本發(fā)明的實施例總地涉及分別控制和/或調(diào)節(jié)和監(jiān)測風(fēng)力渦輪機的運行和用于此目的的部件，比如加速度傳感器和/或風(fēng)力渦輪機的相應(yīng)部件。實施例具體涉及用于監(jiān)測風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)的方法、用于風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的單獨偏轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)的方法、用于控制和/或調(diào)節(jié)包括特別是用于塔架間隙警報的加速度傳感器的風(fēng)力渦輪機的方法、用于通過光纖加速度傳感器來監(jiān)測風(fēng)力渦輪機的方法、光纖加速度傳感器、用于風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的后緣的型材(profile)、風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片、風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子以及風(fēng)力渦輪機。

背景技術(shù)：

風(fēng)力發(fā)電廠受到可能例如由于改變運行條件而需要的復(fù)雜控制。由于與風(fēng)力渦輪機的運行相關(guān)的條件，例如溫度變化、大氣影響和天氣條件、并且特別是劇烈變化的風(fēng)力條件以及法律規(guī)定的大量安全措施，監(jiān)測和監(jiān)測所需的傳感器受到許多限制。

例如，在運行期間可能發(fā)生轉(zhuǎn)子葉片的扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)。在這種情況下，轉(zhuǎn)子葉片圍繞基本上沿半徑延伸的扭轉(zhuǎn)軸線扭轉(zhuǎn)，并且可能導(dǎo)致圍繞扭轉(zhuǎn)軸線的振動或振蕩，即所謂的顫振。為了控制風(fēng)力渦輪機的運行，識別和/或監(jiān)測扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)是重要的。特別是在顫振期間可能會達到臨界的運行狀態(tài)，因此需要采取相應(yīng)的對策。

此外，當下希望改進風(fēng)力渦輪機來提供單獨的偏轉(zhuǎn)控制，以便根據(jù)外部條件確保優(yōu)化的運行。為此目的，對作用在風(fēng)力渦輪機上的力和運行狀態(tài)的識別進行改進是期望的。

此外，分別對轉(zhuǎn)子葉片的所謂塔架間隙(葉片間隙)、即轉(zhuǎn)子葉片與塔架的最小距離的識別和測量是安全運行的重要參數(shù)。為此，同樣地分別期望對作用在風(fēng)力渦輪機上的力和運行狀態(tài)進行改進的識別。

在監(jiān)測風(fēng)力渦輪機的運行狀態(tài)時，使用多個傳感器。例如，能夠測量用于測量轉(zhuǎn)子葉片的彎曲的應(yīng)變測量值、用于測量轉(zhuǎn)子葉片加速度的加速度測量值或其他變量。似乎有望于未來應(yīng)用的一組傳感器是光纖傳感器。因此，期望通過光纖傳感器來進一步改進用于監(jiān)測風(fēng)力渦輪機的測量。

一般來說，因此期望實現(xiàn)在用于風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的傳感器中、用于風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片和風(fēng)力渦輪機本身中的控制和監(jiān)測方面的改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)一個實施例，提供了一種用于監(jiān)測風(fēng)力渦輪機的方法。該方法包括通過風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片中的光纖加速度傳感器來測量加速度；對光纖加速度傳感器的加速度信號進行光電轉(zhuǎn)換；以及通過模擬抗混疊濾波器來對光電轉(zhuǎn)換的加速度信號進行濾波。

根據(jù)一個實施例，提供了一種用于識別風(fēng)力渦輪機上的冰的方法。該方法包括通過風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片中的光纖加速度傳感器來測量加速度；對光纖加速度傳感器的加速度信號進行光電轉(zhuǎn)換；通過模擬抗混疊濾波器來對光電轉(zhuǎn)換的加速度信號進行濾波；通過用于計算轉(zhuǎn)子葉片的特征值的隨機子空間識別來對濾波的加速度信號進行評估；以及通過特征值來檢測轉(zhuǎn)子葉片上的冰形成。

根據(jù)一個實施例，提供了一種風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子。該轉(zhuǎn)子包括風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片中的光纖加速度傳感器；用于轉(zhuǎn)換光纖加速度傳感器的加速度信號的光電轉(zhuǎn)換器；以及被配置為對光電轉(zhuǎn)換的加速度信號進行濾波的模擬抗混疊濾波器。

附圖說明

示例性實施例在附圖中示出并在下面的描述中更詳細地解釋。如圖所示：

圖1示意性地示出根據(jù)本文描述的實施例的包括加速度傳感器的、風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片；

圖2示意性地示出根據(jù)本文描述的實施例的包括轉(zhuǎn)子葉片和加速度傳感器的風(fēng)力渦輪機的一部分；

圖3示意性地示出根據(jù)本文描述的實施例的具有用于加速度傳感器的光纖布拉格光柵的光纖；

圖4示意性地示出根據(jù)本文描述的實施例或?qū)⒃诒疚拿枋龅膶嵤├惺褂玫募铀俣葌鞲衅鞯呐渲茫?/p>

圖5示意性地示出根據(jù)本文描述的實施例或?qū)⒃诒疚拿枋龅膶嵤├惺褂玫陌ㄞD(zhuǎn)子葉片和加速度傳感器的、風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子；

圖6示意性地示出用于根據(jù)本文描述的實施例的光纖加速度傳感器的以及根據(jù)本文描述的實施例的分別用于監(jiān)測和/或控制和/或調(diào)節(jié)的方法的測量設(shè)置；

圖7示意性地示出用于根據(jù)本文描述的實施例的光纖加速度傳感器的以及根據(jù)本文描述的實施例的分別用于監(jiān)測和/或控制和/或調(diào)節(jié)的方法的測量設(shè)置；

圖7a示出根據(jù)本文描述的實施例的通過抗混疊濾波器的測量的影響；

圖8a和8b示意性地示出用于在本文描述實施例中使用的加速度傳感器；

圖9a和9b示意性地示出根據(jù)本文描述的實施例或者將在本文描述的實施例中使用的光纖加速度傳感器；

圖10示意性地示出根據(jù)本文描述的實施例的包括加速度傳感器的、風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片；

圖11示意性地示出根據(jù)本文描述的實施例或者將在本文描述的實施例中使用的包括加速度傳感器的、風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片，其中設(shè)置有根據(jù)本文描述的實施例的用于轉(zhuǎn)子葉片的型材；

圖11a示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于轉(zhuǎn)子葉片的型材；

圖12、13a和13b示意性地示出根據(jù)本文描述的實施例或?qū)⒃诒疚拿枋龅膶嵤├惺褂玫陌铀俣葌鞲衅鞯摹L(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的一部分；

圖14示意性地示出根據(jù)本文描述的實施例或?qū)⒃诒疚拿枋龅膶嵤├惺褂玫陌铀俣葌鞲衅鞯倪B接的、風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的另一部分；

圖15示意性地示出根據(jù)本文描述的實施例或?qū)⒃诒疚拿枋龅膶嵤├惺褂玫陌铀俣葌鞲衅鞯?、風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的一部分；

圖16至20示出根據(jù)本文描述的實施例的用于監(jiān)測和/或控制和/或調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機的方法的流程圖。

在附圖中，相同的附圖標記表示相同或功能等同的部件或步驟。

具體實施方式

在下文中，詳細參考了本發(fā)明的各種實施例，其中附圖中示出了一個或更多個示例。

圖1a示出風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片100。轉(zhuǎn)子葉片100具有沿其縱向延伸部的軸線101。轉(zhuǎn)子葉片長度105范圍為從葉片凸緣102到葉片尖端104。根據(jù)本文所述的實施例，加速度傳感器110位于軸向或徑向區(qū)域中，即位于沿著軸線101的區(qū)域中，其中加速度傳感器設(shè)置在風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的半徑的外70％范圍內(nèi)的徑向位置處。

實際上到目前為止，傳感器附接在靠近葉片凸緣102處。通常，迄今為止，傳感器實際上附接在轉(zhuǎn)子葉片半徑的內(nèi)20％內(nèi)。迄今為止，這種定位是經(jīng)常要求的先決條件，因為雷擊是對風(fēng)力發(fā)電廠或風(fēng)力渦輪機的嚴重威脅。一方面，雷電可能直接擊中電子部件和/或電纜或電子部件的信號電纜。另一方面，即使在雷擊經(jīng)由避雷針放電、即受控放電至地電位時，電纜或信號電纜也可能由于感應(yīng)產(chǎn)生的電流而發(fā)生損壞。在雷擊時，這可能導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機的部件受到損毀。另一方面，雷擊可能導(dǎo)致更高的材料疲勞。這可能會大大增加維護成本。例如，能夠預(yù)期每年一到四次對轉(zhuǎn)子葉片的雷擊。

實際上，靠近葉片凸緣的傳感器的這種定位是本發(fā)明實施例面臨的約束或現(xiàn)有做法。傳感器、特別是加速度傳感器在處于與常規(guī)做法相反地設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片半徑的外70％的范圍內(nèi)的徑向定位時能夠?qū)崿F(xiàn)用于測量風(fēng)力渦輪機的運行狀態(tài)的改進的方法。

根據(jù)典型實施例，沿著轉(zhuǎn)子葉片的半徑定位加速度傳感器可以設(shè)置如下。在能夠進入到轉(zhuǎn)子葉片半徑的約50％至60％的情況下(這里，葉片凸緣對應(yīng)于半徑的大約0％)，可以在轉(zhuǎn)子葉片半徑的外70％范圍內(nèi)的徑向位置處設(shè)置至少一個加速度傳感器。在轉(zhuǎn)子葉片包括顯著更小的可接近區(qū)域的情況下，在可接近位置處進行安裝的好處可以替代性地放棄。在這種情況下，能夠提供靠近葉片尖端的加速度傳感器的安裝，例如在半徑的30％至95％的范圍內(nèi)(0％對應(yīng)于葉片根部處的凸緣)。

圖2示出風(fēng)力渦輪機200。風(fēng)力渦輪機200包括塔架40和機艙42。轉(zhuǎn)子附接到機艙42。轉(zhuǎn)子包括轂部44，轉(zhuǎn)子葉片100附接到轂部44。根據(jù)典型的實施例，轉(zhuǎn)子具有至少2個轉(zhuǎn)子葉片，特別是3個轉(zhuǎn)子葉片。當風(fēng)力發(fā)電廠或風(fēng)力渦輪機運行時，轉(zhuǎn)子、即轂部連同轉(zhuǎn)子葉片一起圍繞軸線轉(zhuǎn)動。在這種情況下，發(fā)電機被驅(qū)動以產(chǎn)生電力。如圖2所示，至少一個加速度傳感器110設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片100中。加速度傳感器通過信號線連接到評估單元114。評估單元114將信號傳送到風(fēng)力渦輪機200的控制單元和/或調(diào)節(jié)單元50。

根據(jù)可以與其他實施例結(jié)合的一些實施例，加速度傳感器110是光纖加速度傳感器，特別是光纖加速度傳感器。對于光纖加速度傳感器，光信號通過光導(dǎo)體112(例如，光纖)傳輸?shù)皆u估單元114。在光纖加速度傳感器中，傳感器元件本身可以設(shè)置在光纖外部。參考圖9a和9b詳細描述了一個示例。作為其替代，實際的傳感器元件可以例如以光纖布拉格光柵的形式設(shè)置在光纖內(nèi)的光纖加速度傳感器中。這將參照圖3和圖4來進行詳細描述。

轉(zhuǎn)子葉片100的扭轉(zhuǎn)在圖2中由箭頭201示出。例如，這種扭轉(zhuǎn)可以沿軸線101存在。圍繞軸線101的不期望的振動稱為轉(zhuǎn)子葉片110的顫振。轉(zhuǎn)子葉片110的顫振可能造成危險的運行狀態(tài)。因此，希望提供用于監(jiān)測風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)的改進方法。根據(jù)本文所述的實施例，通過加速度傳感器來測量加速度，其中加速度傳感器設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片半徑的外70％范圍內(nèi)的徑向位置處。對加速度傳感器信號、即加速度信號或加速度進行，以產(chǎn)生警告信號。警告信號可以是用于檢測扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)、特別是顫振的信號和/或用于檢測組合扭轉(zhuǎn)/彎曲負載的信號。在本公開中，將使用術(shù)語“組合扭轉(zhuǎn)/彎曲負載”。作為替代，也可以使用術(shù)語“組合彎曲/扭轉(zhuǎn)負載”。在這種情況下，可以在評估單元114中或在控制單元和/或調(diào)節(jié)單元50中執(zhí)行加速度信號的評估。

與轉(zhuǎn)子葉片中所謂的“沿邊振動”、即可能例如通過動態(tài)失速效應(yīng)產(chǎn)生的橫向振動相比，扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)或扭轉(zhuǎn)振動在機艙或葉片根部或葉片凸緣中是不可檢測的。在“沿邊振動”的情況下，轉(zhuǎn)子葉片在該方向上欠阻尼，并且可能由于動態(tài)失速效應(yīng)而產(chǎn)生激勵。在扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)的情況下，在葉片尖端進行測量。例如，扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)可能局部地出現(xiàn)。例如，只有轉(zhuǎn)子葉片的尖端可能會振動。每個轉(zhuǎn)子葉片可能具有其各自的扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)。根據(jù)可以與其他實施例結(jié)合的一些實施例，在每個轉(zhuǎn)子葉片傳感器中因此設(shè)置有加速度傳感器。傳感器設(shè)置在葉片尖端中，即在轉(zhuǎn)子葉片半徑的后30％內(nèi)，這是因為扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)僅發(fā)生在轉(zhuǎn)子葉片尖端中。根據(jù)本文所述的實施例、特別是用于修理的解決方案，為此提供有加速度傳感器的附接或更換，其中不能在轉(zhuǎn)子葉片的相關(guān)區(qū)域內(nèi)進入轉(zhuǎn)子葉片以安裝加速度傳感器。

在轉(zhuǎn)子葉片的設(shè)計過程中，扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)的問題難以排除，這是因為該問題本身可能不會在測試中出現(xiàn)。大型轉(zhuǎn)子葉片或具有建設(shè)性趨勢的組合扭轉(zhuǎn)/彎曲負載的這種轉(zhuǎn)子葉片中的結(jié)構(gòu)風(fēng)險能夠通過本文所述的實施例來減少或排除。根據(jù)典型的實施例，在轉(zhuǎn)子葉片使用用于被動功率控制的組合扭轉(zhuǎn)/彎曲負載的情況下，也提供了用于監(jiān)測扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)的方法。扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)是特別是在例如長度約40m或更大的大型葉片中、或者在表現(xiàn)出一定的扭轉(zhuǎn)剛度與激勵頻率比的現(xiàn)代轉(zhuǎn)子葉片中出現(xiàn)的問題。

根據(jù)可以與其他實施例結(jié)合的典型實施例，加速度傳感器設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片半徑的外50％內(nèi)。另外，或作為替代，加速度傳感器與扭轉(zhuǎn)軸線的距離可以為至少10cm。此外，有利的是為加速度傳感器至少提供具有垂直于轉(zhuǎn)子葉弦或垂直于葉片表面的方向分量的加速度。測量的加速度方向因此可以切向于牽引軸線。加速度傳感器的布置和取向可以允許提供對動態(tài)扭轉(zhuǎn)、例如圍繞扭轉(zhuǎn)軸線的振蕩的更好的識別。

根據(jù)實施例設(shè)置的在轉(zhuǎn)子葉片半徑的外70％、特別是轉(zhuǎn)子葉片半徑的外50％范圍內(nèi)、更特別地在轉(zhuǎn)子葉片半徑的外70％至95％范圍內(nèi)的徑向位置產(chǎn)生了加速度傳感器的改進信號。這允許分別以更可靠的方式識別和監(jiān)測扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)(例如顫振)。

根據(jù)本文所述的可以與其他實施例結(jié)合的一些實施例，經(jīng)由光導(dǎo)體112來對信號進行光傳輸?shù)墓饫w加速度傳感器使得迄今為止在實踐中考慮的徑向位置可以是不利的，這是因為通過光導(dǎo)體或光纖的傳輸需要降低雷擊損害的風(fēng)險。因此，在這種情況下克服了將傳感器靠近葉片凸緣安裝的現(xiàn)有偏見。這可以特別地通過使用無金屬加速度傳感器或基本上無金屬的加速度傳感器(比如參照圖9a和9b更詳細描述的那些)來實現(xiàn)。然而，光纖加速度傳感器也可以以允許安裝在轉(zhuǎn)子葉片的徑向外部區(qū)域中而不忽視雷擊損壞的風(fēng)險的方式來設(shè)置。

圖3示出整合在包括光纖布拉格光柵306的光波導(dǎo)體或光纖傳感器310中的傳感器。盡管在圖3中僅示出一個單光纖布拉格光柵306，但是應(yīng)當理解，本發(fā)明不限于來自單個光纖布拉格光柵306的數(shù)據(jù)獲取，而多個光纖布拉格光柵306可以沿著光導(dǎo)體112、傳輸纖維、傳感器纖維或光纖布置。

因此，圖3僅示出被配置為傳感器纖維、光纖或光導(dǎo)體112的光波導(dǎo)體的一部分，其中該傳感器纖維對纖維伸長敏感(參見箭頭308)。這里應(yīng)當指出，術(shù)語“光學(xué)”或“光”是指電磁波譜中的波長范圍，其可以從紫外光譜范圍延伸經(jīng)由可見光譜范圍直到紅外光譜范圍。通過以下等式來獲得光纖布拉格光柵306的平均波長，即所謂的布拉格波長λb：

λb＝2·nk·λ

在這種情況下，nk是光纖芯基本模式的有效折射率，而λ是光纖布拉格光柵306的空間光柵周期(調(diào)制周期)。

由反射響應(yīng)的半高全寬給出的光譜寬度取決于沿著傳感器纖維的光纖布拉格光柵306伸長。由于光纖布拉格光柵306的作用，傳感器纖維或光導(dǎo)體112內(nèi)的光傳播因此依賴于例如作用在傳感器纖維(即光纖、特別是傳感器纖維內(nèi)的光纖布拉格光柵306)上的力、力矩和機械張力以及溫度。

如圖3所示，電磁輻射14或基色光從左側(cè)進入光纖或光導(dǎo)體112，其中電磁輻射14的一部分作為透射光16以與電磁輻射14相比改變的波長序列離開。此外，也可以在纖維的輸入端處(即電磁輻射14被饋入的端部)接收反射光15，其中反射光15同樣呈現(xiàn)出改變的波長分布。用于檢測和評估的光信號可以根據(jù)本文所述的實施例通過反射光、透射光以及其二者的組合來提供。

在電磁輻射14或基色光在寬光譜范圍內(nèi)饋入的情況下，在布拉格波長的位置處的透射光16中出現(xiàn)透射最小值。在反射光中，反射最大值出現(xiàn)在該位置。檢測和評估透射最小值或反射最大值的強度或相應(yīng)波長范圍內(nèi)的強度產(chǎn)生如下信號，該信號能夠相對于光纖或光導(dǎo)體112的長度變化來評估，并且因此表示力或加速度。

圖4示出用于檢測加速度的裝置110。該裝置包括附接到杠桿臂406的質(zhì)量塊402。杠桿臂406具有固定點422，使得能夠?qū)崿F(xiàn)以箭頭423示出的杠桿臂和質(zhì)量塊的運動。此外，具有光纖布拉格光柵306的光纖或光導(dǎo)體112附接到杠桿臂406。在這種情況下，傳感器纖維通過緊固元件412附接到杠桿臂。根據(jù)典型的實施例，緊固元件可以是黏合接頭或夾緊裝置。質(zhì)量塊402在第一杠桿位置處連接到杠桿臂406，并且光纖在第二杠桿位置處連接到杠桿臂406。由箭頭423示出的、質(zhì)量塊或杠桿臂的運動導(dǎo)致由箭頭308示出的、光纖或光導(dǎo)體112的長度變化，或者導(dǎo)致力對光纖的作用。在這種情況下，光纖布拉格光柵306產(chǎn)生光信號的改進的波長序列，例如通過基色光或電磁輻射14的反射而產(chǎn)生的反射光15，其序列取決于伸長率或長度變化。

在傳統(tǒng)的加速度傳感器中，通常通過彈簧機構(gòu)來限制質(zhì)量塊在一個或更多個空間方向上的移動。在最簡單的情況下，質(zhì)量塊只能在一個方向移動。當質(zhì)量塊被加速時伸長的傳感器纖維在該方向上附接到質(zhì)量塊。在這種布置中，最大伸長率以及因而纖維的靈敏度由質(zhì)量塊的重量和纖維的剛度給出。在這種情況下，能夠僅增加質(zhì)量塊以提高這種傳感器的靈敏度。對于敏感的傳感器，這可能導(dǎo)致多達幾百克的重量。這種布置的另一個缺點是，在這種情況下纖維-質(zhì)量系統(tǒng)的諧振頻率f具有因此隨質(zhì)量的增加而減小的依賴性根(k/m)。這里，k是纖維-質(zhì)量系統(tǒng)的彈簧剛度。由于最小的彈簧剛度受到纖維的剛度的限制，因此僅可以配置有限的范圍。

通過使用杠桿臂能夠取消或減少要配置的范圍的限制。如圖4中已經(jīng)識別出的那樣，能夠通過改變光纖沿著杠桿臂406的緊固位置、即改變第二杠桿位置來提供用于檢測加速度的裝置的靈敏度改進。為此，因此能夠在不改變質(zhì)量塊402并因而影響諧振頻率的情況下改進靈敏度。

因此，根據(jù)圖4的實施例允許打斷光纖的剛度、靈敏度和諧振頻率之間的相關(guān)性。使用機械杠桿使得能夠任意配置光纖的偏轉(zhuǎn)比和必要的力。此外，使用杠桿臂允許甚至以小質(zhì)量或恒定質(zhì)量增加對纖維的力。

由箭頭423表示的運動是杠桿臂406或質(zhì)量塊402在圖4的紙平面中的運動。通常，固定點422可以被設(shè)計成使得運動僅發(fā)生在一個平面中。然而，根據(jù)另外的實施例，運動也可以發(fā)生在兩個平面或甚至三個平面中。在這種具有幾個運動平面的實施例中，每一個都包括光纖布拉格光柵306的另外的光纖可以連接到杠桿臂406，使得可以在幾個空間方向上執(zhí)行加速度檢測。然而，根據(jù)典型實施例，如參照圖8b所描述的那樣實施用于多維檢測加速度的裝置。

圖5示出風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子500。轉(zhuǎn)子500具有轂部44和附接于此的轉(zhuǎn)子葉片100。加速度傳感器110設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片100的至少一個中。加速度傳感器110的信號經(jīng)由光導(dǎo)體112被引導(dǎo)到分配器510。舉例而言，分配器510可以是提供來自不同傳感器的多個信號的場分配器。

根據(jù)可以與其他實施例結(jié)合的一些實施例，分配器或場分配器可以附接到轉(zhuǎn)子葉片的葉片隔板。分配器可以被配置為插入和拔出傳感器的信號電纜。此外，可以設(shè)置傳感器電纜以從場分配器插入和拔出到測量裝置或評估單元。根據(jù)可以與其他實施例結(jié)合的一些實施例，分配器510設(shè)置在葉片隔板上或葉片根部中。

葉片根部的區(qū)域由分割線502示出。通常，葉片根部從葉片凸緣102延伸，借助于葉片凸緣102，轉(zhuǎn)子葉片100以徑向方式、即沿轉(zhuǎn)子葉片的縱向延伸部在1m至3m的長度上緊固到轂部。

如圖5所示，根據(jù)一些實施例，光導(dǎo)體512或光纖可以從分配器510引導(dǎo)到評估單元114。可以例如沿著彈簧或螺旋件513或通過彈簧或螺旋件513或相應(yīng)的機械元件來引導(dǎo)光導(dǎo)體512，使得當轉(zhuǎn)子葉片100圍繞其縱向軸線轉(zhuǎn)動時、即當轉(zhuǎn)子葉片在偏轉(zhuǎn)時，光導(dǎo)體不會被損壞。沿著螺旋件或通過螺旋件513機械地引導(dǎo)光導(dǎo)體512允許光導(dǎo)體扭轉(zhuǎn)，使得光導(dǎo)體在轉(zhuǎn)子葉片的偏轉(zhuǎn)期間不會被損壞。

附圖中所描述的大多數(shù)實施例在每種情況下示出在轉(zhuǎn)子葉片中一個中的加速度傳感器。根據(jù)可與其他實施例結(jié)合的其他實施例，可以在轉(zhuǎn)子葉片的幾個位置、特別是在轉(zhuǎn)子葉片半徑的外70％范圍內(nèi)的若干徑向位置處執(zhí)行加速度的測量。為此，可以在相應(yīng)的徑向位置處設(shè)置幾個加速度傳感器。在幾個徑向位置處進行測量允許提高測量精度。另外，或者作為替代，用于檢測扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)、特別是顫振的信號和/或用于在組合扭轉(zhuǎn)/彎曲負載的情況下的失穩(wěn)警告的信號可以以更容易和/或更可靠的方式針對不同徑向位置處的不同運行條件被識別。例如，風(fēng)力渦輪機的控制和/或調(diào)節(jié)可以通過在至少在一個徑向位置或預(yù)定數(shù)量的徑向位置處產(chǎn)生警告信號來觸發(fā)。根據(jù)可以與其他實施例結(jié)合的另外的實施例，一個加速度傳感器或更多個加速度傳感器可以與至少一個另外的傳感器組合。該至少一個另外的傳感器可以選自來自以下組的一個或更多個傳感器：應(yīng)變傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、噪聲水平傳感器和傾角傳感器(用于測量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的位置)。

特別地，為了產(chǎn)生用于顫振警告或扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)警告的信號，可以設(shè)置用于測量轉(zhuǎn)子葉片上的壓力變化(例如聲壓變化)的傳感器。這例如允許通常在轉(zhuǎn)子葉片顫振期間發(fā)生的噪聲被識別，并被用于產(chǎn)生警告信號。

此外，為了評估加速度傳感器的信號而測量轉(zhuǎn)子葉片處的溫度是有利的，這是因為比如本征頻率的葉片特性將受到溫度的影響。將葉片特性與加速度傳感器的信號相關(guān)聯(lián)在產(chǎn)生警告信號或加速度傳感器的測量期間產(chǎn)生更精確的評估。可以例如通過溫度傳感器來例如在加速度傳感器或光導(dǎo)或光纖中進行溫度測量。

根據(jù)可與本文所述的其他實施例結(jié)合的另外的實施例，可以設(shè)置應(yīng)變傳感器用于測量靜態(tài)彎矩，特別是靜態(tài)扭轉(zhuǎn)力矩。當在組合扭轉(zhuǎn)/彎曲負載的情況下產(chǎn)生用于顫振警告的信號和/或用于失穩(wěn)警告的信號時，加速度傳感器的動態(tài)信號因此可以與應(yīng)變傳感器的靜態(tài)信號組合。例如，可以在葉片根部的區(qū)域中設(shè)置應(yīng)變傳感器。應(yīng)變傳感器相對于扭轉(zhuǎn)軸線的取向在30°至60°的范圍內(nèi)、特別是45°，對組合測量可以是有利的。

如圖2所示，在風(fēng)力渦輪機200的控制單元和/或調(diào)節(jié)單元50中，在組合扭轉(zhuǎn)/彎曲負載的情況下，用于顫振警告的信號和/或用于失穩(wěn)警告的信號可以用于控制和/或調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機?？刂坪?或調(diào)節(jié)可以特別地包括轉(zhuǎn)子葉片的偏轉(zhuǎn)控制、風(fēng)力渦輪機的特征發(fā)電機曲線的適應(yīng)、風(fēng)力渦輪機的緊急切斷或這些措施中的兩個或更多個的組合。

圖6示出根據(jù)本文所述的實施例的通過用于檢測加速度的裝置來檢測加速度的典型測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個或多個加速度傳感器110。該系統(tǒng)包括電磁輻射源602，例如基色光源。該源用于提供光輻射，通過該光輻射能夠照射加速度傳感器的至少一個光纖傳感器元件。為此，在基色光源602和第一纖維耦合器604之間設(shè)置有傳輸光纖或光導(dǎo)體603。纖維耦合器將基色光耦合到光纖或光導(dǎo)體112中。源602可以例如是寬帶光源、激光、led(發(fā)光二極管)、sld(超發(fā)光二極管)、ase光源(放大自發(fā)射光源)或soa(半導(dǎo)體光放大器)。而且，相同或不同類型的幾個源(參見上文)可以用于本文所述的實施例。

例如，比如光纖布拉格光柵(fbg)或光學(xué)諧振器之類的光纖傳感器元件被整合到傳感器光纖中或者光耦合到傳感器纖維。由光纖傳感器元件反射的光轉(zhuǎn)而經(jīng)由光纖耦合器604被引導(dǎo)，光纖耦合器604將光經(jīng)由傳輸光纖605引導(dǎo)到分束器606。分束器606將反射的光分開以通過第一檢測器607和第二檢測器608來進行檢測。在此期間，在第二檢測器608上檢測到的信號首先通過光邊緣濾光器609來進行過濾。

邊緣濾光器609允許通過光學(xué)諧振器來檢測fbg處的布拉格波長的移位或波長的變化。通常，可以在沒有分束器606或檢測器607的情況下設(shè)置如圖6所示的測量系統(tǒng)。然而，檢測器607能夠使加速度傳感器的測量信號相對于其他強度波動進行歸一化，所述其他強度波動例如為源602強度的波動、由于各個光導(dǎo)體之間的界面處的反射引起的波動或其他強度波動。這種歸一化提高了測量精度，并且減小了測量系統(tǒng)對設(shè)置在評估單元和光纖傳感器之間的光導(dǎo)體的長度的依賴性。

特別地，當使用幾個fbg時，可以使用附加的濾光裝置(未示出)來過濾光信號或次級光。濾光裝置609或附加的濾光裝置可以包括選自以下的濾光器：薄膜濾光器、光纖布拉格光柵、lpg、陣列波導(dǎo)光柵(awg)、echelle光柵、光柵陣列、棱鏡、干涉儀及其任何組合。

監(jiān)測風(fēng)力渦輪機的另一方面可以與本文所描述的其他實施例和方面結(jié)合，但是也可以獨立于其他實施例、方面和細節(jié)而設(shè)置，其是通過光纖加速度傳感器監(jiān)測風(fēng)力渦輪機的改進方法。根據(jù)這樣的方面或這樣的實施例，提供了一種用于監(jiān)測風(fēng)力渦輪機的方法。用于監(jiān)測風(fēng)力渦輪機的方法包括通過光纖加速度傳感器來測量加速度，其中加速度傳感器設(shè)置在風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的半徑的外70％范圍內(nèi)的徑向位置處；以及通過模擬低通濾波器或模擬抗混疊濾波器來對光纖加速度傳感器的加速度信號進行濾波。

圖7示出評估單元114，其中來自光纖布拉格光柵306的信號經(jīng)由光導(dǎo)體被引導(dǎo)到評估單元。在圖7中，進一步呈現(xiàn)能夠可選地設(shè)置在評估單元中的光源602。但是，光源602可以獨立于評估單元114設(shè)置或設(shè)置在其外部。光纖加速度傳感器110的光信號通過檢測器轉(zhuǎn)換成電信號。圖7中用符號702表示從光信號到電信號的轉(zhuǎn)換。通過模擬抗混疊濾波器710來對電信號進行濾波。在通過模擬抗混疊濾波器或低通濾波器的模擬濾波之后，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器704使信號數(shù)字化。

根據(jù)可以與其他實施例結(jié)合的一些實施例，抗混疊濾波器可以具有1khz或更小的截止頻率，特別是500hz或更小的截止頻率，更特別是100hz或更小的截止頻率。根據(jù)本文所述的實施例，這種濾波在數(shù)字化之前進行。此外，對于本文所述的實施例，不執(zhí)行信號的頻譜分解，其中已經(jīng)通過光譜儀和多通道檢測器來執(zhí)行光學(xué)數(shù)字化。

根據(jù)本文描述的實施例，在對光纖加速度傳感器的信號進行數(shù)字化之前執(zhí)行模擬低通濾波。根據(jù)本文描述的可以與其他實施例結(jié)合的實施例，低通濾波器也可以稱為模擬抗混疊濾波器。在這種情況下，在采樣定理的范圍內(nèi)考慮奈奎斯特頻率，并且通過模擬低通濾波器或模擬抗混疊濾波器來提供具有小于奈奎斯特頻率的信號部分的低通濾波器。

本文描述的包括光纖加速度傳感器和模擬低通濾波的實施例允許提供對監(jiān)測風(fēng)力渦輪機的加速度的更好測量。

圖7還示出數(shù)字評估單元706，其可以包括例如cpu、存儲器和用于數(shù)字數(shù)據(jù)處理的其他元件。通過使用模擬抗混疊濾波器，借助于風(fēng)力渦輪機上的光纖加速度傳感器改進測量的方面可以與其他實施例結(jié)合，特別是關(guān)于定位加速度傳感器、使用用于顫振警告或扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)警告的信號、偏轉(zhuǎn)控制的實施例；用于關(guān)于轉(zhuǎn)子葉片的塔架間隙的警告，加速度傳感器或光導(dǎo)體的附接、由于金屬含量降低而改進用于風(fēng)力渦輪機的光纖加速度傳感器。

根據(jù)另外的實施例，可以進一步以有利的方式設(shè)計在數(shù)字化之前利用模擬低通濾波借助于光纖加速度傳感器進行改進的測量，以便在數(shù)字評估單元706中進行數(shù)字評估以進行隨機子空間識別(ssi)。在這種情況下，可以計算轉(zhuǎn)子葉片的特征值，其可以特別地包括阻尼和頻率，即轉(zhuǎn)子葉片的固有頻率。特征值可以特別用于檢測轉(zhuǎn)子葉片上的冰形成。這使得能夠更可靠地識別轉(zhuǎn)子葉片上的冰形成。其他條件、例如材料疲勞也可以通過特征值來確定。根據(jù)可以與本文所述的其他實施例結(jié)合的一些實施例，也可以在靜止和/或空轉(zhuǎn)的風(fēng)力渦輪機的情況下提供本文所述的冰形成檢測。根據(jù)可以與本文所述的其他實施例結(jié)合的一些實施例，可以特別是通過識別特征值的變化來借助于特征值檢測轉(zhuǎn)子葉片上的冰形成。特別是可以識別由于轉(zhuǎn)子葉片上的冰形成而發(fā)生的特征值變化。例如，方法可以包括識別特別是由于轉(zhuǎn)子葉片上的冰的形成而引起的特征值的變化。

根據(jù)本文所述的實施例，靜止或空轉(zhuǎn)的風(fēng)力渦輪機是轉(zhuǎn)子無負載轉(zhuǎn)動的風(fēng)力渦輪機。例如，風(fēng)力渦輪機可以自由地轉(zhuǎn)動，而不用在轉(zhuǎn)子葉片向后傾斜的情況下切換發(fā)電機。例如，這種狀態(tài)能夠通過0.1hz或更小的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動頻率來描述。

根據(jù)另外的實施例，通過光纖加速度傳感器的測量可以與溫度測量結(jié)合。溫度影響轉(zhuǎn)子葉片的特性。因此，可以在識別冰的形成和/或評估特征值時參考溫度測量。例如，特征值通常具有對溫度的函數(shù)相關(guān)性。因此，可以相對于在預(yù)定溫度下預(yù)期的特征值來確定特征值的偏差或變化。根據(jù)可以與本文所述實施例結(jié)合的另外的實施例，在評估中可以考慮選自以下的參數(shù)：轉(zhuǎn)子位置、溫度、偏轉(zhuǎn)角、橫擺加速度和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。

如關(guān)于圖7所解釋的，通過使用模擬低通濾波器或模擬抗混疊濾波器的實施例，可以改進用于通過光纖加速度傳感器來監(jiān)測風(fēng)力渦輪機的方法。根據(jù)相應(yīng)實施例，可以提供風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子包括至少一個轉(zhuǎn)子葉片。在轉(zhuǎn)子葉片半徑的外70％的范圍內(nèi)的徑向位置處設(shè)置有光纖加速度傳感器。模擬低通濾波器或模擬抗混疊濾波器被配置為對光纖加速度傳感器的加速度信號進行濾波，特別是以模擬方式對由光纖加速度信號產(chǎn)生的電信號進行濾波。例如，轉(zhuǎn)子包括設(shè)置在轂部44中的評估單元114。評估單元114可以包括將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的轉(zhuǎn)換器。例如，可以使用光電二極管、光電倍增管(pm)或其他光電檢測器作為轉(zhuǎn)換器。例如，評估單元還包括與轉(zhuǎn)換器的或光電檢測器的輸出耦合的抗混疊濾波器710。評估單元還可以包括與抗混疊濾波器710的輸出耦合的模數(shù)轉(zhuǎn)換器704。評估單元114還可以包括被布置為評估數(shù)字化信號的數(shù)字評估單元706。轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)子葉片的其他配置可以根據(jù)本文所描述的關(guān)于光纖加速度傳感器、光纖加速度傳感器的定位和/或通過光導(dǎo)體的信號傳輸?shù)膶嵤├齺硖峁?/p>

圖7a示出用于進一步解釋本文所述實施例的不同加速度信號。在這種情況下，圖7a中的上部圖像(730)分別示出了轉(zhuǎn)子葉片中的實際加速度和已經(jīng)由參考傳感器確定的用于測試目的參考信號。例如，隨頻率繪制功率譜密度(psd)以確定本文所述的特征值。中間圖像(731)示出光纖加速度傳感器的加速度信號，其中加速度信號對應(yīng)于參考信號。中間圖像在沒有對光纖加速度傳感器的加速度信號進行光電轉(zhuǎn)換以及通過模擬抗混疊濾波器對光電轉(zhuǎn)換后的加速度信號進行濾波的順序的情況下產(chǎn)生。圖7a中的下部圖像示出光纖加速度傳感器的加速度信號，其中加速度信號對應(yīng)于參考信號。下部圖像在對光纖加速度傳感器的加速度信號進行光電轉(zhuǎn)換以及通過模擬抗混疊濾波器對光電轉(zhuǎn)換后的加速度信號進行濾波的順序的情況下產(chǎn)生。能夠清楚地看到，與中間圖像(731)相比，對于下部圖像(732)，特別是在0.3hz至20hz的頻率范圍內(nèi)存在對特征值的改進的識別。根據(jù)本文所述的實施例，因此可以實現(xiàn)光學(xué)加速度信號的改進的測量。根據(jù)可與本文描述的實施例結(jié)合的其他實施例，通過模擬抗混疊濾波器對光電轉(zhuǎn)換的加速度信號進行濾波可以具有10hz至40hz、特別是15hz至25hz的截止頻率。

根據(jù)本文所述的實施例，可以對轉(zhuǎn)子葉片中的加速度進行光學(xué)測量。在這種情況下，執(zhí)行抗混疊濾波，特別是模擬抗混疊濾波。與通過光譜儀進行的光信號檢測或通過掃描激光進行掃描的其他常規(guī)手段相比，可以根據(jù)本文所述的實施例來對轉(zhuǎn)子葉片中的加速度進行光學(xué)測量。與對測量值進行平滑化相比(其中只有當測量值被平滑化時才產(chǎn)生更好的控制信號)，抗混疊效應(yīng)得到防止。在本文描述的實施例中的抗混疊濾波以模擬方式來執(zhí)行，即，例如在提供模擬抗混疊濾波之前，使用光學(xué)加速度信號到轉(zhuǎn)換成電測量信號的轉(zhuǎn)化。模擬電測量信號以模擬方式進行低通濾波，其中將奈奎斯特頻率的至少一半用作閾值。

根據(jù)本文所描述的另外的實施例，通過ssi(隨機子空間識別)來評估由模擬抗混疊濾波器濾波的信號。這允許識別轉(zhuǎn)子葉片的積冰和/或其他頻率依賴特性，例如老化，損壞等。

根據(jù)本文所述的另外的實施例，可以提供用于識別冰的方法。該方法包括通過光纖加速度傳感器測量加速度，對光學(xué)加速度傳感器的加速度信號進行光電轉(zhuǎn)換，通過模擬抗混疊濾波器對光電轉(zhuǎn)換的加速度信號進行濾波，通過用于計算轉(zhuǎn)子葉片的特征值的隨機子空間識別評估濾波的加速度信號，以及通過特征值檢測轉(zhuǎn)子葉片上的冰的形成。例如，一個或更多個特征值可以在這里利用選自以下的至少一個測量參數(shù)來補償：風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片處的溫度、風(fēng)速、風(fēng)力渦輪機的輸出、風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)子葉片的偏轉(zhuǎn)角。例如，可以使用以下校準方法之一來進行補償。

例如，通過本文所述的光纖加速度傳感器來測量轉(zhuǎn)子葉片中的加速度。這可以在第一間隔中、例如5-30分鐘的短間隔中執(zhí)行。此外，可以測量一個或更多個待補償?shù)膮?shù)。這些參數(shù)可以是：轉(zhuǎn)子葉片溫度、偏轉(zhuǎn)角、風(fēng)速、風(fēng)力渦輪機的輸出(例如，所產(chǎn)生的功率或輸出到干線的功率)和/或轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速?？梢詫⑥D(zhuǎn)子葉片的溫度特別地作為對轉(zhuǎn)子葉片的特征值的影響變量來進行測量。轉(zhuǎn)子葉片的特征值可以通過ssi根據(jù)加速度數(shù)據(jù)在第一間隔中確定。特征值可以與待補償參數(shù)中的一個或更多個的關(guān)聯(lián)參數(shù)組一起存儲。包括確定特征值的上述測量可以重復(fù)幾次，直到獲得表示相應(yīng)風(fēng)力渦輪機的運行期間的參數(shù)空間的一部分或大部分的數(shù)據(jù)集。例如，該第二間隔可以延續(xù)幾周。在確定參數(shù)空間的一部分中的值之后，例如通過適應(yīng)合適的模型(線性模型、泰勒近似、查找表)，可以在參數(shù)空間上確定特征值的行為。補償模型和查找表的系數(shù)可以分別存儲在風(fēng)力渦輪機的計算單元中。因此，可以根據(jù)一個或更多個參數(shù)來執(zhí)行特征值的校準。

根據(jù)另外的實施例，可以在校準之后執(zhí)行具有補償或校準參數(shù)的測量。例如，轉(zhuǎn)子葉片的特征值可以通過使用光纖加速度傳感器的加速度測量來確定。這些能夠通過校準模型進行轉(zhuǎn)換，或者加速度測量期間確定的參數(shù)能夠被參考用于補償特征值。補償?shù)奶卣髦档钠羁梢曰谘a償?shù)奶卣髦祦泶_定。例如，可以通過一個或更多個閾值來提供警告信號的輸出?？商娲兀踔量梢栽趨?shù)空間內(nèi)提供多個閾值，使得使用參數(shù)空間中的特征值(即，不具有特征值的先前轉(zhuǎn)換)來執(zhí)行警告信號的輸出。

獨立于其他實施例但是與其他實施例結(jié)合地提供的另一方面或另一實施例是通過光纖應(yīng)變傳感器來監(jiān)測風(fēng)力渦輪機。監(jiān)測風(fēng)力渦輪機的方法包括用光纖應(yīng)變傳感器來測量伸長率。來自應(yīng)變傳感器的數(shù)字化信號在數(shù)字評估單元中進行數(shù)字評估，例如，其中使用通過隨機子空間識別(ssi)進行的評估。這里也可以計算轉(zhuǎn)子葉片的特征值，其中特征值可以特別地包括衰減和頻率，即轉(zhuǎn)子葉片的固有頻率。特征值可特別用于檢測轉(zhuǎn)子葉片上的冰的形成。這也使得能夠更可靠地識別轉(zhuǎn)子葉片上的冰形成。其他條件、比如材料疲勞也可以通過特征值來確定。

以這種方式計算的特征值也可以與來自光纖加速度傳感器的特征值組合或與其進行比較，以便獲得關(guān)于冰形成信息的冗余。根據(jù)另外的實施例，通過光纖應(yīng)變傳感器的測量可以與溫度測量結(jié)合。溫度會影響轉(zhuǎn)子葉片的特性。因此，在識別冰的形成和/或評估特征值時能夠參考溫度測量。例如，這可以通過本文所述的校準來執(zhí)行。根據(jù)可與本文所述實施例結(jié)合的另外的實施例，在評估期間可以提供對選自以下的參數(shù)的考慮：轉(zhuǎn)子位置、溫度、偏轉(zhuǎn)角、橫擺加速度和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。

將在圖8a和8b中更詳細說明的加速度傳感器110包括測試質(zhì)量塊，其加速度在傳感器中測量。根據(jù)典型實施例，所使用的應(yīng)變傳感器和/或所使用的加速度傳感器可以是光纖傳感器。在這種情況下，通過光纖布拉格光柵在光纖中光學(xué)測量測試質(zhì)量塊的伸長率或加速度。由于使用這些傳感器，因此能夠提供上述的測量精度。此外，這些傳感器提供用于風(fēng)力渦輪機中的有利特征。

現(xiàn)在將參照圖8a和8b描述本文所述的布置和方法中使用的加速度傳感器110。圖8a示出加速度傳感器110，其中測試質(zhì)量塊812附接到光纖822。殼體802被配置成使得當質(zhì)量塊812加速伸長時、即光纖822的長度發(fā)生相對變化(延長或縮短)。由于光纖的822伸長，纖維布拉格光柵824被修改。這導(dǎo)致纖維布拉格光柵相對于反射或傳輸波長改變的反射或透射。該修改可以用作纖維的伸長度，并且因此可以間接地用作測試塊812的加速度。加速度傳感器110如圖8b所示。這種布置結(jié)合了3個圖8a所示的傳感器，其中傳感器的轉(zhuǎn)動旨在表示圖示中的三維布置，使得將在比如笛卡爾坐標系的坐標系中測量3個加速度值。

將參照圖2和圖5更詳細地說明傳感器110的使用或者較佳地它們的相互布置以及用于監(jiān)測轉(zhuǎn)子葉片的狀態(tài)的評估單元114的相互作用。圖2示出了風(fēng)力渦輪機200的一部分。機艙42布置在塔架40上。轉(zhuǎn)子葉片100布置在轉(zhuǎn)子轂部44上，使得轉(zhuǎn)子(與轉(zhuǎn)子轂部和轉(zhuǎn)子葉片一起)在由線852所示的平面中轉(zhuǎn)動。通常，該平面相對于垂直線傾斜。圖5示出轉(zhuǎn)子葉片100和轉(zhuǎn)子轂部44在轉(zhuǎn)動軸線方向上的前視圖，其中示出葉片固定坐標系中的坐標x和y，重力或重力加速度g以及傳感器110。

在風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動期間，加速度傳感器110測量其他部件間的重力加速度。這種重力加速度是根據(jù)圖5的坐標系在y方向和x方向中測量的。由于圖2所示的轉(zhuǎn)子傾斜，圖5中坐標系中的重力加速度也將在一定程度上疊加在z方向的信號上。通常在圖5所示的y方向上測量的測量信號疊加在重力信號上。通過將測量信號與重力信號分離，獲得單一的信號。

現(xiàn)代風(fēng)力渦輪機的控制和/或調(diào)節(jié)單元通常包括所謂的偏轉(zhuǎn)控制，其中轉(zhuǎn)子葉片圍繞轉(zhuǎn)子葉片的縱向軸線轉(zhuǎn)動。因此，圖5所示的y方向在轉(zhuǎn)子葉片100圍繞轉(zhuǎn)子葉片的縱向方向轉(zhuǎn)動期間在葉片固定的坐標系中改變。當考慮了由加速度傳感器110測量的包括重力加速度對測試質(zhì)量塊的影響的加速度時，為了改善信號的評估，需要考慮不同的坐標系。一方面，存在葉片固定坐標系。在轉(zhuǎn)子葉片圍繞轉(zhuǎn)子葉片的縱向軸線轉(zhuǎn)動期間，坐標系以及傳感器110轉(zhuǎn)動。此外，存在相對于轉(zhuǎn)子轂部44固定的坐標系。在這種情況下，這是能夠獨立于偏轉(zhuǎn)控制而使用的轉(zhuǎn)動坐標系。此外，存在分別相對于風(fēng)力渦輪機200固定并因此相對于重力和重力加速度固定的固定坐標系。

根據(jù)典型的實施例，為了校正加速度傳感器和/或應(yīng)變傳感器的信號、即葉片固定坐標系中的x方向、y方向和z方向上的信號，進行到靜態(tài)縱坐標系的變換，其中考慮轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子葉片的偏轉(zhuǎn)角以及轉(zhuǎn)子的傾斜度。在靜態(tài)坐標系中，信號能夠與重力加速度分離。隨后，能夠進行相對于轉(zhuǎn)子轂部固定的坐標系的再變換。在相對于轉(zhuǎn)子轂部固定的該坐標系中，通?；旧掀叫杏陲L(fēng)向或基本上平行于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動軸線來確定加速度。

根據(jù)本文所述的一些實施例，加速度傳感器設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片的半徑的外70％中，特別是在轉(zhuǎn)子葉片半徑的60％至90％的范圍內(nèi)。在這種情況下，例如可以通過使用比如光纖加速度傳感器的光纖加速度傳感器來執(zhí)行光信號傳輸。光信號傳輸降低了雷擊的風(fēng)險。光信號傳輸允許克服迄今在實踐中存在的限制，即提供盡可能靠近轉(zhuǎn)子凸緣的傳感器。

通過設(shè)置無金屬或基本上無金屬的加速度傳感器，可以進一步降低雷擊或雷擊損傷的風(fēng)險。根據(jù)實施例，提供了一種用于監(jiān)測風(fēng)力渦輪機的方法。該方法包括通過光纖加速度傳感器來測量加速度，其中所述加速度傳感器設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片半徑的外70％范圍內(nèi)的徑向位置處，其中加速度傳感器由按重量小于10％的金屬制成或含有少于20g的金屬。

根據(jù)另一實施例，提供一種風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子葉片包括光纖加速度傳感器，其中光纖加速度傳感器設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片半徑的外70％范圍內(nèi)的徑向位置處，并且其中加速度傳感器由按重量小于10％的金屬制成或含有少于20g的金屬。通過示例，光導(dǎo)體可以從光纖加速度傳感器被引導(dǎo)到能夠進入轉(zhuǎn)子葉片的徑向轉(zhuǎn)子葉片位置。根據(jù)可以與其他實施例結(jié)合的另外的實施例，光纖加速度傳感器可以在垂直于光導(dǎo)體的延伸部的橫截面中具有10mm的最大擴展。

根據(jù)本文所述的實施例，可以提供具有足夠少的金屬或無金屬加速度傳感器的加速度傳感器。因此除了無線信號傳輸?shù)默F(xiàn)有構(gòu)思、即在轉(zhuǎn)子葉片中沒有電纜的情況下的信號傳輸之外，可以提供無金屬加速度傳感器，其提供了降低的雷擊風(fēng)險。雷電安全設(shè)計或雷電損壞或雷擊風(fēng)險降低的設(shè)計允許滿足風(fēng)力發(fā)電機必需的高可靠性和壽命要求。

例如，傳感器的小尺寸和/或質(zhì)量可能有利于葉片尖端中的有利附著。然而，對于通過光纖布拉格光柵的光纖測量，因為光纖相對剛性，所以需要相對較大的質(zhì)量。在這種情況下，通過法布里珀羅干涉儀的膜傳感器可能會導(dǎo)致更進一步的改善。

除了同樣能夠被提供為基本上無金屬的光纖加速度傳感器之外，由于實際的傳感器系統(tǒng)由光纖布拉格光柵提供，根據(jù)實施例可以如下提供光纖加速度傳感器。光纖加速度傳感器包括具有光出射表面的光導(dǎo)體或光纖。光纖加速度傳感器還包括膜以及與膜連接的質(zhì)量塊。在這種情況下，除了膜的質(zhì)量之外還可以提供質(zhì)量塊，或者膜可以被配置有足夠尺寸的合適質(zhì)量塊。光纖加速度傳感器包括形成在光出射表面和膜之間的光諧振器。諧振器可以是例如法布里珀羅諧振器。光纖加速度傳感器還包括設(shè)置在光出射表面和膜之間的光線路徑中的反射鏡，其中所述反射鏡相對于光導(dǎo)體或光纖的光軸以30°至60°的角度形成。例如，反射鏡可以以45°的角度形成。

圖9a和9b示出光纖加速度傳感器910?；庑盘柦?jīng)由光導(dǎo)體112饋入到加速度傳感器910。例如，光導(dǎo)體可以耦合到基板912?；?12可以由非金屬材料制成。膜914形成在基板912上或基板912處。離開光導(dǎo)體112的基色光信號經(jīng)由反射鏡916被朝向膜912引導(dǎo)。根據(jù)可以與其他實施例結(jié)合的典型實施例，反射鏡916可以設(shè)置為在基板中成形的表面。例如，基板可以由在預(yù)定波長范圍、通常是基色光信號的波長范圍內(nèi)發(fā)生反射的材料制成。反射鏡相對于光導(dǎo)體軸線可以具有30°至60°的角度，例如45°的角度。

如箭頭901所示，基色光信號被反射鏡916偏轉(zhuǎn)并且指向膜。基色光信號膜上發(fā)生反射。如箭頭903所示，反射光被耦合回到光纖或光導(dǎo)體112中。因此，在用于基色光信號的出射的光出射表面和膜之間形成光學(xué)諧振器930。這里，應(yīng)該考慮到基色光信號的光出射面通常等于次級反射信號的光入射面。因此，光諧振器可以形成為法布里珀羅諧振器。根據(jù)本文所述的實施例，質(zhì)量塊922可以設(shè)置在用于光纖加速度傳感器膜914上。替代地，膜本身的質(zhì)量可以用作檢測加速度的質(zhì)量塊。在加速的情況下，膜914將被質(zhì)量塊922的慣性偏轉(zhuǎn)。這導(dǎo)致光學(xué)諧振器930中的可光學(xué)測量的信號。根據(jù)本文所述的實施例，光纖加速度傳感器被配置為測量具有方向分量的加速度，該方向分量是垂直于光纖或光導(dǎo)體112的軸線的方向分量。由于該方向分量垂直于光導(dǎo)體112的軸線，光纖加速度傳感器912可以用于監(jiān)測轉(zhuǎn)子葉片的方法中，或者可以安裝在風(fēng)力渦輪機或風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片中以實現(xiàn)監(jiān)測。

根據(jù)本文所描述的可以與其他實施例結(jié)合的實施例，光纖加速度傳感器、即例如包括通過光纖或與光纖相鄰設(shè)置的光學(xué)傳感器的非固有光纖加速度傳感器(例如，包括光學(xué)諧振器)或包括設(shè)置在光纖內(nèi)的傳感器的固有光纖加速度傳感器被設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片半徑的外70％的徑向位置處。在一些情況下，這對應(yīng)于轉(zhuǎn)子葉片的徑向區(qū)域，其中不能在處于其完成狀態(tài)時進入轉(zhuǎn)子葉片。根據(jù)另外的實施例，這里所描述的加速度傳感器的徑向位置甚至可以通過不能在其完成狀態(tài)下進入轉(zhuǎn)子葉片的徑向位置表示。特別地，加速度傳感器可以設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片半徑的外的50％或轉(zhuǎn)子葉片半徑的外的60％至90％之間。由于光纖加速度傳感器的基本上無金屬配置，可以充分降低雷擊的風(fēng)險以便甚至在實際中在這樣的徑向位置處使用加速度傳感器。由于加速度傳感器的徑向位置向外移動，可以實現(xiàn)加速度傳感器的靈敏度，從而允許多種監(jiān)測、狀態(tài)監(jiān)測和控制選項和/或調(diào)節(jié)選項。

根據(jù)示例性實施例，圖9a和9b所示的非固有光纖加速度傳感器的部件可以由以下材料制成。例如，光導(dǎo)體112可以是玻璃纖維、光纖或光波導(dǎo)，其中能夠使用比如光學(xué)聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、石英玻璃、乙烯四氟乙烯的材料，其在必要時進行摻雜。例如，基板912或在其中形成的反射鏡916可以由硅制成。膜可以設(shè)置為由適合于形成為薄膜的塑料材料或半導(dǎo)體制成。質(zhì)量塊922可以在設(shè)置為任何非金屬材料，其中具有高密度的材料尤其合適。高密度允許減小質(zhì)量塊的尺寸。

例如，為了在轉(zhuǎn)子葉片上以特別簡單的方式特別是在外部徑向范圍內(nèi)提供如圖9a和9b所示的光纖加速度傳感器，對于光纖加速度傳感器有利的是在垂直于圖9a或9b中的光導(dǎo)體112的橫截面中具有小的尺寸。例如，垂直于光導(dǎo)體112的軸線的橫截面中的最大尺寸可以為10mm或更小。如圖9a和9b所示的配置允許以簡單的方式實現(xiàn)這樣的尺寸。

圖9a和9b中描述的光纖加速度傳感器910可以通過進一步的修改形成為獨立的另外的方面，其能夠特別應(yīng)用于監(jiān)測風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的方法以及風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片中。當質(zhì)量塊922被減小或省略時，膜914能夠用于測量靜壓力和測量聲壓水平兩者。為了測量靜壓力，光學(xué)諧振器930的區(qū)域與環(huán)境壓力隔離，使得當環(huán)境壓力改變時發(fā)生膜的移動。為了測量聲壓水平，膜被配置為執(zhí)行移動，特別是在相應(yīng)聲壓下的振蕩運動，該運動經(jīng)由光學(xué)諧振器變換成光信號。這里，為了在風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片中或用于監(jiān)測風(fēng)力渦輪機的方法中使用，特別有利的是在垂直于光導(dǎo)體112的縱向延伸的方向上測量聲壓。

根據(jù)本文描述的實施例，提供了用于監(jiān)測和/或控制(或調(diào)節(jié))風(fēng)力渦輪機的不同方法。此外，根據(jù)本文所述的實施例，提供了改進的加速度傳感器，特別是固有或非固有的光纖加速度傳感器。在這種情況下，固有光纖加速度傳感器是具有傳感器單元、例如設(shè)置在光纖內(nèi)的光纖布拉格光柵的傳感器。非固有光纖加速度傳感器具有通過光纖或在光纖上設(shè)置的光學(xué)傳感器。因此，非固有光纖加速度傳感器也能夠通過光纖和光學(xué)傳感器、即非電子傳感器在無電部件的情況下測量加速度。在這種情況下，例如，加速度傳感器可以設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片半徑的外70％的范圍內(nèi)的徑向位置處，特別是在轉(zhuǎn)子葉片半徑的外50％的范圍內(nèi)，例如在半徑的60％至95％的范圍內(nèi)，其中0％對應(yīng)于葉片根部的凸緣。下面將描述用于將加速度信號從加速度傳感器施加、定位和引導(dǎo)到葉片根部的其他配置。用于將加速度信號從加速度傳感器施加、定位和引導(dǎo)到葉片根部的這些配置能夠有利地用于本文所述的所有實施例。

圖10示出轉(zhuǎn)子葉片100。轉(zhuǎn)子葉片沿其長度105從葉片凸緣102延伸到葉片尖端，長度105對應(yīng)于轉(zhuǎn)子葉片的半徑。加速度傳感器110設(shè)置在范圍107的徑向位置處。加速度傳感器可以例如是光纖加速度傳感器110。沿著轉(zhuǎn)子葉片的后緣引導(dǎo)從加速度傳感器110到葉片根部的信號線。信號線可以是例如光導(dǎo)體112。根據(jù)本文所述的實施例，例如，信號線可以沿著新產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子葉片中的后邊緣設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)，或沿著后邊緣設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片的外側(cè)，例如設(shè)置在附接到后邊緣的型材中。

本發(fā)明的實施例允許在修理情況下將加速度傳感器、特別是光纖加速度傳感器、或者更確切地說光纖加速度傳感器采用在葉片尖端附近(即，本文所述的轉(zhuǎn)子葉片不能被進入的徑向外部范圍)改裝和/或能夠采取相應(yīng)的維護措施。根據(jù)這里考慮中的公開內(nèi)容，能夠得出用于執(zhí)行和/或?qū)嵺`對轉(zhuǎn)子葉片的徑向外部范圍中的加速度測量的詳細技術(shù)教導(dǎo)。一方面，這種技術(shù)教導(dǎo)是指光導(dǎo)體的安裝、引導(dǎo)，部件的冗余使用和/或改裝對應(yīng)的傳感器，另一方面——作為替代或另外地——通過模擬抗混疊濾波器或本文所述的加速度傳感器的ssi評估的測量值。因此，除了在轉(zhuǎn)子葉片的徑向外部范圍內(nèi)純理論性使用這種傳感器之外，還提供了技術(shù)教導(dǎo)，使光纖加速度傳感器實際上可用于轉(zhuǎn)子葉片的不能進入轉(zhuǎn)子葉片的徑向范圍內(nèi)(例如，半徑的外70％，特別是半徑的外50％，更特別是半徑的外30％)。由于本文所述的抗混疊濾波器，因此本文所述的實施例允許良好使用測量信號。此外，作為替代或另外，相應(yīng)的部件甚至可以在技術(shù)上被提供，使得例如可以在超過20年的足夠長的壽命中提供改進的調(diào)節(jié)策略或測量策略。例如，實施例允許修理和交換選項，在沒有這些的情況下加速度傳感器的使用是不可行的。

根據(jù)本文所述的實施例，在將電纜鋪設(shè)在轉(zhuǎn)子葉片的后邊緣的情況下，葉片根部區(qū)域中的虛線表示在能夠進入轉(zhuǎn)子葉片的徑向位置處設(shè)置有穿入轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)部的穿孔。這可能在葉片根部附近或葉片根部處。然而，這也可能在轉(zhuǎn)子葉片的能夠進入轉(zhuǎn)子葉片的另一徑向區(qū)域中。

在生產(chǎn)新的轉(zhuǎn)子葉片時，例如在制造過程中可以在轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)部、特別是在轉(zhuǎn)子葉片的后殼中進行比如光導(dǎo)體112之類的信號纜線的鋪設(shè)。此外，傳感器可以同樣安裝在轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)部。傳感器可以特別地設(shè)置在分離的室中。這樣使得能夠防止松動的黏合劑殘留物和其他污染物。然而，比如光導(dǎo)體的信號電纜例如也可以沿著后緣來引導(dǎo)，其中優(yōu)選地在轉(zhuǎn)子葉片的能夠進入的區(qū)域中使穿孔進入轉(zhuǎn)子葉片的內(nèi)部。穿孔的這個位置使得能夠簡化維護措施。在加速度傳感器的修理情況下，例如，信號線或光導(dǎo)體可以在可能設(shè)置在穿孔附近的栓(plug)處分離。作為替代來設(shè)置的信號線、例如備用光導(dǎo)體，或作為替代來設(shè)置的加速度傳感器，可以在這種情況下放置在外部。在這種情況下可以丟棄原始信號線或原始傳感器。

根據(jù)可以與其他實施例結(jié)合的其他實施例，例如，當傳感器被改裝用于冰檢測時，光導(dǎo)體112同樣被放置在外部。為了改裝傳感器和/或隨后附接光導(dǎo)體，可以根據(jù)本文所述的實施例提供單獨的型材。圖11示出另一個轉(zhuǎn)子葉片100。在這種情況下，型材150設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片的后緣處，使得可以在型材中引導(dǎo)光導(dǎo)體112。根據(jù)本文所描述的可與其他實施例結(jié)合的實施例，型材具有用于光導(dǎo)體112的固定裝置或相應(yīng)的信號纜線，特別是光信號纜線。

型材150可以是例如拉擠型材。此外，型材可以適配于轉(zhuǎn)子葉片的后緣。例如，其具有對應(yīng)于轉(zhuǎn)子葉片半徑的至少10％或至少30％的縱向延伸。此外，型材可以由分段元件提供。例如，幾個分段元件可以沿著轉(zhuǎn)子葉片半徑的至少30％延伸。根據(jù)可以與其他實施例結(jié)合的一些實施例，型材沿其長度可以具有恒定的幾何形狀。其也可以具有形成用于不同后緣厚度的幾何形狀。此外，型材可以可選地被配置成使得在轉(zhuǎn)子葉片中實現(xiàn)空氣動力學(xué)改進。

如圖11a所示，型材150可以設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片的后緣109處。例如，型材可以通過緊固元件151附接到后緣。型材可以通過黏合劑152設(shè)置在后緣處。根據(jù)一些實施例，光導(dǎo)體112可以設(shè)置、例如被嵌入黏合劑中。光導(dǎo)體112沿著轉(zhuǎn)子葉片的后緣109在型材150內(nèi)延伸。

根據(jù)另外的實施例，型材可以具有用于在維護或修理過程中提供替換光導(dǎo)體的空導(dǎo)管153。根據(jù)另外的替代或附加配置，型材150可以包括用于空氣動力學(xué)流動控制的結(jié)構(gòu)157。例如，這可以是古奈擾流板。結(jié)構(gòu)157在圖11a中以虛線示出。

圖12示出可以與其他實施例結(jié)合的另外的可選配置。這里，可以設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片100的后緣處的型材150具有用于加速度傳感器110的另外的緊固裝置。加速度傳感器110可以設(shè)置在型材150內(nèi)。這允許加速度傳感器的特別簡單的改裝以及在轉(zhuǎn)子葉片后緣處的可改裝型材中的對應(yīng)的光信號傳輸。

根據(jù)本文所述的方面，提供了用于風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的后緣的型材。該型材包括用于光導(dǎo)體的至少一個緊固裝置。通常，型材被配置成沿著轉(zhuǎn)子葉片半徑的至少30％延伸。根據(jù)可以與其他實施例結(jié)合的另外的實施例，所述至少一個緊固裝置可以是一個或更多個黏合接頭。例如，光導(dǎo)體可以膠合在型材中。根據(jù)另外的實施例，可以將用于光導(dǎo)體的夾緊裝置或能夠通過其穿過光導(dǎo)體的空導(dǎo)管設(shè)置為緊固裝置。

根據(jù)可與本文所述的其他實施例結(jié)合的另外的實施例，型材可以包括用于加速度傳感器的另外的緊固裝置。另外的緊固裝置可以設(shè)置為夾緊裝置、螺紋或螺釘和/或一個或更多個黏合接頭。特別地，夾緊裝置、螺紋或螺釘優(yōu)選由非金屬材料形成。根據(jù)本文所述的實施例的型材允許用加速度傳感器來改裝轉(zhuǎn)子葉片，并且以特別簡單的方式提供對應(yīng)的光信號傳輸。此外，使用非金屬材料可以減少雷電損壞或雷擊的風(fēng)險。

圖13a示出可以與本文所述的其他實施例結(jié)合的另一實施例。加速度傳感器110設(shè)置在室162中。光導(dǎo)體112在后緣處被引導(dǎo)出轉(zhuǎn)子葉片100。在型材150中引導(dǎo)避雷導(dǎo)體112沿著后緣朝向葉片根部或葉片凸緣。作為另外的附加選項，如圖13b所示，可以在轉(zhuǎn)子葉片100和型材150之間的過渡區(qū)域中設(shè)置栓連接件172。這允許在維護工作中要更換光導(dǎo)體時容易地更換光導(dǎo)體112。

應(yīng)當注意，關(guān)于部件的改裝、維護或更換，光纖加速度傳感器、特別是光纖加速度傳感器具有較低的維護要求或是相對穩(wěn)健的。然而，對于風(fēng)力渦輪機上的使用，由于大的溫度波動和/或作用在部件上的高加速度，特別是還可能存在的振蕩，應(yīng)考慮運行條件是極端的。因此，部件的冗余或者更換部件的簡化可行性對于在風(fēng)力渦輪機中的使用特別有利。

圖14示出電纜鋪設(shè)，例如將光導(dǎo)體112鋪設(shè)在轉(zhuǎn)子葉片的面向葉片根部的徑向區(qū)域中。電纜鋪設(shè)的細節(jié)、配置和實施例可以與其他實施例結(jié)合。沿著轉(zhuǎn)子葉片100的后緣引導(dǎo)光導(dǎo)體112。如上所述，這可以在例如型材中實現(xiàn)。設(shè)置穿入轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)部的孔。穿孔的徑向位置可以特別地限定成使得在穿孔的徑向位置處能夠進入轉(zhuǎn)子葉片。根據(jù)另外的可選配置，另外的栓連接174可以設(shè)置在穿孔的區(qū)域中，例如直接在轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)穿孔處或穿孔附近。光導(dǎo)體或光纖從栓連接174通向分配器510、例如場分配器上的栓176。另外的光導(dǎo)體512從分配器510通向評估單元114。例如，評估單元114可以設(shè)置在轉(zhuǎn)子轂部中。根據(jù)可與其他實施例結(jié)合的典型實施例，例如，可以沿著螺旋件(彈簧)或穿過螺旋件513引導(dǎo)光導(dǎo)體512，使得轉(zhuǎn)子葉片100在偏轉(zhuǎn)期間繞其縱向軸線的轉(zhuǎn)動不會導(dǎo)致光導(dǎo)體512被損壞。為了更清楚起見，光導(dǎo)體512在圖14中通過彈簧或螺旋線以虛線示出。根據(jù)可以與其他實施例結(jié)合的實施例，由于平行于螺旋件513引導(dǎo)光導(dǎo)體(由虛線表示或未明確示出)，可以給出光導(dǎo)體的改進的釋放。

圖15通過示例示出在轉(zhuǎn)子葉片100中使用加速度傳感器110的另一配置。加速度傳感器110設(shè)置在葉片尖端104附近的區(qū)域中。此外，兩個光導(dǎo)體是轉(zhuǎn)子葉片100內(nèi)朝向葉片根部或朝向葉片凸緣的引導(dǎo)件。在能夠在維護工作的過程中打開的另外的室中，存在第一栓連接件178和另一個栓179。使用兩個光導(dǎo)體允許提供冗余。當一個光導(dǎo)體失效時，能夠打開室164并且使加速度傳感器110栓連接件178分離，以便隨后將加速度傳感器110插入栓179中。如作為替代或附加而設(shè)置的第二加速度傳感器110(以虛線表示)所示，還可以相對于加速度傳感器提供額外的或替代的冗余。另外，或作為替代，加速度傳感器的失效可以通過重新插入來補救。

根據(jù)可以與其他實施例結(jié)合的另外的實施例，布置在內(nèi)部的光導(dǎo)體可以被丟棄以進行修理光導(dǎo)體，并且可以由設(shè)置在型材中的光導(dǎo)體代替。此外，可以在修理過程中丟棄設(shè)置在型材中的光導(dǎo)體，并且將具有另外型材的另外光導(dǎo)體安裝在第一型材上。根據(jù)另外的實施例，可以在轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)部和/或型材內(nèi)部都設(shè)置空導(dǎo)管。光導(dǎo)體可以隨后引入空導(dǎo)管中。這可以以有利的方式與如圖14所示的栓連接件174組合。

如上所述，在垂直于光導(dǎo)體軸線的橫截面中具有小的最大尺寸的加速度傳感器的實施例的情況下，在型材或轉(zhuǎn)子葉片的內(nèi)部使用空導(dǎo)管可能是更有利的。對于在垂直于光導(dǎo)體軸線的橫截面中具有小尺寸的光纖加速度傳感器，可以在空導(dǎo)管中引入替換光導(dǎo)體，如果需要，也可以引入替換加速度傳感器。

根據(jù)本文描述的實施例，描述了加速度傳感器、特別是比如風(fēng)力渦輪機中的光纖加速度傳感器的光纖加速度傳感器的多種可能的用途，其中通過徑向定位、光纖加速度傳感器的結(jié)構(gòu)以及加速度傳感器的安裝和/或光導(dǎo)體的安裝來提供配置。

根據(jù)實施例，提供一種用于監(jiān)測風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)的方法。相應(yīng)的流程圖如圖16所示。通過加速度傳感器來測量加速度(參見附圖標記962)，其中加速度傳感器設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片半徑的外70％范圍內(nèi)的徑向位置處。此外，在組合扭轉(zhuǎn)/彎曲負載的情況下，評估加速度以產(chǎn)生用于顫振警告的信號和/或用于失穩(wěn)警告的信號(參見附圖標記964)。分別檢測和監(jiān)測扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)的存在，以便能夠在調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機時采取相應(yīng)措施。

根據(jù)另一實施例，提供一種用于監(jiān)測風(fēng)力渦輪機的方法。相應(yīng)的流程圖如圖17所示。通過光纖加速度傳感器來測量加速度(參見附圖標記972)，其中加速度傳感器設(shè)置在風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的半徑的外70％范圍內(nèi)的徑向位置處。此外，通過模擬抗混疊濾波器來對光纖加速度傳感器的加速度信號進行濾波(參見附圖標記974)。

根據(jù)又一實施例，提供一種用于監(jiān)測風(fēng)力渦輪機的方法。相應(yīng)的流程圖如圖18所示。通過光纖加速度傳感器來測量加速度(參見附圖標記982)，其中所述加速度傳感器設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片半徑的外70％范圍內(nèi)的徑向位置處，其中所述加速度傳感器由按重量小于10％的金屬制成或者包含小于20g金屬。

根據(jù)又一實施例，提供一種用于風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的單獨偏轉(zhuǎn)控制的方法。相應(yīng)的流程圖如圖19所示。該方法包括通過加速度傳感器測量加速度(參見附圖標記992)，其中加速度傳感器設(shè)置在第一轉(zhuǎn)子葉片中，例如在半徑的外70％范圍內(nèi)的位置處。該方法還包括使用所測量的加速度使風(fēng)力渦輪機的第一轉(zhuǎn)子葉片偏轉(zhuǎn)(參見附圖標記994)，其中在單獨偏轉(zhuǎn)控制的過程中執(zhí)行偏轉(zhuǎn)。該方法還包括對加速度傳感器的信號進行高通濾波，以確定時變參數(shù)，其中使用時變參數(shù)來執(zhí)行風(fēng)力渦輪機的第一轉(zhuǎn)子葉片的偏轉(zhuǎn)。

根據(jù)本文描述的實施例，從加速度信號確定時變高通濾波參數(shù)，并且立即用于單獨偏轉(zhuǎn)控制。因此能夠省略多個不同參數(shù)的復(fù)雜測量方法的復(fù)雜評估過程?？刂破髦荒苁褂脮r變高通濾波參數(shù)。根據(jù)本文所述的實施例，這些可以以特別簡單的方式直接從加速度信號確定。這些時變參數(shù)具有以下優(yōu)點而更加穩(wěn)定：即使使用可能會發(fā)生漂移的光纖加速度傳感器，也不需要校準，并且用于測量的傳感器在技術(shù)上分別是簡單的。在這種情況下，尤其可以省略復(fù)雜的整合步驟等。根據(jù)可以與本文描述的其他實施例結(jié)合的一些實施例，可以通過形成時間導(dǎo)數(shù)、通過高通濾波和/或通過傅里葉變換來執(zhí)行高通濾波。這里應(yīng)當注意，時間導(dǎo)數(shù)特別是在選擇合適的系數(shù)時將對應(yīng)于高通濾波或?qū)ο鄬Ω哳l信號變化處于低頻的變化的抑制。在信號方面，高通可以因此被認為是微分器，并且相應(yīng)地，時間微分可以被認為是高通。因此，高通濾波可以具有高于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動頻率的頻率的信號部分的截止頻率。截止頻率可以是0.3至0.5hz，其中高通濾波特別地對0.2hz的信號具有相對于0.6的信號至少5倍的抑制。

特別是與光纖加速度傳感器結(jié)合，該方法還可以包括對光纖加速度傳感器的信號進行光電轉(zhuǎn)換，并通過模擬抗混疊濾波器對光電轉(zhuǎn)換的加速度信號進行濾波。因此，一方面，信號被用于高通濾波的單獨偏轉(zhuǎn)控制，并且另一方面也經(jīng)過模擬抗混疊濾波。因此，對于單獨的偏轉(zhuǎn)控制，不需要進一步的時變參數(shù)，即使能夠可選地將其添加到控制參數(shù)也是如此。根據(jù)可以與本文所述的其他實施例結(jié)合的典型實施例，通過可以具有10hz至40hz、特別是15hz至25hz的截止頻率的模擬抗混疊濾波器對光電轉(zhuǎn)換的加速度信號進行濾波。

單獨的偏轉(zhuǎn)控制的方法已知基于多個不同的控制或測量變量。在轉(zhuǎn)子葉片中使用加速度傳感器允許將完全合適的信號用于使用加速度傳感器的單獨偏轉(zhuǎn)控制，其中加速度傳感器設(shè)置在半徑的外70％范圍內(nèi)的徑向位置處。當使用設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片的徑向外部區(qū)域中的加速度傳感器的信號時，由于加速度傳感器的靈敏度，可以在該徑向區(qū)域中實現(xiàn)改進的偏轉(zhuǎn)控制。這里，通過在一個轉(zhuǎn)子葉片中測量每種情況下的加速度，可以對每個轉(zhuǎn)子葉片執(zhí)行單獨的偏轉(zhuǎn)控制。

根據(jù)本文所述的實施例，單獨的偏轉(zhuǎn)控制是指每個轉(zhuǎn)子葉片具有用于其偏轉(zhuǎn)控制的驅(qū)動單元的控制。例如，圖5示出連接到風(fēng)力渦輪機的控制單元50的相應(yīng)的驅(qū)動單元570，使得在每種情況下，一個驅(qū)動單元570能夠使轉(zhuǎn)子葉片圍繞軸線501轉(zhuǎn)動以改變轉(zhuǎn)子葉片偏轉(zhuǎn)角，即，轉(zhuǎn)子葉片的偏轉(zhuǎn)。在單獨的偏轉(zhuǎn)控制中，每個驅(qū)動單元570可接收其自己的用于偏轉(zhuǎn)控制的信號，該信號不一定需要與用于其他轉(zhuǎn)子葉片的其他驅(qū)動單元的信號相同。很明顯，即使在單獨的偏轉(zhuǎn)控制中，所有轉(zhuǎn)子葉片也可以由相同的偏轉(zhuǎn)信號驅(qū)動。然而，單獨的偏轉(zhuǎn)控制的特征在于實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)控制中轉(zhuǎn)子葉片之間的偏差。

在加速度傳感器位于轉(zhuǎn)子葉片半徑的外50％內(nèi)、更特別是在轉(zhuǎn)子葉片半徑的60％至90％的范圍內(nèi)的實施例中，可以特別提供單獨的偏轉(zhuǎn)控制。如圖5所示，加速度傳感器110設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片101中。加速度傳感器例如可以是光纖加速度傳感器。光信號經(jīng)由光導(dǎo)體112引導(dǎo)到評估單元114。例如，光信號可以經(jīng)由分配器510被引導(dǎo)到評估單元114。評估單元114連接到風(fēng)力渦輪機的控制單元50?？梢曰诩铀俣葌鞲衅?10的信號來設(shè)置用于每個轉(zhuǎn)子葉片100的驅(qū)動單元570的單獨控制。使用從加速度信號直接確定的時變參數(shù)。從加速度信號直接確定時變參數(shù)被認為表示整合驟等已被省去，或整合步驟等已經(jīng)減少。

根據(jù)另外的實施例，幾個加速度傳感器可以特別地用在轉(zhuǎn)子葉片上幾個徑向位置處。

對于通過加速度傳感器的單獨偏轉(zhuǎn)控制，根據(jù)實施例提供了一種風(fēng)力渦輪機。風(fēng)力渦輪機包括安裝到轂部的第一轉(zhuǎn)子葉片，用于使第一轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動以用于第一轉(zhuǎn)子葉片的偏轉(zhuǎn)控制的第一驅(qū)動單元，安裝到轂部的至少一個第二轉(zhuǎn)子葉片，用于使第二轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動以用于第二轉(zhuǎn)子葉片的偏轉(zhuǎn)控制的至少一個第二驅(qū)動單元，以及用于控制至少第一驅(qū)動單元的控制單元，其中能夠獨立于所述第一驅(qū)動單元控制第二驅(qū)動單元。風(fēng)力渦輪機還包括加速度傳感器以及用于將加速度傳感器的測量信號引導(dǎo)到控制單元和/或調(diào)節(jié)單元的測量信號線，其中所述加速度傳感器設(shè)置在第一轉(zhuǎn)子葉片的半徑的外70％的范圍內(nèi)的徑向位置，其中控制單元和/或調(diào)節(jié)單元被配置為通過確定的時變參數(shù)來控制第一轉(zhuǎn)子葉片的偏轉(zhuǎn)。

在風(fēng)力渦輪機的這種實施例中，加速度傳感器可以特別地設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片半徑的外的50％內(nèi)、更特別是在轉(zhuǎn)子葉片半徑的60％至90％的范圍內(nèi)。這里特別有利的是加速度傳感器由按重量小于10％的金屬制成，或者含有少于20克的金屬。這種加速度傳感器可以特別地是根據(jù)如圖9a和9b所述的實施例中任一實施例的光纖加速度傳感器。此外，可以提供根據(jù)圖10至圖15所述實施例中的任一實施例的用于加速度傳感器信號的信號傳輸?shù)募铀俣葌鞲衅骰蚬鈱?dǎo)體。

根據(jù)又一實施例，提供了一種用于控制和/或調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機的方法。相應(yīng)的流程圖如圖20所示。通過加速度傳感器測量加速度(參見附圖標記997)，其中加速度傳感器設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片半徑的外70％范圍內(nèi)的徑向位置處。此外，評估加速度以產(chǎn)生用于葉片間隙警告的信號，即在沒有塔架間隙的轉(zhuǎn)子葉片的情況下的感知(參見附圖標記999)。

在本文所述的風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的半徑的外70％范圍內(nèi)的徑向位置處的加速度傳感器的另一方面涉及產(chǎn)生用于葉片間隙警告或塔架間隙警告的信號?？梢詤⒖紙D2來解釋塔架間隙。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子葉片100在移動經(jīng)過塔架40的同時處于基本上垂直向下指向的位置。轉(zhuǎn)子葉片、特別是轉(zhuǎn)子葉片尖端104和塔架40之間的最小距離被稱為葉片間隙或塔架間隙。當臨界值下降時，由于與塔架碰撞的轉(zhuǎn)子葉片可能導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機被破壞和/或嚴重事故，因此提供警告信號是有必要的或有利的。

根據(jù)本文所述的實施例，特別是當加速度傳感器設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片半徑的外50％的范圍內(nèi)時、更特別地是在轉(zhuǎn)子葉片半徑的外60％-90％的范圍內(nèi)時，加速度傳感器可以用于產(chǎn)生用于塔架間隙警告的信號。在根據(jù)這些實施例的用于控制和/或調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機的方法中，評估加速度的信號以產(chǎn)生用于葉片間隙警告或塔架間隙警告的信號。在這種情況下，加速度傳感器的信號可以特別地隨時間積分，例如可以隨時間積分兩次。此外，例如根據(jù)圖8a和8b所述的坐標變換允許計算轉(zhuǎn)子葉片、例如轉(zhuǎn)子葉片尖端的動態(tài)負載或動態(tài)位置，其中可以提取重力加速度和其他效果。在這種情況下，特別有利的是在轉(zhuǎn)子葉片中的幾個徑向位置設(shè)置加速度傳感器。

根據(jù)可與本文所述實施例結(jié)合的其他實施例，基于轉(zhuǎn)子葉片的動態(tài)行為由至少一個加速度傳感器確定的動態(tài)負載或由至少一個加速度傳感器確定的位置可以與靜態(tài)負載或靜態(tài)彎矩結(jié)合。為此，例如可以使用設(shè)置在葉片根部的應(yīng)變傳感器的信號。例如，應(yīng)變傳感器、例如光纖應(yīng)變傳感器，可以沿著轉(zhuǎn)子葉片半徑在至少一個方向測量伸長。動態(tài)負載和靜態(tài)負載的組合允許在轉(zhuǎn)子葉片的塔架間隙不足時提供改進的信號用于警告。

根據(jù)可與本文所述的其他實施例結(jié)合的其他實施例，當轉(zhuǎn)子葉片的塔架間隙不足時用于警告的信號可用于調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機。在這種情況下，調(diào)節(jié)可以特別地包括至少一個轉(zhuǎn)子葉片的偏轉(zhuǎn)控制、風(fēng)力渦輪機的發(fā)電機劃分線的調(diào)節(jié)和/或風(fēng)力渦輪機的緊急切斷。

雖然以上已經(jīng)使用典型的示例性實施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此，而是可以以多種方式進行修改。本發(fā)明也不限于上述的可能應(yīng)用。