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1、(10)申请公布号 CN 103003565 A (43)申请公布日 2013.03.27 C N 1 0 3 0 0 3 5 6 5 A *CN103003565A* (21)申请号 201180036360.1 (22)申请日 2011.07.02 102010032120.6 2010.07.24 DE F03D 7/02(2006.01) (71)申请人罗伯特博世有限公司 地址德国斯图加特 (72)发明人 F.赫斯 M.沃斯 B.布奇塔拉 C.埃特纳 (74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人汲长志 杨国治 (54) 发明名称 用于确定风力涡轮机的转子叶片的。
2、弯曲角的 方法和装置 (57) 摘要 本发明涉及一种用于确定风力涡轮机（210） 的转子叶片（300）的弯曲角的方法（900）。所述 方法（900）包括读取至少一个加速度信号（a1）的 步骤（910），所述加速度信号（a 1 ）代表着所述转子 叶片的基本上垂直于所述风力涡轮机的转子平面 （320）起作用的加速度。此外，所述方法（900）包 括在使用所述加速度信号的情况下确定所述风力 涡轮机的转子叶片的弯曲角的步骤（920）。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2013.01.24 (86)PCT申请的申请数据 PCT/EP2011/003293 2011.07.02 (87。
3、)PCT申请的公布数据 WO2012/019675 DE 2012.02.16 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书12页 附图8页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 12 页 附图 8 页 1/1页 2 1. 用于确定风力涡轮机（210）的转子叶片（300）的弯曲角的方法（900），其中所述方 法具有以下步骤 ： -读取（910）至少一个加速度信号（a 1 ），所述加速度信号（a 1 ）代表着基本上垂直于转子 平面（320）作用于所述转子叶片的加速度；并且 -使用所述加速度信号的情况下确定（920）所述风力涡轮机的转子叶片的弯曲。
4、角。 2. 按权利要求1所述的方法（900），其特征在于，在所述读取的步骤（910）中检测加速 度的曲线，其中在所述确定的步骤（920）中从所述加速度的曲线中求得频谱，并且在使用所 求得的频谱的情况下确定所述弯曲角。 3. 按权利要求2所述的方法（900），其特征在于，在所述确定的步骤（920）中将所求得 的频谱与所提供的频谱进行比较，其中在使用所求得的频谱与所提供的频谱之间的比较结 果的情况下确定所述弯曲角。 4. 按权利要求2或3所述的方法（900），其特征在于，在所述读取的步骤（910）中主动 地引起所述转子叶片的振动激励。 5. 按权利要求1所述的方法（900），其特征在于，在所述确定。
5、的步骤（920）中实施所述 加速度信号的低通滤波和/或卡尔曼滤波。 6. 按前述权利要求中任一项所述的方法（900），其特征在于，在所述用于确定弯曲角 的确定的步骤（920）中使用关于提供所述加速度信号的加速度传感器的离开转子轴的间 距、所述转子轴（310）的相对于水平线的倾角和/或所述风力涡轮机的塔头的加速度的信 息以及关于转子的转速和旋转位置的信息。 7. 按前述权利要求中任一项所述的方法（900），其特征在于，在所述确定的步骤 （920）中从所述转子叶片的一个位置上的加速度的时间上的曲线中确定所述弯曲角。 8. 按前述权利要求中任一项所述的方法（900），其特征在于，在所述读取的步骤 （。
6、910）中读取另一个加速度信号，该加速度信号代表着所述第一加速度传感器的位置上的 基本上沿所述转子叶片的纵向方向起作用的加速度，并且在所述确定的步骤中在使用所述 另一个加速度信号的情况下确定所述风力涡轮机的转子叶片的弯曲角。 9. 用于在所述转子叶片的根据权利要求1到8计算的弯曲角或者从所计算的弯曲角 中确定的负荷的基础上来确定所述转子叶片的个别的冲角的方法。 10. 用于确定风力涡轮机（210）的转子叶片的弯曲角的装置（200），其中所述装置具 有以下特征： -用于读取至少一个加速度信号（a 1 ）的接口（230），所述加速度信号代表着作用于所述 转子叶片的加速度；以及 -用于在使用所述加速。
7、度信号的情况下确定所述风力涡轮机的转子叶片的弯曲角的单 元（230、220、255）。 11. 具有程序代码的计算机程序产品，所述程序代码在所述程序在控制仪（230）或者 装置上执行时用于实施按权利要求1到9中任一项所述的方法（900）。 权 利 要 求 书CN 103003565 A 1/12页 3 用于确定风力涡轮机的转子叶片的弯曲角的方法和装置 技术领域 0001 本发明涉及按独立权利要求所述的用于确定风力涡轮机的转子叶片的弯曲角的 一种方法和一种装置。 背景技术 0002 风力涡轮机通过转子叶片的围绕着其纵轴线的调节以及发电机力矩来调整。用于 斜度调整的调节参量是转子转速并且调节量是转。
8、子叶片的节面角。对于传统的设备来说， 使用集中俯仰控制CPC（PC=Collective Pitch Control）。在此所述三个转子叶片全部用 相同的节面角来调节。对于具有水平的轴线以及至少两个转子叶片的风力涡轮机来说，通 过所述叶片角的同步调节来如此将转速调整到额定风速之上，从而通过所述冲角的改变来 以这样的方式减小空气动力的升力并且由此减小驱动力矩，使得设备可以在额定转速的范 围内运行。在风速高于断开速度时，将这种叶片调节机制另外用作制动器，方法是将叶片以 凸耳迎着风，使得转子不再提供值得一提的驱动力矩。在进行这种集中的叶片调节时，由于 不对称的空气动力的负荷而产生作用于吊舱的俯仰力矩。
9、及偏转力矩。不对称的负荷比如通 过沿垂直的方向的风剪切力（边界层）、偏转角误差、狂风和湍流、塔筒上的气流的堵塞等等 而产生。一种已知的降低这种不对称的空气动力的负荷的方案在于，个别地调节叶片的冲 角（英语：Individual Pitch Control=IPC）。对于这种调整方案来说，有必要确定在转子叶 根上存在的弯曲力矩（尤其冲击弯曲力矩）。所述弯曲力矩而后用作用于个别的叶片调节的 调节参量。为了确定弯曲力矩，可以使用DMS传感器（DMS=应变计），所述DMS传感器安置 在转子叶根上。所述DMS传感器的问题在于应用方面和断裂危险以及较小的使用寿命。 0003 其它的比如在WO 2008/0。
10、41066或者DE 197 39 164 B4中公开的方法通过经由陀 螺仪测量吊舱加速度的做法或者通过相应的通过间距测量来确定设备部件的通过负荷而 出现的变形并且由此确定负荷的传感器来求得所述俯仰力矩和偏转力矩。从IPC调整的眼 光来看，叶片弯曲力矩很适合用作调节参量。当然以往还未能够找到适合于持久使用的测 量技术。层压到所述叶片中的用于进行力矩测量的Fibre-Bragg传感器在有故障的情况下 不能更换，粘贴的DMS传感器所拥有的使用寿命太短。这两种方法另外具有这样的问题，即 测量工作仅仅局部地在叶片上进行。层压材料中的局部的异质性因而导致测量误差，对叶 根中的总体的应力状态的推断以及由此在。
11、那里起作用的力矩由此总是带有误差。 发明内容 0004 因此，本发明的任务是，提供一种方法和一种装置，所述方法和装置能够在改进的 情况下确定风力涡轮机的转子叶片的负荷。 0005 该任务通过独立权利要求的主题得到解决。有利的设计方案通过从属权利要求以 及以下说明书的主题来获得。 0006 本发明提供一种用于确定风力涡轮机的转子叶片的弯曲角的方法，其中所述方法 具有以下步骤： 说 明 书CN 103003565 A 2/12页 4 -读取至少一个加速度信号，所述加速度信号代表着作用于转子叶片的加速度；并且 -在使用所述加速度信号的情况下确定所述风力涡轮机的转子叶片的弯曲角。 0007 此外，本发。
12、明提供一种用于确定风力涡轮机的转子叶片的弯曲角的装置，其中所 述装置具有以下特征： -用于读取加速度信号的接口，所述加速度信号代表着作用于转子叶片的加速度；以 及 -用于在使用所述加速度信号的情况下确定所述风力涡轮机的转子叶片的弯曲角的单 元。 0008 一种具有程序代码的计算机程序产品也是有利的，所述程序代码保存在机器可读 的载体比如半导体存储器、硬盘存储器或者光学的存储器上并且在所述程序在控制仪或者 装置上执行时用于实施按前面所描述的实施方式之一所述的方法。 0009 本发明基于这样的认识，即所述风力涡轮机的转子叶片的弯曲与该转子叶片的在 叶根上的弯曲力矩之间处于预先确定的关联之中。为了确。
13、定所述弯度，尤其使用基本上垂 直于转子平面来测量的加速度或者加速度信号。作为额外的加速度信号，也可以使用沿叶 片纵向方向的加速度。作为转子平面，在此是指虚拟的或者实际上的平面，转子叶片围绕着 风力涡轮机的转子轴在该平面中旋转。这意味着，在当前的方案中所使用的加速度代表着 沿转子轴的方向的加速度。在知道这种预先确定的关联的前提下，在这种情况下可以从所 述转子叶片或者转子叶片的至少一个部件的加速度中推断出在这个转子叶片的叶根上的 存在的弯曲力矩，从而可以在使用稍作改动的调整参数的情况下继续使用传统的用于确定 叶片节面角的调整单元。在此并非强制推断出所述叶根上的存在的弯曲力矩，而是更确切 地说也可以。
14、在所测量的或者所读取的加速度的基础上直接计算有待设定的冲角。在这种情 况下，因而从所确定的加速度中求得叶片弯曲（也就是说数值beta），从中确定所述转子叶 片的IPC节面角或者说冲角。所介绍的调整方法由此可以使用弯曲力矩（或者说弯曲角）并 且而后确定所述转子叶片的所谓的节面角。在此也可以为“节面角”这个概念而使用“冲角” 这个概念。也就是说从所述弯曲角中可以确定用于所述转子叶片的冲角或者个别的冲角。 0010 本发明提供这样的优点，即可以继续使用传统的调整单元，从而不需要费用很高 地重新开发用于所述风力涡轮机的转子叶片的冲角的调整的调整单元。同时，为了提供所 使用的传感器参量而可以使用相应的传。
15、感器，所述传感器针对老化现象和测量误差明显地 更为稳健。由于风力涡轮机为较长的运行时间而设计并且尤其转子叶片的更换的费用非常 高，所以前面提到的优点还更为重要。用这里所介绍的方案可以进行容易的且成本低廉的 改装。 0011 按照本发明的一种有利的实施方式，在所述读取的步骤中可以检测加速度的曲 线，其中在所述确定的步骤中从所述加速度的曲线中求得频谱并且在使用求得的频谱的情 况下确定所述冲角。本发明的一种这样的实施方式提供如下优点，即通过在特定的时间间 隔的范围内求得的并且接下来变换为频率范围的频谱的使用，可以对较小的测量误差进行 补偿。在此可以利用这一点，即通过转子叶片的旋转在转子叶片的回转圆中。
16、的特定的位置 上周期性出现物理的影响，也就是说刚好在所述转子叶片在接下来的旋转的一圈中又到达 所述特定的位置时周期性地出现物理的影响。 0012 特别有利的是，在所述确定的步骤中将所求得的频谱与所提供的频谱进行比较， 说 明 书CN 103003565 A 3/12页 5 其中在使用所求得的频谱与所提到的频谱之间的比较结果的情况下确定所述冲角。本发明 的一种这样的实施方式提供如下优点，即最大可能地很好且可靠地确定所提供的频谱。在 这种情况下，比如可以从大量所记录的频谱中确定一个平均值，其中这样的所提供的频谱 而后也可以描绘环境条件的某些变化。 0013 按照本发明的一种特殊的实施方式，在所述读。
17、取的步骤中可以主动地引起所述转 子叶片的基本上垂直于转子平面的运动。本发明的一种这样的实施方式提供如下优点，即 可以测量或者计算对于特定的经常出现的氛围来说已经可预料的频谱并且将其存放在存 储器中。比如在这种情况中，可以为每个存放在存储器中的频谱分配一个特定的弯曲角。通 过这种方式，可以在实际上的使用中以在数字表示或者线路技术方面非常简单的方式实施 所述弯曲角的确定，因为主要需要将所求得的频谱与来自存储器的一个或者多个频谱进行 比较，用于从比较结果中得到已经相当精确的用于弯曲角的参量，如果所求得的频谱大致 相当于特定的频谱并且在此为该特定的频谱分配了这个弯曲角。 0014 按照本发明的另一种实。
18、施方式，在所述确定的步骤中可以实施所述加速度信号的 低通滤波和/或卡尔曼滤波。本发明的一种这样的实施方式提供如下优点，即通过所述滤 波得到所读取的测量值的平滑效果，所读取的测量值提高用于冲角的调整性能的稳定性。 尤其在此滤去高频的信号-干扰份额并且保留拥有所期望的有待分析的关于重力和离心 力的信息的纯粹的有效信号。 0015 此外，在本发明的另一种实施方式中在所述用于确定弯曲角的确定的步骤中也可 以使用关于抗弯刚度的信息或者抗弯刚度的近似值、关于提供所述加速度信号的加速度传 感器的离开转子轴的间距、所述转子轴的相对于水平线的倾角和/或所述风力涡轮机的塔 头的加速度的信息。本发明的一种这样的实施。
19、方式提供如下优点，即由此可以非常精确地 估算在所述叶根上出现的弯曲力矩，使得已经使用的调整单元的参数设定的所需要的更改 很小。这一点之所以尤其重要，是因为目前所使用的调整单元在出现的弯曲力矩的基础上 调整用于转子叶片的冲角，从而可以非常容易地实施调节参量的更换。 0016 为了尽可能精确地求得所述转子叶片的弯曲角，在所述确定的步骤中可以从所述 加速度信号中求得转子叶片的一个位置上的加速度的时间上的曲线并且在使用所求得的 曲线的情况下确定所述转子叶片的弯曲角或者叶片弯曲度。所述时间上的曲线在此可以在 转子叶片的围绕着转子轴旋转一圈的范围内延伸。本发明的一种这样的实施方式通过以下 方式来确定所述转。
20、子叶片的弯曲，即确定相对于重力加速度的位置，所述重力加速度在测 量转子叶片的加速度时周期性地一会儿增强地并且一会儿减弱地作用于所测量的传感器 信号。 0017 按照本发明的另一种实施方式，在所述读取的步骤中可以读取另一个沿所述转子 叶片的纵轴线的方向测量的加速度信号。在这种情况下，在所述确定的步骤中在使用所述 另一个加速度信号的情况下确定所述风力涡轮机的转子叶片的弯曲角。 附图说明 0018 下面借助于附图示范性地对本发明进行详细解释。附图示出如下： 图1是用于对风力涡轮机上的运动可能性的名称进行统一定义的图示； 图2是用于风力涡轮机的转子叶片的个别的冲角的调整单元的方框图，对于所述风力 说 。
21、明 书CN 103003565 A 4/12页 6 涡轮机来说可以使用本发明的实施例； 图3是在将传感器定位在转子叶片上这个方面的重要的参量的原理图； 图4是用于对叶片偏移与叶根弯曲力矩之间的关联进行说明的关于时间的图表； 图5是转子叶片上的传感器坐标系的图示； 图6是用于对所得到的测量信号的测量原理及处理进行说明的图示； 图7是图表，在该图表中示出了经过低通滤波的传感器信号以及基准信号； 图8是图表，在该图表中示出了叶片弯曲与传感器的加速度测量的有效信号之间的关 联，所述传感器以离开转子轮毂的r=10m的间距来定位；并且 图9是按本发明的一种实施例的作为方法的流程图。 具体实施方式 0019。
22、 相同的或者类似地起作用的元件可以在以下附图中通过相同的或者类似的附图 标记来表示。此外，附图、其说明以及权利要求以组合的形式包含大量的特征。本领域的技 术人员在此很清楚，也可以单个地研究这些特征或者将其归纳为其它的这里未明确说明的 组合。此外，在以下说明中可能在使用不同的尺寸和尺度的情况下对本发明进行解释，其中 不应该将本发明理解为局限于这些尺寸和尺度。此外，按本发明的方法步骤可以重复地并 且以和所描述的顺序不同的顺序来执行。如果一种实施例包括第一特征/步骤与第二特征 /步骤之间的“与/或”联结，那就可以如此对此进行解读，使得该实施例按照一种实施方式 不仅具有所述第一特征/所述第一步骤而且具。
23、有所述第二特征/所述第二步骤并且按照另 一种实施方式要么仅仅具有所述第一特征/所述第一步骤要么仅仅具有所述第二特征/所 述第二步骤。 0020 本发明的特殊的目标是，提供一种方案，用于通过调整方法将作用于所述吊舱的 通过非对称的空气动力的负荷产生的偏转力矩和俯仰力矩降低到最低限度。调节参量有利 地是所述风力涡轮机的叶片的个别的冲角。在此，一个重要的方面是，按照这里所介绍的 方案通过所述转子叶片上的加速度传感器来求得所述调节参量。为此，在至少一个转子叶 片中安装至少一个加速度传感器，该加速度传感器可以测量沿冲击方向的（也就是垂直于 转子平面的）加速度。这提供如下优点，即在这种情况下可以使用点传感。
24、器，所述点传感器 可以容易地安置在所述叶片中，可以容易地更换并且不会检测到静态的误差比如通过温差 以及异质的叶片材料引起的应力。此外，有时候在安装了叶片的状态监测装置（Condition Monitoring）时已经存在所述传感器。 0021 为了统一地对风力涡轮机的运动可能性的下面所使用的参量进行定义，动用按 图1的图示。在此风力涡轮机是指具有塔筒的设备，在所述其上固定了吊舱。这个吊舱包 括与转子相耦合的发电机，其中所述转子在图1所示出的实施例中具有两个转子叶片。所 述塔筒在此会在风吹向其时并且在将转子的力传递到吊舱和塔筒上时进行塔筒纵向弯曲 100以及塔筒横向弯曲110。所述塔筒也会围绕着。
25、其竖轴线进行塔筒扭转120。塔筒的围 绕着其竖轴线的运动也称为所述风力涡轮机的偏转130。此外，也会有力作用到所述塔筒 或者风力涡轮机，这些力导致转动（Rollen）140也就是围绕着所述风力涡轮机的转子轴的 转动运动。如果通过由风施加到风力涡轮机上的影响而诱发不仅垂直于所述塔筒的竖轴 线的而且也垂直于转子轴的运动，那就谈及所述风力涡轮机的俯仰150。所述转子叶片一 说 明 书CN 103003565 A 5/12页 7 方面可以执行回转运动160或者冲击运动170或者在内部扭转，这也同样称为现在相对于 转子叶片的扭转180。所述回转运动160在此相当于所述转子叶片的围绕着转子轴的所 期望的运。
26、动，其中所述冲击运动170表示尤其转子叶片的叶尖的从转子平面中出来的也就 是说沿转子轴的延伸方向的运动。风力涡轮机的运动的这样的定义对应来自E. Hau的书 “Windkrafanlage（风力涡轮机）”的定义，在该书中提到相应的用于吊舱的偏转力矩和俯仰 力矩的调节参量。所述冲击运动导致叶根上的弯曲力矩并且是所述吊舱的偏转力矩及俯仰 力矩的起因。 0022 本发明的一个重要的方面可以在于，可以利用来自叶片上的传感器的加速度信号 并且在调整方法的内部对这些信号进行处理，用于通过所述叶片冲角的个别的调节来降低 所述吊舱上的偏转力矩和俯仰力矩。 0023 在图2中作为方框图简化地示出了一个系统，本发。
27、明按照一种实施例可以用在 该系统上。所述用于对风力涡轮机210进行调整的系统200在此包括用于运行控制的单 元220以及用于对用于所述风力涡轮机210的转子叶片中的每个转子叶片的个别的冲角 235（ IPC1,2,3 ）进行调整的单元230。所述用于进行运行控制的单元220（也称为CPC； CPC=Collective Pitch Control）为其任务而得到来自风力涡轮机210的传感器的信号尤 其关于所述风力涡轮机210的转子的转速的信号。所述用于进行运行控制的单元220现 在可以从这个信号中一方面确定有待设定的发电机力矩240并且提供该发电机力矩用于 对所述风力涡轮机210进行调整并且另。
28、一方面求得一个共同的用于所有转子叶片的冲角 242（ CPC ），对于该冲角来说所述风力涡轮机具有最佳的功率收益。所述用于对个别的冲角 235进行调整的单元230（也称为IPC调整器）从所述风力涡轮机210的叶片里面或上面的 至少一个传感器处得到关于这个转子叶片的在安装了所述传感器的位置上的加速度a 1 的 信号。尤其所述用于对个别的冲角235进行调整的单元230可以得到关于多个比如所有转 子叶片的加速度a 1,2,3 的信号并且在这种情况下为每个转子叶片提供相应的用于对相关的 转子叶片的个别的冲角235进行设定的信号 IPC1,2,3 ，其中所述单元230为所述每个转子叶 片得到传感器信号。。
29、通过这种方式，可以对所述与共同的用于每个单个的转子叶片的冲角 有关的信号进行校正，用于考虑到局部的风力不均匀性。此外，风的剪切力也导致不对称的 负荷。所述关于共同的冲角242的信号而后比如可以以相加的方式与不同的关于用于相关 的转子叶片的个别的冲角235的信号相联结，从中获得用于所述风力涡轮机210的各个相 关的转子叶片的调整信号250。根据所期望的冲角来对所述风力涡轮机210的各个转子叶 片的冲角进行的这种调节接下来通过执行器255来设定。在变化的风力情况260的作用下， 所述转子叶片而后以不同的强弱程度沿冲击方向偏移，其中这种偏移或者说在此出现的加 速度又通过相应的传感器来测量并且通过所述。
30、传感器信号265来输送给所述用于进行运 行控制的单元220和所述用于对个别的冲角进行调整的单元230。通过这种方式，用于对个 别的冲角进行调整的调整回路闭合。 0024 通过代表着各个转子叶片的沿冲击方向的加速度的加速度信号的使用，可以非常 容易地改动已经存在的用于风力涡轮机的转子叶片的个别的冲角的调整系统的。也就是 说，传统的风力涡轮机大多数利用所述转子叶片的叶根上的弯曲力矩，用于设定相关的转 子叶片的个别的冲角。但是因为在多数情况下转子叶片的叶根上的弯曲力矩与转子叶片的 所属的沿冲击方向的弯曲之间的简单的关联能够识别或者说已经知道，所以通过明显更为 说 明 书CN 103003565 A 。
31、6/12页 8 稳健的加速度传感器的信号可以使用能够合适地利用的信号用于对转子叶片的冲角进行 调整，该信号代表着所述转子叶片或者所述转子叶片的部件的沿冲击方向的加速度，方法 是按本发明从这个信号中确定所述转子叶片的弯曲角。为了现在得到可以很好地处理的并 且尽可能少干扰的与转子叶片的弯曲角相关的信号并且对其进行处理，可以设想两种变型 方案。 0025 在第一种变型方案中，可以实施特定的加速度或者说从中推导出来的加速度信号 的固有频率分析。为此使用所述（转子）叶片的固有振动。在设备的运行过程中的激励通过 以空气动力的方式诱发的振动或者通过额外安装的振动器也就是主动地将转子叶片置于 振动之中的单元来。
32、进行。通过所述加速度传感器，在这种情况下连续地检测信号并且将其 加以保存并且在特定的测量时间之后（最多1秒钟）求得所述固有振动的振幅谱。将这个振 幅谱比如与额定频谱进行比较，所述额定频率存放在控制-调整仪中并且属于叶片的特定 的负荷状态。通过叶片角的调节来降低叶片上的负荷，这通过与额定频谱之间的比较来控 制。所述额定频谱事先在无负荷并且有负荷的情况下通过在叶片上进行的测量来确定或者 不过通过固有频率分析从计算中求得。这种变型方案的优点在于，可以一同使用已经可用 的用于状态监测的测量技术，所述测量技术已经集成了所述传感器、测量值检测装置、加速 度信号的处理和分析装置。属于此的还有已经存放的额定频。
33、谱。应该为这样的应用方案加 入用于负荷情况的存放在控制或者调整仪中的额定频谱。这些额定频谱可以通过在叶片试 验台上进行的测量来求得。可能更为容易的是，在安装在叶片上之前实施基准测量并且在 安装之后在风速低于转子叶片上的起动速度时实施类似的测量。从这些频谱和叶片数据出 发，通过模拟来计算在有负荷时相对于这些频谱的偏差并且将其作为额定频谱加以保存。 0026 第二种用于使用这里所介绍的方案的变型方案在于来自直接的加速度测量的数 据的使用及其分析。在此，从所测量的加速度中确定所述转子叶片的弯曲角。而后，调整目 标是，在所有的转子叶片上设定相同的弯曲角。调节参量又是所述叶片角。由于空气动力 的效应比如。
34、湍流和涡流分离，总是激发叶片的振动，但是所述振动比叶片和塔筒的第一固 有频率的范围内的有待调整的振动更为高频。因此，应该为所述调整而通过低通滤波对所 测量的加速度进行滤波。对于第一（加速度）传感器的位置来说，转子叶片的下面的一半是 有利的，因为叶尖由于变细和在那里存在的也驱动着梢涡的横向气流会被激励以进行剧烈 的振动。 0027 作为两种前面所描述的变型方案的优点，可以列出以下方面。首先可以利用已知 的并且可能已经存在的测量装置以及可能通过对叶片进行的状态监测求得的数据。其次不 需要应用应变计或者类似装置，对于所述应变计或者类似装置来说就当前的现有技术而言 不知道应该在何处并且如何精确地将其安。
35、装。另外，对于这些传感器来说在技术上还没有 令人满意地解决温度补偿问题。此外，可以在出现故障的情况下容易地更换加速度传感器。 这对于层压的应变传感器来说是不可能的。由应变传感器提供的信号可能没有说服力，因 为其仅仅检测局部的应变。在使用前面所描述的方案时，不会通过静态的负荷比如温差应 力、通过异质的材料引起的局部的应力过高现象、结冰（在同时使用状态监测时）等等引起 的误差，这在使用从叶片加速度中计算的弯曲角这个参量的情况下明显地提高了所述调整 的可靠性。 0028 换句话说，这意味着，这里所介绍的方案对于申请人的斜度驱动装置 说 明 书CN 103003565 A 7/12页 9 （Pitch。
36、-Antrieben）来说代表着作为额外的调整功能的使用情况。将来的驱动装置由于当 前的市场趋势应该有能力可以个别地调节所述叶片。 0029 本发明的另一个重要的方面在于，在加速度传感器（DCU）的基础上能够实现得到 改进的IPC合适的测量方法，对于该测量方法来说所述传感器具有更长的使用寿命、保证 了传感装置的简单的可更换性并且尽可能检测与叶根中的整体的应力状态等效的参量。 0030 对于下面介绍的方案来说，一个重要的方面在于加速度传感器的信号的使用，所 述加速度传感器测量转子叶片的沿转子轴的方向的加速度。所述加速度传感器应该能够测 量稳态的加速度。叶片中的加速度的测量根据当前的现有技术为人所。
37、知并且尤其用于进行 状态监测。这种所测量的加速度的二次积分会得出当前的叶片偏移。但是，这种方法拥有 漂移，所述漂移会较长时间地歪曲计算的结果。这个测量参量因此不适合于进行IPC调整。 0031 按照一种实施例，用这里介绍的发明来介绍一种测量方案，该测量方案能够实现 对IPC调整来说合适的信号分析。在单轴的加速度传感器的传感器数据的基础上，可以进 行在线的信号分析。一种可能的使用情况比如在于IPC调整的领域内或者在于风能设备上 的试验性的测量上。对于风能设备的转子叶片的叶片角的调整来说，需要沿冲击方向的（也 就是在斜度位置(Pitchstellung)为0度时垂直于转子平面的）叶片弯曲。为了确定。
38、这个 参量，所述叶片弯曲可以直接通过转子叶根上的DMS传感器来测量。一种作为替代方案的 用于测量叶片弯曲的传感器方案是加速度传感器的使用，所述加速度传感器的测量方程式 通过所谓的导航方程式（3）来描述，该导航方程式的内容是： 其中a相当于所测量的加速度并且g相当于重力加速度。 0032 通过所述传感器信号，可以在对局部的加速度进行相应的低通滤波时来估算重力 向量的投影以及由此估算传感器坐标系的节面角。借助于所述传感器的定向，可以推断出 转子叶片的弯曲并且由此推断出相应的冲击弯曲力矩。所测量的用于转子叶片的弯曲与 相应的冲击弯曲力矩之间的关联可以在图4的图表中看出，在该图表中在横坐标上示出了 时。
39、间并且在纵坐标上示出了叶片偏移的曲线（虚线）以及叶根弯曲力矩的曲线（实线）。在 此从图4中可以看出，所述用于所测量的叶片偏移和所测量的叶根弯曲力矩的曲线彼此相 符，因而对于所述转子叶片的个别的冲角的调整来说也可以使用叶片偏移并且因此也可以 使用导致相关的叶片偏移的加速度。 0033 在假设可以忽略的扭转的情况下考虑到所述传感器信号的x分量就足以用于求 得所述叶片弯曲。所述x分量指向叶片表面上的法向量的方向并且只要不存在叶片扭转就 处于弯曲冲击方向中。为此，以转子叶片中的如在图5中示出的一样的传感器坐标系500 为出发点。在此z分量沿转子叶片端部的方向定向，x分量沿相对于转子平面的法线定向 并且。
40、y分量沿转子叶片的回转方向定向。此外，为了换算传感器加速度数值，可以如接下来 还要详细描述的一样使用转子的轮毂中的坐标系510以及转子轴中的坐标系520。 0034 为了求得叶片弯曲度，为此首先将坐标从塔筒变换为转子轴、从转子轴变换为转 子叶片并且从转子叶片变换为弯曲的转子叶片。为此，可以使用以下变换矩阵： 说 明 书CN 103003565 A 8/12页 10 M 塔筒变换为转子轴 = M 转子轴变换为转子叶片 =以及 M 转子叶片变换为弯曲的转子叶片 = 其中代表转子轴的相对于水平线的倾角，代表围绕着转子轴的转子方位角并且 代表所述转子叶片的在传感器位置上从转子平面中扭转出来的扭转角。在。
41、这种情况下， 重力加速度的投影 可以以下方式来描述： 此外，所述加速度传感器的测量方程式可以以如下方式来表明： 从中得出: a 传感器 其中上面所表明的矩阵的第一列代表向心加速度，上面表明的公式的第二列代表所测 量的由于传感器坐标系的旋转引起的加速度并且上面所表明的公式的第三列代表重力加 速度。 0035 如果不应该忽略塔头加速度，那就必须将传感器方程式扩充a 塔头 ，其中 a 塔头 由此而后对于所述传感器的所测量的总加速度来说适用： a 传感器 =a 传感器 +a 塔头 由于传感器坐标系的旋转引起的份额可以通过低通滤波器来滤波并且由此加以消除。 0036 按照本发明的这里所介绍的实施例，可以。
42、实现两种测量方案或者测量方法。对于 说 明 书CN 103003565 A 10 9/12页 11 第一种方法来说，使用安装在转子叶片上的单轴测量的加速度传感器。在此测量比如法向 于转子叶片表面定向的加速度。这个加速度称为a x,传感器 并且可以在忽略塔头加速度的情况 下以如下方式来表达： a x,传感器 = 这个项在此用角度来周期性重复。 此外，如果很小并且由此sin趋向于0，那就可以明确地使用用于确定的重力加速 度的轨迹。 0037 在没有叶片弯曲的情况下，由此适用=0。从中得出： (a x ) 传感器，经滤波 =+gsinA=const. 用0产生转动频率的份额（sincoscosA），。
43、其中所述弯曲角可以从以下关 联中来确定： 重力加速度的投影轨迹的变化由此通过转子叶片的弯曲（0）所引起并且可以用 于确定。这种在单轴测量的加速度传感器的基础上测量叶片弯曲的第一测量方法在能够 成本低廉地使用的传感器方面提供优点并且比利用多个传感器信号的情况更为容易对传 感器信号进行分析。但是，作为这种用于弯曲角的测量方法的缺点，应该提到，较小的有效 信号可供使用，因为只能使用用于确定的信号幅度。 0038 对于第二种用于确定弯曲角的方法来说，可以使用参照图3详细解释的参量。在 这种情况下对所述转子叶片300的沿转子轴310的方向的加速度进行研究，其中所述加速 度传感器以离开所述转子轴310的间。
44、距r来布置。通过所述转子叶片的在加速度传感器的 位置上由于转子叶片从转子平面320中偏移出来而局部地扭转了角度这种情况来测量 以下加速度： a x ,传感器 = 以及 所述两个方程式的第一项（也就是第一个乘积）在此相对于角度是恒定的。第二项 （也就是第二个乘积）在对加速度传感器信号进行低通滤波时能够忽略。最后一项（也就是 最后一个乘积）随着角度而周期性变化。 0039 比如对于=1.7rad/s的角速度（这相当于15 rpm的设备转速）和传感器的间距 r s =20m来说，可以得到 2 r s =58m/s 2 的恒定的份额。转动频率的份额在此为g=9.81m/s 2 。 由此沿z方向的加速度。
45、比如在转子叶片的围绕着转子轴的旋转一圈之内从68m/s 2 到48m/ s 2 波动。在经过滤波的用于a z,传感器 的方程式中（也就是说滤去了第二项），现在知道了除 之外的所有的参量。所述方程式由此可以以用数字表示的方式求解出所求的扭转角。 说 明 书CN 103003565 A 11 10/12页 12 0040 上面所表明的用于a x,传感器 的方程式表明，沿x方向测量的加速度如何由已知的和 未知的参量所组成。如果额外地测量这种加速度，那就可以提高的确定的精度。尤其卡 尔曼滤波器的使用，可以引起更好的结果。在此，在卡尔曼滤波器中对转子叶片的模型进行 模拟并且从中确定所述偏移。所述模拟在每。
46、个时间步骤中借助于所述两个测量值（a x 、a z ） 来更新或者说更正（比如借助于预测器、校正器-方法）。可以从所述叶片倾角中借助于用 于叶片弯曲度的模型（也就是弯曲线）来直接确定叶片偏移。而后从所述用于叶片弯曲的模 型中也得到叶根弯曲力矩。为此，还必须额外地知道抗弯刚度EI。因为已知的IPC调整器 仅仅将所述叶片的叶根弯曲力矩中的差用于进行调整，所以不需要绝对精确的数值并且对 于抗弯刚度EI来说近似值就已足够。这样的前面提到的测量方案也能够容易地通过转子 叶片中的加速度传感器的存在来检测，该传感器为测量沿z方向的加速度而布置。 0041 前面所描述的方程式的这种应用而后可以从加速度信号中推。
47、断出转子叶片的弯 曲角，所述弯曲角而后则继续用于对转子叶片的冲角进行调整。在此尤其所述第二种方法 的运用具有如下优点，即通过转子旋转一圈由于恒定的离心力而存在恒定的有效信号，而 后从所述恒定的有效信号中可以从中计算g投影或者一同用于确定。 0042 为了能够求得所述叶片弯曲，应该确定所述重力加速度的应该纯粹地归因于所述 转子叶片的冲击弯曲的投影分量。为此可以滤出重力加速度的从设备的刚体运动中产生 的投影变化。两个自由度确定所述刚体运动：围绕着转子轴的旋转以及围绕着俯仰轴线 （Pitchachse）的叶片角度调节。还可以额外地研究方位轴承的旋转，但是这在这种研究中 被忽略。 0043 负责叶片弯。
48、曲的投影分量由此从以下方程式中获得： 其中g RBFilter 相当于重力加速度的在刚体运动的基础上计算的投影向量。g Mess 是通过所 述传感器测量的重力加速度分量。g Biegung 是相应经过滤波的信号，该信号应该纯粹地归因 于所述转子叶片的弹性的变形（也就是说相当于沿冲击方向的弯曲）。通过方程式（4）可以 滤出重力向量的不应该归因于所述弯曲的投影向量。重力加速度的从刚体运动中产生的投 影的计算可以从以下方程式（5）中获知： 其中 T Blade_Hub 相当于用于变换为叶片分段COS的变换矩阵； T Z () 相当于关于叶片轴承COS的Z轴以（也就是转子叶片的节面角）为幅度进 行的旋。
49、转； T Hub_Rotor 相当于用于变换为叶片轴承COS的变换矩阵；并且 T x () 相当于关于转子COS的x轴以（也就是转子的方位角）为幅度进行的旋 转。 0044 在此表示在惯性的转子轴坐标系中所表达的重力向量。所述转子轴以 说 明 书CN 103003565 A 12 11/12页 13 大约5的所谓的轴交角（Shaftwinkel）为幅度向上倾斜。 0045 按第一种方法的测量原理在图6的两张分图中示出。在此在左边的分图中示出了 测量原理以及所属的测量信号，对于所述测量信号来说风力涡轮机或者说转子叶片发生了 弯曲。而在图6的右边的分图中则示出了测量原理以及在运用这种测量原理时的测量信 号，其中从幅度的变化中可以推断出所述转子叶片的弹性的变形。 0046 在图7和8的图表中关于时间示出了叶尖上的传感器信号（虚线700）（也就是说 对于离开叶根的r=36m的间距来说）以及经过低通滤波的传感器信号（实线710），而图8则 示出了经过低通滤波的传感器信号的曲线。基准信号相应地相当于重力加速度的落到传感 器坐标系中的。