在结冰条件下增加风电场产量的方法
阅读：510发布：2020-10-29
专利汇可以提供在结冰条件下增加风电场产量的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于监测 风 电场 的方法。本方法包括确定风电场的第一 风 力 涡轮 机上的第一 冰 块 ；确定风电场的至少一台第二风力 涡轮机 上的至少一个第二冰块；比较第一冰块和第二冰块，并从第一风力涡轮机和至少一台第二风力涡轮机的组中确定作为参考的主风力涡轮机和至少一台副风力涡轮机；基于来自主风力涡轮机的第一冰块关闭至少一台第二风力涡轮机；并且基于来自主风力涡轮机的第二冰块启动至少一台副风力涡轮机。，下面是在结冰条件下增加风电场产量的方法专利的具体信息内容。
1.一种用于监测风电场的方法，包括：
确定风电场的第一风力涡轮机上的第一冰块；
确定所述风电场的至少一台第二风力涡轮机上的至少一个第二冰块；
比较所述第一冰块的第一增加量和所述第二冰块的第二增加量，并从所述第一风力涡轮机和至少一台第二风力涡轮机的组中确定用作参考的主风力涡轮机和至少一台副风力涡轮机；
基于所述主风力涡轮机的测量结果，关闭至少一台副风力涡轮机；以及基于所述主风力涡轮机的测量结果，启动至少一台副风力涡轮机。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，为了确定所述主风力涡轮机，与所述至少一台副风力涡轮机相比，所述主风力涡轮机呈现出更大的冰块增加或更大的冰块。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述主风力涡轮机处触发第一冰警报。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述主风力涡轮机的第一冰警报使用于所述至少一台副风力涡轮机的信号被关闭。
5.根据权利要求4所述的方法，其中触发第二冰警报，所述第二冰警报使所述涡轮机在所述第二冰警报被触发的地方关闭。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述主风力涡轮机的整个结冰期间，测量所述主风力涡轮机的冰块。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，一旦所述主风力涡轮机的冰块达到稳定状态或所述主风力涡轮机的冰块增加量变为负，则执行所述至少一台副风力涡轮机的启动。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，当发生另外的结冰事件时，重新启动该方法，特别地其中如果参考涡轮机是再生的，则包括先前的结冰事件的参考涡轮机。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，电传感器和/或光纤传感器被用于测量所述第一冰块和至少所述第二冰块。
10.一种用于监测风电场的装置，包括：
用于控制所述风电场的风力涡轮机的控制器，该控制器执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的步骤。
在结冰条件下增加风电场产量的方法
技术领域
[0001] 本公开的实施例涉及一种用于监测风电场的方法，并且涉及一种通过该方法监测风电场的装置。
背景技术
[0002] 风力涡轮机的转子叶片以不受保护的方式暴露于环境天气条件下。在相应低的环境温度和足够高的空气湿度或出现降雨的情况下，在某些位置上，冰可能会积聚在转子叶片上。随着风力涡轮机转子叶片尺寸的增加，其比表面积也增加，从而也增加了冰积聚的风险，即在转子叶片上形成积冰的风险。
[0003] 一方面，结冰对风力涡轮机的环境构成潜在的危险，这是因为当积冰被排出时–在涡轮机运行期间或在涡轮机停止时–排出的冰块可能危害射出半径内的人员或物体。另一方面，特别是在结冰不均匀的情况下，还会出现风力涡轮机转子的不平衡，这会导致在风力涡轮机运行期间的损坏。此外，永久性的冰凝结会导致整个涡轮机停止运转。这通常带来产量损失和经济劣势。
[0004] 已知评估风力涡轮机的数据以得出关于已经发生的冰凝结的危险的结论。DE 10 2005 016 524A1公开了一种用于检测风力涡轮机上的冰的方法，其中，既监测与结冰条件有关的气象条件，又监测运行中的风力涡轮机的一个或更多个物理特性，这样就可以推断出风力涡轮机的转子叶片的质量变化。
[0005] US 2012/0226485A1描述了一种用于预测在风力涡轮机的转子叶片上冰形成或积聚的可能性的方法。该方法尤其利用诸如风速、温度和相对空气湿度之类的气象数据的历史测量。
[0006] 在风电场中，例如在冬季，每个风力涡轮机的转子叶片反复发生结冰事件。通常，随后必须停止风电场中的风力涡轮机。由于涡轮机的可用性降低，这导致风电场运营商的产量损失。发明内容
[0007] 本公开的实施例提供了一种用于监测风电场的方法。此外，本公开的实施例提供了一种用于根据所描述的方法进行监测的装置。
[0008] 根据一个实施例，提出了一种用于监测风电场的方法，该方法包括确定风电场的第一风力涡轮机上的第一冰块；确定风电场的至少一台第二风力涡轮机上的至少一个第二冰块；比较第一冰块和第二冰块，并从第一风力涡轮机和至少一台第二涡轮机中确定作为参考的主风力涡轮机以及至少一台副风力涡轮机；基于所述主风力涡轮机的第一冰块关闭所述至少一台副风力涡轮机；并基于所述主风力涡轮机的第二冰块启动所述至少一台副风力涡轮机。
[0010] 示例性实施例在附图中示出并且在下文的描述中更详细地解释。如图所示：
[0011] 图1示意性地示出了根据本文所述实施例的具有三个风力涡轮机的风电场；
[0013] 图2B示意性地示出了根据本文所述的实施例的具有传感器的风力涡轮机的转子叶片；
[0014] 图3示出了根据本文所述的实施例的方法的流程图；
[0015] 图4示出了根据本文所述的实施例的方法的流程图；
[0016] 图5示意性地示出了根据本文所述的实施例的在传感器中使用的具有光纤布拉格光栅的光导；
[0017] 图6示意性地示出了根据本文所述的实施例的用于光纤传感器或用于根据本文所述的实施例的用于监测方法的测量结构。
[0018] 在附图中，相同的附图标记表示相同或功能上相同的组件或步骤。
具体实施方式
[0019] 在下文中，详细参考本发明的各种实施例，在附图中描绘了一个或更多个示例。
[0020] 本发明适用于增加风电场的单个风力涡轮机的可用性，并用于在结冰事件中使整个风电场的产量损失最小化。
[0021] 图1以示例的方式示出了风电场10，其包括三个风力涡轮机200。风力涡轮机200如图1中虚线所示相互互连。互连使得能够在各个风力涡轮机之间进行通信、例如实时通信。互连还使得能够对风力涡轮机进行共同的监测、控制和/或调节。另外，风力涡轮机也可以被单独地监测、控制和/或调节。根据本文所述的实施例，风电场可以包括两个或更多个风力涡轮机，特别是五个或更多个风力涡轮机，例如十个或更多个风力涡轮机。
[0022] 风力涡轮机200、例如图1的风力涡轮机整体上形成风电场10。风电场包括至少两个风力涡轮机。风力涡轮机的空间接近性还使得能够验证对风电场的风力涡轮机的类似环境影响。这允许做出这样的假设：相似的环境影响在相似程度上作用于风电场的涡轮机。
[0023] 根据一个实施例，风电场10可以包括第一风力涡轮机和至少一台第二风力涡轮机。从第一风力涡轮机和至少一台第二风力涡轮机的组中可以确定主风力涡轮机。该组中未被确定为主涡轮机的涡轮机为副风力涡轮机。
[0024] 图2A通过示例的方式示出了风电场的风力涡轮机200，可以将本文所述的方法应用到所述风力涡轮机。风力涡轮机200包括塔架40和机舱42。转子附接到机舱42。转子包括轮毂44，转子叶片100附接到该轮毂。根据典型的实施例，转子具有至少2个转子叶片，特别是3个转子叶片。在风力涡轮机的运行期间，转子、即轮毂与转子叶片一起绕轴线转动。在此期间，发电机被驱动以产生电力。如图2A所示，在转子叶片100中设置至少一个传感器110。该传感器通过信号线与评估单元114连接。评估单元114将信号传递到风力涡轮机200的控制单元和/或调节单元50。
[0025] 在转子叶片100的转子叶片尖端的区域中，示意性地示出了积冰1。借助于传感器110，例如在转子叶片中检测振动或加速度，该传感器可以根据所述的实施方式设计为振动传感器或加速度传感器。传感器110可以例如是电和/或光纤传感器的形式。传感器可以被配置为测量第一冰块和至少一个第二冰块。
[0026] 图2B示出了风力涡轮机的转子叶片100。转子叶片100具有沿其纵向延伸的轴线101。转子叶片的长度105从叶片凸缘102延伸至叶片尖端104。根据本文所述的实施例，传感器110位于轴向或径向区域，即沿轴线101的区域。
[0027] 通常期望实现对风电场的直接监测，以便可以无延迟地响应一个或更多个风力涡轮机的转子叶片的结冰。此外，自主监测和调节是有利的。
[0028] 根据一个实施例，涡轮机可以是主风力涡轮机或副风力涡轮机。主风力涡轮机是参考涡轮机。在结冰事件中，冰尤其可能在转子叶片100处聚集。在涡轮机处，可以测量冰的聚集或冰的积聚。在各个涡轮机之间，结冰的量或体积可以在由空间接近度设定的极限内变化。
[0029] 如本文所使用的冰凝结或积冰表示随着时间的流逝，转子叶片上的冰块的增加。此外，冰可以减少。冰块的增加可以是冰块凝结或冰块增加，因此可以是正的，或者可以是冰块的减少，因此可以是负的。诸如本文所使用的结冰事件表示在风电场的至少一台风力涡轮机上冰的凝结的发生。
[0030] 在结冰事件中，可以确定一段时间内积聚在风力涡轮机的转子叶片上的冰块。确定冰块需要测量合适的测量变量。借助于传感器110来执行测量。可以通过变换将所测量的变量转换成系统变量S。系统变量S直接确定。例如，可以测量转子叶片的自然振动。
[0031] 系统变量S还与转子叶片的质量相关联。替代地或附加地，系统变量S与转子叶片上的积冰的质量相关联。通常，系统变量S是从转子叶片或多个转子叶片中或从转子叶片或多个转子叶片上的振动或加速度测量的测量数据获得的。在实施例中，优选通过在检测周期T的时间过程中测量振动或加速度来测量测量变量。在转子叶片上或在转子叶片中进行测量。
[0032] 从测量数据中、优选地通过固有频率分析从振动和加速度测量的测量数据中推导出系统变量S。系统变量S使得能够得出关于相应的转子叶片(一个或更多个)的质量和/或关于相应的转子叶片(一个或更多个)的积冰质量的结论。可以在冰块图或冰块曲线中记录测量数据及其转换的文档。在实施例中，系统变量S与转子叶片的总质量成比例和/或与转子叶片的附加质量涂层成比例。转子叶片的附加的质量涂层是添加到转子叶片的净重上的质量涂层。通常，系统变量与冰块成正比。
[0033] 在检测周期T中通过传感器110对转子叶片上的积冰进行测量。在几天和/或几小时的时间内，可以连续地或以适当的采样间隔检测风力涡轮机上的测量数据，其中检测周期T可以对应于这样的周期。
[0034] 从如上所述的图中，可以读出关于系统变量S的几项信息。因此，例如可以在检测时段T的特定时间点检测冰块。可替代地，可以确定图中在检测时段T的两个时间点t1和t2之间的冰块的增加。
[0035] 如本文所使用的冰块的增加量可以采用正值和负值。冰块的增加量表明在某个时间点tx或某个检测周期T内积冰量的变化。获得的值使得能够比较风场中各种风力涡轮机的数据。
[0036] 根据可以与其他实施例组合的本文所述的实施例，可以在风电场的涡轮机中监测冰块曲线的进程。涡轮机可能经历相关的冰块的增加(控制冰块曲线的增加)。例如，具有最大增加的涡轮机可以被定义为主风力涡轮机。附加地或替代地，具有最大冰块的涡轮机可以被定义为主风力涡轮机。主风力涡轮机可以用作参考。在发生结冰的情况下，可以检测涡轮机的参数“运行系统中冰块的增加量”。替代地或附加地，当出现结冰时，可以监测涡轮机的参数“结冰的最大/峰值”。当超过阈值时风电场中其余的涡轮机、例如副风力涡轮机可以被关闭。关闭的涡轮机可以一直保持这种状态，直到释放为止。达到例如主涡轮机的冰块曲线的平稳状态后，其余的涡轮机可以再次启动以正常运行。由于提早停止，关闭的涡轮机通常积冰较少。风电场的大多数涡轮机可以比确定了冰块平稳状态的主涡轮机更早地再次用于产生能量。
[0037] 图3示出了根据本文所述的实施例的用于监测风电场10的方法1000的流程图。
[0038] 在该方法的步骤1100中，在风电场的第一风力涡轮机上确定第一冰块。另外，确定风电场的至少一台第二风力涡轮机上的至少一个第二冰块。可以确定风电场的风力涡轮机组的冰块。可替代地，可以确定风力涡轮机组的冰块的增加。根据本文所述的实施例，可以检测实际的冰块。可以从在转子叶片上或转子叶片中测得的测量数据确定冰块。这可以例如借助冰块曲线或冰块图执行。如上所述的风力涡轮机组的信息项描述了在获取测量数据的时间段内冰块的行为。
[0039] 在该方法的步骤1200中，将第一风力涡轮机的第一冰块与至少一台第二风力涡轮机的第二冰块进行比较。可以比较风电场的风力涡轮机的冰块。可替代地，可以比较风电场的风力涡轮机的冰块的增加量。例如在比较时间tV时表现出最大冰块的风力涡轮机被确定为主风力涡轮机。可替代地，例如在比较时间tV时记录的、具有最大的冰块增加量的风力涡轮机被确定为主风力涡轮机。未确定为主涡轮机的涡轮机将成为副风力涡轮机。
[0040] 如本文所使用的比较时间tV可以例如是在风电场的风力涡轮机上首次发生结冰事件的短时间之后的时间点。比较时间tV可以对于风电场适当地固定。
[0041] 在该方法的步骤1300中，基于主风力涡轮机的第一冰块关闭至少一台副风力涡轮机。例如，主风力涡轮机的冰块可以达到第一阈值，例如，第一阈值SA。主涡轮机首次遇到冰警报。举例来说，主涡轮机的冰块没有达到上阈值SO，这将导致主涡轮机被关闭。主风力涡轮机保持运行，并继续作为参考。例如，当主风力涡轮机达到阈值SA时，可以基于主风力涡轮机来关闭副风力涡轮机。附加地或替代地，未确定为参考涡轮机的风力涡轮机可以分别关闭。当超过积冰的变化中、例如主涡轮机的积冰中的第一关闭阈值时，可生成冰警报、即用于关闭副涡轮机的第一冰警报。第一冰警报也可以通过尤其在主涡轮机上超过第一冰块阈值来生成。在主涡轮机处的第二冰警报可以是“正常”冰警报，在其上正常冰警报的涡轮机本身也将停止。
[0042] 由于积聚的冰的量损害运行而关闭风力涡轮机的条件可以由阈值固定。风电场的涡轮机的冰块可以达到上阈值SO。此外，主风力涡轮机的冰块可以达到阈值SA。
[0043] 上阈值SO例如是用于累积的冰的量的限定的上阈值，例如超出该范围则风力涡轮机的安全运行不再被允许或者风力涡轮机不再可能安全运行的积聚的冰的质量和/或体积。上阈值SO可以例如根据经验确定，或者可以由关于风力涡轮机的运行安全的规定来规定。根据阈值SO，触发冰警报。也可以在未运行的涡轮机中执行转子叶片上或转子叶片中的测量。此外，还可以附加地或替代地使用用于冰块的增加的阈值。
[0044] 根据本文所述的实施例，参考阈值。通常，可以根据风力涡轮机、特别是主风力涡轮机上的测量数据来确定用于关闭或启动的信号。对于各种参数，阈值可以是固定的。例如，用于与空气湿度结合的气象数据(例如温度)可以是可用的。而且，用于冰识别的阈值可以由风力涡轮机的功率曲线得出。然而，例如也可能存在用于转子叶片负载的阈值，例如其通过应变传感器在叶片根部上进行测量。
[0045] 由于积聚的冰的量损害运行而关闭风力涡轮机的另一条件可以进一步由适合于系统变量S的阈值SA固定。该阈值SA例如是为积聚的冰的量定义的阈值，例如积类的冰的质量和/或体积，由于受影响的风力涡轮机被关闭，因此超过该阈值则应该预期到风电场的高产量损失。阈值SA小于阈值SO。阈值SA例如可以根据经验确定。
[0046] 当达到上阈值SO时，涡轮机可能会遇到第二次冰警报。当达到阈值SA时，主涡轮机可以经历第一冰警报。当达到第一阈值SA时，主涡轮机可以使用于至少一台副风力涡轮机的信号关闭。
[0047] 当超过风电场的主或副风力涡轮机的阈值时，如本文所使用的冰警报会发生。当涡轮机中的阈值SA或SO之一或两者均超过阈值时，可能会触发冰警报。当超过阈值SA时，可以触发第一冰警报。由超过阈值SO触发的第二冰警报导致在第一冰警报被触发的地方关闭涡轮机。由超过阈值SA触发一个信号，该信号用于关闭在同一时间没有触发冰警报的另一涡轮机。当涡轮机关闭时，可进行冰块、积冰或冰积聚的测量。
[0048] 如本文所使用的涡轮机的关闭或停止主要应被理解为转子叶片的停止。即使转子叶片处于静止状态，也可以继续进行转子叶片上或转子叶片中的测量。
[0049] 在该方法的步骤1400中，至少一台副风力涡轮机基于主涡轮机的第二冰块或冰块的增加(例如冰块的平稳状态，即增加＝0)启动风力涡轮机。主风力涡轮机的第二冰块可能达到平稳阶段。在平稳阶段或处于平稳状态，转子叶片上的冰块不会增加。转子叶片上的冰块是恒定的。可替代地，主涡轮机上的第二冰块可以减小，或者主涡轮机上的冰块的增大可以为负。如果达到了冰块的平稳状态或冰块的增加为负，则可以启动风力涡轮机。例如，可以启动副风力涡轮机。
[0050] 未被确定为参考涡轮机的风力涡轮机可以启动。可替代地，可以单独启动未被确定为参考涡轮机的风力涡轮机。一组启动的风力涡轮机可以在正常模式下运行。当用于操作涡轮机的参数对应于其他常用参数时，本文所使用的涡轮机处于正常模式或正常操作。未被确定为参考涡轮机的风力涡轮机可以以正常模式运行。主风力涡轮机可以被关闭。可以执行主涡轮机的再生，直到再次激活主涡轮机。可以例如通过积极地消除积冰来帮助主涡轮机再生，消除积冰又可以例如通过叶片加热或机械“甩开”冰来执行。这种帮助可以加速再生。
[0051] 可以从历史风电场数据中得出在结冰事件开始时，涡轮机的结冰事件将持续的时间越长，风力涡轮机上的结冰事件将持续的时间越长。在结冰的情况下，涡轮机越早关闭，总损失越低，这是因为可以保证尽早重新启动。
[0052] 在风电场结冰之后及早启动会极大地增加在结冰条件下风电场的总能量产出。直到参考涡轮机关闭之前，涡轮机的停机时间都会产生负收益。除了参考涡轮机之外，涡轮机的及早启动可带来额外的收益。
[0053] 与涡轮机的风力和温度条件结合，已经形成的冰块可以在操作中充当用于形成进一步的积冰的核。的确，静止的涡轮机也会受结冰事件的影响，但结冰事件由于积冰较小而提前结束。由于副风力涡轮机因为及早停止而减少了积冰，因此大多数副风力涡轮机可比参考涡轮机更早地再次用于发电。
[0054] 图4示出了根据本文所述的实施例的方法1100的流程图。
[0055] 在该方法的步骤1110中，确定风电场的第一风力涡轮机上的第一冰块。另外，确定风电场的至少一台第二风力涡轮机上的至少一个第二冰块。当风电场中的结冰开始时，风电场中涡轮机的冰块曲线会上升，直到达到阈值SO或SA之一或达到两个阈值。通过传感器在转子叶片上或转子叶片中进行的测量，可以确定冰块，例如作为冰块曲线或冰块图。替代地或附加地，可以使用其他传感器和/或数据来确定冰块。根据测量结果，可以在各个比较时间tV和tV＇之间比较各种涡轮机之间的冰块和/或冰块的增加量。还可以在整个检测周期T内比较数据。
[0056] 在该方法的步骤1210中，确定主涡轮机。未成为主涡轮机的风力涡轮机变为副涡轮机。在冰块曲线中具有陡峭增加的涡轮机保持在正常模式并用作参考。当达到阈值SA时，在主涡轮机处触发第一冰警报。当达到第一冰警报时，例如基于阈值、例如在阈值SA的情况下，主涡轮机可导致用于至少一个副风力涡轮机的信号被关闭。
[0057] 当超过阈值SO时，可以在主风力涡轮机处触发第二冰警报。主风力涡轮机可以被关闭。在大于2至3m/s的风速下，冰块的测量可以继续在主风力涡轮机上进行。冰块的测量可以在整个结冰期间进行。该测量可以间隔进行，例如在其期间风速普遍为至少2至3m/s的间隔内进行。
[0058] 在该方法的步骤1310中，基于主风力涡轮机的第一冰块关闭至少一个副风力涡轮机。关闭来自第一风力涡轮机组的涡轮机和至少一台第二涡轮机。副风力涡轮机可以被关闭。例如，当主涡轮机的冰块达到阈值SA或主涡轮机确定第一冰警报时，可以执行关闭。当在主风力涡轮机上确定了第一冰块时，可以执行关闭。可以在时间tV确定第一冰块。在时间tV处，可能已经达到主风力涡轮机上的第一冰块的阈值SA。通常，在时间tV处的第一冰块和在阈值SA处的第一冰块的增加为正。主风力涡轮机保持正常模式。通常，较少的冰块积聚在关闭的涡轮机上。
[0059] 在该方法的步骤1410中，监测主风力涡轮机。另外，还可以监测至少一台副风力涡轮机。可以监测冰块。可以监测冰块的增加。可以得出结冰的最大值或峰值。可以在主风力涡轮机处监测冰块或冰块的增加量。可以在不同的时间点和/或在一定的时间段内监测冰块或冰块的增加量。冰块或冰块的增加量可能呈现出平稳状态。可替代地，积冰可以为负。如果主风力涡轮机的冰块的增加量在一定时间段内保持恒定，则可以认为主风力涡轮机上的结冰事件已终止。
[0060] 在该方法的步骤1510中，基于主风力涡轮机的冰块启动至少一台副风力涡轮机。例如，一旦主风力涡轮机的第二冰块或主风力涡轮机的第二冰块的增加达到平稳状态或变为负值，就可以执行至少一台副风力涡轮机的启动。如果没有更多的积冰，则可以再次激活风电场的副涡轮机以进行正常运行。停止的涡轮机的自动更换可以在正常运行模式下执行。参考涡轮机被再生。直到参考涡轮机停止的时间通常只有几个小时。
[0061] 通常，停止的涡轮机的及早启动是在再生之后的参考涡轮机启动之前的半天到几天。
[0062] 如果在风电场中发生进一步的结冰过程，则可以立即重新开始所描述的方法。在先前的结冰事件中已被确定为参考风力涡轮机或主风力涡轮机的风力涡轮机可能涉及在新方法中。例如，这可以在再生完成之后进行。可替代地，该方法可以基于先前的副涡轮机来进行，特别是如果先前的主涡轮机仍然表现出积冰的残留的话。此外，该方法可以是交织进行的。当风电场中的第一次结冰逐渐消失而新的结冰发生时，这是必要的。然后将所描述的方法再次应用于在先前方法中未被确定为参考涡轮机的涡轮机。该方法的步骤可以完全自动化的方式进行。
[0063] 可以与本文所述的其他实施例和方面相结合、但是也可以以独立于其他实施例、方面和细节的方式提供的监测风力涡轮机的另一方面，是一种借助于所述方法的实施例的用于监测风力涡轮机的装置，其中所述装置具有控制器。控制器可用于使风电场的第一风力涡轮机与风电场的至少一台第二风力涡轮机互连，以用于所有风力涡轮机。控制器可以用于同时和/或单独地控制风力涡轮机。控制器还可以允许风电场中的涡轮机被完全自动地控制和调节。控制器可以连接到风力涡轮机的评估单元。控制器可以例如借助于软件和/或硬件来执行本文所述的方法之一的步骤。
[0064] 图5示意性地示出了根据本文所述的实施例的在传感器中使用的具有光纤布拉格光栅的光导。
[0065] 图5示出了集成在光导中的传感器或光纤传感器510，其特征在于光纤布拉格光栅506。尽管在图5中仅示出了单个光纤布拉格光栅506，但是应当理解，本发明不限于从单光纤布拉格光栅506获取数据；相反，可以沿着光导212、传输光纤、传感器光纤或光纤布置多个光纤布拉格光栅506。
[0066] 因此，图5仅示出了形成为传感器光纤、光纤或光导212的光导的一部分，其中该传感器光纤对光纤的伸长敏感(参见箭头508)。在此应当注意，表述“光学”或“光”旨在表示电磁光谱中的波长范围，该波长范围可以从可见光谱范围内的紫外光谱范围一直延伸到红外光谱范围。光纤布拉格光栅506的平均波长、即所谓的布拉格波长λB，通过以下等式获得：
[0067] λB＝2·nk·Λ
[0068] 在这种情况下，nk是光纤纤芯基本模式的有效折射率，并且Λ是光纤布拉格光栅506的空间光栅周期(调制周期)。
[0069] 由反射响应的一半高度处的峰宽给出的光谱宽度取决于光纤布拉格光栅506沿着传感器光纤的延伸。由于光纤布拉格光栅506的作用，光在传感器光纤或光导212内的传播例如取决于施加到传感器光纤、即光纤、特别是传感器光纤内的布拉格光栅506的力、力矩、机械张力和温度。
[0070] 如图5所示，电磁辐射14或一次光从左侧进入光纤或光导212，其中只有一部分电磁辐射14作为透射光16出射，与电磁辐射14相比，透射光的波长路径改变。此外，可以在光纤的入口端(即，在电磁辐射14的照射端部)接收反射光15，其中反射光15同样具有改变的波长分布。根据本文所述的实施例，用于检测和评估的光信号可以通过反射光、透射光以及它们两者的组合而变得可用。
[0071] 在电磁辐射14或一次光在宽光谱范围内照射的情况下，透射光16在布拉格波长处的透射率最小。在该处，反射光将产生最大反射。对透射最大值或反射最大值的强度或者在相应的波长范围内的强度的检测和评估将产生信号，可以在光纤或光导212的长度变化方面对信号进行评估，因此指示力或振动。
[0072] 图6示出了用于评估光纤传感器、尤其是加速度传感器的典型测量系统。该系统的特征在于用于电磁辐射的源602，例如主光源。该源用于提供光辐射，借助于该光辐射，传感器、例如加速度传感器的至少一个光纤传感器元件被照射。为此目的，在主光源602和第一光纤耦合器604之间设置有光导纤维或光导603。光纤耦合器将基色光耦合到光纤或光导212中。光源602可以是例如宽带光源、激光器、LED(发光二极管)、SLD(超发光二极管)、ASE光源(放大的自发发射光源)或SOA(半导体光放大器)。对于本文所述的实施例，也可以使用相同或不同类型的多个源(参见上文)。
[0073] 诸如光纤布拉格光栅(FBG)或光学谐振器之类的光纤传感器元件610被集成到传感器光纤中或光学耦合到传感器光纤。光纤传感器元件反射的光又通过光纤耦合器604导引，所述光纤耦合器将光通过传输光纤605导引到分束器606。分束器606对反射光进行分束以通过第一检测器607和第二检测器608进行检测。在这种情况下，首先通过光学边缘滤波器609对在第二检测器608上检测到的信号进行滤波。
[0074] 借助于边缘滤波器609，光谐振器可以检测在FBG处的布拉格波长的偏移或波长变化。通常，可以在没有分束器606或检测器607的情况下提供如图6所示的测量系统。然而，检测器607使加速度传感器的测量信号能够相对于其他强度波动而标准化，例如光源602的强度的波动，由各个光导之间的界面处的反射引起的波动或其他强度波动。这种标准化提高了测量精度，并减少了测量系统对设置在评估单元和光纤传感器之间的光导长度的依赖性。
[0075] 特别地，当使用几个FBG时，可以使用其它的光学滤波装置(未示出)来对光信号或二次光进行滤波。光学滤波装置609或其它的光学滤波装置可以包括选自以下的光学滤波器：薄膜滤波器、光纤布拉格光栅、LPG、阵列波导光栅(AWG)、埃歇尔光栅、光栅阵列、棱镜、干涉仪及其任意组合。
[0076] 尽管以上已经使用典型示例性实施例描述了本发明，但是本发明不限于这些示例性实施例，而是可以以各种方式进行修改。本发明也不限于所提及的应用可能性。在这一点上还应注意，本文所述的方面和实施例可以适当地彼此组合，并且在技术人员的行动范围内在合理和可能的情况下可以省略单个方面。技术人员熟悉本文所述的方面的修改和添加。
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