专利名称：一种风力发电机叶片裂纹自动检测报警系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于风力发电领域，特别是一种风力发电机叶片裂纹自动检测报警系统。
背景技术：
随着世界能源危机的日益严重，以及公众对于改善生态环境要求的呼声日益高涨，风能作为一种清洁的可再生能源日益受到各国政府的重视。风力发电产业正逐步发展成为初具规模的新兴产业。从长远利益看，风力发电是保证可持续发展的战略举措。叶片是风力发电机的关键部件之一，成本占风电机总成本的15 20%，叶片的性能直接影响着风电机的效率、寿命和性能。风力发电机一般在偏远地区或海上运行，风机叶片在运行过程 中载荷复杂，工作条件苛刻。所以，长期运行的风机叶片，会出现不同程度的裂纹，最终引起叶片断裂，给整个风电机组的安全运行带来严重的威胁，甚至导致重大事故的产生。因此，对风机叶片裂纹损伤进行实时状态监测是尤为重要的。现在的叶片裂纹检测技术主要集中在叶片制造过程中，如果能够实时监测叶片的状态，在早期发现叶片的损伤，根据实际情况对叶片进行及时维护，就可以保证叶片的安全可靠，降低事故和维修成本。目前公开的叶片裂纹检测方法主要有复型法、电位法、显微镜直接观察法和声发射技术等。复型法具有较低的成本和很高分辨力，但是劳动强度大，费时，并且很难适用于实验室以外的试验环境；电位法适用于在高温和腐蚀介质中的裂纹扩展；显微镜直接观察法是各种方法中最直接的测试方法，特点是分辨力高，精度高，可用于高温环境介质条件，但是成本高昂；声发射技术几乎不受材料的限制，可对裂纹的萌生和扩展进行动态监测，但实际环境中的机械噪声会对监测系统造成干扰。综上所述，这些方法在一定程度上实现了对裂纹损伤的检测，但是由于采用上述方法对风力发电机叶片进行检测或者工作量大，或者效率较低，或者成本高，因此不能有效应用于大型风机叶片裂纹的检测上，很难得到普及。
实用新型内容本实用新型所解决的技术问题在于提供一种高效的风力发电机叶片裂纹自动检测报警系统。实现本实用新型目的的技术解决方案为一种风力发电机叶片裂纹自动检测报警系统，包括若干检测装置和控制设备，所述检测装置安装在风电机组的叶片上，该检测装置与控制设备通过ZigBee无线通信方式相连接，将检测的结果传输给控制设备；所述检测装置包括嵌入式处理器核心�？�、若干裂纹检测模块、温湿度检测�？�、LED报警�？橐约癦igBee无线通信接口，所述裂纹检测�？橛肭度胧酱砥骱诵哪？橄嗔樱觳獾囊镀刺藕糯涓度胧酱砥骱诵哪？椋率燃觳饽？橛肭度胧酱砥骱诵哪？橄嗔樱觳獾降奈率刃藕糯涓度胧酱砥骱诵哪？椋琇ED报警�？橛肭度胧酱砥骱诵哪？橄嗔樱谇度胧酱砥骱诵哪？榈目刂葡卤ň琙igBee无线通信接口与嵌入式处理器核心�？橄嗔樱涮峁┪尴咄ㄐ沤涌�。—种风力发电机叶片裂纹自动检测方法，包括以下步骤步骤I、检测装置中的裂纹检测�？榧觳夥缌Ψ⒌缁镀刺⒔藕糯涓度胧酱砥骱诵哪？椋筛媚？榕卸鲜欠裼辛盐疲绻性蛑葱胁街�2，否则执行步骤3 ；步骤2、LED报警模块开始报警；步骤3、检测装置中的温湿度检测�？榧觳夥绯〉奈率龋⒔率刃藕糯涓度胧酱砥骱诵哪？椋徊街�4、嵌入式处理器核心�？榻镀刺藕藕臀率刃藕呕阕芎蟠涓刂粕璞福弧げ街�5、控制设备将若干检测装置的信号汇总后传输给管理部门。本实用新型与现有技术相比，其显著优点为1)系统能够实时自动检测叶片状态，在早期发现叶片的损坏并及时进行维护，自动化程度高，可以为风电叶片管理提供决策依据，具有非常广阔的应用前景；2)系统带有温湿度检测功能，能够在检测叶片状态的同时检测温湿度情况；3)系统采用ZigBee无线网络技术，不需要复杂的网络布线，结构简单；4)系统采用GPRS或以太网通信，便于管理部门及时掌握叶片状态；5)只在定时检测的时候唤醒检测装置，功耗低。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
图I为本实用新型的系统组成和工作原理示意图。图2为本实用新型的检测装置组成示意图。图3为本实用新型的控制设备组成示意图。图4为本实用新型的嵌入式处理器核心单元组成示意图。图5为本实用新型的工作流程示意图。
具体实施方式
结合图I、图2，本实用新型的一种风力发电机叶片裂纹自动检测报警系统，包括若干检测装置I和控制设备4，所述检测装置I安装在风电机组2的叶片上，该检测装置I与控制设备4通过ZigBee无线通信方式相连接，将检测的结果传输给控制设备4 ;所述检测装置I包括嵌入式处理器核心�？�12、若干裂纹检测�？�13、温湿度检测�？�14、LED报警�？�15以及ZigBee无线通信接口 16，所述裂纹检测�？�13与嵌入式处理器核心�？�12相连接，将检测的叶片状态信号传输给嵌入式处理器核心�？�12，温湿度检测�？�14与嵌入式处理器核心�？�12相连接，将检测到的温湿度信号传输给嵌入式处理器核心模块12，LED报警�？�15与嵌入式处理器核心�？�12相连接，在嵌入式处理器核心�？�12的控制下报警，ZigBee无线通信接口 16与嵌入式处理器核心�？�12相连接，为其提供无线通信接口。所述裂纹检测�？�13包括粘贴式电阻应变片和不平衡全桥电路。每个检测装置I主要完成裂纹检测功能，还同时具有温湿度检测和无线通信功能。裂纹检测�？橛糜谑凳奔觳夥绲缁鞲鲆镀淖刺晃率燃觳饽？橛糜诩觳獾钡氐奈率惹榭觯籞igBee无线通信接口用于各检测装置联网和设备间的信息传递；GPRS接口用于将裂纹和温湿度检测结果自动上报给管理部门，根据不同的使用地点，也可以选用以太网接口上报检测结果，节省系统成本。设备供电可采用太阳能电池板供电，检测装置被定时唤醒，其余时间处于睡眠模式，尽可能减小功耗。使用时用粘合剂将应变片粘贴在叶片表面一些较易出现裂纹的部位，例如叶根表面等。如果应变片未检测到叶片的裂纹，则系统不产生动作；如果确认检测到某一叶片产生了裂纹，则该检测装置自动控制叶片对应的报警灯闪烁，以指示某一叶片出现了裂纹状况。温湿度检测功能由温湿度传感器来完成，它具有较高的温度和湿度检测精度。上述检测得到的结果通过ZigBee无线网络传输方式发送给控制设备4。控制设备4负责收集一定区域范围内的检测装置I检测到的叶片裂纹信息和温湿度信息，并将这些数据定时上报给管理部门5。管理部门5通过获得的信息，就可以确定各个风电机2的叶片裂纹情况和当地的温湿度情况。所述裂纹检测�？�13与叶片的数量一致，一个叶片对应一个裂纹检测�？�13 ; — 个�？榭梢园ㄈ舾捎Ρ淦咛甯菪枰猩柚�。所述嵌入式处理器核心�？�12包括嵌入式处理器以及分别与之相连接的电源�？�、时钟�？�、复位模块、调试接口模块。所述嵌入式处理器核心�？�12中嵌入式处理器的型号为TI公司的SoC解决方案CC2530。电源�？槲度胧酱砥魈峁┕ぷ鞯缭矗敝幽？槲⒖刂破魈峁┦敝有藕牛次荒？橛糜谠谇度胧酱砥鞴ぷ鞒鱿止收鲜碧峁└次恍藕牛魇越涌谀？橛糜诮τ贸绦蛳略氐角度胧酱砥饕约霸谇度胧酱砥鞴ぷ魇惫鄄饽诓康墓ぷ髑榭�。结合图3，控制设备4包括嵌入式处理器核心单元17、ZigBee无线通信接口�？�18、GPRS接口 19以及以太网接口 20，所述ZigBee无线通信接口�？�18、GPRS接口 19和以太网接口 20均与嵌入式处理器核心单元17相连接，为其提供通信接口。结合图4，嵌入式处理器核心单元17包括嵌入式处理器以及分别与之相连接的电源模块、时钟�？椤⒏次荒？�、调试接口模块。嵌入式处理器核心单元17中的嵌入式处理器为NXP公司的LPC芯片。电源�？槲度胧酱砥魈峁┕ぷ鞯缭矗敝幽？槲度胧酱砥魈峁┦敝有藕牛次荒？橛糜谠谇度胧酱砥鞴ぷ鞒鱿止收鲜碧峁└次恍藕牛魇越涌谀？橛糜诮τ贸绦蛳略氐角度胧酱砥饕约霸谇度胧酱砥鞴ぷ魇惫鄄饽诓康墓ぷ髑榭觥Ｉ鲜銮度胧酱砥骱诵哪？�12和嵌入式处理器核心单元17结构类似，区别仅为嵌入式处理器的型号和相关外围电路。结合图5，一种风力发电机叶片裂纹自动检测方法，包括以下步骤步骤I、检测装置I中的裂纹检测�？�13检测风力发电机叶片状态，并将信号传输给嵌入式处理器核心模块12，由该�？榕卸鲜欠裼辛盐疲绻性蛑葱胁街�2，否则执行步骤3 ; 步骤2、LED报警�？�15开始报警；步骤3、检测装置I中的温湿度检测�？�14检测风场3的温湿度，并将温湿度信号传输给嵌入式处理器核心�？�12 ；步骤4、嵌入式处理器核心�？�12将叶片状态信号和温湿度信号汇总后传输给控制设备4 ；[0034]步骤5、控制设备4将若干检测装置I的信号汇总后传输给管理部门5。下面结合实施例，对本实用新型作进一步详细的描述。参见图1，风电叶片裂纹自动检测报警系统由检测装置I和控制设备4组成。每个检测装置I安装于风电机2上，各自独立地检测叶片状态和温湿度情况。另外，在风场3范围安装多个控制设备4。检测装置I和控制设备4通过ZigBee无线方式联网组成叶片裂纹自动检测报警系统，控制设备4通过GPRS无线数据传输方式或以太网有线方式将叶片检测结果和温湿度信息自动上报给管理部门5。结合图2-图4，检测装置的构成包括嵌入式处理器核心�？�12、裂纹检测�？�13、温湿度检测�？�14、LED报警模块15以及ZigBee无线通信接口 16 ;控制设备4的构成包括嵌入式处理器核心单元17、ZigBee无线通信接口模块18、GPRS接口 19以及以太网接口20。其中，检测装置I的嵌入式处理器核心�？�12与控制设备4的嵌入式处理器核心单元17的基本构成相同，包括嵌入式处理器以及分别与之相连接的电源�？�、时钟�？�、复位模 块、调试接口�？榈龋钦饬街稚璞妇咛逅∮玫那度胧酱砥饔兴煌�。裂纹检测�？�13由粘贴式电阻应变片以及相关的变换测量电路完成，当叶片表面产生微小变形时，粘贴在上面的应变片线栅亦随之发生变形，由于金属导体的应变效应，使线栅的电阻发生变化。这时，再由变换测量电路将电阻的变化转换为电压变换后输出。测量电路采用不平衡电桥电路来实现把应变片的电阻变化量转换为电压变化量。为了使测量电桥具有较高的灵敏度和测量精度，并且不受温度的影响，采用了全桥电路。温湿度检测�？�14由Sensirion公司的SHTll数字温湿度传感器及相关外围电路组成，具有较高的检测精度。检测装置I的ZigBee无线通信接口 16和控制设备4的ZigBee无线通信接口�？�18硬件相同，选用TI公司的CC2530。检测装置I的LED报警�？�15，采用LED灯实现。控制设备4的GPRS接口 19选用SIMCom公司专为中国大陆市场设计的2频的GSM/GPRS�？镾IM900A，以太网接口 20选用Wiznet公司的W5100。嵌入式处理器根据不同的设备选用不同的型号，如控制设备4中的嵌入式处理器可选用NXP公司的LPC系列芯片，而检测装置I中的嵌入式处理器则选用CC2530中集成的增强型51单片机。结合图I和图5，说明系统的工作流程。当检测装置I上电工作以后，通过裂纹检测�？�13定时检测叶片的状态，即是否有裂纹产生。如果未检测到裂纹，则LED报警�？�15不动作，无报警信号；如果检测到有裂纹产生，则控制LED报警模块15发出按一定频率闪烁的报警信号，起到显著的警示作用。在检测完叶片的状态后，温湿度检测�？�14检测叶片周围的温湿度情况。检测装置I定时检测叶片状态和温湿度信息后，将检测结果通过ZigBee无线网络发送出去。信息经过无线网络的多跳路由以后，将被控制设备4的ZigBee无线通信接口模块18接收到。控制设备4收集各个检测装置I发送的叶片状态和温湿度信息，并将这些信息组合成有一定意义的信息�。ㄊ蓖ü鼼PRS接口 19或以太网接口 20发送给管理部门5。管理部门5通过判断接收到的信息帧中的各个地址，即可准确获知相关地理位置上的叶片状态和温湿度信息。
权利要求1.一种风力发电机叶片裂纹自动检测报警系统，其特征在于，包括若干检测装置[I]和控制设备[4]，所述检测装置[I]安装在风电机组[2]的叶片上，该检测装置[I]与控制设备[4]通过ZigBee无线通信方式相连接，将检测的结果传输给控制设备[4];所述检测装置[I]包括嵌入式处理器核心模块[12]、若干裂纹检测�？閇13]、温湿度检测�？閇14]、LED报警�？閇15]以及ZigBee无线通信接口 [16]，所述裂纹检测模块[13]与嵌入式处理器核心�？閇12]相连接，将检测的叶片状态信号传输给嵌入式处理器核心模块[12]，温湿度检测�？閇14]与嵌入式处理器核心�？閇12]相连接，将检测到的温湿度信号传输给嵌入式处理器核心�？閇12]，LED报警�？閇15]与嵌入式处理器核心�？閇12]相连接，在嵌入式处理器核心�？閇12]的控制下报警，ZigBee无线通信接口 [16]与嵌入式处理器核心�？閇12]相连接，为其提供无线通信接口。
2.根据权利要求I所述的风力发电机叶片裂纹自动检测报警系统，其特征在于，所述裂纹检测�？閇13]包括粘贴式电阻应变片和不平衡全桥电路。
3.根据权利要求I所述的风力发电机叶片裂纹自动检测报警系统，其特征在于，控制设备[4]包括嵌入式处理器核心单元[17]、ZigBee无线通信接口�？閇18]、GPRS接口 [19]以及以太网接口 [20]，所述ZigBee无线通信接口�？閇18]、GPRS接口 [19]和以太网接口[20]均与嵌入式处理器核心单元[17]相连接，为其提供通信接口。
4.根据权利要求I所述的风力发电机叶片裂纹自动检测报警系统，其特征在于，所述嵌入式处理器核心模块[12]包括嵌入式处理器以及分别与之相连接的电源�？椤⑹敝幽？�、复位模块、调试接口�？�。
5.根据权利要求4所述的风力发电机叶片裂纹自动检测报警系统，其特征在于，所述嵌入式处理器核心�？閇12]中嵌入式处理器的型号为TI公司的CC2530。
6.根据权利要求3所述的风力发电机叶片裂纹自动检测报警系统，其特征在于，嵌入式处理器核心单元[17]包括嵌入式处理器以及分别与之相连接的电源�？�、时钟�？�、复位�？�、调试接口�？�。
7.根据权利要求6所述的风力发电机叶片裂纹自动检测报警系统，其特征在于，嵌入式处理器核心单元[17]中的嵌入式处理器为NXP公司的LPC芯片。
专利摘要本实用新型公开了一种风力发电机叶片裂纹自动检测报警系统。系统由检测装置和控制设备组成。检测装置通过粘贴式电阻应变片的形变自动检测叶片状态，并控制报警�？楦霰ň藕牛诩觳庖镀刺耐被咕哂屑觳庵芪Щ肪澄率刃畔⒌墓δ埽幌低衬诓客ü齔igBee网络实现系统的互联，不需要复杂的网络布线，结构简单；系统与外界之间采用GPRS通信，便于管理部门及时掌握叶片的状态和温湿度信息；系统采用低功耗器件，以及定时检测，其余时间睡眠的方法最大程度地减小功耗。本实用新型可广泛用于风电机组叶片状态的实时自动检测，这种检测技术能对产生裂纹的叶片予以预警，为叶片的安全可靠运行提供了保证，具有广阔的经济效益和社会价值。
文档编号G01N33/00GK202533424SQ20122014794
公开日2012年11月14日 申请日期2012年4月10日 优先权日2012年4月10日
发明者吴凯, 吴盘龙, 张捷, 朱建良, 杜国平, 薄煜明, 赵高鹏 申请人:南京理工大学
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