一种基于毫米波雷达的风力机叶片结构健康检测系统及方法

本技术涉及风力发电状态监测，特别是涉及一种基于毫米波雷达的风力机叶片结构健康检测系统及方法。

背景技术：

1、风力机叶片是风力发电机组的重要承载部件，在长期运行过程中持续受到气动载荷、重力载荷和惯性载荷等作用，容易产生裂纹、分层、局部损伤和结构性能退化等问题。叶片结构状态异常会改变叶片在运行过程中的振动响应，因此，通过获取叶片振动信息对叶片结构健康状态进行检测，对于保障风力发电机组安全稳定运行具有重要意义。

2、现有风力机叶片结构健康检测方式包括接触式检测和非接触式检测。接触式检测通常需要在叶片表面或内部布置加速度传感器、应变传感器等检测装置，存在安装和维护难度较大、布线复杂和检测位置受限等问题。随着非接触检测技术的发展，雷达检测技术可以在无需直接接触叶片的情况下获取叶片的距离、运动和振动等信息，因而逐渐应用于风力机叶片运行状态检测。

3、但是，风力机叶片在检测过程中处于持续旋转状态，叶片上的检测位置相对于检测设备的位置不断发生变化，使不同测量时刻获得的回波信息难以稳定对应于叶片上的同一检测位置。同时，叶片旋转运动本身会产生明显的距离变化和相位变化，该变化容易与叶片结构振动产生的微小变化相互耦合，从而影响结构振动信息的准确提取，进而影响叶片结构健康状态检测的可靠性。

4、因此，如何提高旋转叶片连续振动信息获取的稳定性，并降低叶片旋转运动对结构振动信息提取的影响，是风力机叶片结构健康检测中需要解决的问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于毫米波雷达的风力机叶片结构健康检测系统及方法，能够解决现有技术中对旋转的风力机叶片进行非接触健康检测时，难以稳定获取同一检测位置的连续振动信息，且叶片旋转运动易对结构振动信息提取造成干扰，导致叶片结构健康状态检测可靠性不足的技术问题。

2、本发明技术方案如下：

3、一种基于毫米波雷达的风力机叶片结构健康检测方法，包括：

4、获取毫米波雷达检测目标叶片的连续有效数据段，并根据毫米波雷达与目标叶片的相对位置、目标叶片上的预设检测位置和各所述有效数据段的叶片角度确定各所述有效数据段的标定目标距离；

5、根据所述标定目标距离和距离偏移量确定距离搜索中心，在以所述距离搜索中心为中心的预设搜索范围内检测峰值，得到毫米波雷达与所述预设检测位置的实际目标距离，并根据所述实际目标距离修正后续有效数据段的距离搜索中心；

6、根据所述实际目标距离确定距离门并提取测量相位，根据相邻有效数据段对应的标定目标距离之差确定叶片旋转理论相位变化量，并根据相邻有效数据段对应的测量相位之差和所述理论相位变化量确定结构振动位移变化量；

7、根据所述结构振动位移变化量确定所述目标叶片的结构健康状态。

8、可选地，还提供一种基于毫米波雷达的风力机叶片结构健康检测系统，所述系统包括：

9、目标距离确定模块，用于获取毫米波雷达检测目标叶片的连续有效数据段，并根据毫米波雷达与目标叶片的相对位置、目标叶片上的预设检测位置和各所述有效数据段的叶片角度确定各所述有效数据段的标定目标距离；

10、搜索中心修正模块，用于根据所述标定目标距离和距离偏移量确定距离搜索中心，在以所述距离搜索中心为中心的预设搜索范围内检测峰值，得到毫米波雷达与所述预设检测位置的实际目标距离，并根据所述实际目标距离修正后续有效数据段的距离搜索中心；

11、位移变化确定模块，用于根据所述实际目标距离确定距离门并提取测量相位，根据相邻有效数据段对应的标定目标距离之差确定叶片旋转理论相位变化量，并根据相邻有效数据段对应的测量相位之差和所述理论相位变化量确定结构振动位移变化量；

12、健康状态确定模块，用于根据所述结构振动位移变化量确定所述目标叶片的结构健康状态。

13、还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于毫米波雷达的风力机叶片结构健康检测方法所述的步骤。

14、可选地，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于毫米波雷达的风力机叶片结构健康检测方法所述的步骤。

15、本发明实现技术效果如下：

16、上述基于毫米波雷达的风力机叶片结构健康检测系统及方法，通过获取毫米波雷达检测目标叶片的连续有效数据段，并根据毫米波雷达与目标叶片的相对位置、目标叶片上的预设检测位置和各有效数据段对应的叶片角度，确定各有效数据段中预设检测位置对应的标定目标距离，使连续检测过程中不同有效数据段能够分别建立与目标叶片上的预设检测位置之间的位置对应关系，实现在目标叶片持续旋转、预设检测位置相对于毫米波雷达的位置不断变化的情况下，为后续从各有效数据段中识别同一预设检测位置对应的雷达回波提供位置基准，降低仅依据固定距离区域进行检测时因叶片旋转造成的目标位置偏移对连续检测的影响；在此基础上，根据标定目标距离和距离偏移量确定距离搜索中心，并在以距离搜索中心为中心的预设搜索范围内检测峰值，以获得毫米波雷达与预设检测位置之间的实际目标距离，同时利用获得的实际目标距离对后续有效数据段的距离搜索中心进行修正，考虑到标定目标距离能够反映预设检测位置随叶片旋转产生的理论位置变化，而实际目标距离能够反映当前测量时刻预设检测位置的实际回波位置，因此，通过二者配合确定和修正距离搜索位置，使后续有效数据段的搜索区域随预设检测位置的实际运动状态动态变化，降低叶片受风载荷产生弹性变形、基础运动或测量误差时预设检测位置偏离理论位置而引起的目标峰值漏检、误检或错配，使连续有效数据段中获得的实际目标距离能够较稳定地对应于目标叶片上的同一预设检测位置，提高旋转叶片同一检测位置连续雷达信息获取的稳定性和一致性，为连续相位提取提供可靠的距离定位基础；进一步地，根据各有效数据段对应的实际目标距离确定相应距离门，并从对应距离门提取测量相位，使各有效数据段获得的测量相位能够与前述连续跟踪的预设检测位置保持对应，对于相邻有效数据段，目标叶片的旋转会使预设检测位置与毫米波雷达之间的几何距离发生变化，该几何距离变化本身会引起雷达回波相位变化，如果直接将相邻测量相位之间的变化作为叶片结构振动引起的相位变化，则叶片旋转运动产生的相位分量会混入结构振动信息中，通过根据相邻有效数据段对应的标定目标距离之差确定叶片旋转理论相位变化量，并结合相邻有效数据段对应的测量相位之差确定结构振动位移变化量，从而能够对测量相位变化中由叶片旋转运动产生的相位变化进行区分，降低叶片整体旋转运动对结构振动微小位移提取造成的干扰，使得到的结构振动位移变化量能够更加真实地表征预设检测位置的结构振动响应；因此，一方面能够通过对预设检测位置进行连续距离定位和动态搜索修正，提高目标叶片持续旋转过程中同一检测位置的连续振动信息获取稳定性，降低目标位置变化导致的距离门偏移、目标错配等问题；另一方面能够利用叶片旋转对应的理论相位变化对测量相位变化进行处理，降低叶片旋转运动产生的相位变化对结构振动信息提取的干扰。在此基础上，根据获得的结构振动位移变化量确定目标叶片的结构健康状态，提高用于结构健康状态判断的振动数据的连续性和可靠性，从而提高风力机叶片结构健康状态检测的可靠性。