[發明專利]光纖光柵傳感器系統和方法

有效

• 申請號: 201280053532.0
• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號: CN104024815A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: T·何喬特;L·格拉韋德
• 申請（專利權）人: 維斯塔斯風力系統集團公司
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01M5/00;G01M11/08;G01D5/353;G01K11/32
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 蔡勝利

技術領域

本發明涉及一種光纖光柵傳感器系統并且涉及一種用于增加在所述系統中的測量點數量的方法。具體地，本發明涉及一種使用布拉格纖維光柵(FBG)或長周期纖維光柵(LPG)的系統和方法，并且考慮到了應用于風力渦輪機發電廠的所述系統的使用。

背景技術

風力渦輪機部件受到來自多個源頭的溫度變化的影響，諸如環境溫度改變、以及在部件中產生的熱量。由此，重要的是所述部件的溫度受到監控以確保其在適當范圍中操作。

此外，風力渦輪機部件受到來自多個源頭的變形或應變的影響，諸如顆粒物(如塵土或冰)的積累、其自身重量、以及由風本身施加的力。由此，重要的是監控在部件上的應變以確保其保持適應于在其預期工作壽命中操作。

FBG傳感器是其中形成有光學光柵的光纖。光柵本身的纖維折射率通常周期性變化，調制為反射特定波長的光。光纖中具有光柵的區域接下來接附到風力渦輪機部件中的區域，將在所述區域中測量操作狀態，諸如溫度或應變。其以這樣的方式接附，使得部件所經受的任何變形、應變、或溫度的改變傳輸到光纖并且傳輸到光柵。溫度變化、變形、以及應變使得光柵的間距和反射率改變，并且使得由光柵反射回或傳輸的光的波長產生可檢測到的改變。用于將光射入FBG傳感器中以及用于將輸出提取并且分析的各種構造是已知的。

長周期纖維光柵以類似于FBG的方式操作，但是將在芯部中行進的特定波長的光耦合到包層上，其繼而在所述包層上由于吸收或散射而損耗。

用于將光纖傳感器安裝在風力渦輪機部件上的多種技術是已知的，諸如借助于支架、或中空殼體接附光纖纜線，或將傳感器定位在細管內，所述細管能夠嵌入(管和全部)復合材料中。在接附到光纖傳感器時，重要的是傳感器將不會受到安裝構件的損傷，無論是在安裝纜線時還是在之后的傳感器操作壽命期間。然而，對于應變傳感器而言，同樣重要的是傳感器對于在部件上的應變足夠敏感。

現有的FBG傳感器造成多個缺點。具體地，為了測量溫度或應變，一系列FBG需要在多個不同位置使用，每個FBG調制為一種不同波長。此外，每個FBG所操作的波長的范圍需要不同于每個其他FBG的操作波長的范圍。這借助于在圖8中的實施例的方式展示。必要的是使得單個波長能夠涉及特定FBG和特定操作狀態。這種系統需要寬譜帶光源和寬譜帶讀寫器，或窄譜帶可調制光源，這導致所述系統的顯著總體成本。LPG受到類似問題困擾。

我們已認識到的是，存在對于用于檢測在風力渦輪機部件中的多個位置的溫度改變和/或變形的更具有成本效益的解決方案的需求。

發明內容

本發明在應當參考的獨立權利要求中限定。有利特征在應當參考的從屬權利要求中載列。

根據本發明的第一方面，提供一種用于在多個位置處測量操作狀態的光纖傳感器系統，所述傳感器包括：傳感器光纖；光源，其用于將光輸入傳感器光纖中；光檢測器，其用于接收來自傳感器光纖的光；以及處理器，其用于以在光檢測器處接收的光為基礎輸出與所述多個位置相對應的操作狀態的測量結果。光纖傳感器包括多個光學光柵，每個光柵在使用中被放置在風力渦輪機部件上的相應位置并且設置成根據操作狀態變化在相應波長范圍上操作。所述多個光柵中的第一個光柵是主光柵并且設置成在第一波長范圍上操作，其他光柵設置成在第二波長范圍上操作，第一波長范圍不同于第二波長范圍。所述其他光柵設置成使得其操作的相應波長范圍與第一波長范圍以相應預定間隔錯開并且從而使得其與所述其他光柵中的至少一個的相應波長范圍重疊。處理器能夠操作以根據接收的在第一波長范圍中波長值確定在主光柵位置處的操作狀態值，并且基于接收到的在第一波長范圍中波長值、接收到的在第二波長范圍中波長值、以及重疊范圍彼此錯開的預定間隔而確定在所述其他光柵中的一個光柵的位置處的操作狀態值。

如在本文中使用的術語“設置成操作”意味著與落入分配的波長范圍內并且根據操作狀態變化在范圍內變化的波長的光相互作用。

借助于提供所述光纖傳感器系統，有利的是用于測量多個操作狀態的傳感器的成本可以降低。成本可以降低是由于對于同樣數量的測量，光源、以及光檢測器所操作的波長范圍能夠降低。替代地，有利的是，對于能夠發射固定波長范圍的給定光源，能夠進行測量的數量可以增加。

優選地，具有在第一波長范圍中的波長的光唯一地指示出在主光柵位置處的操作狀態值。