本發(fā)明涉及測(cè)量，具體涉及一種葉片狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，隨著大型風(fēng)機(jī)（5兆瓦以上）的快速發(fā)展，特別是海上10兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)的大批量安裝，葉片斷裂、掉落事故頻繁發(fā)生。目前大型風(fēng)機(jī)葉片損傷在線監(jiān)測(cè)技術(shù)主要有：1）以葉片應(yīng)變變化為依據(jù)的損傷監(jiān)測(cè)。但該監(jiān)測(cè)方法局限于局部材料的損傷，對(duì)相距傳感器安裝位置較遠(yuǎn)的損傷無(wú)法有效探測(cè)。雖然提高傳感器的使用數(shù)量能夠一定程度上提升測(cè)量效果，但大面積安裝應(yīng)變傳感器的成本無(wú)法接受。2）以聲發(fā)射傳感器為依據(jù)的損傷監(jiān)測(cè)。聲發(fā)射技術(shù)的理論依據(jù)是當(dāng)復(fù)合材料發(fā)生損傷時(shí)，損傷部位會(huì)在材料破壞的瞬間產(chǎn)生高頻彈性波，也就是所謂的聲發(fā)射。聲發(fā)射傳感器監(jiān)測(cè)材料中是否出現(xiàn)此類彈性波作為葉片損傷監(jiān)測(cè)的依據(jù)。由于聲發(fā)射信號(hào)在材料局部損傷時(shí)短暫出現(xiàn)，隨后載荷重新分布到周邊尚未出現(xiàn)損傷的復(fù)合材料，聲發(fā)射信號(hào)隨之消失，在相鄰兩次局部材料損傷產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)之間沒(méi)有聲發(fā)射信號(hào)，即便此時(shí)損傷已經(jīng)出現(xiàn)。此外，風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中葉片進(jìn)入調(diào)槳模式時(shí)，調(diào)槳機(jī)構(gòu)的動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生大量噪聲，在葉片材料中傳播。而此時(shí)風(fēng)機(jī)葉片的載荷往往是處于較大狀態(tài)，也就是葉片材料出現(xiàn)損傷概率較大的時(shí)候，調(diào)槳機(jī)構(gòu)的噪聲影響聲發(fā)射傳感器的損傷信號(hào)檢測(cè)，因此用聲發(fā)射信號(hào)評(píng)估葉片損傷情況的可靠性無(wú)法保證。3）以振動(dòng)加速度傳感器監(jiān)測(cè)葉片固有頻率的變化作為葉片損傷監(jiān)測(cè)的依據(jù)。然而不少研究報(bào)告在對(duì)全尺度葉片的臺(tái)架疲勞試驗(yàn)時(shí)，階段性地用單點(diǎn)加載釋放的方法采集葉片固有頻率，得到的結(jié)果卻顯示葉片固有頻率的變化小到可以忽略不計(jì)的程度，雖然葉片出現(xiàn)了不同程度的損傷。在實(shí)際運(yùn)行中的風(fēng)機(jī)，葉片固有頻率的激勵(lì)無(wú)法用人為加載的方法進(jìn)行。而依靠風(fēng)的自然激勵(lì)更無(wú)法可靠地獲得葉片的固有頻率。

2、為此，如何低成本地、準(zhǔn)確地、持久地監(jiān)測(cè)葉片的健康狀態(tài)，尤其是監(jiān)測(cè)葉片損傷，是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服相關(guān)技術(shù)中諸多問(wèn)題中的至少一者，本發(fā)明提供了一種葉片狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法。

2、其中，所述的葉片狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，包括：

3、在葉片無(wú)損傷情況下采集同一葉片上沿著葉根至葉尖方向多個(gè)截面處的葉片基準(zhǔn)振動(dòng)數(shù)據(jù)，并基于所述的基準(zhǔn)振動(dòng)數(shù)據(jù)獲取任意兩個(gè)所述的截面之間的基準(zhǔn)頻域協(xié)方差；

4、葉片無(wú)損傷情況下采集所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的基準(zhǔn)運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；

5、根據(jù)所述的基準(zhǔn)頻域協(xié)方差和所述的基準(zhǔn)運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建記憶矩陣，再計(jì)算任意兩截面之間的基準(zhǔn)相似度閾值；

6、在葉片實(shí)際工作情況下采集所述同一葉片上沿著葉根至葉尖方向多個(gè)所述截面處的葉片實(shí)際振動(dòng)數(shù)據(jù)，并基于所述的實(shí)際振動(dòng)數(shù)據(jù)獲取任意兩個(gè)所述的截面之間的實(shí)際頻域協(xié)方差；

7、葉片實(shí)際工作情況下采集所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；

8、根據(jù)所述的實(shí)際頻域協(xié)方差、所述的實(shí)際運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和所述的記憶矩陣，計(jì)算任意兩截面之間的實(shí)際相似度值；

9、比較兩個(gè)截面之間的實(shí)際相似度值與基準(zhǔn)相似度閾值以確定所述葉片的損傷情況。

10、可選的一些實(shí)施例中，在葉片無(wú)損傷情況下且在第一預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)，對(duì)于任一葉片m，其上任一截面 sec t的第 k項(xiàng)基準(zhǔn)幅值譜的譜線 bl m _sec t _amp k為：

11、,

12、其中， k是第 k項(xiàng)基準(zhǔn)幅值譜的譜線的序號(hào)，， n是基準(zhǔn)幅值譜的譜線序列的總長(zhǎng)度；是在截面 sec t?處采集到的基準(zhǔn)振動(dòng)數(shù)據(jù)序列的第 n項(xiàng)。

13、可選的一些實(shí)施例中，按照如下公式獲取任意兩個(gè)所述的截面之間的基準(zhǔn)頻域協(xié)方差：

14、],

15、其中，是截面和截面之間的基準(zhǔn)頻域協(xié)方差，是截面第 k項(xiàng)基準(zhǔn)幅值譜的譜線，是截面的基準(zhǔn)幅值譜的譜線的平均值；是截面第 k項(xiàng)基準(zhǔn)幅值譜的譜線，是截面的基準(zhǔn)幅值譜的譜線的平均值。

16、可選的一些實(shí)施例中，根據(jù)所述的基準(zhǔn)頻域協(xié)方差和所述的基準(zhǔn)運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建記憶矩陣包括：

17、利用所述的基準(zhǔn)頻域協(xié)方差和所述的基準(zhǔn)運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)創(chuàng)建基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集；

18、對(duì)所述的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集進(jìn)行降采樣得到降采樣基準(zhǔn)頻域協(xié)方差和降采樣基準(zhǔn)運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；

19、組合降采樣基準(zhǔn)頻域協(xié)方差和降采樣基準(zhǔn)運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以形成所述的記憶矩陣。

20、可選的一些實(shí)施例中，所述的計(jì)算任意兩截面之間的基準(zhǔn)相似度閾值，包括：

21、從所述的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集中剔除所述的降采樣基準(zhǔn)頻域協(xié)方差和降采樣基準(zhǔn)運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以得到訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；

22、從所述的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中選取任一時(shí)刻t對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)作為觀測(cè)向量；

23、基于所述的觀測(cè)向量計(jì)算估計(jì)向量；

24、計(jì)算所述的任一時(shí)刻t對(duì)應(yīng)的觀測(cè)向量和估計(jì)向量之間的相似度；

25、重復(fù)前述步驟計(jì)算訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中每個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的相似度以構(gòu)建相似度集合，并基于所述的相似度集合獲取基準(zhǔn)相似度閾值。

26、可選的一些實(shí)施例中，所述的基于所述的觀測(cè)向量計(jì)算估計(jì)向量按照下列公式進(jìn)行：

27、,

28、其中，d為所述的記憶矩陣。

29、可選的一些實(shí)施例中，按照如下公式計(jì)算所述的任一時(shí)刻t對(duì)應(yīng)的觀測(cè)向量和估計(jì)向量之間的相似度：

30、<mi>sim</mi><mi>=</mi><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>1+</mi><msqrt><mstyle displaystyle="false"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>h</mi><mi>=</mi><mn>1</mn></mrow><mi>h</mi></munderover><msup><mrow><mi>[</mi><msub><mi>v</mi><mi>est</mi></msub><mi>(h)-</mi><msub><mi>v</mi><mi>obs</mi></msub><mi>(h)]</mi></mrow><mn>2</mn></msup></mstyle></msqrt></mrow></mfrac>,

31、其中，；h為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的所述的基準(zhǔn)運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)的總數(shù)。

32、可選的一些實(shí)施例中，所述的根據(jù)所述的實(shí)際頻域協(xié)方差、所述的實(shí)際運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和所述的記憶矩陣，計(jì)算任意兩截面之間的實(shí)際相似度值，包括：

33、根據(jù)實(shí)際頻域協(xié)方差和實(shí)際運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建實(shí)際觀測(cè)向量；

34、根據(jù)實(shí)際觀測(cè)向量和所述的記憶矩陣計(jì)算任意截面之間的實(shí)際估計(jì)向量；

35、根據(jù)實(shí)際觀測(cè)向量和實(shí)際估計(jì)向量計(jì)算任意兩截面之間的實(shí)際相似度值。

36、可選的一些實(shí)施例中，所述的基準(zhǔn)相似度閾值包括損傷告警閾值：

37、若實(shí)際相似度值小于所述的損傷告警閾值，則表明葉片有損傷。

38、可選的一些實(shí)施例中，所述的損傷告警閾值由下面公式計(jì)算：

39、,

40、其中，是損傷告警閾值，是告警閾值系數(shù)；和分別是相似度集合的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

41、本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：

42、本公開(kāi)以風(fēng)機(jī)葉片多截面振動(dòng)數(shù)據(jù)以及風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為葉片損傷監(jiān)測(cè)指標(biāo)，因此每只葉片只需要沿著葉片長(zhǎng)度方向安裝若干只加速度傳感器，且傳感器數(shù)量不需要大面積覆蓋葉片表面，并收集風(fēng)力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)便可有效監(jiān)測(cè)葉片是否出現(xiàn)損傷并定位葉片損傷位置。相應(yīng)的，損傷定位的精度取決于傳感器的個(gè)數(shù)，數(shù)量越多，損傷位置監(jiān)測(cè)越準(zhǔn)確。此外，損傷一旦出現(xiàn)，這個(gè)實(shí)際相似度值將一直保持且會(huì)隨著損傷程度的增加而愈發(fā)偏離告警線，而不會(huì)像固有頻率那樣沒(méi)有明顯變化。綜上，本公開(kāi)可以大幅度降低傳感器的使用量，且基于構(gòu)建的相似度損傷模型即可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)葉片損傷位置。