[發明專利]裂縫檢測系統

有效

• 申請號: 200910137810.0
• 申請日: 2009-04-21
• 公開（公告）號: CN101571494A
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發明（設計）人: C·伯查特;E·格羅夫-尼爾森;J·J·O·克里斯滕森;H·斯蒂斯達爾
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G02B6/24
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 譚佐晞;曹 若

本發明涉及一種用于檢測載荷工程結構(a?loaded?engineering?structure)中 裂縫的裂縫檢測系統。載荷工程結構，例如風力渦輪機轉子葉片、飛機機翼、 螺旋槳、直升機旋翼、車輛結構部件、混凝土建筑物、混凝土水壩等等。

此類載荷工程結構中的裂縫和故障能造成嚴重的后果。擴展型裂縫的早 期警戒能挽救生命和財產。

WO2006/012927A1公開了可以檢測風力渦輪機轉子葉片中的裂縫的方 法和裝置。用于監控風力設備上轉子葉片的狀態的裝置通過布置在轉子葉片 上的至少一個位移傳感器對結構傳遞噪音進行測量。頻譜是由傳感器信號確 定，并與對應于損傷的定義狀態和其它特定狀態的參比頻譜比較。通過將所 確定的頻譜與參比頻譜進行比較，可確定轉子葉片的狀態。

2004年11月，Niels?Preben?Immerkaer、Ivan?Mortesen、LM?Glasfiber?A/S Lunderskov對檢測風力渦輪機轉子葉片中的裂縫的另一方法進行了描述。 這些作者描述提供與風力渦輪機轉子葉片的后緣平行走向的三股光纖。這些 光纖與后緣的距離分別為2cm、4cm和6cm。從后緣擴展的裂縫將從最外邊 的光纖(即，最靠近后緣的光纖)開始破壞光纖。根據裂縫檢測系統的破裂 的光纖數目，可確定關于裂縫的緊急狀態。所使用的光纖為光纖光柵系統 (fiber?Bragg?grating?system，FBG)的一部分。此類系統使用直徑大約為120 μm的單光纖。

從優于目前工藝水平觀點來看，本發明的第一個目的是提供一種有利于 檢測載荷工程結構中裂縫的裂縫檢測系統，該裂縫檢測系統尤其用于風力渦 輪機轉子葉片中的裂縫檢測。

本發明的第二個目的是提供一種有利于檢測工程結構中的裂縫的方法。

第一個目的由如權利要求1所要求的用于檢測載荷工程結構中的裂縫 的裂縫檢測系統而實現，而第二個目的由如權利要求12所要求的用于檢測 裂縫的方法而實現。附屬權利要求包含本發明的進一步改進。

用于檢測載荷工程結構中的裂縫的創造性的裂縫檢測系統包括光源、被 引入該結構的光纖、以及用于將光源的光線耦合到光纖中的機構。在本創造 性的裂縫檢測系統中所使用的光纖的直徑小于75μm。

如上所述，光纖光柵系統中所使用光纖的直徑大約為120μm。此外， 這些光纖極其易碎。與這些光纖相比，直徑小于75μm的光纖較不易碎，并 且它們的尺寸也與一般玻璃纖維層壓板(fibre?laminate)中光纖的尺寸類似。 因此，直徑小于75μm的光纖比光纖光柵系統中所使用的那些光纖更堅固， 并且尤其可用于纖維增強層壓結構，例如風力渦輪機轉子葉片的殼體。

為了增大這些光纖傳輸光的能力，可以以光纖束的形式將這些光纖引入 該結構。上述束可由多達幾百根的單光纖組成，這樣可使得系統更堅固，其 原因是較大數量的光纖賦予系統冗余性并因此使其較不易損壞。

成束光纖的另一優點在于：如果出現裂縫，一束光纖中的所有光纖不會 同時破裂。當該束光纖中越來越多的光纖破裂時，穿過光纖束的光線傳播就 會減少。這是檢測工程結構退化的簡單而又有效的方法，如果在退化發展緩 慢，該方法尤其有用。然而，即便裂縫迅速擴展，確定光纖束中光纖的破裂 順序能提示裂縫的擴展，這對裂縫的評估可能非常有用。

隨著使用直徑小于75μm，例如直徑大約為50μm的單光纖，如果工程 結構是由纖維增強層壓結構制成，光纖束與周圍的光纖相兼容。此外，將光 纖捆成束狀增加了傳輸光線的能力，這使得裂縫能用肉眼通過從破裂光纖束 出現的光線檢測，尤其是在夜晚。因此，因上述結構中的裂縫，在檢查工程 結構期間通過視覺上檢測從斷裂光纖束逸出的光線從視覺上發現裂縫成為 可能。

為確保在層壓結構中由膠合劑或基體材料適當潤濕，可將光纖束裝入可 滲透軟管內，例如塑料纖維(通常為熱塑性聚酯)或玻璃纖維的編織軟管。 可供選擇地，可將一股或多股線束纏繞在光纖束周圍而形成包體。可對纏繞 在光纖束周圍的單股線束或多股線束、或者可滲透軟管著上濃厚的顏色，以 使光纖束易于定位。如果以后在復合層壓結構上進行修理或維護工作，此方 法可防止光纖的損壞。