风轮机状况监测系统和方法被公开，其中，所述风轮机包括塔架、联接至塔架的齿轮箱和联接至齿轮箱的多个风轮机叶片。所述监测系统包括联接至叶片的叶片传感器、联接至齿轮箱的轮彀节点以及控制器。所述控制器与所述轮彀节点和所述叶片传感器通信，并基于叶片传感器读数来确定叶片位置。叶片传感器和轮彀节点可包括多轴加速计。控制器可与叶片传感器直接无线通信或通过轮彀节点通信。通过使用位置信息，可避免通信被妨碍的遮蔽区域，节点间隔可被考虑以在节点通信过程中降低动力需求和/或可避免来自多个传输器的干扰。
1.一种用于至少一个风轮机的风轮机状况监测系统，所述至少一个风轮机中的每个均包括塔架、由塔架支撑的齿轮箱和联接至齿轮箱的多个风轮机叶片，所述状况监测系统包括：被构造成用于提供叶片传感器读数的多个叶片传感器，所述叶片传感器读数相应于所述多个风轮机叶片中的相应一个，所述多个叶片传感器中的每个均联接至所述多个风轮机叶片中的相应一个；
至少一个轮毂节点，所述至少一个轮毂节点中的每个分别联接至所述至少一个风轮机中的相应一个的齿轮箱；和控制器，其与所述至少一个轮毂节点和所述多个叶片传感器通信；
其中，所述控制器基于叶片传感器读数来确定所述多个风轮机叶片中的每个风轮机叶片的位置。
2.如权利要求1所述的风轮机状况监测系统，其特征在于，所述多个叶片传感器中的每个都是多轴加速计。
3.如权利要求1所述的风轮机状况监测系统，其特征在于，所述控制器与所述至少一个轮毂节点或与所述多个叶片传感器中的每个都具有直接无线通信。
4.如权利要求3所述的风轮机状况监测系统，其特征在于，所述控制器仅在所述多个叶片传感器中的特定叶片传感器处于叶片遮蔽区域之外才与该特定叶片传感器通信，所述控制器与该特定叶片传感器之间的直接无线通信在该特定叶片传感器处于叶片遮蔽区域中时被妨碍。
5.如权利要求4所述的风轮机状况监测系统，其特征在于，所述控制器仅在所述至少一个轮毂节点中的特定轮毂节点处于轮毂节点遮蔽区域之外时才与该特定轮毂节点通信，所述控制器与该特定轮毂节点之间的直接无线通信在该特定轮毂节点处于轮毂节点遮蔽区域中时被妨碍。
6.如权利要求1所述的风轮机状况监测系统，其特征在于，
所述控制器与所述至少一个轮毂节点具有直接无线通信；
所述至少一个轮毂节点中的每个与所述至少一个风轮机中的相应一个的所述多个叶片传感器中的每个都具有直接无线通信；以及所述控制器通过所述至少一个轮毂节点与所述多个叶片传感器进行通信。
7.如权利要求6所述的风轮机状况监测系统，其特征在于，仅在所述多个叶片传感器中的特定叶片传感器不处于叶片遮蔽区域中时，所述至少一个轮毂节点中的每个才与该特定叶片传感器通信，所述至少一个轮毂节点与该特定叶片传感器之间的直接无线通信在该特定叶片传感器处于叶片遮蔽区域中时被妨碍。
8.如权利要求7所述的风轮机状况监测系统，其特征在于，所述控制器仅在所述至少一个轮毂节点中的通信轮毂节点处于轮毂节点遮蔽区域之外时才与该通信轮毂节点通信，所述控制器与该通信轮毂节点之间的直接无线通信在该通信轮毂节点处于轮毂节点遮蔽区域中时被妨碍。
9.如权利要求1所述的风轮机状况监测系统，其特征在于，所述控制器仅在所述多个叶片传感器中的特定叶片传感器处于有利的通信区域中时才与该特定叶片传感器通信，所述控制器基于叶片传感器读数来确定该特定叶片传感器是否处于所述有利的通信区域中；所述有利的通信区域在所述控制器与该特定叶片传感器之间具有不受妨碍的通信路径。
10.如权利要求9所述的风轮机状况监测系统，其特征在于，所述有利的通信区域进一步被约束成：当所述特定叶片传感器处于所述有利的通信区域中时，使所述控制器与所述特定叶片传感器之间的间隔距离小于间隔距离阈值。
11.如权利要求10所述的风轮机状况监测系统，其特征在于，所述有利的通信区域进一步被约束成：一次使所述多个叶片传感器中的仅一个叶片传感器处于所述有利的通信区域中。
12.如权利要求9所述的风轮机状况监测系统，其特征在于，所述有利的通信区域进一步被约束成：一次使所述多个叶片传感器中的仅一个叶片传感器处于所述有利的通信区域中。
13.一种用于具有监测系统的风轮机的风轮机状况监测方法，每个风轮机均包括塔架、联接至塔架的齿轮箱和联接至齿轮箱的多个风轮机叶片，所述监测系统包括控制器、联接至每个齿轮箱的轮毂节点和多个叶片传感器，所述状况监测方法包括：对于所述多个叶片传感器中的每个确定相应的遮蔽区域，当所述多个叶片传感器中的一个叶片传感器处于所述相应的遮蔽区域中时，所述多个叶片传感器中的这个叶片传感器与所述控制器之间的通信路径被妨碍，所述多个叶片传感器中的每个都联接至所述多个风轮机叶片中的相应一个；
将所述多个叶片传感器中的每个都构造成：仅在处于所述相应的遮蔽区域之外时才进行传输；
当所述多个叶片传感器中的每个相应地处于所述相应的遮蔽区域之外时，在所述控制器处从所述多个叶片传感器中的每个相应地接收叶片传感器读数；和基于所述叶片传感器读数来确定所述多个叶片传感器中的每个的位置。
14.如权利要求13所述的风轮机状况监测方法，其特征在于，还包括：
确定所述相应的遮蔽区域之外的相应的有利的通信区域，在所述相应的有利的通信区域处，所述多个叶片传感器中的每个与所述控制器之间的通信路径相应地小于间隔距离阈值；
将所述多个叶片传感器中的每个构造成：仅在处于所述相应的有利的通信区域内时才进行传输；和当所述多个叶片传感器中的每个相应地处于所述相应的有利的通信区域内时，在所述控制器处从所述多个叶片传感器中的每个相应地接收叶片传感器读数。
15.如权利要求14所述的风轮机状况监测方法，其特征在于，还包括：
确定所述相应的有利的通信区域内的相应的传输区域，使得一次使所述多个叶片传感器中的仅一个叶片传感器处于所述相应的传输区域中；
将所述多个叶片传感器中的每个构造成：仅在处于所述相应的传输区域内时才进行传输；和当所述多个叶片传感器中的每个相应地处于所述相应的传输区域内时，在所述控制器处从所述多个叶片传感器中的每个相应地接收叶片传感器读数。
16.如权利要求13所述的风轮机状况监测方法，其特征在于，还包括：
确定所述相应的遮蔽区域之外的相应的传输区域，使得一次使所述多个叶片传感器中的仅一个叶片传感器处于所述相应的传输区域中；
将所述多个叶片传感器中的每个构造成：仅在处于所述相应的传输区域内时才进行传输；和当所述多个叶片传感器中的每个相应地处于所述相应的传输区域内时，在所述控制器处从所述多个叶片传感器中的每个相应地接收叶片传感器读数。
17.一种用于监测具有监测系统的至少一个风轮机的风轮机状况监测方法，所述至少一个风轮机中的每个均包括塔架、由塔架支撑的齿轮箱和由齿轮箱支撑的多个风轮机叶片，所述监测系统包括(i)控制器，(ii)至少一个轮毂节点，所述至少一个轮毂节点中的每个分别联接至所述至少一个风轮机中的相应一个的齿轮箱，和(iii)多个叶片传感器，所述多个叶片传感器中的每个均联接至所述多个风轮机叶片中的相应一个且相应于所述至少一个轮毂节点中的相应的轮毂节点，所述状况监测方法包括：仅在所述多个叶片传感器中的每个叶片传感器相应地处于所述叶片遮蔽区域之外时才传输来自所述多个叶片传感器中的这个叶片传感器的叶片传感器读数，在所述叶片遮蔽区域中，所述多个叶片传感器中的这个叶片传感器与相应的轮毂节点之间的通信路径被妨碍；
当所述多个叶片传感器中的这个叶片传感器处于所述叶片遮蔽区域之外时，在相应的轮毂节点处从所述多个叶片传感器中的这个叶片传感器接收叶片传感器读数；
将轮毂节点信号从相应的轮毂节点传输至所述控制器，所述轮毂节点信号包括来自所述叶片传感器读数的信息；和通过所述控制器基于所述叶片传感器读数来确定所述多个叶片传感器中的这个叶片传感器的位置。
18.如权利要求17所述的风轮机状况监测方法，其特征在于，还包括：
基于所述轮毂节点信号来确定所述相应的轮毂节点的位置；
仅在所述相应的轮毂节点处于轮毂遮蔽区域之外时才从所述相应的轮毂节点向控制器进行传输，在所述轮毂遮蔽区域中，所述相应的轮毂节点与控制器之间的通信路径被妨碍；和仅当所述相应的轮毂节点处于所述轮毂遮蔽区域之外时才从控制器向所述相应的轮毂节点进行传输。
19.如权利要求18所述的风轮机状况监测方法，其特征在于，还包括：
仅在所述多个叶片传感器中的每个叶片传感器相应地处于所述至少一个风轮机中的相应一个的传输区域内时才传输来自所述多个叶片传感器中的这个叶片传感器的叶片传感器读数，所述传输区域被限定为一区域，在任何给定时间上所述多个叶片传感器中的仅一个位于该区域中；和当所述多个叶片传感器中的这个叶片传感器处于所述传输区域内时，在所述相应的轮毂节点处从所述多个叶片传感器中的这个叶片传感器接收叶片传感器读数。
20.如权利要求17所述的风轮机状况监测方法，其特征在于，所述多个叶片传感器中的每个和所述至少一个轮毂节点中的每个都包括多轴加速计。
用于稳定的无线风轮机状况监测的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及监测和通信系统以及技术，尤其涉及用于风轮机的监测和通信系统以及技术。
背景技术
[0002] 使用风轮机获取风能以提供电能是日益增加的市场需求。风轮机的效率和寿命取决于风轮机的状况，因此存在许多应用来使用安装于风轮机叶片上的传感器进行状况监测。风轮机叶片状况监测系统通常在附连至风轮机叶片的传感器与可位于或可不位于风轮机上的控制器之间使用有线通信。控制器探测风轮机叶片传感器读数，基于特定应用的需要运行必需的算法，然后将决策传达至风轮机的轮毂节点(hub node)以采取适当的行动，比如停止叶轮、增加/减小叶片旋转速度等。可想到的是，传感器与轮毂/控制器之间的通信可以是无线的，而轮毂节点与控制器之间的通信可以是有线或无线的。然而，风轮机状况监测系统的各个通信节点之间的无线通信路径可被风轮机的结构周期性地妨碍。例如，塔架可妨碍风轮机叶片上的传感器与控制器之间的通信。
[0003] 风轮机叶片的状况监测可通过较早地探测到异常情况并能够由此较早地采取预防措施以避免叶片和风轮机的大范围损坏，来增加叶片和风轮机的寿命。可用于状况监测的各种传感器中的一种是加速计传感器。加速计传感器在被置于物体上时可用于测量该物体的振动。加速计还可用于确定物体位置，例如风轮机叶片位置。
[0004] 期望探测风轮机叶片的位置并使用该位置信息来在叶片传感器、轮毂节点和控制器之间产生符合期望的通信参数的稳定无线通信方案。这些期望的通信参数例如可包括避免路径妨碍和多传输干扰，以及实现可靠性和动力效率措施。
发明内容
[0005] 一种用于一个或多个风轮机的风轮机状况监测系统被公开，其中，所述风轮机中的每个均包括塔架、联接至塔架的齿轮箱和联接至齿轮箱的多个风轮机叶片。所述状况监测系统包括多个叶片传感器、轮毂节点和控制器。所述叶片传感器能提供叶片传感器读数。所述多个叶片传感器中的每个联接至所述一个或多个风轮机的所述多个风轮机叶片中的一个。所述轮毂节点联接至所述一个或多个风轮机中的每个的齿轮箱。所述控制器与一个或多个轮毂节点并与所述多个叶片传感器通信。所述控制器基于所述叶片传感器读数来确定所述多个风轮机叶片中的每个风轮机叶片的位置。所述叶片传感器可包括多轴加速计。
[0006] 在一个单级通信等级实施方式中，所述控制器可与所述一个或多个轮毂节点并与所述多个叶片传感器中的每个进行直接无线通信。所述控制器可被构造成：仅当所述多个叶片传感器中的特定叶片传感器处于叶片遮蔽区域之外时，才与该特定叶片传感器通信。所述控制器与该特定叶片传感器之间的直接无线通信在该特定叶片传感器处于所述叶片遮蔽区域中时被妨碍。所述控制器可被构造成：仅当所述一个或多个轮毂节点中的特定轮毂节点处于所述轮毂节点遮蔽区域之外时，才与该特定轮毂节点通信。当该特定轮毂节点处于所述轮毂节点遮蔽区域中时，所述控制器与该特定轮毂节点之间的直接无线通信被妨碍。
[0007] 在一个两级通信等级实施方式中，所述控制器可与所述一个或多个轮毂节点进行直接无线通信，且对于每个特定风轮机而言，该特定风轮机的轮毂节点与联接至该特定风轮机的叶片的所述多个叶片传感器中的每个都进行直接无线通信。在该两级通信等级实施方式中，所述控制器通过所述一个或多个轮毂节点从所述多个叶片传感器接收叶片传感器读数。对于每个特定风轮机而言，所述轮毂节点可被构造成：仅当该风轮机的特定叶片传感器不处于叶片遮蔽区域中时，才与该特定叶片传感器进行通信。当该特定叶片传感器处于叶片遮蔽区域中时，所述轮毂节点与该特定叶片传感器之间的直接无线通信被妨碍。所述控制器可被构造成：仅当轮毂节点处于轮毂节点遮蔽区域之外时，才与该轮毂节点进行通信。所述控制器与轮毂节点之间的直接无线通信在该轮毂节点处于轮毂节点遮蔽区域中时被妨碍。
[0008] 所述控制器可被构造成：仅在特定叶片传感器处于有利的通信区域中时才与该特定叶片传感器进行通信。所述控制器可基于叶片传感器读数来确定叶片传感器是否处于有利的通信区域中。所述有利的通信区域具有所述控制器与所述叶片传感器之间的不受妨碍的通信路径。所述有利的通信区域可进一步被约束成：使所述控制器与该特定叶片传感器之间的间隔距离在该特定叶片传感器处于所述有利的通信区域中时小于间隔阈值。所述有利的通信区域还可进一步被约束为：一次使所述多个叶片传感器中的仅一个叶片传感器处于所述有利的通信区域中。
[0009] 一种用于具有监测系统的风轮机的风轮机状况监测方法被公开，其中，每个风轮机均包括塔架、联接至塔架的齿轮箱和联接至齿轮箱的多个风轮机叶片，且所述监测系统包括控制器、联接至每个齿轮箱的轮毂节点和多个叶片传感器。该状况监测方法包括：确定遮蔽区域；将所述多个叶片传感器中的每个构造成仅在处于遮蔽区域之外时才进行传输；当叶片传感器处于遮蔽区域之外时，在所述控制器处从该叶片传感器接收叶片传感器读数；和基于所述叶片传感器读数来确定该叶片传感器的位置。叶片传感器与所述控制器之间的直接通信路径在该叶片传感器处于遮蔽区域中时被妨碍。该方法还可包括：确定有利的通信区域；将所述多个叶片传感器中的每个构造成仅在处于所述有利的通信区域内时才进行传输；和当叶片传感器处于所述有利的通信区域内时，在所述控制器处从该叶片传感器接收叶片传感器读数。所述有利的通信区域是遮蔽区域之外的区域，在该有利的通信区域处，所述叶片传感器与所述控制器之间的通信路径小于间隔阈值。该方法还可包括：确定所述遮蔽区域之外的或所述有利的通信区域内的传输区域，使得一次使所述多个叶片传感器中的仅一个叶片传感器处于该传输区域中；将叶片传感器中构造成仅在处于所述传输区域内时才进行传输；和当叶片传感器处于所述传输区域内时，在所述控制器处从该叶片传感器接收叶片传感器读数。
[0010] 一种用于具有监测系统的风轮机的风轮机状况监测方法被公开，其中，每个风轮机均包括塔架、联接至塔架的齿轮箱和联接至齿轮箱的多个风轮机叶片，且所述监测系统包括控制器、联接至每个齿轮箱的轮毂节点和多个叶片传感器。所述状况监测方法包括：确定叶片遮蔽区域；将所述多个叶片传感器中的每个都构造成仅在处于所述叶片遮蔽区域之外时才进行传输；当叶片传感器处于所述叶片遮蔽区域之外时，在所述轮毂节点处从该叶片传感器接收叶片传感器读数；将轮毂节点信号从所述轮毂节点传输至所述控制器；和基于叶片传感器读数来确定该叶片传感器的位置。轮毂节点信号包括来自叶片传感器读数的信息。叶片传感器与所述轮毂节点之间的通信路径在该叶片传感器处于叶片遮蔽区域中时被妨碍。该方法还可包括：确定轮毂遮蔽区域；基于所述轮毂节点信号来确定所述轮毂节点的位置；将所述轮毂节点构造成仅在处于所述轮毂遮蔽区域之外时才向控制器进行传输；和将所述控制器构造成仅当所述轮毂节点处于所述轮毂遮蔽区域之外时才向所述轮毂节点进行传输。当所述轮毂节点处于所述轮毂遮蔽区域中时，所述轮毂节点与所述控制器之间的通信路径被妨碍。该风轮机状况监测方法还可包括：确定所述叶片遮蔽区域之外的传输区域，使得一次使仅一个叶片传感器处于所述传输区域中；将每个叶片传感器构造成仅在处于所述传输区域内时才进行传输；和当叶片传感器处于所述传输区域内时，在所述轮毂节点处从该叶片传感器接收叶片传感器读数。所述多个叶片传感器和所述轮毂节点可包括多轴加速计。
附图说明
[0011] 通过根据附图参照本发明的示例性实施方式的以下说明将更清楚本发明的上述和其他特征和目的以及实现它们的方式，且将更好地理解本发明本身，在附图中：
[0012] 图1示出了一种具有单级等级状况监测系统的示例性风轮机；
[0013] 图2示出了一种具有两级等级状况监测系统的示例性风轮机；
[0014] 图3示出了一种具有两级等级状况监测系统的示例性风轮机，其中，单个控制器被用于控制多个风轮机；
[0015] 图4示出了一种具有单级等级状况监测系统的示例性风轮机，其中，单个控制器被用于控制多个风轮机；
[0016] 图5示出了一种对具有两级等级状况监测系统的风轮机而言的在叶片传感器与轮毂节点之间的示例性遮蔽情况；
[0017] 图6示出了一种对具有单级等级状况监测系统的风轮机而言的在叶片传感器与轮毂节点之间的以及在叶片传感器与控制器之间的示例性遮蔽情况；
[0018] 图7示出了一种对具有单级等级状况监测系统的风轮机而言的在叶片传感器与控制器之间的以及在轮毂节点与控制器之间的示例性遮蔽情况；
[0019] 图8示出了一种用于叶片传感器与连接至齿轮箱的轮毂节点之间的通信的有利的叶片位置；
[0020] 图9示出了一种用于叶片传感器与控制器节点之间的通信的有利的叶片位置；
[0021] 图10示出了一种示例性情况，其中，叶片传感器可在有利的通信区域的任何部分中进行传输而不干扰其他叶片传感器；以及
[0022] 图11示出了一种示例性情况，其中，叶片传感器可在有利的通信区域的仅一部分中进行传输而不干扰其他叶片传感器。
具体实施方式
[0023] 在各个附图中相应的附图标记代表相应的部件。尽管在此提出的范例以各种形式示出了本发明的实施方式，但是以下公开的实施方式不意味着是详尽的，也不意图将本发明的范围限制于所公开的确切形式。
[0024] 存在许多应用来使用安装于风轮机和风轮机叶片上的传感器进行状况监测，例如探测对风轮机和/或叶片的损害或潜在损害，或增加风轮机的能量获取效率。风轮机叶片的状况监测可通过较早地探测出异常情况并能够由此较早地采取预防措施来避免或减少对叶片和风轮机的损害而增加叶片和风轮机的寿命。可用于风轮机状况监测的一种示例性类型的传感器是能够测量物体的加速度的加速计。加速计可帮助探测风轮机叶片上的雷击，使得风轮机(也被称为风车)可在任何雷击后快速地停止，以便减少对风轮机和叶片的损害。加速计传感器数据还可用于探测风轮机叶片上的积冰，以便能够在适当的积冰程度下停止风轮机叶片，并在冰充分融化后重新启动风轮机叶片。
[0025] 来自风轮机状况监测传感器的数据可在中央单元或控制器处被收集，所述中央单元或所述控制器可位于风轮机塔架上或远离风轮机塔架。中央单元可基于特定用途的需要来收集传感器数据并执行算法。风轮机传感器可以是无线的，且来自传感器的数据可通过无线链接传输至中央单元。可应用技术来使无线数据传输稳定和能量高效。加速计传感器可被用于确定风轮机叶片的位置，且该位置信息可被用于确定传感器与中央单元之间的无线链接处于可接受的限度内时的传输时间，并用于确定用于将来自不同叶片上的多个传感器的数据传输至中央单元或中间通信节点的方案。
[0026] 图1示出了一种具有单级等级状况监测系统的示例性风轮机100。图1(A)提供了风轮机100的前视图，图1(B)提供了风轮机100的侧视图，而图1(C)提供了简化的前视图，其示出了风轮机100的通信节点和结构轮廓。风轮机100包括塔架102、齿轮箱104和多个风轮机叶片106。示例性风轮机100可包括任何数量的、两个或多个风轮机叶片106。三个风轮机叶片106a、106b、106c在图1示出，以用于说明。风轮机100还包括控制器112、轮毂节点114和多个叶片传感器116，其中，每个叶片106都具有至少一个叶片传感器116。控制器112可位于或不位于风轮机100上。在该示例性风轮机100中，轮毂节点114联接至齿轮箱104，且叶片传感器116a、116b、116c分别联接至风轮机叶片106a、106b、106c。
[0027] 在图1所示的单级等级状况监测系统的实施例中，控制器112与轮毂节点114和叶片传感器116中的每个具有直接双向通信。使用有线和无线通信链接的各种通信协议可被用于将通信节点112、114、116链接起来。一种示例性通信协议是在控制器112、轮毂节点114和叶片传感器116之间使用无线通信。一种替代性通信协议是在控制器112和轮毂节点114之间使用有线通信，且在叶片传感器116与控制器112和/或轮毂节点114之间使用无线通信。控制器112可运行应用程序，按照应用程序的要求来探测和处理来自叶片传感器116和轮毂节点114的读数，然后向轮毂节点114和/或叶片传感器116传达指令以采取适当的动作，比如停止叶轮、增加/降低叶片旋转速度、改变叶片角等。
[0028] 图2示出了一种具有两级等级状况监测系统的替代性的示例性风轮机100。图2(A)提供了风轮机200的前视图，图2(B)提供了风轮机200的侧视图，而图2(C)提供了简化的前视图，其示出了风轮机200的通信节点和结构轮廓。风轮机200也包括塔架102、齿轮箱104和多个风轮机叶片106。然而，与风轮机100的通信节点相比，风轮机200的通信节点以不同的方式链接。风轮机200包括控制器212、轮毂节点214和多个叶片传感器216，其中，每个叶片106都具有至少一个叶片传感器216。控制器212可位于或不位于风轮机200上。在该示例性实施例200中，轮毂节点214联接至齿轮箱104，且叶片传感器216a、216b、216c分别联接至风轮机叶片106a、106b、106c。
[0029] 在图2所示的两级等级状况监测系统中，控制器212与轮毂节点214具有直接双向通信，且轮毂节点214与叶片传感器216中的每个具有直接双向通信。然而，控制器212与叶片传感器216不具有直接双向通信。使用有线和无线通信链接的各种通信协议可被用于将通信节点212、214、216链接起来。一种示例性通信协议是在控制器212和轮毂节点214之间使用无线通信，且在轮毂节点214和叶片传感器216之间使用无线通信。一种替代性通信协议是在控制器212和轮毂节点214使用有线通信，且在轮毂节点214和叶片传感器216之间使用无线通信。控制器212可运行应用程序，且轮毂节点214可接收来自叶片传感器216的读数，控制器212可按照应用程序的要求来接收来自轮毂节点214的读数和通过轮毂节点214接收来自叶片传感器216的读数，控制器212可向轮毂节点214传达指令以采取适当的动作，且轮毂节点214可按需要将指令发送至叶片传感器216。
[0030] 图3示出了一种具有两级等级状况监测系统的替代性的示例性风轮机300，其中，单个控制器被用于多个风轮机300。图3示出了一种具有链接至单个控制器312的三个风轮机300的示例性系统，但是多于或少于三个的风轮机300也可链接至控制器312。每个风轮机300均包括塔架102、齿轮箱104和多个风轮机叶片106。然而，风轮机300的通信节点以不同的方式链接，使得单个控制器312被用于多个风轮机300。图3所示的状况监测系统包括链接至多个风轮机的单个控制器312、与所述多个风轮机中的每个风轮机300联接的轮毂节点
314和与所述多个风轮机的风轮机叶片106中的每个联接的至少一个叶片传感器316。控制器312可位于或不位于所述多个风轮机中的一个上。在该示例性实施例中，轮毂节点314联接至风轮机300中的每个的齿轮箱104，且叶片传感器316a、316b、316c分别联接至风轮机
300中的每个的相应的风轮机叶片106a、106b、106c。
[0031] 在图3所示的两级等级状况监测系统实施例中，控制器312与所述多个风轮机中的每个风轮机300的轮毂节点314具有直接双向通信，且对每个风轮机300而言，轮毂节点314与该风轮机300的叶片传感器316中的每个具有直接双向通信。然而，控制器312与叶片传感器316不具有直接双向通信。使用有线和无线通信链接的各种通信协议可被用于将通信节点312、314、316链接起来。一种示例性通信协议是在控制器312和被链接的轮毂节点314中的每个之间使用无线通信，且对于风轮机300中的每个而言，在轮毂节点314和该风轮机300的叶片传感器316之间使用无线通信。一种替代性通信协议是在控制器312和被链接的轮毂节点314中的每个之间使用有线通信，且对于风轮机300中的每个而言，在轮毂节点314和该风轮机300的叶片传感器316之间使用无线通信。控制器312可运行应用程序，且轮毂节点314可接收来自叶片传感器316的读数，控制器312可按照应用程序的要求接收来自轮毂节点314的读数和通过轮毂节点314接收来自叶片传感器316的读数，控制器312可向适当的轮毂节点314传达指令以采取适当的动作，且轮毂节点314可按需要将指令发送至叶片传感器
316。
[0032] 图4示出了一种具有单级等级状况监测系统的替代性的示例性风轮机400，其中，单个控制器被用于多个风轮机400。图4示出了一种具有链接至单个控制器412的三个风轮机400的示例性系统，但是多于或少于三个的风轮机400也可链接至控制器412。每个风轮机400均包括塔架102、齿轮箱104和多个风轮机叶片106。然而，风轮机400的通信节点以不同的方式链接，使得单个控制器412被用于多个风轮机400。图4所示的状况监测系统包括与所述多个风轮机400的多个轮毂节点414和多个叶片传感器416链接的单个控制器412。控制器
412可位于或不位于风轮机400中的一个上。在该示例性实施例400中，轮毂节点414联接至风轮机400中的每个的齿轮箱104，且叶片传感器416a、416b、416c分别联接至风轮机400中的每个的相应的风轮机叶片106a、106b、106c。
[0033] 在图4所示的单级等级状况监测系统实施例中，控制器412与所述多个风轮机中的每个风轮机400的轮毂节点414和叶片传感器416具有直接双向通信。使用有线和无线通信链接的各种通信协议可被用于将通信节点412、414、416链接起来。一种示例性通信协议是在控制器412与所述多个风轮机的被链接的轮毂节点414和风轮机叶片传感器416中的每个之间使用无线通信。一种替代性通信协议是在控制器412与所述多个风轮机的被链接的轮毂节点414之间使用有线通信，且在控制器412与所述多个风轮机的被链接的叶片传感器416之间使用无线通信。控制器112可运行应用程序，按照应用程序的要求来探测和处理来自叶片传感器416和轮毂节点414的读数，且控制器412可向轮毂节点414和/或叶片传感器
416传达指令以采取适当的动作，比如停止叶轮、增加/降低叶片旋转速度、改变叶片角等。
[0034] 多轴加速计传感器可用于状况监测系统中，以实现稳定的无线通信。多轴加速计传感器能够感测风轮机的风轮机叶片和其他构件中的振动和运动。多轴加速计传感器可用于感测风轮机叶片的方位和加速度，从而可用于确定叶片或齿轮箱的当前位置或未来位置。该位置信息可用于多种用途，例如位置信息可用于避免遮蔽、选择期望的通信位置、开发通信方案算法和/或开发功率高效的通信算法。
[0035] 遮蔽在障碍物妨碍一对节点之间的直接无线通信路径时产生。位置信息可由多轴加速计传感器提供，用以避免通信上的遮蔽效应。根据塔架102、齿轮箱104和叶片106的位置和网络架构，可存在一对节点之间的直接通信路径能够被遮蔽妨碍并由此被影响的多种情况。一些示例性遮蔽情况在图5、图6和图7中示出。许多其他遮蔽情况也是可能的，且根据通信节点的位置而不同。位置信息可被用于确定用于直接通信的受遮蔽影响的叶片和齿轮箱位置，比如图5、图6和图7中所示的示例性位置，且这些位置在开发通信方案时可被避免。
[0036] 图5示出了对于使用图2的示例性风轮机200的两级等级状况监测系统而言的一种示例性遮蔽情况。图5(A)示出了遮蔽情况的前视图，图5(B)示出了遮蔽情况的侧视图，且图5(C)示出了遮蔽情况的简化的前视图，其示出了风轮机200的通信节点和结构轮廓。如以上关于示例性风轮机200所述，控制器212与轮毂节点214具有直接双向通信，且轮毂节点214与叶片传感器216中的每个具有直接双向通信。在图5所示的遮蔽情况中，风轮机叶片106a、
106b、106c绕着通过齿轮箱104的轴线旋转，且在旋转过程中，风轮机叶片106中的每个都将经过塔架102前方，使得塔架102妨碍轮毂节点214与经过塔架102前方的风轮机叶片106的传感器216之间的直接无线通信路径。图5具体地示出了当风轮机叶片106c经过塔架102前方、使得塔架102妨碍轮毂节点214与风轮机叶片106c的传感器216c之间的直接无线通信路径时的情况。遮蔽区域500在图5(B)和图5(C)中示出。应当注意，该遮蔽区域对风轮机叶片传感器216a、216b、216c中的每个而言在其相应的风轮机叶片106a、106b、106c在旋转过程中经过塔架102前方时产生。
[0037] 图6示出了对于使用图1的示例性风轮机100的单级等级状况监测系统而言的一种示例性遮蔽情况。图6(A)示出了遮蔽情况的前视图，图6(B)示出了遮蔽情况的侧视图，且图6(C)示出了遮蔽情况的简化的前视图，其示出了风轮机100的通信节点和结构轮廓。如以上关于示例性风轮机100所述，控制器112与轮毂节点114以及叶片传感器116中的每个具有直接双向通信。在图6所示的遮蔽情况中，控制器节点112处于风轮机100后方，意味着与叶片
106处于塔架102的相反侧。在该示例性实施例中，当风轮机叶片106a、106b、106c绕着通过齿轮箱104的轴线旋转时，风轮机叶片106中的每个都将经过两个遮蔽区域。第一遮蔽区域
600在风轮机叶片106经过塔架102前方时产生，使得塔架102妨碍控制器112与经过塔架102前方的风轮机叶片106的传感器116之间的直接无线通信路径。第二遮蔽区域602在旋转顶部周围产生，此时靠近旋转顶部的风轮机叶片106的传感器116经过齿轮箱104上方，使得齿轮箱104妨碍控制器112与该传感器116之间的直接无线通信路径。图6(B)示出了风轮机叶片106c经过塔架102前方、从而塔架102妨碍控制器112与风轮机叶片106c的传感器116c之间的直接无线通信路径时的情况(第一遮蔽区域600)；以及靠近旋转顶部的风轮机叶片
106b的传感器116b经过齿轮箱104上方、从而齿轮箱104妨碍控制器112与传感器116b之间的直接无线通信路径的情况(第二遮蔽区域602)。遮蔽区域600和602在图6(B)和图6(C)中示出。应当注意，该遮蔽区域对风轮机叶片传感器116a、116b、116c中的每个而言在其相应的风轮机叶片106a、106b、106c在旋转过程中经过遮蔽区域600和602时产生。
[0038] 图7示出了对于使用图1的示例性风轮机100的单级等级状况监测系统而言的一种示例性遮蔽情况。图7(A)示出了遮蔽情况的前视图，图7(B)示出了遮蔽情况的侧视图，且图7(C)示出了遮蔽情况的简化的前视图，其示出了风轮机100的通信节点和结构轮廓。如以上关于示例性风轮机100所述，控制器112与轮毂节点114以及叶片传感器116中的每个具有直接双向通信。在图7所示的遮蔽情况中，控制器节点112处于风轮机100前方，意味着与叶片
106处于塔架102的同侧。影响轮毂节点114至控制器112的通信路径的第一遮蔽区域700在风轮机齿轮箱104在塔架102上振动时产生。由于联接至齿轮箱104的轮毂节点114在塔架
102之后经过第一遮蔽区域700，因此塔架102妨碍了控制器112与轮毂节点114之间的直接无线通信路径。第二遮蔽区域702由于风轮机叶片106a、106b、106c绕着通过齿轮箱104的轴线旋转而形成，且叶片106中的每个靠近旋转的顶部时都经过第二遮蔽区域702，此时齿轮箱104的前部(齿轮箱104的与塔架102相比处于叶片106的相反侧上的部分)妨碍风轮机叶片与控制器112之间的直接无线通信路径。应当注意，这些遮蔽区域700、702将受各种因素影响，例如控制器112相对于塔架102在何处定位、轮毂节点114在何处联接至齿轮箱104、传感器116在何处定位于叶片106上以及齿轮箱104的前部在叶片106前方延伸多远。图7具体示出了以下情况：轮毂节点114在塔架102后方附连至齿轮箱104，且控制器112位于塔架102前方，从而塔架102妨碍控制器112与轮毂节点114之间的直接无线通信路径而产生第一遮蔽区域700；以及联接至风轮机叶片106a的叶片传感器116a处在旋转的顶点周围，从而齿轮箱104的前部妨碍控制器112与叶片传感器116a之间的直接无线通信路径而产生第二遮蔽区域702。遮蔽区域700、702在图7(B)和图7(C)中示出。第一遮蔽区域700也可适用于两级等级状况监测系统，因为第一遮蔽区域700影响控制器112、212与轮毂节点114、214之间的通信路径。轮毂节点114可包括多轴加速计或可用来提供关于轮毂节点114的位置信息的其他可用的传感器。
[0039] 位置信息(例如可由多轴加速计传感器提供的信息)还可被用于确定期望的通信位置。再者根据网络架构，将存在更适合于通信的控制器、齿轮箱和叶片位置。各种因素可选择期望的通信位置、包括遮蔽。无线通信质量随着通信节点之间的距离的增加而降低。这还可用于使通信更加能量高效，例如可在较近距离处实现较高的数据率，从而可降低传输的功率消耗。期望的通信位置的数量(例如关于期望的通信的叶片弧尺寸)可取决于通信范围约束。图8和图9示出了对于叶片传感器的用于与轮毂节点和控制器通信的有利位置。
[0040] 图8示出了用于叶片传感器816与联接至齿轮箱的轮毂节点814之间的通信的有利的叶片位置。为清楚起见，图8仅示出了一个叶片传感器816，但是应当注意，会存在与绕着风轮机齿轮箱旋转的多个叶片联接的多个叶片传感器816。叶片传感器节点816与轮毂节点814之间的距离在叶片绕着齿轮箱旋转时大致相等。因此，对于叶片传感器816与轮毂节点
814通信的期望的通信位置除了遮蔽区域800之外不受旋转位置影响。
[0041] 图9示出了用于叶片传感器916与控制器节点912之间的通信的有利的叶片位置。为清楚起见，图9(A)和图9(B)仅示出了一个叶片传感器916，但是应当注意，会存在与绕着风轮机齿轮箱旋转的多个叶片联接的多个叶片传感器916。图9(A)中，仅考虑遮蔽来确定期望的通信位置。在第一遮蔽区域900中，塔架妨碍叶片传感器916与控制器912之间的直接通信路径。在第二遮蔽区域902中，齿轮箱妨碍叶片传感器916与控制器912之间的直接通信路径。显然，妨碍的程度将取决于叶片传感器、控制器、塔架和齿轮箱的相对位置。图9(B)中，遮蔽和通信距离都被考虑，以确定期望的通信位置。由于控制器912位于叶片传感器916下方，因此在区域906和908中的靠近旋转底部(此时叶片传感器916更靠近控制器912、但不受塔架遮蔽区域900妨碍)的叶片传感器位置对无线通信而言较好，因为通信路径距离较短。
较近的距离可提供更好的通信可靠性和效率。
[0042] 一旦有利的通信位置被确定，下一步骤就是开发通信方案，使得传感器节点中的每个都能与控制器和/或轮毂节点可靠地通信，而不与其他传感器节点的通信产生干扰。理想上，传感器节点可在其叶片进入有利的通信区域时开始传输，并可在其叶片仍处于有利的通信区域内时继续通信。这在有利的通信区域小于总位置区域的1/n时是可行的，其中，“n”是叶片总数。在该情况下，没有两个叶片(或传感器)将同时处于有利的通信区域中，且传输区域等于有利的通信区域。图10示出了这种情况，其中，有利的通信区域1000小于总叶片位置区域的三分之一，且存在三个或更少的叶片。在该情况下，传输区域对于每个叶片传感器而言可以是整个有利的通信区域1000。
[0043] 图11示出了有利的通信区域1100大于或等于总叶片位置区域的三分之一且存在三个叶片情况。在该情况下，在一个叶片完全地离开有利的通信区域1100之前，下一叶片就进入有利的通信区域1100。因此，如图11所示，叶片传感器S1和S3可能同时进行传输，从而干扰彼此的通信。可实施通信方案算法来保证传感器仅在有利的通信区域的子区域、比如传输区域1110上进行传输。传输区域1110是减小的区域，从而它小于总传感器位置区域的三分之一，且一次使仅一个传感器处于传输区域1110中。
[0044] 位置信息还可用于开发功率高效的传输过程。为实现期望的可靠性所需的传输功率正比于传输装置与接收装置之间的间隔距离。因此，在所有可用的有利的通信位置中，在传输器与接收器之间的间隔距离较小的位置可被选择以提高功率效率。这种情况的示例是图9(B)的区域906和908。可设立间隔阈值来使节点之间能够进行必需的通信，而且还减少通信节点之间的间隔距离，以降低用于通信的功率需求。这可通过以较小的功率传输且仍提供期望的可靠性来节省能量。节省能量是重要的，尤其是在无线装置是电池供电的情况下。因此，知晓叶片位置还能够在通信方案中计入功率效率因素。
