本發明涉及風機偏航制動器，具體為一種監測風機偏航制動器摩擦片磨損情況的設備和方法。

背景技術：

1、風力發電機組通過偏航電機帶動偏航組件的制動器對偏航齒圈產生制動效果，能夠使得風力發電機偏航時穩定滑行，且在風力發電機穩定時偏航電機也會通過自身的摩擦片進行制動。但是偏航電機的摩擦片會隨著使用時間的增長，損耗也越大。偏航制動器通常用于在機艙對風時保證機艙旋轉時的平穩，以及在對風完成后機艙位置的鎖定與保持。

2、目前的檢測方法分為兩類：定期間接測量方式或激光或電渦流等非接觸式傳感器測量，定期間接測量的方法無需安裝儀器設備，操作簡單，只需用卡尺測量剩余厚度，即可計算出已磨損厚度，但是，定期間接測量的方法誤差較大，且大風等惡劣天氣無法攀爬風機開展測量，時效性差，往往是提前更換或已失效較長時間后才進行更換；非接觸式傳感器的方法精度較高，使用非接觸式傳感器的方法成本也較高，中國專利號為“cn106286651a”、專利名稱為“風電制動器摩擦片磨損狀態檢測儀”公布了一種監測摩擦片磨損狀態的檢測儀，包括檢測模塊和信號采集模塊，檢測模塊包括傳感器，通過傳感器實時反饋參數并進行判斷，給維護和維修帶來便利，但該專利需要每一臺偏航制動器附近均安裝一個檢測儀，成本較高且占地面積較大，遇到部分偏航制動器存在漏油等情況時易發生誤報或漏報。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種監測風機偏航制動器摩擦片磨損情況的設備和方法，其能夠準確判斷偏航制動器摩擦片的磨損情況，一臺設備可以監測多個偏航制動器，節省了人力和占地面積，且遇到部分偏航制動器存在漏油等情況時不易發生誤報。

2、為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種監測風機偏航制動器摩擦片磨損情況的設備，包括聲波接收器、信號處理器、信號分析器和指示燈式故障顯示器；所述信號處理器和信號分析器均設置于同一個殼體內，所述聲波接收器的數量設置2-6個，所述聲波接收器通過固定支架均勻固定于殼體的外部并距離殼體10cm-30cm，所述指示燈式故障顯示器設置于殼體的外部，所述指示燈式故障顯示器設置有指示燈，所述指示燈的數量與偏航制動器的數量一致，所述指示燈與偏航制動器相對應。

3、一種監測風機偏航制動器摩擦片磨損情況的方法，包括以下步驟：

4、步驟1：所述聲波接收器接收每個偏航制動器動作時所產生的聲音信號并將聲音信號傳入信號處理器；

5、步驟2：所述信號處理器對采集到的聲音信號進行濾波降噪處理；

6、步驟3：所述聲波接收器接收的同一個偏航振動器發出的聲音信號之間存在時延，通過聲音信號之間的函數關系可求得時延值，根據維納-辛欽定理和傅里葉變換，可以得到兩個聲波信號之間的廣義互關函數；根據廣義互關函數建立直角坐標系，可以求出聲音信號的位置坐標；

7、步驟4：所述信號處理器對聲音信號通過傅里葉變換進行頻譜提取并形成頻譜圖，根據頻譜圖判斷出聲波的主頻率和主頻率下的聲壓大??；

8、步驟5：所述信號分析器得到來自信號處理器輸出的聲音位置、主頻率和聲壓值，所述信號分析器通過分析可以判斷每個偏航制動器的主頻率、聲壓值分別與其余偏航制動器的主頻率及聲壓值平均值的偏差值，通過偏差值的大小可以判斷故障的嚴重性；

9、步驟6：根據每個偏航制動器的故障嚴重性，對應的指示燈顯示相應的顏色。

10、優選的，所述步驟2中，通過信號處理器進行濾波降噪的計算式為：

11、

12、其中ωi為權系數，e(n)為輸出信號誤差，xi(n)為采集到的第i個聲音信號，i＝1，2，...，n，為使誤差信號最小，權系數ωi的迭代公式為：

13、w(n+1)＝w(n)-μ*e(n)*x(n)

14、其中，μ為收斂因子，e(n)為輸出信號誤差，x(n)是輸入信號。

15、優選的，所述步驟3中，確定聲音信號的位置坐標具體方式如下所述：

16、步驟3.1：確定兩個聲音信號的函數關系：

17、

18、其中，x1(t)和x2(t)是兩個聲波接收器接收到的聲音信號，s1和s2是發射信號的幅度參量，n1(t)和n2(t)是噪聲信號，τ1和τ2是信號傳輸的時延，并且τ1≤τ2；

19、步驟3.2：根據維納-辛欽定理和傅里葉變換，得到兩個聲波信號之間的互關函數如下所示：

20、

21、其中，g12(ω)是x1(t)和x2(t)的互功率譜函數，ejωt代表一個旋轉因子，j是虛數單位，ω是角頻率，t是時間；當x1(t)和x2(t)經過濾波后，輸出信號的互功率譜函數為：

22、

23、其中，h1和h2表示濾波函數，h2*(ω)表示h2(ω)的共軛函數，g12(ω)是x1(t)和x2(t)的互功率譜函數；

24、步驟3.3：將r12(τ)和gg12(ω)通過傅里葉變換得到x1(t)和x2(t)的廣義互關函數為：

25、

26、其中，g12(ω)是x1(t)和x2(t)的互功率譜函數，ejωt代表一個旋轉因子，j是虛數單位，ω是角頻率，t是時間，φ12(ω)為頻域的加權函數；

27、步驟3.4：根據廣義互關函數，建立直角坐標系：所述聲波接收器將直角坐標系平面平均劃分同等區域；

28、步驟3.5：每兩個所述聲波接收器接收到的聲波信號通過互相關計算可以得到采樣周期差，通過采樣周期差的正負值判斷聲音信號位于直角坐標系的具體方位；

29、步驟3.6：確定聲音信號的位置：通過采樣周期差和采樣頻率得到聲音信號與所述聲波接收器的距離，因此可以確定聲音信號在直角坐標系中的雙曲線軌跡，根據聲音信號的方位并通過雙曲線之間的交點坐標就可以得到聲音信號相對所述聲波接收器的位置坐標。

30、優選的，所述步驟4中，聲壓及頻譜信號的計算步驟為：

31、步驟4.1：對聲波信號開展傅里葉變換，具體公式如下：

32、

33、其中，f(t)是時域信號，f(ω)是頻域信號，ω是角頻率，j是虛數單位；

34、步驟4.2：根據步驟4.1的公式，對聲音信號進行頻譜提取，提取后公式如下：

35、

36、其中，ωn是角頻率，an和bn是傅立葉系數，an和bn可以通過積分求得：

37、

38、

39、通過上述公式，將不同頻率所對應的聲壓在坐標系中繪制出，形成頻譜圖；

40、步驟4.3：根據步驟4.2，判斷聲音信號的主頻率，即最大聲壓值對應的頻率為主頻率；

41、步驟4.4：通過上述方式，可以得到所有偏航制動器的主頻率和主頻率下的聲壓大小，分別記為fn和pn；

42、步驟4.5：對所有fn和pn進行匯總分析。

43、優選的，所述步驟5中，每個偏航制動器與其余偏航制動器的主頻率及聲壓值的偏差值的判斷方法如下：

44、某個偏航制動器在工作時，主頻率與其他偏航制動器主頻率的平均值偏差小于30hz且產生的聲壓與其余偏航制動器聲壓平均值小于10％時，即在合格范圍內，可以判斷該偏航制動器摩擦片壽命處于合格狀態。

45、某個偏航制動器在工作時，主頻率與其他偏航制動器主頻率的平均值偏差在30hz-50hz且產生的聲壓與其余偏航制動器聲壓平均值在10％-20％時，即處于臨界范圍，可以判斷該偏航制動器摩擦片壽命即將結束，需要盡快檢查情況。

46、當某個偏航制動器在工作時，主頻率與其他偏航制動器主頻率的平均值偏差大于50hz且產生的聲壓與其余偏航制動器聲壓平均值大20％以上時，即超出臨界范圍，可以判斷該偏航制動器摩擦片壽命已結束，需要及時進行更換。

47、優選的，所述步驟6中，所述指示燈的顏色顯示如下：

48、當所述信號分析器判斷某偏航制動器摩擦片壽命處于合格范圍時，所述指示燈顯示綠燈；當信號分析器判斷某偏航制動器摩擦片壽命即將結束時，所述指示燈顯示黃燈；當信號分析器判斷某偏航制動器摩擦片壽命已結束時，所述指示燈顯示紅燈。

49、優選的，所述步驟4.1中，聲壓及頻譜信號的計算公式也可以采用梅爾頻率倒譜系數法。

50、與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

51、1、本發明可同時對多個偏航振動器產生的聲音信號進行處理分析，即可以同時監測多個偏航振動器摩擦片的磨損情況，節省了人力和設備的成本。

52、2、本發明通過對聲音信號的頻譜及聲壓分析，可以準確判斷偏航制動器摩擦片的壽命剩余情況，且遇到部分偏航制動器存在漏油等情況時不易發生誤報或漏報。

53、3、本發明通過指示燈可以顯示每個偏航振動器的磨損情況，根據磨損情況可以及時調整摩擦片。