叶片偏转监测系统.pdf

描述了一种用于监测风力涡轮机叶片的偏转的系统。该系统包括无线范围测量系统，该系统具有朝向叶片的根端设置的至少一个无线通信装置和朝向叶片的顶端设置的至少一个无线通信装置。根端装置设置在从叶片的外表面突出的支架上，以提供根端装置与顶端装置之间的通信路径，该通信路径不易受到来自多路径影响的干扰，等等。还提供了一种根据测量的偏转获得倾斜和横摆力矩的方法。还描述了用于这种系统的控制方法，其中可以至少部分地基于风力涡轮机叶片的偏转特性改变通信路径的信号增益。

1.  一种风力涡轮机叶片，包括具有压力侧和吸入侧以及前缘和后缘的翼面轮廓体，在所述前缘和所述后缘之间延伸有弦长，所述叶片具有顶端和根端，所述风力涡轮机叶片还包括：
朝向所述顶端设置的至少一个顶端通信装置，
朝向所述根端设置的至少一个根端通信装置，所述至少一个根端通信装置与所述至少一个顶端通信装置通过无线通信路径进行无线电波通信，以监测所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的距离，从而确定所述至少一个顶端通信装置相对于所述至少一个根端通信装置的移动，该移动指示叶片的偏转，其中，
所述至少一个根端通信装置设置在在所述根端从所述风力涡轮机叶片的外表面突出的至少一个支架上，其中所述根端通信装置与所述叶片的外表面间隔开，以使所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的通信路径中的路径损失最小化。

2.  根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述至少一个支架从所述风力涡轮机叶片的外表面突出，所述至少一个根端通信装置位于所述至少一个支架的末端，所述风力涡轮机叶片具有用于所述风力涡轮机叶片的特征最大偏转形状，其中所述至少一个支架从风力涡轮机叶片的外表面突出的长度基于所述特征最大偏转形状选择，使得所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的通信路径的路径损失在预定的可接受路径损失水平以下。

3.  根据权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片，其中，所述至少一个支架从所述风力涡轮机叶片的外表面突出，所述至少一个根端通信装置位于所述至少一个支架的末端，其中所述至少一个顶端通信装置设置在所述风力涡轮机叶片的外表面上，所述风力涡轮机叶片具有一定范围的容许偏转形状，其中，
所述至少一个支架从所述风力涡轮机叶片的外表面突出的长度被选择成使得对于所述叶片的所述一定范围的容许偏转形状，在所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间保持了视线通信路径。

4.  根据权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片，其中，所述至少一个顶端通信装置设置在叶片本体的内部。

5.  根据权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片，其中，所述顶端通信装置设置在叶片本体的外部。

6.  根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述至少一个根端通信装置和所述至少一个顶端通信装置中的至少一个朝向所述风力涡轮机叶片的前缘或后缘设置。

7.  根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述通信装置的位置构造成使得所述通信装置之间的通信信号沿着所述风力涡轮机叶片的前缘或后缘传播，并且所述风力涡轮机叶片在拍打方向上的弯曲导致信号传播时间的最大变化。

8.  根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述风力涡轮机叶片包括设置在第一支架上的第一根端通信装置和设置在第二支架上的第二根端通信装置，所述第一根端通信装置和所述第二根端通信装置朝向所述叶片的前缘或后缘设置，其中所述第一根端通信装置位于所述叶片的前缘或后缘的压力侧上，而所述第二根端通信装置位于所述叶片的前缘或后缘的吸入侧上。

9.  根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述至少一个支架在所述风力涡轮机叶片的外表面上方的一定高度H处突出，其中所述支架的高度H在所述风力涡轮机叶片的根端的直径的10%至50%之间。

10.  根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述风力涡轮机叶片包括设置在第一支架上的第一根端通信装置和设置在第二支架上的第二根端通信装置，所述第一根端通信装置和所述第二根端通信装置彼此间隔开一定距离D，其中所述一定距离D在所述风力涡轮机叶片的根端的直径的75%至200%之间。

11.  根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述风力涡轮机叶片包括朝向所述叶片的顶端设置在沿着所述风力涡轮机叶片的长度的第一位置处的第一顶端通信装置和朝向所述叶片的顶端设置在沿着所述风力涡轮机叶片的长度的第二位置处的第二顶端通信装置，其中所述第一位置与所述第二位置间隔开，所述第二位置位于所述第一位置与所述顶端之间。

12.  根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片，其中，所述风力涡轮机叶片具有模式1形状和模式2形状，其中所述第一顶端通信装置沿着所述叶片的长度设置在所述模式2形状的节点处，并且其中所述第二顶端通信装置朝向所述顶端设置，使得所述风力涡轮机叶片的模式1形状和模式2形状的激发能够根据所述第一顶端通信装置和所述第二顶端通信装置的偏转来确定。

13.  根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述至少一个根端通信装置能够操作为利用三边测量和/或三角测量技术确定所述至少一个顶端通信装置的位置。

14.  根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述至少一个顶端通信装置和所述至少一个根端通信装置是超宽带（UWB）位置追踪和/或通信装置，并且其中，所述通信路径是UWB信号通信路径。

15.  根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述风力涡轮机叶片还包括设置在所述风力涡轮机叶片的部件的至少一部分上的无线电波吸收材料。

16.  根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述风力涡轮机叶片包括通信地联接至所述通信装置中的至少一个通信装置的至少一个处理器部件，其中所述至少一个处理器部件布置在位于所述风力涡轮机叶片的根端处或邻近根端处的控制器壳体中，其中所述至少一个处理器部件选自以下装置中的至少一个：接收器、发射器、接收器-发射器电路、收发器、控制器。

17.  一种风力涡轮机，具有至少一个根据前述权利要求1至16中任一项所述的风力涡轮机叶片。

18.  根据权利要求17所述的风力涡轮机，还包括俯仰控制系统，所述俯仰控制系统能够操作为调节所述风力涡轮机的至少一个风力涡轮机叶片的俯仰，其中所述俯仰控制系统的输入至少部分地基于所确定的所述至少一个顶端通信装置相对于所述至少一个根端通信装置的移动，该移动指示叶片的偏转。

19.  一种用于安装在风力涡轮机叶片上的叶片偏转监测系统，所述风力涡轮机叶片包括具有压力侧和吸入侧以及前缘和后缘的翼面轮廓体，在所述前缘和所述后缘之间延伸有弦长，所述叶片具有顶端和根端，所述监测系统包括：
用于朝向风力涡轮机叶片的顶端安装的至少一个顶端通信装置，
用于朝向风力涡轮机叶片的根端安装的至少一个根端通信装置，以及
操作进行无线通信的所述通信装置的控制器，以监测所述至少一个顶端通信装置和所述至少一个根端通信装置当安装在风力涡轮机叶片上时所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的距离，从而确定所述至少一个顶端通信装置相对于所述至少一个根端通信装置的移动，该移动指示叶片的偏转，其中
所述至少一个根端通信装置布置成与所述风力涡轮机叶片在所述根端的外表面间隔开。

20.  根据权利要求19所述的叶片偏转监测系统，其中，所述监测系统包括用于在风力涡轮机叶片的根端安装在所述风力涡轮机叶片的外表面上的至少一个支架，其中所述至少一个根端通信装置布置在所述至少一个支架的末端上。

21.  一种监测风力涡轮机叶片的偏转的方法，所述风力涡轮机叶片具有压力侧和吸入侧以及前缘和后缘，在所述前缘和所述后缘之间延伸有弦长，所述叶片具有顶端和根端，所述方法包括以下步骤：
提供朝向风力涡轮机叶片的顶端设置的至少一个顶端通信装置；
提供朝向所述风力涡轮机叶片的根端设置的至少一个根端通信装置，所述至少一个根端通信装置与所述至少一个顶端通信装置通过无线通信路径无线地通信，
沿着所述无线通信路径在所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间发射信号，
基于所述信号计算所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的距离测量，以及
基于所述距离测量确定当前的叶片偏转值，其中所述方法还包括下述步骤：
基于以下所述中的至少一项调节所述信号的信号增益水平：当前的叶片偏转值、至少部分地基于所述当前的叶片偏转值的预测的叶片偏转值、或者经由所述通信路径接收的信号的信号强度水平。

22.  一种控制具有至少一个风力涡轮机叶片的风力涡轮机的方法，所述方法包括以下步骤：
监测至少一个根据权利要求21所述的风力涡轮机叶片的偏转；以及
至少部分地基于监测到的所述至少一个风力涡轮机叶片的偏转、优选地通过使至少一个风力涡轮机叶片俯仰来控制所述至少一个风力涡轮机叶片的偏转，从而控制所述风力涡轮机叶片的操作。

23.  一种设计叶片监测系统的方法，所述叶片监测系统用于在根据权利要求1至16中任一项所述的风力涡轮机叶片上使用，所述方法包括以下步骤：
提供风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片包括具有压力侧和吸入侧以及前缘和后缘的翼面轮廓体，在所述前缘和所述后缘之间延伸有弦长，所述叶片具有顶端和根端以及限定的特征偏转轮廓，
提供朝向所述顶端设置的至少一个顶端通信装置；
提供朝向所述根端设置的至少一个根端通信装置，所述至少一个根端通信装置与所述至少一个顶端通信装置通过无线通信路径无线地通信，以监测所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的距离，从而确定所述至少一个顶端通信装置相对于所述至少一个根端通信装置的移动，该移动指示叶片的偏转，
提供在所述根端从所述风力涡轮机叶片的外表面突出的至少一个支架，所述至少一个根端通信装置设置在所述至少一个支架上，以及
对于所述限定的特征偏转轮廓的一系列的叶片偏转形状，为所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的无线通信路径计算预测的信号质量水平，
其中所述方法还包括下述步骤：
选择所述至少一个支架的高度，使得所述至少一个根端通信装置与所述叶片的外表面间隔开，使得对于所述无线通信路径的预测的信号质量水平在对于所述限定的特征偏转轮廓的限定范围的叶片偏转形状的可接受质量极限以上。

24.  根据权利要求23所述的方法，其中，所述限定范围的叶片偏转形状包括所述风力涡轮机叶片的容许的偏转范围。

25.  根据权利要求23或24所述的方法，其中，所述支架的高度选择为使得所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的直接连线穿过少于对于所述限定范围的叶片偏转形状的预定叶片层压体厚度。

26.  根据权利要求25所述的方法，其中，对于所述限定范围的叶片偏转形状，所述直接连线穿过少于所述风力涡轮机的层压体的两个层。

27.  根据权利要求23或24所述的方法，其中，所述支架的高度被选择为使得对于所述限定范围的叶片偏转形状，在所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间保持了清晰的视线。

28.  根据权利要求23至27中任一项所述的方法设计的风力涡轮机叶片。

叶片偏转监测系统
技术领域
本发明涉及用于风力涡轮机叶片的偏转的监测的系统和方法。
背景技术
为了提供风力涡轮机的可靠且受控的运行，当代的风力涡轮机设计试图结合多种叶片监测系统。这种监测系统可以包括叶片偏转监测系统，其用来提供涡轮机运行期间风力涡轮机叶片偏转或挠曲的指示。该信息能够用来监测风力涡轮机叶片将来撞击塔架的可能性，并且执行适当的控制器动作（例如，叶片俯仰或涡轮机制动）以避免这种预测的塔架撞击。
在美国专利No. 7,883,316中提供了这种偏转监测系统的示例，该美国专利描述了使用无线通信网络的偏转监测系统，其能够操作成检测沿着叶片的长度的多个点的位置以及根据该信息确定叶片弯曲。
然而，已经发现，这种无线监测系统容易受到降低监测系统的有效性的各种运行因素影响，这些因素例如为：来自反射或多路径效应的干涉，穿过不同材料的多个层导致的信号衰减，等等。传统地，这种监测系统安装在风力涡轮机叶片结构的内部，因此由于来自内部叶片层压体和叶片翼梁的信号反射而容易受到显著的干涉。
本发明的目的是提供一种受上述因素影响较小的改进的叶片偏转监测系统。
发明内容
因此，提供了一种风力涡轮机叶片，其包括具有压力侧和吸入侧以及前缘和后缘的翼面轮廓体，在前缘和后缘之间延伸有弦长，叶片具有顶端和根端，该风力涡轮机叶片还包括：
朝向所述顶端设置的至少一个顶端通信装置，
朝向所述根端设置的至少一个根端通信装置，所述至少一个根端通信装置与所述至少一个顶端通信装置通过无线通信路径无线地通信，以监测所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的距离，从而确定所述至少一个顶端通信装置相对于所述至少一个根端通信装置的移动，该移动指示叶片的偏转，其中，
所述至少一个根端通信装置设置在在所述根端从所述风力涡轮机叶片的外表面突出的至少一个支架上，其中所述根端通信装置与所述叶片的外表面间隔开，以使所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的通信路径中的路径损失最小化。
通过监测朝向叶片的根端和顶端设置的通信装置之间的距离的变化，相对容易确定风力涡轮机叶片的偏转。然后，该信息能够被用来提供改进的风力涡轮机控制，例如，在叶片偏转可能导致塔架撞击的情况下，可以实施风力涡轮机叶片的紧急俯仰调整。
通过将根端通信装置定位在叶片的外部上以及另外使通信路径与叶片表面间隔开，两个通信装置之间的通信路径较少地由于反射、多路径、信号衰减和/或信号吸收而受到路径损失的影响。这使得装置之间的通信链路的信号质量提高，因此提供了改进的叶片偏转检测系统。另外，根端装置和顶端装置在叶片自身上的定位确保了不管叶片俯仰或旋转或涡轮机摇摆运动如何，装置之间的通信路径都被保持。通过在同一个俯仰坐标系中设置装置，与第一装置安装于叶片而第二装置安装于转子毂或涡轮机舱体的替代系统相比，系统运行所需的计算大大简化。
优选地，所述至少一个支架从所述风力涡轮机叶片的外表面突出，所述至少一个根端通信装置位于所述至少一个支架的末端，风力涡轮机叶片具有用于风力涡轮机叶片的特征最大偏转形状，其中所述至少一个支架从风力涡轮机叶片的外表面突出的长度基于所述特征最大偏转形状选择，使得所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的通信路径的路径损失在预定的可接受路径损失水平以下。
由于任何风力涡轮机叶片都将具有对叶片容许的（certified）最大偏转水平，所以这可以被看作是最差情况的偏转情形。因此，通过使根端通信装置与叶片的表面间隔开特定的距离，能够对叶片的所有预测偏转水平确保可接受的信号通信水平。
作为补充或替代，所述至少一个支架从所述风力涡轮机叶片的外表面突出，所述至少一个根端通信装置位于所述至少一个支架的末端，其中所述至少一个顶端通信装置设置在风力涡轮机叶片的外表面上，风力涡轮机叶片具有一定范围的容许偏转形状，其中，
所述至少一个支架从风力涡轮机叶片的外表面突出的长度被选择成使得对于所述叶片的所述一定范围的容许偏转形状，在所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间保持了视线通信路径。
通过将根端通信装置设置在相对较长的支架上，能够对风力涡轮机叶片的所有预测偏转形状保持顶端装置与根端装置之间的视线连接，从而对装置之间的通信路径产生极佳的信号质量。
然而，将理解的是，顶端通信装置可以设置在叶片本体的内部，例如设置在内部叶片梁、腹板或翼梁上。
可替代地，所述顶端通信装置可以设置在叶片本体的外部。例如，顶端通信装置可以安装于叶片的外表面，或者位于限定在叶片的外表面上的槽、通道或孔内，使得所述顶端通信装置的至少一部分暴露于叶片的外部。通过将顶端通信装置定位在叶片本体的外部，保存了通信装置之间的信号强度的质量，并且波形具有减小的失真，因为信号不需要在装置之间穿过叶片本体的壁。对于安装在外部的顶端装置，优选地，装置成形为减小声学噪声和/或叶片还包括噪声减小特征，以减轻由安装在外部的装置产生的任何运行噪声的影响。
优选地，系统构造成使得通信信号沿着叶片的前缘或后缘传播，并且叶片在拍打方向上的弯曲导致信号传播时间的最大变化。
优选地，所述至少一个根端通信装置朝向所述风力涡轮机叶片的前缘或后缘设置。优选地，所述至少一个顶端通信装置朝向所述风力涡轮机叶片的前缘或后缘设置。在本发明的一个方面，所述至少一个根端通信装置和所述至少一个顶端通信装置朝向所述风力涡轮机叶片的同一侧设置。
通过将通信装置定位在叶片的前缘或后缘处或者定位在前缘或后缘附近，这提供了根端装置与顶端装置之间的通信路径的改进的信号质量。首先，由于叶片的外表面在前缘和后缘处的相对较高的曲率，与来自相对平坦的表面的类似的反射相比，来自该弯曲表面的任何信号反射都将散射在较宽的区域内。结果，将减小对装置之间的通信路径的任何反射干扰。其次，由于与在拍打方向上的叶片偏转相比的风力涡轮机叶片的相对较小的沿边缘的偏转，支架高度能够保持相对较小，以保持装置之间的视线连接，或者至少保持具有低路径损失的通信路径。
另外，由于与叶片的其他部分处的厚度相比，叶片层压体在叶片前缘和后缘处的厚度相对较薄，例如在层压体由于结构原因较厚的情况下，如果根端装置与顶端装置之间的通信路径必须穿过叶片本体的一部分，那么通信路径的信号质量由于需要穿过的层压体部分较薄而受到较少的影响。
将理解的是，装置可以设置在叶片的前缘或后缘处，或者邻近前缘或后缘。
优选地，风力涡轮机叶片包括设置在第一支架上的第一根端通信装置和设置在第二支架上的第二根端通信装置，第一根端通信装置和第二根端通信装置朝向前缘或后缘设置，其中所述第一根端通信装置位于所述前缘或后缘的压力侧上，而所述第二根端通信装置位于所述前缘或后缘的吸入侧上。
通过将根端装置布置在前缘或后缘中的任一侧上，根端装置能够设置在允许三边测量和/或三角测量距离或位置测量的可限定位置。
优选地，风力涡轮机叶片包括朝向叶片的顶端设置在沿着风力涡轮机叶片的长度的第一位置处的第一顶端通信装置和朝向叶片的顶端设置在沿着风力涡轮机叶片的长度的第二位置处的第二顶端通信装置，其中所述第一位置与所述第二位置间隔开，所述第二位置位于所述第一位置与所述顶端之间。
将两个顶端装置沿叶片的长度间隔开允许对于沿着叶片的长度的两个截然不同的点计算叶片偏转。因此，能够提供叶片偏转的更精确的估测，并且系统还允许叶片力矩的测量和叶片模式形状的监测。这能够通过叶片有源装置、致动器等的适当控制带来叶片模式激励的精确控制。
优选地，所述至少一个根端通信装置可操作成利用三边测量法确定所述至少一个顶端通信装置的位置。作为补充或替代，所述至少一个根端通信装置可操作成利用三角测量法确定所述至少一个顶端通信装置的位置。
优选地，所述至少一个顶端通信装置和所述至少一个根端通信装置是超宽带（UWB）位置追踪和/或通信装置，并且其中，所述通信路径是UWB信号通信路径。
UWB通信允许在低功率应用中在发射器与接收器装置之间执行范围或距离测量，从而使外部干扰的影响最小化。
将理解的是，所述至少一个顶端通信装置和/或所述至少一个根端通信装置选自以下装置中的一个：接收器、发射器、接收器-发射器电路或收发器。还将理解的是，所述至少一个顶端通信装置可以包括：朝向所述顶端设置的天线；联接于接收器、发射器、接收器-发射器电路的天线；或者设置在单独的位置、例如朝向叶片根端设置的收发器装置。
这种设置将允许接收器、发射器、接收器-发射器或收发器电路的相对复杂的电子元件定位在相对容易维护的位置，例如叶片根端。可以在与顶端相邻的位置设置天线，并且该天线通过信号线缆或其他适当的连接联接于电子元件。这种线缆可以设置成联接于内部叶片部件，例如内部闪电引下导体线缆。
优选地，风力涡轮机叶片包括通信地联接至所述通信装置中的至少一个通信装置的至少一个处理器部件，其中所述至少一个处理器部件布置在位于风力涡轮机叶片的根端处或邻近根端处的控制器壳体中，其中所述至少一个处理器部件选自以下装置中的至少一个：接收器、发射器、接收器-发射器电路、收发器、控制器。
在本实施方式中，用来发射、接收和/或至少部分地处理无线通信信号的相对敏感的有源电子器件能够容纳在安全的环境中，该环境可以被密封以防止湿气的进入和/或被电屏蔽，以防止外部电磁干涉和/或闪电雷击影响容纳的部件。例如，所述壳体可以联接至风力涡轮机的雷击保护系统，从而为壳体上的任何闪电雷击提供接地路径。这种控制器壳体因此能够位于相对容易维护的位置，以允许在需要时维护和/或修理部件，例如位于叶片的根端或者位于风力涡轮机毂部或舱体中。
优选地，风力涡轮机叶片包括联接于所述至少一个顶端通信装置的至少一个叶片模块，其中所述至少一个顶端通信装置和所述至少一个根端通信装置可操作为利用所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的所述通信路径向所述至少一个叶片模块发射数据或者从所述至少一个叶片模块发射数据。
在这种情况下，根端装置与顶端装置之间的通信路径能够执行提供范围或距离测量的双重用途，即用于确定叶片偏转以及叶片的根端与顶端之间的数据传输。将理解的是，可以通过所述数据调制经由通信路径发射的距离计算信号。
将理解的是，所述至少一个叶片模块可以包括叶片传感器装置，例如加速度计、应变传感器、振动传感器等等，其中所述顶端通信装置可操作为经由所述至少一个根端通信装置从所述叶片传感器装置向控制器发射传感器数据。
作为补充或替代，所述至少一个叶片模块可以包括叶片有源升力装置，例如翼片、压电表面模块、扰流器、凸片、流体注射装置等，其中所述根端通信装置可操作为经由所述至少一个顶端通信装置向所述叶片有源升力装置发射控制信号。
在一个实施方式中，风力涡轮机叶片包括与所述至少一个顶端通信装置联接的至少一个加速度计，所述至少一个加速度计可操作为修正传感器漂移。
作为补充或替代，风力涡轮机叶片还包括控制器，所述控制器可操作为控制沿着所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个顶端通信装置之间的所述通信路径发射的信号，其中，
所述控制器还可操作为基于如下中的至少一项调节所述信号的信号增益：测量的叶片偏转水平、预测的叶片偏转水平、经由所述通信路径接收的信号的信号强度水平。
根端装置与顶端装置之间的通信链路的这种适应性控制由于优化的信号水平而提供了改进的系统运行以及减小的运行功率要求。
控制器可以用来在叶片的偏转水平已知为向通信路径提供了减小的干涉时、例如当叶片允许根端装置与顶端装置之间的清晰的视线路径时减小信号增益。此外，由于叶片的偏转特性是已知的，所以可以确定特定的叶片偏转可能对通信路径中的信号质量的影响。因此，控制器能够用来基于偏转的叶片的干涉和/或吸收特性调节信号增益。
由于能够随时间监测叶片偏转，所以可以预测叶片的可能的将来偏转。因此，控制器可以用来基于该预测偏转调节信号增益，从而为将来的时期确保足够的信号质量。
最后，控制器可以用来基于沿着通信路径的当前信号状况提高或减小信号增益，从而提供改善的性能。
优选地，风力涡轮机叶片还包括设置在风力涡轮机叶片部件的至少一部分上的无线电波吸收材料。
无线电波吸收材料或雷达吸收材料用来吸收无线电波，从而减小多路径和信号反射对根端装置与顶端装置之间的通信路径的影响。
作为补充或替代，风力涡轮机叶片部件的至少一部分的表面可以被表面处理以改善系统性能，例如，表面的一部分可以通过碾磨或研磨处理变得粗糙，使得来自这种表面的任何信号反射在方向的任意分布上被反射或散射。
优选地，无线电波吸收材料设置在风力涡轮机叶片的与所述至少一个顶端通信装置和所述至少一个顶端通信装置之间的通信路径相邻或者位于该通信路径上的部分上。
吸收材料可以设置在对通信路径的信号干涉的减小提供最大优点的位置处，例如，沿着叶片前缘的一部分设置，沿着内部叶片腹板的一部分设置，等等。
附加地，提供了具有至少一个如上所述的风力涡轮机叶片的风力涡轮机。
优选地，风力涡轮机包括俯仰控制系统，该俯仰控制系统可操作为调节所述风力涡轮机的至少一个风力涡轮机叶片的俯仰，其中所述俯仰控制系统的输入至少部分地基于所确定的所述至少一个顶端通信装置相对于所述至少一个根端通信装置的移动，该移动指示叶片偏转。
将理解的是，风力涡轮机可以设置有补充的安全系统，该安全系统可操作为在叶片偏转测量系统发生故障的情况下确保涡轮机安全并且防止塔架撞击等。
还提供了一种用于安装在风力涡轮机叶片上的叶片偏转监测系统，该风力涡轮机叶片包括具有压力侧和吸入侧以及前缘和后缘的翼面轮廓体，在前缘和后缘之间延伸有弦长，叶片具有顶端和根端，该监测系统包括：
用于朝向风力涡轮机叶片的顶端安装的至少一个顶端通信装置，
用于朝向风力涡轮机叶片的根端安装的至少一个根端通信装置，以及
操作进行无线通信的所述通信装置的控制器，以监测所述至少一个顶端通信装置和所述至少一个根端通信装置当安装在风力涡轮机叶片上时它们之间的距离，从而确定所述至少一个顶端通信装置相对于所述至少一个根端通信装置的移动，该移动指示叶片的偏转，其中
所述至少一个根端通信装置布置成与风力涡轮机叶片在所述根端的外表面间隔开。
优选地，该监测系统包括用于在风力涡轮机叶片的根端安装在风力涡轮机叶片的外表面上的至少一个支架，其中所述至少一个根端通信装置布置在所述至少一个支架的末端上。
还提供了一种监测风力涡轮机叶片的偏转的方法，该风力涡轮机叶片具有压力侧和吸入侧以及前缘和后缘，在前缘和后缘之间延伸有弦长，叶片具有顶端和根端，该方法包括以下步骤：
提供朝向风力涡轮机叶片的顶端设置的至少一个顶端通信装置；
提供朝向所述风力涡轮机叶片的根端设置的至少一个根端通信装置，所述至少一个根端通信装置与所述至少一个顶端通信装置通过无线通信路径无线地通信，
沿着所述无线通信路径在所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间发射信号，
基于所述信号计算所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的距离测量，以及
基于所述距离测量确定当前的叶片偏转值，其中所述方法还包括下述步骤：
基于以下所述中的至少一项调节所述信号的信号增益：当前的叶片偏转值、至少部分地基于所述当前的叶片偏转值的预测的叶片偏转值、或者经由所述通信路径接收的信号的信号强度水平。
使用这种控制方法能够提供优于现有的系统的改善的性能，因为无线通信系统的功耗能够针对最高效的操作而优化，并且其可以基于对所讨论的风力涡轮机叶片的结构特性的先前的了解。
还提供了一种控制具有至少一个风力涡轮机叶片的风力涡轮机的方法，该方法包括以下步骤：
监测如上所述的至少一个风力涡轮机叶片的偏转；以及
至少部分地基于监测到的所述至少一个风力涡轮机叶片的偏转、优选地通过使至少一个风力涡轮机叶片俯仰来控制所述至少一个风力涡轮机叶片的偏转，从而控制风力涡轮机叶片的操作。
还提供了一种设计用于在风力涡轮机叶片上使用的如上所述的叶片监测系统的方法，该方法包括以下步骤：
提供风力涡轮机叶片，该风力涡轮机叶片包括具有压力侧和吸入侧以及前缘和后缘的翼面轮廓体，在前缘和后缘之间延伸有弦长，该叶片具有顶端和根端以及限定的特征偏转轮廓（characteristic deflection profile），
提供朝向所述顶端设置的至少一个顶端通信装置；
提供朝向所述根端设置的至少一个根端通信装置，所述至少一个根端通信装置与所述至少一个顶端通信装置通过无线通信路径无线地通信，以监测所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的距离，从而确定所述至少一个顶端通信装置相对于所述至少一个根端通信装置的移动，该移动指示叶片的偏转，
提供在所述根端从所述风力涡轮机叶片的外表面突出的至少一个支架，其中所述至少一个根端通信装置设置在所述至少一个支架上，以及
对于所述限定的特征偏转轮廓的一系列的叶片偏转形状，为所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的无线通信路径计算预测的信号质量水平，
其中该方法还包括下述步骤：
选择所述至少一个支架的高度，使得所述至少一个根端通信装置与所述叶片的外表面间隔开，使得对于无线通信路径的预测的信号质量水平在对于所述限定的特征偏转轮廓的限定范围的叶片偏转形状的可接受质量极限以上。
通过使用叶片的已知偏转轮廓，可以提供一种简单而高效的方法来获得根端装置的最佳位置，使得信号质量被保持在对于一定范围的估测偏转形状的可接受水平。这确保了偏转监测系统的有效运行。
优选地，所述限定范围的叶片偏转形状包括所述风力涡轮机叶片的容许的偏转范围。
由于每个风力涡轮机叶片都将具有容许的最大偏转水平，所以叶片的运行偏转范围能够被看作是叶片的正常静止形状与叶片的容许最大偏转形状之间的偏转形状范围。基于形状的该运行范围选择支架高度确保了偏转监测系统的运行将不会被叶片的任何预测偏转形状严重地影响。
优选地，所述支架的高度选择为使得所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的直接连线穿过少于对于所述限定范围的叶片偏转形状的预定叶片层压体厚度。
直接连线可以被理解为RF视线（RF LOS），其为发射器与接收器之间的直接连线，穿过可能位于视线中的任何障碍物。由于被信号穿过的层压体的厚度可以决定多路径和信号衰减对接收到的信号的影响，所以通过选择支架的高度以确保发射的信号将穿过预定的可接受层压体厚度水平，保证了偏转系统的信号质量能够被确保为对于预测偏转形状的范围的可接受水平。将理解的是，信号将最有可能以相对较低的角度穿过层压体传播，并且预定层压体厚度水平被理解为指的是在适当的倾斜方向上的层压体厚度。
优选地，对于所述限定范围的叶片偏转形状，所述直接连线穿过少于风力涡轮机的层压体的两个层。
在叶片的偏转将导致根端装置与顶端装置之间的信号路径需要穿过风力涡轮机叶片的本体的至少一部分的情况下，优选地，装置之间的信号路径将最多仅仅穿过单个叶片层压体层。这可能发生在顶端装置设置在风力涡轮机叶片的内部时和/或叶片的偏转导致叶片层压体的一部分位于根端装置与顶端装置之间的RF视线中的情况下。
在一个方面，所述支架的高度被选择为使得对于所述限定范围的叶片偏转形状，在所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间保持了清晰的视线。
清晰的视线将被理解为意指在发射器与接收器之间没有障碍物，也称为可见视线或视力线。这种构型可能需要使用相对较长的支架以及安装在外部的顶端通信装置。
附图说明
现在将参照附图仅通过示例对本发明的实施方式进行描述，图中：
图1示出了风力涡轮机；
图2示出了风力涡轮机叶片的示意图；
图3示出了图2的叶片的翼面轮廓的示意图；
图4示出了具有根据本发明的实施方式的叶片偏转监测系统的风力涡轮机叶片；
图5是图4的叶片的实施方式沿叶片的根端截取的截面图；
图6是图4的叶片的实施方式的前缘的一部分的等轴测立体图；
图7是当叶片（a）未弯曲以及（b）受到弯曲时，本发明的叶片偏转监测系统的通信路径的一对说明性草图；以及
图8是用于根据本发明的实施方式的叶片偏转监测系统的控制系统的概览图。
具体实施方式
将理解的是，附图仅仅是说明性的，并不是按照比例提供的。
图1示出了根据所谓的“丹麦构型”的传统的现代逆风式风力涡轮机，其具有塔架4、舱体6和转子，转子具有大致水平的转子轴。转子包括毂部8和从毂部8辐射状地延伸的三个叶片10，每个叶片具有最接近毂部的叶片根部16和最远离毂部8的叶片顶端14。转子具有标为R的半径。
图2示出了可以根据本发明的实施方式使用的风力涡轮机叶片10的第一实施方式的示意图。风力涡轮机叶片10具有传统的风力涡轮机叶片的形状，并且包括：最靠近毂部的根部区域30；最远离毂部的型面或翼面区域34；以及位于根部区域30与翼面区域34之间的过渡区域32。叶片10包括前缘18和后缘20，当叶片安装在毂部上时，前缘18面向叶片10的旋转方向，并且后缘20面向前缘18的相反方向。
翼面区域34（也称为型面区域）具有关于升力的产生方面的理想或近乎理想的叶片形状，而根部区域30由于结构方面的考虑则具有大致圆形或椭圆形横截面，其例如使得能够将叶片10更容易且安全地安装至毂部。根部区域30的直径（或弦）一般是沿着整个根部区域30恒定的。过渡区域32具有从根部区域30的圆形或椭圆形形状向翼面区域34的翼面轮廓50逐渐变化的过渡轮廓42。过渡区域32的弦长一般随着距毂部的距离r增加而大致线性地增加。
翼面区域34具有翼面轮廓50，该翼面轮廓50具有在叶片10的前缘18与后缘20之间延伸的弦。弦的宽度随着距毂部的距离r增加而减小。
应当注意，叶片的不同区段的弦通常不位于共同的平面内，因为叶片可以扭转和/或弯曲（即，预弯），从而提供具有相应地扭转和/或弯曲的线路的弦平面，这最常见的是为了补偿叶片的局部速度取决于距毂部的半径的情况。
图3示出了通过各种参数描绘的风力涡轮机的典型叶片的翼面轮廓50的示意图，这些参数一般用来限定翼面的几何形状。翼面轮廓50具有压力侧52和吸入侧54，压力侧52和吸入侧54在使用期间（即在转子的旋转期间）通常分别面向迎风（或逆风）侧和背风（或顺风）侧。翼面轮廓50具有弦60，弦60具有在叶片的前缘56与后缘58之间延伸的弦长c。翼面轮廓50具有厚度t，厚度t限定为压力侧52与吸入侧54之间的距离。翼面轮廓的厚度t沿着弦60变化。与对称式轮廓的偏离由拱形线62表示，拱形线62是穿过翼面轮廓50的中位线。该中位线能够通过绘制从前缘56到后缘58的内接圆而得到。该中位线遵循这些内接圆的中心，并且与弦60的偏离或距离称为拱高f。也可以通过使用称为上拱高和下拱高的参数来限定不对称性，其中上拱高和下拱高分别限定为从弦线60到吸入侧54和压力侧52的距离。
翼面轮廓通常通过下列参数来表征：弦长c，最大拱高f，最大拱高f的位置df，最大翼面厚度t（其为沿着中位拱线62的内接圆的最大直径），最大厚度t的位置dt，以及鼻部半径（未示出）。这些参数一般限定为与弦长c之比。
风力涡轮机叶片通常由纤维加强的塑料材料（即玻璃纤维和/或碳纤维）形成，这些塑料材料布置在模具中并且用树脂固化以形成固体结构。当今的风力涡轮机叶片的长度通常能够超过30米至40米，具有数米长的叶片根部直径。
参照图4，示出了具有根据本发明的叶片偏转监测系统的风力涡轮机叶片10。叶片偏转监测系统包括至少一个根端无线通信装置70和至少一个顶端无线通信装置72。各个无线装置70、72可操作成建立通信链路，并且执行不同的装置70、72之间的范围测量。叶片10还可以包括控制器（未示出），该控制器可操纵为从通信装置接收范围测量的细节以确定测量的叶片偏转。
为了使多路径和/或信号吸收的影响减至最小，根端通信装置70设置在支架74上，支架74由从风力涡轮机10的外表面突出的三脚架或臂形成。根端通信装置70设置在支架74的末端，使得根端通信装置70与叶片10的外表面间隔开。因此，来自叶片10的表面的反射对根端装置70与顶端装置72之间的通信链路的影响减小，从而使得根端通信装置70与顶端通信装置72之间的信号质量提高。
优选地，支架74在叶片表面上方的高度被选择为使得通信链路的信号质量（例如，信噪比）在叶片运行期间被保持在预定质量水平以上。在这种构型中，装置之间的通信链路的路径损失被保持在对叶片偏转监测系统的高效且有效的运行可接受的水平。
在一个方面，支架74具有在风力涡轮机叶片的表面上方大约1米的高度。
在一个方面，支架74在风力涡轮机叶片的外表面上方突出的高度在风力涡轮机叶片根端16的直径的大约10%至50%之间，优选地为根端直径76的大约20%。这种支架高度将确保对根端装置70与顶端装置72之间的通信链路的负面影响被最小化，同时不对支架高度和与其相关联的可能的结构负载施加显著的结构要求。
在一个方面，根端装置70和顶端装置72位于风力涡轮机10的前缘18处。由于安装在前缘18或后缘20上的通信装置比安装在叶片10的压力侧或吸入侧的传感器相比不太容易经历拍打方向上的弯曲，并且由于叶片10的沿边缘的弯曲的大小被理解为显著地小于拍打方向上的弯曲的大小，所以这为根端装置70和顶端装置72之间的通信链路提供了提高的可靠性，因为装置之间的通信路径不太可能受到叶片10的弯曲的干扰。另外，由于叶片10的前缘18基本上是沿纵向方向从叶片10的根端16延伸到顶端14的大致平坦的表面，所以对于这种布置，更容易在根端装置70与顶端装置72之间保持视线。
作为补充或替代，根端装置70和顶端装置72可以安装在叶片的后缘20处。
将根端装置70和顶端装置72定位在相对弯曲的叶片前缘18或后缘20处确保了对于装置之间的信号路径由于反射导致的路径损失将被最小化，这是相比于下述情况而言的：将装置设置在压力侧表面或吸入侧表面，使得信号路径布置在这种相对平坦的表面上，从而导致信号反射和相关联的路径损失的相对较高的水平。
将理解的是，根端装置70和顶端装置72的定位可以至少部分地基于在装置之间的无线通信链路中使用的信号的波长、特别是基于相对于脉冲信号的波长的叶片的曲率来选择。优选地，通信信号路径沿着风力涡轮机叶片的具有小于波长的曲率的部分或与这些部分相邻地设置，以减小信号路径中的反射干扰。
在无线通信链路的一个实施方式中，无线通信信号具有大约4.2GHz的频率，这产生了大约7cm的波长。在这种情况下，与信号波长相比，叶片的前缘将具有相对较大的曲率，结果是虽然前缘是弯曲的，但却用作用于无线信号的平坦表面。该平坦表面然后将导致对信号路径的更大的反射影响以及增加的信号干扰。
相比之下，叶片的后缘将具有更加接近于信号波长的曲率，结果是该弯曲表面将产生从表面的信号衍射。这种衍射效应将在相对较宽的区域内传播，因此将对装置之间的通信信号路径的信号强度具有最小的影响。
将理解的是，装置可以在风力涡轮机叶片上定位成使得装置之间的通信链路的信号质量随着风力涡轮机叶片朝向风力涡轮机塔架偏转而提高。例如，装置可以定位成使得叶片朝向塔架的偏转导致装置之间的较少的路径损失，例如由于沿着装置之间的RF视线设置的较少的反射表面导致的路径损失。在这种构型中，装置之间的信号随着叶片偏转而变得更清楚和更精确，使得对于偏转监测的重要性提高的时期，偏转监测系统变得更精确。
在本发明的优选实施方式中，优选地，设置了第一根端通信装置70a和第二根端通信装置70b。图5示出了位于叶片10的大致圆形根端16处的第一根端通信装置70a和第二根端通信装置70b的截面图。根端装置70a、70b设置在相应的第一支架74a和第二支架74b的末端。
支架74a和74b从风力涡轮机叶片10的外表面突出，第一支架74a和第二支架74b设置在风力涡轮机叶片10的前缘18的相反侧。图6示出了沿着风力涡轮机叶片10的前缘18的视图布置的根端装置和顶端装置。
优选地，至少两个顶端装置72a、72b设置在风力涡轮机叶片10上，沿着叶片10的纵向方向朝向叶片顶端14间隔开。如图6所示，通过执行（a）第一根端装置70a与第一顶端装置72a之间以及（b）第二根端装置70b与第一顶端装置72a之间的范围测量，控制器可操作成使用三边测量和/或三角测量技术确定第一顶端装置72a的位置。因此，第一顶端装置72a的移动可以被监测以确定风力涡轮机叶片10的偏转。
类似地，在（a）第一根端装置70a与第二顶端装置72b之间以及（b）第二根端装置70b与第二顶端装置72b之间执行范围测量，以使用三边测量和/或三角测量技术确定第二顶端装置72b的位置。这允许进一步监测第二顶端装置72b的移动，从而确定沿着风力涡轮机叶片10的长度的第二点的叶片偏转。
在风力涡轮机叶片10上设置通过第一顶端装置72a和第二顶端装置72b的位置指示的两个单独的测量点允许在叶片运行期间通过控制器另外地监测叶片力矩的测量。
参照图5，支架74a、74b的高度被选择为使得设置在相应的支架74a、74b的末端上的根端装置70a、70b位于风力涡轮机叶片的外表面上方的高度H处。另外，支架74a、74b定位成使得相应的根端装置70a、70b优选地在叶片10的前缘18上方被距离D分开。
由于风力涡轮机叶片10的偏转特性可以根据叶片构造的详细情况确定，并且另外由于每个风力涡轮机叶片10具有限定可允许范围的叶片偏转形状的最大容许偏转水平，所以可以基于所讨论的风力涡轮机叶片构造本发明的叶片偏转监测系统的布置。
在一个方面，相应的顶端装置72a、72b设置在风力涡轮机叶片10的外部，其中在根端装置70a、70b与顶端装置72a、72b之间存在清晰的视线。优选地，支架74a、74b的高度H被选择为使得对于风力涡轮机叶片10的容许偏转的所有偏转形状，在根端装置70a、70b与顶端装置72a、72b之间都存在清晰的视线，没有障碍物。
在替代的方面，相应的顶端装置72a、72b设置在风力涡轮机叶片10的内部，其中根端装置70a、70b与顶端装置72a、72b之间的通信链路穿过风力涡轮机叶片10的结构层压体的一部分，如图7所示。
优选地，支架74a、74b的高度H被选择为使得在相应的根端装置70a、70b与顶端装置72a、72b之间能够保持RF视线，使得对于风力涡轮机叶片10的容许偏转的所有偏转形状，在根端装置70a、70b与顶端装置72a、72b之间都保持通信链路，而不会落到可接受的信号质量水平以下。优选地，支架74a、74b的高度被选择为使得对于所有的容许偏转形状，根端装置70a、70b与顶端装置72a、72b之间的直接RF视线将仅仅穿过叶片10的结构层压体的单个层。
由于信号将仅仅穿过装置之间的单个层压体的层，所以接收到的信号相应地较少受到来自顶端装置与根端装置之间的附加表面的反射影响。
作为补充或替代，支架74a、74b的高度H被选择为使得对于所有的容许偏转形状，根端装置70a、70b与顶端装置72a、72b之间的直接RF视线将至多穿过大约20cm的最大叶片层压体厚度。
作为补充或替代，在图7（b）中，支架74a、74b的高度H被选择为使得对于所有的容许偏转形状，根端装置70a、70b与第一顶端装置72a之间的通信路径将不与根端装置70a、70b与第二顶端装置72b之间的通信路径重叠，从而减小了装置之间的通信链路之间的任何干涉的影响。
在一个方面，支架高度H在风力涡轮机叶片的根端的直径的10%至50%之间，优选地为大约25%至30%。
在一个实施方式中，支架高度H在大约0.5m至3m之间，优选地为大约1m至2m。
在一个方面，根部装置D之间的距离在风力涡轮机叶片的根端的直径的75%至200%之间，优选地为大约100%至150%之间。
通过使根部装置相对远离地彼此间隔开，提高了三边测量和/或三角测量的精度。
在一个实施方式中，距离D在大约0.5m至5m之间，优选地在大约1m至3m之间，更优选地为大约2m。
在另一个方面，优选地，根部装置位于从叶片的端部起为叶片的长度的0%至25%的范围内的位置处。优选地，根部装置位于从叶片的根端起沿着叶片的纵向方向在10m内的位置处。
将理解的是，所述至少一个顶端通信装置和/或所述至少一个根端通信装置选自以下装置中的一个：接收器、发射器、接收器-发射器电路或收发器。还将理解的是，所述至少一个顶端通信装置可以包括：朝向所述顶端设置的天线；联接于接收器、发射器、接收器-发射器电路的天线；或者设置在单独的位置、例如朝向叶片根端设置的收发器装置。
优选地，顶端装置72a、72b朝向风力涡轮机叶片10的顶端14设置。优选地，第二顶端装置72b邻近顶端14设置，而第一顶端装置72a设置在第二顶端装置72b与叶片10的根端16之间。
在一个方面，第二顶端装置72b在叶片上设置在从根端16起为叶片的长度的大约95%至100%之间的位置处，并且第一顶端装置72a设置从根端16起为叶片的长度的大约90%至95%之间的位置处。
在一个实施方式中，第二顶端装置72b位于叶片10的顶端14的2m内，优选地为约1m，并且第一顶端装置72a位于叶片10的顶端14的5m内，优选地为约2.5m。
风力叶片包括其振动或变形的模式形状。可以对风力涡轮机叶片进行建模分析，以确定叶片特征频率和模式形状。在一个方面，顶端装置基于风力涡轮机叶片的已知模式形状、特别是叶片的第一阶和第二阶形状（即叶片的模式1形状和模式2形状）来定位。在这种已知的模式形状中，节点是结构上的对于特定模式形状不震荡的点。
叶片上的点的任何测量偏转将是所有激发模式的叠加。这种偏转的大部分将来自于第一和第二模式形状，因为第一和第二模式形状保持了大部分能量。因此，聚焦于叶片上激发的第一两个模式形状是有利的，因为第三以及第三以上的模式形状保持非常少的能量。
通过测量叶片上的两个位置，可以得到具有两个未知量（模式1和模式2的坐标）的两个方程，并且因而确定当前的叶片偏转中的模式1和模式2激发的量。在具有第一两个模式形状坐标并且知道叶片的刚度的情况下，可以计算偏转以及叶片的从顶端和根端的任何位置处的弯矩。
将理解的是，可以沿着叶片的长度选择任何两个测量位置以确定模式1和模式2形状。
优选地，第二顶端装置72b设置在模式2形状的节点与叶片的顶端之间的位置处，并且第一顶端装置72a设置在所述模式2形状的节点位置处。即使该第一顶端装置72a的布置存在小的不确定性，也将不会感测到模式形状2的变形。因此，在不受模式形状2的影响下进行模式形状1的测量。
第二顶端装置72b优选地靠近顶端布置以获得顶端位置的良好的测量。该测量位置将是模式形状1和模式形状2的变形的叠加。为了获得第二模式形状，必须对具有两个未知量的两个方程进行求解。
可替代地，第二顶端装置72b设置在模式2形状的节点与叶片的顶端之间的位置处，并且第一顶端装置72a设置在所述模式2形状的节点与叶片的根端之间的位置处。进一步可替代地，第一顶端装置72a和第二顶端装置72b设置在模式2形状的节点与叶片的顶端之间的位置处，第一顶端装置72a沿着叶片的纵向形状与所述第二顶端装置72b间隔开。模式1和模式2形状可以利用联立方程来确定。
通过监测与叶片的模式1和模式2形状相关联的两个单独的点的偏转，可以得到叶片模式形状的激发水平。因此，叶片力矩、特别是叶片的倾斜力矩和横摆力矩能够根据装置的偏转得到。该系统提供了优于现有技术系统的显著优点，而现有技术系统不能够根据监测到的叶片偏转确定叶片力矩。
在一个方面，风力涡轮机叶片10的至少一部分可以被涂覆无线电波吸收材料，无线电波吸收材料用来降低叶片结构的无线电波反射能力，从而减小对顶端装置与根端装置之间的通信链路的多路径影响。在优选的方面，无线电波吸收材料设置在叶片的与根部装置和顶端装置之间的RF视线相邻的至少一部分上。在附加的或替代的方面，风力涡轮机叶片10的靠近根部装置和顶端装置之间的RF视线的表面可以被处理以减小反射能力，或者是为了确保从所述表面反射的信号与从未处理的表面反射的信号相比在相对较宽的区域上散射，从而进一步减小对通信链路的多路径影响。这种表面处理可以包括在叶片表面中设置相对较小的磨损或不一致性，以提供反射信号的更宽范围的散射。
优选地，通信链路使用超宽带（UWB）技术，但将理解的是，也可以使用任何其他合适的基于无线电波的通信和量程技术。
将理解的是，支架74a、74b可以由任何适当的结构、例如突出杆、三脚架构造形成。优选地，支架74a、74b包括敞开的框架构造，例如敞开框架的三脚架构造，使得支架74a、74b在风力涡轮机运行期间具有最小的风力阻力和/或运行噪声。
本发明的系统的另外的特征可以包括使用用于根端装置或顶端装置的专用天线设计，例如定向天线或圆极化天线，以进一步改善装置之间的通信链路和/或改善用于接收的信号的脉冲形状检测技术的实施。
将理解的是，系统可以翻新于已有的风力涡轮机叶片。例如，至少一个顶端通信装置可以朝向叶片顶端附接于风力涡轮机叶片，并且至少一个根端通信装置可以朝向叶片的根端附接。
将理解的是，本发明的叶片偏转监测系统可以包括用于系统的高效且有效的运行的任何合适的控制系统。
图8示出了根据本发明的方面的叶片偏转监测系统的控制方案，该控制方案可以利用任何前述实施方式来执行。将理解的是，该控制系统可以在结合于单个叶片中的专用的控制器中实施，或者可以在通用的风力涡轮机控制器中实施。
在控制方案初始化时（步骤100），控制器用来建立所述至少一个根端通信装置与所述至少一个顶端通信装置之间的通信链路，如前面的实施方式中所述。
在步骤102中，控制器指令系统从通信装置中的第一个发射信号以被通信装置中的第二个接收（步骤104）。将理解的是，可以使用任何合适的传输系统，例如，所述至少一个根端装置可以被指令为发送信号以被所述至少一个顶端装置接收，或者反之亦然，或者系统可以可操作为从第一装置发射信号至第二装置，然后信号反射回到第一装置。
发射的信号可以是任何合适的形式，例如可以使用“ping”型信号以测量在通信链路的不同通信装置之间发送的消息的往返时间。作为补充或替代，发射的信号可以包括与定位测量相关的编码数据（例如GPS坐标）和/或能够用来确定信号的飞行时间的时间戳指示，以及在通信链路中涉及的相关距离。信号可以是简单的量程信号，允许不同的通信装置锁定在信号上并且确定飞行时间等，并且信号不包括编码数据。可替代地，信号可以是数据调制的信号，其可操作为在不同的通信装置之间发射数据，例如：从叶片模块输出的数据（例如从加速计提供给叶片的顶端的校正数据）；从位于顶端的远程传感器输出的数据；和/或用于叶片有源装置的控制信号，例如朝向叶片顶端设置的有源翼片。
基于在步骤104中接收的信号，控制器可操作为对接收到的信号的质量（例如信号强度和/或信噪比）进行分析，以及基于该分析调节在步骤102中发射的信号的增益。这使得偏转监测系统的性能提高，因为能够对于初始接收到的信号强度较低或者具有高信噪比的情况增大信号增益，从而通过提高接收到的信号的质量提高偏转监测系统的可靠性。另外，在接收到的信号的信号质量在可接受极限以上的情况下，控制器可操作为减小发射的信号的信号增益，从而减小偏转监测系统的功率要求。
在一些情况下，控制器可操作为基于发射的信号的信号增益调节持续地监测接收到的信号，并且可以确定接收到的信号质量受到多路径或反射对信号的增大的影响的影响。在这种情况下，控制器可操作为减小发射的信号的信号增益，以减小反射的信号的大小，从而提供接收到的信号的提高的信号质量。
在步骤106中，接收到的信号被控制器用来确定叶片偏转。由于接收到的信号被用来确定范围测量，所以能够测量所述至少一个顶端通信装置距所述至少一个根端通信装置的距离，该距离的变化指示叶片的偏转，至少指示所述至少一个顶端装置的位置处的叶片偏转。在使用至少两个根端装置的系统中，所述至少一个顶端装置的位置能够利用三边测量或三角测量技术确定，以更精确地测量顶端装置的位置处的叶片偏转。
基于检测到的叶片偏转，控制器可操作为指令风力涡轮机以执行控制操作（步骤108），以防止或者至少减小塔架与风力涡轮机叶片撞击的风险。这可以涉及对一个或所有的风力涡轮机叶片执行俯仰操作，对风力涡轮机进行制动以停止叶片旋转，和/或对叶片的至少一部分致动铰接机构，使得叶片与塔架的间隙增大。
在所讨论的风力涡轮机叶片的偏转轮廓是已知的和/或不同的叶片偏转形状对沿着偏转监测系统的通信链路发射和接收的信号的质量的影响是已知的情况下，基于叶片的偏转形状调节信号增益可能是有利的，从而提供对可能不利的通信状况的更快的响应。因此，基于步骤106中的确定的偏转，控制器可操作为基于所述确定的偏转调节发射的信号的信号增益（步骤112）。
作为补充或替代，控制器可操作为记录风力涡轮机叶片的测量的偏转，因此至少部分地基于叶片的历史偏转样式和/或风力涡轮机处的预测的环境状况（例如风速）预测叶片的将来可能的偏转轮廓。在这种情况下，在步骤112中，对于发射的信号的信号增益的调节然后可以至少部分地基于风力涡轮机叶片的预测偏转形状。
用于根端装置与顶端装置之间的通信链路的这种适应性控制方案能够提供偏转监测系统的改进的性能，从而产生系统的提高的精度、速度和功耗。
将理解的是，步骤110和112是独立的，并且可以在根据本发明的单独的控制系统中单独地执行。
本发明提供了确保叶片偏转的精确监测的系统和方法，其具有提高的信号质量和装置之间的减小的路径损失。由于这种构型，与现有技术的无线偏转监测系统相比，该偏转监测系统具有相对低的功率要求，并且提供了提高的可靠性。另外，由于监测系统的所有部件即根端装置和顶端装置都设置在所讨论的风力涡轮机叶片的俯仰框架内，所以这消除了对测量的信号执行相对复杂的信号补偿的需要，这种需要例如是由于当一些部件安装于风力涡轮机毂部时的叶片俯仰导致的或者是由于当一些部件安装于风力涡轮机塔架时涡轮机的横摆导致的。
本发明不限于本文描述的实施方式，而是可以在不偏离本发明的范围的情况下进行改型或改动。