專利名稱：一種風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測系統(tǒng)以及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測系統(tǒng)以及方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)機(jī)機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的大型電力設(shè)備，而葉片是風(fēng)機(jī)機(jī)組捕獲風(fēng)能的主要部件，風(fēng)機(jī)機(jī)組在運(yùn)行過程中要承受很大范圍的載荷波動。由復(fù)合材料制造的水平軸風(fēng)機(jī)機(jī)組的葉片，在風(fēng)機(jī)機(jī)組的長期運(yùn)行過程中，葉片的材料力學(xué)性能會發(fā)生變化，以致出現(xiàn)風(fēng)機(jī)機(jī)組捕風(fēng)能力下降，功率損失和葉片斷裂的現(xiàn)象，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。如果能對葉片的力學(xué)特性進(jìn)行監(jiān)測，則可以通過模態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)評估葉片的工作特性，避免葉片的疲勞損傷。目前，對風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行模態(tài)測試局限于產(chǎn)品出廠前進(jìn)行的非工況條件下的測試，此測試方法用臺架固定葉片，由激振器發(fā)出激勵(lì)信號，通過應(yīng)變片陣列采集各部位的響應(yīng)信號，再利用計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算得到模態(tài)參數(shù)。也有技術(shù)人員利用激光測振技術(shù)對運(yùn)行的風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行模態(tài)測試，但該測試方法要求風(fēng)力機(jī)停機(jī)，將激光測振儀放置在塔筒周圍一定距離內(nèi)，確定好激光束仰角，將激光束陣列投射在葉片上，然后記錄葉片振動的激光信號，通過對信號的分析計(jì)算，得到葉片的振動響應(yīng)即模態(tài)參數(shù)。上述兩種方法雖然能夠較準(zhǔn)確地測量葉片模態(tài)參數(shù)，但都存在一定缺陷。前者只能在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)，不能實(shí)現(xiàn)工況下的模態(tài)測試；后者需要對風(fēng)機(jī)進(jìn)行停機(jī)，而且不便進(jìn)行長期監(jiān)測。由此可見，現(xiàn)有的對葉片模態(tài)參數(shù)測試儀器及方法，在結(jié)構(gòu)和使用上都存在明顯的不足和缺陷，亟待進(jìn)一步改進(jìn)，因此，如何創(chuàng)設(shè)一種在風(fēng)機(jī)機(jī)組運(yùn)行過程中對葉片模態(tài)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測量的無線監(jiān)測系統(tǒng)以及方法，實(shí)屬當(dāng)前研發(fā)的重要課題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測系統(tǒng)以及方法，使其可在工況下檢測葉片振動獲得葉片實(shí)時(shí)模態(tài)參數(shù)，利用無線傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)振動數(shù)據(jù)的傳輸，無需外接電源，安裝簡單，不影響風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，且對風(fēng)機(jī)機(jī)組不構(gòu)成電磁干擾，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測方法，包括以下步驟:A、按照周期，采集葉片的振動加速度信號；B、將步驟A采集的信號處理得到數(shù)字信號；C、對步驟B得到的數(shù)字信號進(jìn)行處理得到葉片的模態(tài)參數(shù)，同時(shí)讀取風(fēng)機(jī)風(fēng)速和變槳數(shù)據(jù)；D、儲存步驟C得到的數(shù)據(jù)，并傳輸至遠(yuǎn)程分析終端；E、對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，得到葉片固有頻率和振型。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述步驟A的采樣時(shí)間大于30s。所述的加速度信號通過三個(gè)方向采集，分別為垂直于葉片表面指向外側(cè)的X軸方向，平行于葉片指向輪轂的y軸方向，以及z軸方向。
所述步驟A、B由傳感器完成，步驟C、D由協(xié)調(diào)器完成，傳感器與協(xié)調(diào)器之間采用ZigBee無線通信協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，并通過星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組網(wǎng)。所述的傳感器采用太陽能電池供電，當(dāng)該電池電壓不足時(shí)，協(xié)調(diào)器指令傳感器進(jìn)入休眠模式。所述步驟C中，葉片的模態(tài)參數(shù)通過傅里葉變換計(jì)算得到。所述步驟D中通過GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠(yuǎn)程分析終端。所述步驟A的采樣頻率為50Hz_200Hz。此外，本發(fā)明還提供一種風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測系統(tǒng)，包括協(xié)調(diào)器和固定安裝在葉片上的一個(gè)以上傳感器，其中傳感器包括單片機(jī)，通過模數(shù)轉(zhuǎn)化電路與單片機(jī)連接的加速度傳感器，與模數(shù)轉(zhuǎn)化電路、單片機(jī)連接的信號調(diào)理電路，與單片機(jī)連接的ZigBee模塊、收發(fā)轉(zhuǎn)換電路、電源電路，以及與收發(fā)轉(zhuǎn)換電路、ZigBee模塊連接的天線模塊；協(xié)調(diào)器包括單片機(jī)，與單片機(jī)連接的ZigBee模塊、存儲裝置、串口通信模塊、收發(fā)轉(zhuǎn)換電路、電源電路，與單片機(jī)、儲存裝置連接的GPRS模塊，以及與收發(fā)轉(zhuǎn)換電路、ZigBee模塊連接的天線模塊；傳感器與協(xié)調(diào)器通過ZigBee模塊通信連接。作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述傳感器和協(xié)調(diào)器的天線模塊均包括功率放大電路以及與功率放大電路連接的天線、阻抗匹配電路。所述傳感器的電源電路包括電源，與電源連接的穩(wěn)壓電路，以及與電源、單片機(jī)連接的電壓監(jiān)測電路。所述電源采用太陽能電池。所述協(xié)調(diào)器的電源電路包括電源以及與電源、單片機(jī)連接的穩(wěn)壓電路。所述加速度傳感器采用3軸低頻電容式加速度傳感器。所述協(xié)調(diào)器的ZigBee模塊中連接有低噪聲功率放大電路和帶通濾波電路。采用以上設(shè)計(jì)后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較有以下有益技術(shù)效果1、本發(fā)明風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測系統(tǒng)通過監(jiān)測葉片振動獲得風(fēng)機(jī)葉片的實(shí)時(shí)模態(tài)參數(shù)，測量方法、安裝方式簡單，不使用應(yīng)變片，不需要對結(jié)果進(jìn)行修正，實(shí)施測試的過程與風(fēng)機(jī)運(yùn)行相獨(dú)立，不必對風(fēng)機(jī)進(jìn)行停機(jī)；2、本發(fā)明的風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測系統(tǒng)采用了電容式振動傳感器，體積小，使用壽命長；各組成裝置可適應(yīng)強(qiáng)，可滿足_30°C至60°C的溫度范圍工作，經(jīng)防水、防暴曬處理后可長期在野外環(huán)境下工作；3、本發(fā)明的風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測系統(tǒng)采用了小型太陽能電池為每個(gè)傳感器供電，無須外接電源，一次安裝，使用壽命可長達(dá)數(shù)年，無特殊情況不需對其進(jìn)行維護(hù)；4、本發(fā)明的風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用ZigBee無線通信協(xié)議，利用無線傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)了振動數(shù)據(jù)的傳輸，具有系統(tǒng)監(jiān)測功耗低、無線信號頻帶集中、輻射低、對風(fēng)機(jī)機(jī)組不構(gòu)成電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)。下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明，以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測系統(tǒng)組成示意圖。圖2是本發(fā)明傳感器的電路原理圖。圖3是本發(fā)明傳感器在葉片上的安裝示意圖。圖4是本發(fā)明協(xié)調(diào)器的電路原理圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例一的傳感器的電路原理圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施例二的協(xié)調(diào)器的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式請參閱圖1所示，本發(fā)明風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測系統(tǒng)，包括協(xié)調(diào)器2和固定安裝在葉片3上的一個(gè)以上的傳感器I。具體的講，本發(fā)明傳感器I設(shè)置在葉片3背風(fēng)側(cè)上，用于測量葉片葉尖或葉片某一位置的振動加速度，傳感器通過ZigBee無線傳輸協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸至協(xié)調(diào)器2，協(xié)調(diào)器2綜合各傳感器I位置的加速度信號計(jì)算出葉片3的模態(tài)參數(shù)，計(jì)算結(jié)果和數(shù)據(jù)通過GPRS無線通信發(fā)送到遠(yuǎn)程分析終端。進(jìn)一步的，在風(fēng)機(jī)葉片3外部靠近葉片尖部31位置背風(fēng)面安裝傳感器I，可根據(jù)階次分析的需求在每個(gè)葉片3上等間距設(shè)置2-4個(gè)傳感器I ;傳感器I外殼采用防水、防雷非金屬材料制作，用強(qiáng)力粘接劑粘接在葉片3上。請參閱圖2所示，本發(fā)明傳感器包括單片機(jī)，通過模數(shù)轉(zhuǎn)化電路與單片機(jī)連接的加速度傳感器，與模數(shù)轉(zhuǎn)化電路、單片機(jī)連接的信號調(diào)理電路，與單片機(jī)連接的ZigBee模塊、收發(fā)轉(zhuǎn)換電路、電源電路，以及與收發(fā)轉(zhuǎn)換電路、ZigBee模塊連接的天線模塊。其中，請參閱圖3所示，本發(fā)明傳感器采用一個(gè)3軸低頻電容式加速度傳感器，采集不同方向上的振動，傳感器I的X軸垂直于葉片3表面指向外側(cè)，y軸平行于葉片3表面正方向指向輪轂4。傳感器輸出3路模擬信號，分別代表x、y、z三個(gè)方向上的加速度。模數(shù)轉(zhuǎn)化電路ADC分別連接單片機(jī)和信號調(diào)理電路，將3路模擬振動信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，方便單片機(jī)進(jìn)行處理，信號調(diào)理電路對信號進(jìn)行調(diào)理，按照傳感器的輸出范圍和單片機(jī)進(jìn)行處理的精度確定其增益系數(shù)。調(diào)理后的信號接入單片機(jī)的三個(gè)IO 口。其中，信號調(diào)理電路的增益值由加速度信號的輸出范圍確定。單片機(jī)控制模數(shù)轉(zhuǎn)化電路ADC對3路模擬加速度信號的采樣，采樣頻率過低不能覆蓋完整的葉片3振動范圍，過高則會增大電路的功耗，根據(jù)葉片振動頻率，設(shè)定采樣頻率為50Hz-200Hz范圍內(nèi)，采樣時(shí)間不短于30s。3個(gè)通道的振動信號數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)的處理后，輸入與單片機(jī)連接的ZigBee模塊，被封裝為一個(gè)數(shù)據(jù)包，ZigBee模塊將振動信號調(diào)制到2. 4GHz載波頻段上，利用ZigBee協(xié)議實(shí)現(xiàn)無線傳輸。天線模塊包括一個(gè)PCB式天線、功率放大電路以及一個(gè)與天線等效阻抗相同的匹配電路Balun電路。其中，天線為倒F型定向單極子天線，其等效阻抗為50歐姆，匹配電路等效阻抗也為50歐姆。接收和發(fā)射的功放電路相互獨(dú)立，并使用ZigBee模塊的接收/發(fā)射位信號控制收發(fā)轉(zhuǎn)換電路對兩路功放電路的選擇。ZigBee模塊的輸出端連接匹配電路Balun電路，然后經(jīng)過信號放大電路，連接天線饋點(diǎn)，放大后的發(fā)射功率滿足室外100米通信需求。天線最大增益方向指向輪轂4。電源電路包括采用太陽能電池供電的電源，與電源連接的穩(wěn)壓電路、以及與電源、單片機(jī)連接的電壓監(jiān)測電路。其中，太陽能電池容量為200mAh-1500Ah，穩(wěn)壓電路將不穩(wěn)定的太陽能供電電壓調(diào)理為可供各電路芯片供電的電壓，穩(wěn)壓電路將太陽能電池電壓調(diào)理為穩(wěn)定的3. 3V和5V電壓，3. 3V電壓為天線模塊和ZigBee模塊供電，5V電壓為傳感器、信號調(diào)理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊等模塊供電。電壓監(jiān)測電路連接在單片機(jī)與電源輸出端之間，在太陽能供電電壓充足時(shí)至高電壓，不足時(shí)至低電平，單片機(jī)定期檢查該標(biāo)志位，若電壓不足，則向協(xié)調(diào)器發(fā)出休眠指令并進(jìn)入休眠狀態(tài)。傳感器的控制程序?qū)嵭械凸牡目刂撇呗?。系統(tǒng)上電后，傳感器先進(jìn)行初始化，然后監(jiān)聽默認(rèn)信道，當(dāng)收到協(xié)調(diào)器發(fā)出的組網(wǎng)信號，則做出回應(yīng)加入網(wǎng)絡(luò)。成功加入網(wǎng)絡(luò)后查詢是否有協(xié)調(diào)器發(fā)來的采樣指令需要接收，接收后開啟中斷，并按照采樣頻率和采樣長度進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換。采樣結(jié)束后，對數(shù)據(jù)按格式要求進(jìn)行封裝、發(fā)送，發(fā)送結(jié)束后進(jìn)入休眠狀態(tài)等待喚醒。傳感器具有電池電壓監(jiān)測功能，當(dāng)太陽能電池電壓不滿足工作需求時(shí)，會自動向協(xié)調(diào)器發(fā)送指令，系統(tǒng)進(jìn)入休眠模式。請參閱圖4所示，本發(fā)明的協(xié)調(diào)器包括單片機(jī)，與單片機(jī)連接的ZigBee模塊、存儲裝置、串口通信模塊、收發(fā)轉(zhuǎn)換電路、電源電路，與單片機(jī)、儲存裝置連接的GPRS模塊，以及與收發(fā)轉(zhuǎn)換電路、ZigBee模塊連接的天線模塊。協(xié)調(diào)器2使用粘接劑或螺絲固定在每臺風(fēng)機(jī)的輪轂罩內(nèi)。天線模塊包括功放電路、與功放電路連接的天線和阻抗匹配電路Balun電路。天線采用一個(gè)單極子全向天線，阻抗與傳感器天線一致，用于接收或發(fā)送2. 4GHz頻段的ZigBee網(wǎng)絡(luò)信號。功放電路具有與傳感器相同的功率，實(shí)現(xiàn)對信號發(fā)射前或接收后的放大，與天線相匹配的Balun電路接在功放電路與ZigBee模塊之間,保證天線的稱合性。ZigBee模塊硬件上與傳感器的完全一致。單片機(jī)連接ZigBee模塊、GPRS通信模塊以及數(shù)據(jù)存儲裝置，單片機(jī)從風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)中讀取風(fēng)速、變槳角度信息，實(shí)現(xiàn)它們與各傳感器的數(shù)字信號打包存儲。串口通信模塊與單片機(jī)的IO 口相連接，按照單片機(jī)的控制信號實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)信息的讀取和傳輸。串口通信模塊通過RS-232接口與風(fēng)機(jī)機(jī)組輪轂內(nèi)的變槳控制柜連接，實(shí)現(xiàn)與風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，讀取風(fēng)機(jī)風(fēng)速和變槳數(shù)據(jù)并向主控柜計(jì)算機(jī)傳輸數(shù)據(jù)包。存儲裝置采用SD卡，打包好的數(shù)據(jù)以文件格式存儲，SD卡的容量大于8Gb，滿足2年的數(shù)據(jù)存儲需求。GPRS模塊連接存儲裝置和單片機(jī)，根據(jù)單片機(jī)指令，可由監(jiān)控遠(yuǎn)端通過FTP在存儲裝置中讀取數(shù)據(jù)文件，或通過TCP/IP協(xié)議向監(jiān)控遠(yuǎn)端發(fā)送數(shù)據(jù)。電源電路包括由風(fēng)機(jī)變槳控制柜引出24V直流電，以及將該直流電轉(zhuǎn)化為供單片機(jī)和各模塊使用的電壓的穩(wěn)壓電路。協(xié)調(diào)器對軟件功能需求大，要求其運(yùn)行穩(wěn)定，并發(fā)性強(qiáng)，本發(fā)明協(xié)調(diào)器采用Linux操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定制開發(fā)。該系統(tǒng)功能模塊分為初始化模塊、ZigBee網(wǎng)絡(luò)管理模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、數(shù)據(jù)包處理模塊。協(xié)調(diào)器上電后，先進(jìn)行初始化，檢查配置文件，向配置文件中的傳感器發(fā)送組網(wǎng)信號，組網(wǎng)成功后，按照設(shè)定的時(shí)間周期發(fā)送采樣信號，調(diào)節(jié)各傳感器和主控信號同步采樣，并接收數(shù)據(jù)包。進(jìn)一步地，傳感器和協(xié)調(diào)器的無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)傳感器都只與協(xié)調(diào)器進(jìn)行通信。實(shí)施例一請參閱圖5所示，本發(fā)明傳感器的一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例傳感器采用了德州儀器公司生產(chǎn)的CC2530射頻單片機(jī)，該芯片集成了一塊8051單片機(jī)、AD數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊以及ZigBee 模塊。信號調(diào)理電路采用LTC2053運(yùn)算放大器，根據(jù)其模數(shù)轉(zhuǎn)化的數(shù)量關(guān)系定義信號放大電路的放大系數(shù)，將放大后的振動加速度模擬信號接入CC2530射頻單片機(jī)，其內(nèi)置的8051單片機(jī)對3路振動信號同步采樣和AD轉(zhuǎn)換，采樣頻率為IOOHz。與CC2530單片機(jī)的射頻輸出引腳相連接的是功率放大電路，收發(fā)轉(zhuǎn)換電路根據(jù)CC2530接收/發(fā)射引腳的電平控制功放電路的發(fā)射增益或接收增益兩種模式。放大后的信號通過PCB式天線實(shí)現(xiàn)通信。CC2530單片機(jī)的工作電壓為3. 3V，加速度傳感器的工作電壓為5V，傳感器電路的工作電流約為300mA，利用小型太陽能電池作為電源，經(jīng)過電源芯片TPS60210和TPS60130的穩(wěn)壓，分別為電路中各芯片和傳感器供電。實(shí)施例二請參閱圖6所示，本發(fā)明協(xié)調(diào)器的一個(gè)實(shí)施例，協(xié)調(diào)器采用CC2530單片機(jī)作為核心單元。ZigBee模塊與傳感器相同，采用MC34063電源模塊將變槳控制柜引出的24V直流電源轉(zhuǎn)化為3. 3V電源為CC2530供電。CP2101芯片是串口通信模塊的核心單元，用于實(shí)現(xiàn)串口通信，讀取風(fēng)機(jī)主控信息。CC2530內(nèi)置的8051單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行控制IO 口向SD卡儲存裝置存儲數(shù)據(jù)，8051定期啟動GPRS模塊讀取SD卡中的數(shù)據(jù)，執(zhí)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信。本發(fā)明一種風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測方法，具體步驟為A、通過在葉片上安裝滿足模態(tài)測試需求的傳感器，構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)測量葉片葉尖位置的振動加速度，按照設(shè)定的周期采集振動加速度信號。B、傳感器和協(xié)調(diào)器通過星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組網(wǎng)，傳感器利用ZigBee無線傳輸協(xié)議將信號數(shù)據(jù)傳輸至協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過ZigBee模塊的低噪聲功率放大電路和帶通濾波電路，對接收到的信號進(jìn)行濾波和低噪聲功率放大，接收所有傳感器發(fā)送來的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)通過傅里葉變換計(jì)算出葉片的模態(tài)參數(shù)。C、協(xié)調(diào)器的單片機(jī)負(fù)責(zé)將傳感器的數(shù)據(jù)按照模態(tài)分析的要求對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、打包、計(jì)算，并存儲計(jì)算結(jié)果和原始數(shù)據(jù)，通過協(xié)調(diào)器的GPRS模塊，將SD存儲器中的計(jì)算結(jié)果和原始數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程分析終端。D、遠(yuǎn)程分析終端對原始振動加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換、積分、微分，通過計(jì)算頻域幅值得到固有頻率，綜合處理每個(gè)葉片上各監(jiān)測點(diǎn)的速度、加速度數(shù)據(jù)，得到葉片振型。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測方法，其特征在于包括以下步驟 A、按照周期，采集葉片的振動加速度信號； B、將步驟A采集的信號處理得到數(shù)字信號； C、對步驟B得到的數(shù)字信號進(jìn)行處理得到葉片的模態(tài)參數(shù)，同時(shí)讀取風(fēng)機(jī)風(fēng)速和變槳數(shù)據(jù)； D、儲存步驟C得到的數(shù)據(jù)，并傳輸至遠(yuǎn)程分析終端； E、對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，得到葉片固有頻率和振型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測方法，其特征在于 所述步驟A的采樣時(shí)間大于30s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測方法，其特征在于所述的加速度信號通過三個(gè)方向采集，分別為垂直于葉片表面指向外側(cè)的X軸方向，平行于葉片指向輪轂的I軸方向，以及Z軸方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測方法，其特征在于 所述步驟A、B由傳感器完成，步驟C、D由協(xié)調(diào)器完成，傳感器與協(xié)調(diào)器之間采用ZigBee無線通信協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，并通過星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組網(wǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測方法，其特征在于 所述的傳感器采用太陽能電池供電，當(dāng)該電池電壓不足時(shí)，協(xié)調(diào)器指令傳感器進(jìn)入休眠模式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測方法，其特征在于 所述步驟C中，葉片的模態(tài)參數(shù)通過傅里葉變換計(jì)算得到。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測方法，其特征在于 所述步驟D中通過GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠(yuǎn)程分析終端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測方法，其特征在于 所述步驟A的采樣頻率為50Hz-200Hz。
9.一種應(yīng)用權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述方法的風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于包括協(xié)調(diào)器和固定安裝在葉片上的一個(gè)以上傳感器，其中 傳感器包括單片機(jī)，通過模數(shù)轉(zhuǎn)化電路與單片機(jī)連接的加速度傳感器，與模數(shù)轉(zhuǎn)化電路、單片機(jī)連接的信號調(diào)理電路，與單片機(jī)連接的ZigBee模塊、收發(fā)轉(zhuǎn)換電路、電源電路，以及與收發(fā)轉(zhuǎn)換電路、ZigBee模塊連接的天線模塊； 協(xié)調(diào)器包括單片機(jī)，與單片機(jī)連接的ZigBee模塊、存儲裝置、串口通信模塊、收發(fā)轉(zhuǎn)換電路、電源電路，與單片機(jī)、儲存裝置連接的GPRS模塊，以及與收發(fā)轉(zhuǎn)換電路、ZigBee模塊連接的天線模塊； 傳感器與協(xié)調(diào)器通過ZigBee模塊通信連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于 所述傳感器和協(xié)調(diào)器的天線模塊均包括功率放大電路以及與功率放大電路連接的天線、阻抗匹配電路。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于 所述傳感器的電源電路包括電源，與電源連接的穩(wěn)壓電路，以及與電源、單片機(jī)連接的電壓監(jiān)測電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述電源采用太陽能電池。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述協(xié)調(diào)器的電源電路包括電源以及與電源、單片機(jī)連接的穩(wěn)壓電路。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述加速度傳感器采用3軸低頻電容式加速度傳感器。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述協(xié)調(diào)器的ZigBee模塊中連接有低噪聲功率放大電路和帶通濾波電路。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測系統(tǒng)以及方法，該方法包括以下步驟A.按照周期，采集葉片的振動加速度信號；B.將步驟A采集的信號處理得到數(shù)字信號；C.對步驟B得到的數(shù)字信號進(jìn)行處理得到葉片的模態(tài)參數(shù)，同時(shí)讀取風(fēng)機(jī)風(fēng)速和變槳數(shù)據(jù)；D.儲存步驟C得到的數(shù)據(jù)，并傳輸至遠(yuǎn)程分析終端；E.對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，得到葉片固有頻率和振型。該系統(tǒng)包括協(xié)調(diào)器和固定安裝在葉片上的一個(gè)以上傳感器。本發(fā)明風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)參數(shù)的無線監(jiān)測系統(tǒng)通過監(jiān)測葉片振動獲得風(fēng)機(jī)葉片的實(shí)時(shí)模態(tài)參數(shù)，測量方法、安裝方式簡單，不使用應(yīng)變片，不需要對結(jié)果進(jìn)行修正，實(shí)施測試的過程與風(fēng)機(jī)運(yùn)行相獨(dú)立，不必對風(fēng)機(jī)進(jìn)行停機(jī)。
文檔編號G01H11/06GK103063428SQ201310029710
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者于遲, 董禮, 王千, 王海龍 申請人:國電聯(lián)合動力技術(shù)有限公司