기 결함위치특정모듈(555), 결함종류특정모듈(553), 결함정도특정모듈(554)에 의해 특정된 정보가 화면에 표시되도록 한다. 따라서, 사용자는 상기 수신부별신호표시부(71)에 의해 표시되는 신호와 상기 결함정보표시부(73)에 의해 표시되는 결함정보를 동시에 확인하면서 정확한 결함의 검출이 이루어지고 있는지 확인할 수 있다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
1: 표면파발생부 11: 압전기판 13: 전극
1a: 저주파발생부 1b: 고주파발생부
3: 표면파수신부 31: 압전기판 33: 전극
3a: 저주파수신부 3b: 고주파수신부
5: 결함분석부 51: 수신신호분석부
511: 수신부별진폭분석모듈 512: 수신부별위상분석모듈
53: 수신부별기본신호저장부 531: 정상진폭정보저장모듈
532: 정상위상정보저장모듈 533: 결함별진폭정보저장모듈
534: 결함별위상정보저장모듈
55: 결함특정부 551: 수신부별진폭비교모듈 552: 수신부별위상비교모듈
553: 결함종류특정모듈 554: 결함정도특정모듈 555: 결함위치특정모듈
7: 화면표시부 71: 수신부별신호표시부 711: 정상신호표시모듈
712: 수신신호표시모듈 713: 결함별신호표시모듈 714: 신호동기화모듈
715: 진폭차표시모듈 716: 위상차표시모듈
73: 결함정보표시부 731: 결함위치표시모듈 732: 결함종류표시모듈
733: 결함정도표시모듈

Claims (10)

  1. 전기 신호를 인가받아 블레이드 표면을 따라 이송되는 표면파를 발생시키는 표면파발생부와, 상기 표면파발생부와 일정 간격 이격되어 위치하며 상기 표면파발생부에서 생성되어 블레이드 표면을 따라 이송된 표면파를 수신하여 전기 신호를 생성하는 표면파수신부와, 상기 표면파수신부에서 생성된 전기신호를 분석하여 블레이드의 결함을 검출하는 결함분석부를 포함하고,
    상기 표면파발생부는 저주파의 표면파를 발생시키는 저주파발생부와, 고주파의 표면파를 발생시키는 고주파발생부를 포함하며,
    상기 표면파수신부는 상기 저주파발생부에서 발생되는 저주파의 표면파를 수신하는 저주파수신부와, 상기 고주파발생부에서 발생되는 고주파의 표면파를 수신하는 고주파수신부를 포함하고,
    상기 저주파수신부는 저주파발생부에서 발생되는 저주파와 동일한 고유 진동수를 갖도록 형성되며,
    상기 고주파수신부는 고주파발생부에서 발생되는 고주파와 동일한 고유 진동수를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 표면파수신부는
    상기 표면파발생부에 의해 발생된 표면파에 의한 응력으로 전기신호를 발생하는 압전기판과, 상기 압전기판에 의해 발생된 전기신호를 상기 결함분석부로 전달하는 전극을 포함하고,
    상기 저주파수신부 및 고주파수신부의 압전기판은 각각 저주파발생부에서 발생되는 저주파 및 고주파발생부에서 발생되는 고주파와 동일한 고유 진동수를 갖는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 표면파발생부는
    상기 저주파발생부에 의해서만 표면파를 발생시키며,
    상기 저주파수신부 및 고주파수신부는 상기 저주파발생부에 의해 발생된 표면파를 수신하여 생성된 전기신호를 상기 결함분석부로 전달하도록 하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 결함분석부는
    상기 복수의 표면파수신부별로 생성되는 전기신호의 진폭 및 위상을 분석하는 수신신호분석부와; 블레이드의 결함이 없는 정상상태에서 각 표면파수신부에서 생성되는 전기신호와, 블레이드 결함의 종류에 따라 각 표면파수신부에서 생성되는 전기신호를 분석하여 저장하는 수신부별기본신호저장부와; 상기 수신신호분석부 및 수신부별기본신호저장부에서 분석되는 전기신호의 진폭, 위상을 비교하여 블레이드의 결함 위치 및 종류를 특정하는 결함특정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 수신부별기본신호저장부는
    블레이드에 결함이 없는 정상상태에서 각 표면파수신부를 통해 생성되는 전기신호의 진폭정보를 저장하는 정상진폭정보저장모듈과, 블레이드에 결함이 없는 정상상태에서 각 표면파수신부를 통해 생성되는 전기신호의 위상정보를 저장하는 정상위상정보저장모듈과, 블레이드 결함의 종류, 크기에 따라 각 표면파수신부를 통해 생성되는 전기신호의 진폭정보를 저장하는 결함별진폭정보저장모듈과, 블레이드 결함의 종류, 크기에 따라 각 표면파수신부를 통해 생성되는 전기신호의 위상정보를 저장하는 결함별위상정보저장모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 결함특정부는
    상기 수신부별진폭분석모듈에 의해 분석되는 진폭정보와, 상기 정상진폭정보버장모듈 및 결함별진폭정보저장모듈에 의해 저장되는 진폭정보를 비교하는 수신부별진폭비교모듈과; 상기 수신부별위상분석모듈에 의해 분석되는 위상정보와, 상기 정상위상정보저장모듈 및 결함별위상정보저장모듈에 의해 저장되는 위상정보를 비교하는 수신부별위상비교모듈과; 상기 수신부별진폭비교모듈 및 수신부별위상비교모듈에 의해 비교되는 결과에 따라 결함의 종류를 특정하는 결함종류특정모듈과; 상기 결함종류특정모듈에 의해 결함이 특정된 표면파수신부를 파악하여 결함의 위치를 특정하는 결함위치특정모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템은
    상기 표면파수신부에서 생성되는 전기신호를 화면에 표시하는 화면표시부를 포함하고,
    상기 화면표시부는,
    복수의 각 표면파수신부별 생성되는 전기신호를 표시하는 수신부별신호표시부와, 상기 결함특정부에 의해 특정되는 각 표면파수신부의 결함 정보를 표시하는 결함정보표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 수신부별신호표시부는
    블레이드의 정상 상태에서 각 표면파수신부에 의해 생성되는 전기신호를 화면에 표시하는 정상신호표시모듈과, 실제 측정시 각 표면파수신부에 의해 생성되는 전기신호를 화면에 표시하는 수신신호표시모듈과, 결함의 종류, 크기에 따라 각 표면파수신부에 의해 생성되는 전기신호를 화면에 표시하는 결함신호표시모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 수신부별신호표시부는
    상기 정상신호표시모듈, 수신신호표시모듈, 결함신호표시모듈에 의해 화면에 표시되는 신호를 동기화하는 신호동기화모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 수신부별신호표시부는
    상기 정상신호표시모듈, 결함별신호표시모듈에 의해 표시되는 신호와 상기 수신신호표시모듈에 의해 표시되는 신호와의 진폭차, 위상차를 화면에 표시하는 진폭차표시모듈, 위상차표시모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템.
KR1020170035236A 2017-03-21 2017-03-21 듀얼 신호를 이용한 풍력발전기 블레이드 상태감지시스템 KR101928503B1 (ko)

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