一种基于毫米波雷达的风力发电机叶片监测系统的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电机监测技术领域，特别涉及一种基于毫米波雷达的风力发电机叶片监测系统。


背景技术：

2.目前的诸多的新型能源中，风力发电在技术和成本上都具有较强的优势，我国对于风能开发和利用的项目投资不断加大，风力发电行业也呈现出前所未有的发展速度；在风力发电机运行过程中，当风力过大时，风力发电机的叶片受力会弯曲变形，其中叶片尖端的变形程度最大，如果风力发电机继续工作，叶片尖端有可能会撞击到风力发电机的塔筒造成损失；考虑到风力发电机厂多建于海边、山谷等风大多雨之地，毫米波雷达可以充分发挥其优势，基于此，现提出一种基于毫米波雷达的风力发电机叶片监测系统，经检索，未发现与本实用新型相同或相似的技术方案。


技术实现要素：

3.本实用新型目的是：提供一种基于毫米波雷达的风力发电机叶片监测系统，以解决现有技术中
4.本实用新型的技术方案是：一种基于毫米波雷达的风力发电机叶片监测系统，包括风力发电机，所述风力发电机的机舱尾部侧边安装有毫米波雷达，所述毫米波雷达的波束倾斜指向叶片尖端，获取叶片尖端信息；所述叶片尖端信息包括叶片尖端与毫米波雷达之间的斜向距离l、叶片尖端旋转的线速度、叶片尖端在毫米波雷达坐标系中的相对方位角α；所述毫米波雷达包括射频模块、基带模块，所述射频模块包括mmic单片微波集成电路、天线，所述基带模块包括fpga信号处理模块及stm32控制模块；所述射频模块产生射频信号并将射频信号放大后由天线发射出去，所述天线接收回波信息经射频模块解调放大后传送至基带模块，所述基带模块将叶片尖端信息转化成实时叶间距离l，所述stm32控制模块将实时叶间距离l与风机主控系统交互。
5.优选的，所述mmic单片微波集成电路提供77ghz射频信号。
6.优选的，所述天线包括发射天线和接收天线，所述发射天线和接收天线多通道收发。
7.优选的，所述mmic单片微波集成电路包括低噪声放大器、功率放大器、混频器、上变频器、检波器、调制器、压控振荡器、移相器、开关、mmic收发前端，发射/接收组件。
8.优选的，所述mmic单片微波集成电路包括发射链路和接收链路。
9.与现有技术相比，本实用新型的优点是：
10.(1)本实用新型通过毫米波雷达测量叶片尖端信息，即叶片尖端与毫米波雷达之间的斜向距离l、叶片尖端旋转的线速度、叶片尖端在毫米波雷达坐标系中的相对方位角α，计算出叶片尖端与塔筒的实时叶间距离l；风机主控系统通过实时监测风力发电机叶片的弯曲变形程度，及时对风力发电机做出减速或停机的保护判断，间接有效的提高风力发电
效率。
11.(2)本实用新型中毫米波雷达安装在风力发电机机舱尾部的侧面，避免了安装在正对风机叶片尖端的塔筒处，可避免对塔筒造成破坏，同时也避免毫米波雷达直接安装在地面处的被偷盗的安全隐患。
12.(3)本实用新型具有全天候工作、抗干扰能力强、测量精度高、安全可靠的优点。
附图说明
13.下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
14.图1为本实用新型所述一种基于毫米波雷达的风力发电机叶片监测系统中毫米波雷达的结构框图；
15.图2为本实用新型所述一种基于毫米波雷达的风力发电机叶片监测系统中所述毫米波雷达的安装位置以及叶片尖端信息的示意图。
具体实施方式
16.下面结合具体实施例，对本实用新型的内容做进一步的详细说明：
17.在实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对实用新型的限制。
18.如图1、2所示，一种基于毫米波雷达的风力发电机叶片监测系统，包括风力发电机，风力发电机的机舱尾部侧边安装有毫米波雷达，毫米波雷达的波束倾斜指向叶片尖端，获取叶片尖端信息；叶片尖端信息包括叶片尖端与毫米波雷达之间的斜向距离l、叶片尖端旋转的线速度、叶片尖端在毫米波雷达坐标系中的相对方位角α；如图2所示，叶片尖端信息可计算出叶片尖端与塔筒边缘的实时叶间距离l：l＝l*sinα-δx，其中，α为叶片尖端在雷达坐标系中的相对方位角，δx为毫米波雷达的中心与塔筒边缘的校正距离，该校正距离为现场测量得到的已知值；通过叶片尖端旋转的线速度的测量，可以将检测范围内叶片尖端与塔筒区分开，防止发生错检漏检现象。
19.毫米波雷达包括射频模块、基带模块，射频模块包括mmic单片微波集成电路、天线，mmic单片微波集成电路包括数模转换器、信号发生器、混频器、低噪声放大器、功率放大器、矢量调制器、中频放大器、滤波器，mmic单片微波集成电路还包括发射链路和接收链路；mmic单片微波集成电路提供稳定、宽频带的77ghz射频信号。天线包括发射天线和接收天线，发射天线和接收天线多通道收发，具体的，发射三路合一，接收采用四通道；通过选用77ghz射频信号作为载波，经发射天线辐射出去，发射信号经过目标反射再通过四路天线同时接收含有叶片尖端信息的回波信号，发射天线和接收天线实现了天线的高增益和低旁瓣，既可以单发单收，又可以单发多收。
20.基带模块包括fpga信号处理模块及stm32控制模块；fpga信号处理模块对射频模块输出的基带数字信号进行后续处理，即提取毫米波雷达测得的叶片尖端与毫米波雷达之间的斜向距离l、叶片尖端旋转的线速度、叶片尖端在毫米波雷达坐标系中的相对方位角α，
并将上述叶片尖端信息输出给stm32控制模块。
21.stm32控制模块负责提供mmic单片微波集成电路所需的控制命令，实现对射频增益、带宽、通道等参数的灵活控制；stm32控制模块同时根据实际风力发电机场景和安装位置做一些变换，最终通过l＝l*sinα-δx计算得到实时叶间距离l，最后stm32控制模块将实时叶间距离l通过风力发电机厂匹配的硬件接口传递至风机主控系统进行交互，风机主控系统控制风机停机或减速。
22.综上所述，射频模块产生射频信号并将射频信号放大后由天线发射出去，天线接收回波信息经射频模块解调放大后传送至基带模块，基带模块将叶片尖端信息转化成实时叶间距离l，stm32控制模块将实时叶间距离l通过风力发电机厂匹配的硬件接口传递至风机主控系统进行交互。
23.上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型，因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。