高速轴扭矩检测系统及风力发电机
技术领域
本发明涉及非电信号传输系统
技术领域
，具体涉及一种高速轴扭矩检测系统及风力发电机。背景技术
风力发电机组是由叶片捕捉风能转化成电能的一种装置，主要由塔筒、机舱和风轮系统组成。风力发电机组在运行过程中受到风的波动性的影响，输入载荷的波动会以扭矩波动的形式通过传动系统传递到机组发电机的高速轴上，高速轴的扭矩波动会对出风力发电机组联轴器、高速轴造成破坏，为了优化风力发电机组控制策略，需要对风力发电机组全工况下的高速轴扭矩进行测量。
传统的高速轴扭矩测量通常采在高速轴上加装导电滑环进行测量，这种接触式的测量方法需要对高速轴进行二次加工，并且受限于导电滑环与碳刷的接触磨损，无法进行长期测量。无接触式测量方法多采用光栅式、电容偶合式和无线电传输数据的测量方法。光栅式和电容偶合式测量精度不如电阻应变片测量精度高且对测试设备安装精度要求较高，风力发电机组运行过程中高速轴所在机舱环境处于振动状态，这种测试方法受到周围环境振动影响较大且无法进行长时间测量。无线电数据传输与供电测试方法容易受到风力发电机组运行时的强电场干扰，会出现数据丢包、无线供电不稳定等问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出一种高速轴扭矩检测系统及风力发电机，解决了传统接触式测量无法长时间测量和非接触式测量受环境振动和电磁场影响较大的问题。
具体技术方案如下：
第一方面，提供了一种高速轴扭矩检测系统，包括：
扭矩检测装置，配置为将高速轴的扭矩转换成电信号；
电光转换装置，配置为将所述电信号转换成相应的脉冲光信号；
光电转换装置，配置为接收所述脉冲光信号，并将该脉冲光信号转换为电信号；
数据采集装置，配置为采集所述光电转换装置输出的电信号并存储；
光伏供电装置，配置为向所述扭矩检测装置和电光转换装置供电。
结合第一方面，在第一方面的第一种可实现方式中，所述扭矩检测装置包括：
应变片；
信号调理模块，输入端与所述应变片信号连接，输出端经屏蔽电缆连接所述电光转换装置的电信号输入端。
结合第一方面，在第一方面的第二种可实现方式中，所述电光转换装置包括：
环形发光带；
电光信号转换模块，电信号输入端连接所述扭矩检测装置的输出端，电信号输出端连接环形发光带，配置为将所述电信号转换成相应的高频脉冲电信号驱动环形发光带发出脉冲光信号。
结合第一方面，在第一方面的第三种可实现方式中，所述光电转换装置包括：
光电传感器，用于将所述脉冲光信号转换成相应的电信号；
光电转换模块，配置为对所述光电传感器接收的电信号进行解调，得到相应的电信号。
结合第一方面，在第一方面的第四种可实现方式中，所述光伏供电装置包括：
柔性光伏板；
电源稳压模块，输入端经屏蔽电缆连接所述柔性光伏板，输出端经屏蔽电缆分别连接所述扭矩检测装置和电光转换装置。
第二方面，提供了一种风力发电机，包括：
高速轴；
如第一方面、第一方面的第一至四中可实现方式中的任意一种高速轴扭矩检测系统，其中，扭矩检测装置、电光转换装置和光伏供电装置均设置于所述高速轴的表面。
结合第二方面，在第二方面的第一种可实现方式中，还包括环形遮光罩，该环形遮光板罩设在所述电光转换装置的发光位置上方。
结合第二方面，在第二方面的第二种可实现方式中，还包括环形挡光罩，该环形遮光板罩设在所述光伏供电装置的光伏发电板上方。
结合第二方面，在第二方面的第三种可实现方式中，所述环形遮光罩、环形挡光罩的内表面均涂覆有吸光层。
结合第二方面，在第二方面的第四种可实现方式中，所述高速轴表面涂覆有吸光层。
有益效果：采用本发明的高速轴扭矩检测系统及风力发电机，采用采用光信号的方式实现了高速轴扭矩检测系统的非接触供电和非接触数据传输，降低风力发电机组发电状态下的强电场造成的干扰，提高了测试系统的抗干扰能力和可靠性，可用于风力发电机组的高速轴扭矩长时间测量，并可应用于复杂电磁环境下的其他测量。测试过程中仅对高速轴外部进行设备加装，无需破坏高速轴原有结构，施工工期短，不会造成高速轴结构破坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明
具体实施方式
，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明一实施例提供的高速轴扭矩检测系统的系统框图；
图2为本发明一实施例提供的风力发电机高速轴的结构图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示的高速轴扭矩检测系统的系统框图，该检测系统包括：
扭矩检测装置，配置为将高速轴的扭矩转换成电信号；
电光转换装置，配置为将所述电信号转换成相应的脉冲光信号；
光电转换装置，配置为接收所述脉冲光信号，并将该脉冲光信号转换为电信号；
数据采集装置，配置为采集所述光电转换装置输出的电信号并存储；
光伏供电装置，配置为向所述扭矩检测装置和电光转换装置供电。
具体而言，扭矩检测装置可以安装在高速轴的表面，可以将高速轴的扭矩转换成电信号输出。电光转换装置可以安装在高速轴的表面，其信号输入端可以与扭矩检测装置的电信号输出端连接，以接收扭矩检测装置输出的电信号。
电光转换装置可以对接收到的电信号进行信号调制，生成相应的脉冲光信号发送给光电转换装置。光电转换装置可以接收电光转换装置发出的脉冲光信号，并将脉冲光信号转换成电信号发送给数据采集装置，数据采集装置可以采集光电转换装置发送的电信号并存储，如此达到非接触传输扭矩数据的目的。
在高速轴上可以安装光伏供电装置，该光伏供电装置在光照情况下可以产生电能，以向同样安装在高速轴上的扭矩检测装置和电光转换装置供电，如此可以达到向扭矩检测装置和电光转换装置进行非接触供电的目的。
在本实施例中，优选的，所述扭矩检测装置包括：
应变片；
信号调理模块，输入端与所述应变片信号连接，输出端经屏蔽电缆连接所述电光转换装置的电信号输入端。
具体而言，应变片可以贴附在高速轴表面，可以是Y型应变片，可以将高速轴的扭矩转换成电阻变化。信号调理模块可以将应变片的电阻变化信号转换成电信号发送给电光转换装置。
在本实施例中，优选的，所述电光转换装置包括：
环形发光带；
电光信号转换模块，电信号输入端连接所述扭矩检测装置的输出端，电信号输出端连接环形发光带，配置为将所述电信号转换成相应的高频脉冲电信号驱动环形发光带发出脉冲光信号。
具体而言，电光信号转换模块可以对信号调理模块发送的电信号进行调制，输出对应的高频脉冲电信号。环形发光带可以套装在高速轴上，可以与电光信号转换模块的输出端连接，在高频脉冲电信号的驱动下，环形发光带可以发出相应的脉冲光信号。光电转换装置可以将接收到的脉冲光信号转换成相应的电信号，从而实现非接触数据传输。
在本实施例中，优选的，所述光电转换装置包括：
光电传感器，用于将所述脉冲光信号转换成相应的电信号；
光电转换模块，配置为对所述光电传感器接收的电信号进行解调，得到相应的电信号。
具体而言，光电传感器可以正对环形发光带设备，可以将环形发光带发出的脉冲光信号转换成相应的电信号发送给光电转换模块。光电转换模块可以对光电传感器发送的电信号进行解调，得到关于高速轴扭矩的电信号发送给数据采集装置，数据采集装置可以是现有的数据采集器，可以采集高速轴的电信号并存储。
为增强系统的抗干扰能力，信号调理模块与应变片之间、电光信号调理模块与信号调理模块之间、环形发光带与电光信号转换模块之间、光电传感器与光电转换模块之间都可以采用双层屏蔽电缆连接，双层屏蔽电缆可以降低电磁干扰，提高系统的抗干扰能力。
在本实施例中，优选的，所述光伏供电装置包括：
柔性光伏板；
电源稳压模块，输入端经屏蔽电缆连接所述柔性光伏板，输出端经屏蔽电缆分别连接所述扭矩检测装置和电光转换装置。
具体而言，柔性光伏板可以套装在高速轴，在高速轴的表面形成一条环形光伏板带。柔性光伏板可以与电源稳压模块的输入端电连接，在光照条件下，柔性光伏板经过电源稳压模块可以输出稳定的直流电，以向扭矩检测装置和电光转换装置供电。因此，可以在正对柔性光伏板的位置处安装一个强光源，通过强光源持续照射柔性光伏板，使光伏供电装置持续向扭矩检测装置和电光转换装置供电，从而达到非接触供电的目的。
柔性光伏板、环形发光带都可以套装在高速轴，电源稳压模块、电光信号转换模块、应变片和信号调理模块都可以粘附在高速轴，如此测试过程中仅需要对高速轴外部进行设备加装，无需破坏高速轴原有结构，施工工期短，不会造成高速轴结构破坏。
如图2所示的风力发电机高速轴的结构图，该风力发电机包括：
高速轴；
上述的高速轴扭矩检测系统，其中，扭矩检测装置、电光转换装置和光伏供电装置均设置于所述高速轴的表面。
具体而言，扭矩检测装置可以安装在高速轴的表面，可以将高速轴的扭矩转换成电信号输出。电光转换装置可以安装在高速轴的表面，其信号输入端可以与扭矩检测装置的电信号输出端连接，以接收扭矩检测装置输出的电信号。
电光转换装置可以对接收到的电信号进行信号调制，生成相应的脉冲光信号发送给光电转换装置。光电转换装置可以接收电光转换装置发出的脉冲光信号，并将脉冲光信号转换成电信号发送给数据采集装置，数据采集装置可以采集光电转换装置发送的电信号并存储，如此达到非接触传输扭矩数据的目的。
在高速轴上可以安装光伏供电装置，该光伏供电装置在光照情况下可以产生电能，以向同样安装在高速轴上的扭矩检测装置和电光转换装置供电，如此可以达到向扭矩检测装置和电光转换装置进行非接触供电的目的。
在本实施例中，优选的，还包括环形遮光罩，该环形遮光板罩设在所述电光转换装置的发光位置上方。
具体而言，环形遮光罩可以罩设在所述环形发光带的上方，光电传感器设置在环形遮光罩的内壁上，如此可以减小外部光源，以及环形发光带产生的散射光线对测试造成的影响。
在本实施例中，优选的，还包括环形挡光罩，该环形遮光板罩设在所述光伏供电装置的光伏发电板上方。
具体而言，在柔性光伏板覆盖的环形区域上方，可以围绕柔性光伏板设置一个环形挡光罩，该环形挡光罩可以罩设在柔性光伏板的上方，强光源可以设置在环形挡光罩的内壁上，如此可以挡住大部分因强光源产生的散射光线，减小对光信号传输造成的影响。
在本实施例中，优选的，所述环形遮光罩、环形挡光罩的内表面均涂覆有吸光层。吸光层可以吸收光线，进一步减小外部光源，以及因光线照射在高速轴表面产生的漫反射对测试造成的影响。
在实施例中，优选的，所述高速轴表面涂覆有吸光层。高速轴表面的吸光层可以吸收外部光源、强光源、环形发光带照射在高速轴表面的光线，从而进一步减小因光线照射在高速轴表面产生的漫反射对测试造成的影响。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
