一种基于分布式振动光纤的风力发电监测系统的制作方法

1.本发明属于风电设备监测技术领域，具体涉及一种基于分布式振动光纤的风力发电监测系统。


背景技术：

2.随着新能源的普及，绿色能源越来越多的进入大家的视野，尤其是现在“碳达峰、碳中和”的提出，中小型的绿色能源应用需求更是进一步的扩大，风力发电作为和太阳能同样地位的绿色能源，一般都是作为国家项目，要求是在空旷、风力较大的环境，但我们所研发的垂直轴风力发电机大大拓宽了其应用场景，可以使其广泛的应用于市区、村庄等环境，而频繁的应用势必容易造成风机叶片的脱层、裂纹、磨损等，如未及时发现很容易发展为机械故障造成恶性事故和经济损失，而传统的机械状态监测传感器不能满足现有的需求。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是提供一种基于分布式振动光纤的风力发电监测系统，根据光纤长度的变化检测断纤的发生，解决风机叶片脱层、裂纹、磨损等情况的智能化监测问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案是：所述基于分布式振动光纤的风力发电监测系统，将光纤在生产环节置于风机叶片中，所述监测系统工作时采用以下方法：（1）风机叶片上的光纤与信息处理模块连接，信息处理模块用于将光纤信号通过光电转换处理解调出振动信号，由振动信号获取到光纤的检测长度；（2）所述信息处理模块与断纤判断模块连接，断纤判断模块根据振动信号判断是否发生继纤；（3）所述振动信号进行特征提取，同时进行进一步的声音还原，得到环境声音信息特征；振动能量特征和环境声音信息特征根据应用需求通过决策树森林进行特征训练，并将有效特征存储入历史特征库；（4）在运行过程中通过对历史特征库进行特征匹配算法进行状态判断及输出，在检测到状态异常时进行提醒。
5.进一步地，所述光纤从风机叶片底部经由光纤滑环均匀地呈s型横向缠绕、再呈s型纵向缠绕。
6.进一步地，相邻两条s型缠绕的间隔小于2cm。
7.进一步地，在所述光纤外层覆盖环保材料层。
8.进一步地，所述步骤（3）中特征提取采用小波变换、傅里叶转换，包括时域强度、频域频率。
9.进一步地，所述监测系统包括模型管理模块，模型管理模块用于训练过程的监督学习。
10.本发明的优点具体如下：（1）本发明根据光纤长度的变化检测断纤的发生，解决风机叶片脱层、裂纹、磨损等情况的智能化监测问题；（2）本发明采用外部光纤即为传感单元，无需额外供电，一方面节省成本，结构简单另一方面本征安全，可靠性高，维护简单；（3）本发明在风机叶片设计初期即内置光纤，振动传导相比贴片式更好；（4）本发明采用振动加声音多重特征检测，信号获取直接且多样，可靠性更高；（5）本发明所述监测系统不断扩充识别特征库，运行越长识别越精确；（6）本发明采用分布式振动光纤，检测精度更高。
附图说明
11.图1为风机叶片的示意图。
12.图2为所述基于分布式振动光纤的风力发电监测系统的工作流程图。
具体实施方式
13.为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
14.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施例，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
15.本发明所述基于分布式振动光纤的风力发电监测系统，包括设置于风机叶片上的一体式传感光纤；如图1所示，在所述风机叶片上布置光纤，所述光纤在生产环节置于叶片中，光纤从风机叶片底部经由光纤滑环均匀地呈s型横向缠绕、再呈s型纵向缠绕，相邻两条s型缠绕的间隔小于2cm，在光纤外层覆盖环保材料层。
16.如图2所示，本发明所述基于分布式振动光纤的风力发电监测系统，采用以下工作流程：（1）所述风机叶片上的光纤与信息处理模块连接，信息处理模块用于将光纤信号通过光电转换处理解调出振动信号，振动信号本身即可以获取到光纤的检测长度；（2）所述信息处理模块与断纤判断模块连接，断纤判断模块根据振动信号判断是否发生继纤；（3）同时振动信号进行小波变换、傅里叶转换等特征提取，包括时域强度、频域频率等振动能量特征，同时进行进一步的声音还原，得到环境声音信息特征；振动能量特征和环境声音信息特征根据应用需求通过决策树森林进行特征训练，并将有效特征存储入历史特征库；（4）在运行过程中通过对历史特征库进行特征匹配算法进行状态判断及输出，在检测到状态异常时进行提醒。
17.所述监测系统的训练过程为监督学习，加入模型管理模块，可由用户进行模型的管理。
18.本发明中将光纤紧密融合在风机叶片上的结构构造增加了振动的传导性，叶片的
碎裂也会造成网格型光纤的断裂，系统可以根据光纤长度的变化检测到断纤的发生从而获知当前叶片的状态，同样密布的光纤团绕方式、在叶片上的固定以及叶片本身面积上的扩展，加强了对声音引起振动的接收，增强了声音的还原度，通过振动数据的解析可以还原出风力发电机的工作环境场景声音，可以拥有更多的特征值来获取风机当前的工作状态。
19.分布式光纤振动检测原理是：激光模块发射出一系列的激光，经过耦合器后分成两路，其中一路为探测光，另一路为参考光。探测光通过脉冲化，输入到被测光纤中。反射回来的信号光就携带有待测光纤的相关信息，光纤尾端后边的检测信息则全为噪声，另一路的参考光作为本地光，通过本地光与瑞利散射回波进行相干耦合，相干后的光进入到光电检测模块，光电转换后的信号通过采集系统进行采集处理，最后通过监控系统完成振动解调等进一步的工作。
20.以上对本申请所提供的一种基于分布式振动光纤的风力发电监测系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。


技术特征：
1.一种基于分布式振动光纤的风力发电监测系统，其特征在于，将光纤在生产环节置于风机叶片中，所述监测系统工作时采用以下方法：（1）风机叶片上的光纤与信息处理模块连接，信息处理模块用于将光纤信号通过光电转换处理解调出振动信号，由振动信号获取到光纤的检测长度；（2）所述信息处理模块与断纤判断模块连接，断纤判断模块根据振动信号判断是否发生继纤；（3）所述振动信号进行特征提取，同时进行进一步的声音还原，得到环境声音信息特征；振动能量特征和环境声音信息特征根据应用需求通过决策树森林进行特征训练，并将有效特征存储入历史特征库；（4）在运行过程中通过对历史特征库进行特征匹配算法进行状态判断及输出，在检测到状态异常时进行提醒。2.根据权利要求1所述的基于分布式振动光纤的风力发电监测系统，其特征在于：所述光纤从风机叶片底部经由光纤滑环均匀地呈s型横向缠绕、再呈s型纵向缠绕。3.根据权利要求2所述的基于分布式振动光纤的风力发电监测系统，其特征在于：相邻两条s型缠绕的间隔小于2cm。4.根据权利要求2所述的基于分布式振动光纤的风力发电监测系统，其特征在于：在所述光纤外层覆盖环保材料层。5.根据权利要求1所述的基于分布式振动光纤的风力发电监测系统，其特征在于：所述步骤（3）中特征提取采用小波变换、傅里叶转换，包括时域强度、频域频率。6.根据权利要求1所述的基于分布式振动光纤的风力发电监测系统，其特征在于：所述监测系统包括模型管理模块，模型管理模块用于训练过程的监督学习。

技术总结
本发明涉及一种基于分布式振动光纤的风力发电监测系统，将光纤在生产环节置于风机叶片中，采用以下方法：（1）光纤信号通过光电转换处理解调出振动信号，由振动信号获取到光纤的检测长度；（2）断纤判断模块根据振动信号判断是否发生继纤；（3）所述振动信号进行特征提取，同时进行进一步的声音还原，得到环境声音信息特征；振动能量特征和环境声音信息特征根据应用需求通过决策树森林进行特征训练，并将有效特征存储入历史特征库；（4）在运行过程中通过对历史特征库进行特征匹配算法进行状态判断及输出，在检测到状态异常时进行提醒。本发明根据光纤长度的变化检测断纤的发生，解决风机叶片脱层、裂纹、磨损等情况的智能化监测问题。磨损等情况的智能化监测问题。磨损等情况的智能化监测问题。


技术研发人员：王一川 汪勇
受保护的技术使用者：无锡科晟光子科技有限公司
技术研发日：2022.01.25
技术公布日：2022/5/10