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目前常用是吊车的风电叶片检测技术主要有基于超声波、X射线、电阻应变片等是吊车的检测办法。与此同时，光纤检测技术以其具有防雷击，抗电磁干扰，耐腐蚀，可靠性高等特点，近年来被应用于航空航天，轨交船舶，化工石油等多个行业，并逐渐进入风电市场。
首先，光纤传感技术属于无源传感器，它是吊车的本体与传输信号的光缆都属于非金属导体材料，在容易雷击的环境中不用担心引雷隐患，更能满足抗雷击的环境要求；其次，电阻应变计的抗疲劳性能也远不及光纤传感器，电阻应变计的电阻丝的抗疲劳性能低于光纤。同时，电阻应变片由于粘贴工艺的限制，在风机作业过程中容易在粘合处出现脱胶等问题，而光纤传感器由于其简便而可靠的植入工艺，大大提升了传感器在监测过程中的可靠性；再次，电阻式应变计的测量电压是微伏与毫伏级别，在风机运行的环境中易受电磁干扰，尤其是海上大兆瓦的风机机舱内通常配置了高压的变压器，电磁干扰极强，这大大降低了应变片的使用寿命及监测可靠性。而光纤材料采用非金属材料制作，其根据光波变化监测物理量的监测原理也使其不会受到电磁干扰，使用寿命和可靠性能远优于应变片；最后，非金属光纤材料更能耐受高盐雾环境，不易受到环境腐蚀，使用寿命比电阻应变计更长。
[2]Schroeder, K., Ecke, W., Apitz, J., et al. (2006) A Fibre BraggGrating Sensor System Monitors Operational Load in a Wind TurbineRotor Blade. Institute of Physics Publishing, 17, 1167-1172.
[3]Choi, K.S., Huh, Y.H., Kwon, I.B., et al. (2012) A Tip DeflectionCalculation Method for a Wind Turbine Blade Using TemperatureCompensated FBG Sensors. Smart Materials and Structures, 21, 1-9.
图2光纤光栅传感器工作原理
FBG窄带反射谱的中心波长由光栅的等效折射率和折射率变化周期决定，物理量如应变、温度会通过弹光效应、热光效应改变光栅的等效折射率和折射率变化周期，从而使FBG反射谱的中心波长发生漂移，通过用波长信号解调仪检测FBG反射谱的中心波长变化，可实现对物理量信息的解调。
[4]Downey, A., Ubertini, F. and Laflamme, S. (2017) Algorithm forDamage Detection in Wind Turbine Blades Using a Hybrid Dense SensorNetwork with Feature Level Data Fusion. Journal of Wind Engineering &Industrial Aerody-namics, 168, 288-296.
[1]Kim, C.H., Paek, I. and Yoo, N. (2010) Monitoring of Small WindTurbine Blade Using FBG Sensors. International Conference on ControlAutomation and Systems, Gyeonggi-do, South Korea, 1059-1061.
风机在运行的阶段，从风机叶片使用环境的角度上分析，尤其是对海上大型风机叶片进行在线监测的载荷传感器的环境要求角度分析，电测法抗电磁干扰差、容易引雷、传感器的寿命短等缺点就非常明显。
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叶片在运行阶段的载荷监测系统的传感技术应用
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关于光纤技术在风电检测的运用，国内外展开了许多研究项目并取得了一定的研究成果。其中，韩国Chang-HwanKim等人[1]在小型风机叶片上分别采用传统的电阻应变片及光纤光栅传感器进行监测实验，证实了风电领域中光纤光栅检测技术的优良性能。同时，美国、韩国、德国[2-4]等各国相关研究团队也先后实现了基于光纤光栅技术的风机叶片静载监测、损伤检测等。
国家发改委能源研究所发布的《中国风电发展路线图2050》与2020年12月21日刚刚发布的《新时代的中国能源发展》白皮书都对我国风电发展做了大规划，特别是《新时代的中国能源发展》白皮书提出要大力推动新能源数字化和智能化发展，加快提升新能源全产业链的智能化水平。国家的加持，风电产业的智能化产业完美的站在风口上，可以预见的2021年将是风电产业智能化元年，会有一批关于风电产业智能化的项目落地，驱动风电行业向着智能化方向高速发展。
光纤传感技术原理简介
当风机叶片在运行时，尤其是海上大型风机叶片需要对叶片载荷进行实时监测时，与电阻式应变片相比，光纤传感技术具有诸多优势。
结合当前风机监测现状以及智能叶片对传感监测的技术要求，对于智能叶片上采用的传感技术，未来会向着高精度、大量程、高可靠性、产品工业化、安装简便化的方向发展。因此，光传感技术与硅基微电子技术结合产生的各种光纤MEMS传感器将成为将来无源传感器的主流，利用硅材料的优良力学特性与光传感技术的高精度、高稳定的性能，再结合MEMS（微机械微机电）技术的加工优势，研制新的无源传感器的种类，它们的性能、大小、可靠性、信号的传输等都是智能结构对传感器植入结构本体最需要的特点。
目前这种新光纤MEMS传感器在市场出现有光纤高精度位移计，它精度达到亚微米级别。在航空航天、军工领域应用的光纤MEMS加速度、光纤MEMS压力传感器、光纤MEMS温度传感器等都有良好的应用，解决了行业智能化发展的“卡脖子”问题。伴随着风电领域智能化进程的高速推进，这种新的光纤MEMS传感技术也将进入到风电领域产业链的各个环节。
目前国内外主要的主机厂商在大兆瓦的风机上的叶根载荷监测系统所采用的传感技术基本都是光纤传感技术，这也说明了光纤传感技术在逐渐取代传统的电测传感器，成为风电叶片监测行业的新趋势。
关键词：风机叶片，光纤光栅，传感技术
摘要：近年来，大兆瓦风机的研发与应用成为风电行业的大趋势，这为叶片的设计和制造带来了更大的挑战。由于风机作业过程中叶片气动载荷状态复杂，采用合适的传感与测试技术尤为重要。基于以上情况，本文结合近年来叶片载荷测试与运行监测的传感技术的发展现状，从智能叶片对传感器的技术要求着手，通过对比分析光纤传感器技术与传统电阻应变计技术在叶片载荷的试验场测试与风场运行监测的优劣，对即将开始的智能叶片时代的传感技术做出展望。
这种技术只有光纤的栅区才对应变和温度敏感，光纤的其他部分对它物理量不敏感，因此，基于FBG波长编码特性，FBG和光纤本身是一体化的，光源强度及其他因素造成的光衰减都不会影响FBG测量精度，同时在一根光纤上可并接或串接多个具有不同中心波长的FBG传感器进行多点分布式测量，如图2所示。
光纤光栅具有良好的应变与温度传感特性，但是由于光纤光栅特别纤细（直径约0.125mm），其主要成分是SiO2，因此特别脆弱，尤其它的抗剪能力很差，直接将其用于实际工程无法满足工程结构的粗放施工要求和野外恶劣环境的长期耐久性要求，因此，通过设计合理的金属或者非金属封装结构，将光纤光栅预封装为光纤传感器，可靠的封装工艺可以有效提高可靠性和实用简便性，达到更好的长期使用效果，这种可靠的性工艺的研发成本很高，周期也很长。
以上这些缺点在短时间测试或者容易修复系统环境下容易被克服，所以几乎所有在叶片试验场中进行叶片载荷测试的系统都采用电阻应变片作为传感器。
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光纤光栅（FBG）传感技术是可靠性高、实用性强、并可波分复用的传感技术。它采用激光照射法，由中心波长为193nm～248nm的激光光斑经透镜和反射镜多次光路调节后，形成光强均匀分布的长方形激光光斑，然后借助相位掩模板，使激光光斑图形化，沿石英单模光纤轴向形成亮暗相间的等周期衍射条纹，最终导致被图形化光斑照射区域内光纤的折射率发生周期性改变（通过大量的工艺研究，光纤被光斑照射区域的长度通常控制在2mm-14mm），照射完成后，单模光纤被照射加工过的区域就具备了布拉格反射特性：当满足布拉格条件的特定波长窄带光入射后，会被该区域反射后沿入射光路原路返回，而其他波长的光信号则被正常透射，通常将光纤的这段区域称为布拉格光栅（FiberBragg Grating），简称光纤光栅（FBG）。
来源：《风能产业》2021.01
智能叶片对传感技术的要求与展望
作者：上海拜安传感技术有限公司 王新中
引言
《》
参考文献
当然这种技术也有它的局限性，一是电阻应变片的测试系统容易受到电磁干扰，在电磁环境复杂的条件下，测试信号的噪声大，数据可信度低；二是对潮湿环境下抗腐蚀能力很弱，导致在腐蚀环境下系统的可靠性低，故障较多；三是应变片粘贴的寿命不高，一般200万次疲劳，应变较大的测点需要更换1-2次电阻应变传感器，原因是粘贴的胶由于疲劳而脱落；四是由于电阻应变片的供电与变化的电压很小，长导线情况下信号容易衰减，系统组网难度大，可靠性低；五是在风机叶片的静电电势高、容易雷击的环境下，连接传感器电缆容易把冲击电流引入到安装在轮毂上的采集设备上，导致采集系统损坏，同时对旁边的变桨控制系统造成安全危害。
图1电阻式应变片传感器示意图
在叶片的研制定型的过程中，一般对试制还没有量产的叶片要进行大量的测试，在试验场中按照设计规范进行的静载与至少200万次的疲劳寿命的测试都是其中非常重要试验。在这两个试验中，载荷的测试是通过测量关键点的应变量来得到整个叶片的载荷分布。此时的测点众多，一般长度70米以上的叶片，在其内外部结构上沿着叶片长度方向会布设数十个截面，其测点超过100多个应变测点的布置。基本上目前国内所有的试验场都采用电阻式应变片传感器，再配套应变测试仪组成系统进行静力加载的载荷测试和摆锤激励的动态载荷测试与疲劳测试。每个测点由多个电阻应变片组成惠斯通电桥的桥臂，按照相应的电桥方式接入电阻应变仪，应变的大小与应变片电阻值的变化对应。这种电测法由于技术普及度高，电阻式应变片与应变仪价格实惠，数据处理软件成熟，使实验的性价比与测试效率相比于其它测试系统高很多，所以被各大试验场广泛使用。
在风力发电机系统中，风机的叶片属于大型部件，是风机系统中把风能转化为机械能的主要部件，造价约为风机成本的1/4到1/3，风机的整体动能输入都是由叶片开始的。因此，叶片载荷输入与输出，以及结构本身的性能优劣、稳定性与可靠性都将直接影响整个系统运行状态。大多数风机叶片的设计寿命为20-25年，设计载荷确定主要来自于对风场风况的统计、风场模型计算结果与叶片设计经验参数等。但目前风场风况的数据不足、测风时间短、模型计算也有诸多假设、模型过于简化，并且风场的风况具有一定的随机性，导致风机实际运行时的风况超出叶片设计阶段选取的载荷参数。所以，风机叶片在设计、制造与运行的各个环节都必须对其载荷有精确的测试与监测，以便能更好的达到叶片全生命周期的最优设计指标，满足实际风况使用条件，同时实时掌握叶片安全状态。为了能使风机叶片在列装前及早发现结构设计不足，叶片在设计、制造与运行各个阶段就必须通过大量的载荷测试，以便对叶片结构强度与疲劳寿命进行评估，使叶片能满足风场风况的情况下，尽可能提高其经济性。
在叶片研发定型阶段对载荷测试的主要传感技术
风电叶片检测技术现状概述
