Sensor de fibra óptica incrustado para componentes de turbinas eólicas.

Un sensor de fibra óptica para un componente de turbina eólica (18),

que comprende: una fibra óptica (10);una fuente de luz para alimentar luz en la fibra óptica; y un detector de luz para detectar luz que haya viajado alo largo de la fibra; un bloque de alojamiento (15) para aislar el sensor de fibra óptica de la deformación sobreel componente de turbina eólica, comprendiendo el bloque de alojamiento:

una pieza de alojamiento (15) en la que se incrusta la fibra óptica y a través de la cual pasa la fibra óptica; yuna pieza de montaje (19) individual que tiene una superficie de montaje para montar el sensor sobre elcomponente de turbina eólica;

en el que la pieza de alojamiento y la pieza de montaje están conectadas en una pieza de cuello (20), y elgrosor de la pieza de montaje espacia la pieza de alojamiento lejos del componente de turbina eólica.

Sensor de fibra óptica incrustado para componentes de turbinas eólicas Antecedentes de la invención La invención se refiere a un sensor de fibra óptica para su unión a un componente de turbina eólica, y en particular a un sensor de fibra óptica que tiene una pieza de montaje para facilitar la unión y el aislamiento del sensor de fibra óptica de la deformación.

Los componentes de turbina eólica están sujetos a deformación o alteración por un número de fuentes, tales como la acumulación de partículas como suciedad o hielo, su propio peso, y la fuerza ejercida por la propia turbina. En consecuencia, es importante que se monitorice la deformación sobre los componentes para garantizar que continúan siendo apropiados para su funcionamiento durante sus vidas de servicio previstas.

Una forma de medir la deformación sobre los componentes de turbina eólica implica el uso de sensores de red de Bragg de fibra (FBG) , tales como los descritos en las solicitudes de patente GB2440953, GB2440954 y GB2440955.

Un sensor de FBG es una fibra óptica en la que se forma una red óptica. Típicamente, la propia red es una variación periódica en el índice de refracción de la fibra, ajustada para reflejar una longitud de onda o luz particular. La parte de la fibra óptica que tiene la red se une después a la región del componente de la turbina eólica en el que se va a medir la deformación. Se une de tal forma que cualquier deformación o alteración experimentada por el componente se transmite a la fibra y a la red. La deformación y alteración provocan que cambie el espacio de la red, y provocan un cambio detectable en la longitud de onda de luz reflejada de nuevo o transmitida por la red. Se conocen varias disposiciones para insertar luz en los sensores de FBG y para extraer y analizar la salida.

La fabricación de un sensor de FBG implica desenrollar una longitud de fibra óptica y seleccionar una posición en la que se va a formar la red. Se forma una abertura en el recubrimiento de la fibra, que puede ser de acrilato o poliimida, por ejemplo, en un procedimiento conocido como desforrado. A continuación, se crea la red óptica por técnicas de fotolitografía, tales como exposición a un patrón UV. Una vez que se ha formado la red, se puede estabilizar, y a continuación se cierra la abertura en el recubrimiento volviendo a aplicar y volviendo a curar el acrilato o poliimida según sea apropiado. Finalmente, se marca la posición de la FBG sobre la fibra como referencia. Este puede ser un procedimiento costoso.

También se conocen técnicas interferométricas para medir la deformación usando fibras ópticas, tales como las descritas en el artículo titulado "Fatigue strength of glass reinforced polyester (GRP) laminates with embedded optical fibres" de Alfredo Güemes y Jose M Menéndez, publicado en el Third ICIM/ECSSM '96 en Lyon, ISBN 08194-2165-0/96. Dichas técnicas no hacen uso de redes de Bragg de fibra, sino que en su lugar usan la interferencia de luz que viaja por diferentes trayectorias ópticas de la fibra óptica del sensor.

Se conocen varias técnicas para montar sensores de fibra óptica sobre componentes de turbina eólica, tales como la unión del cable de fibra óptica por medio de abrazaderas, o envolturas huecas, o situando el sensor dentro de un tubo capilar que se puede incrustar, tubo y todo, en un material compuesto. Cuando se une un sensor de fibra óptica, es importante que el sensor no se dañe por el medio de montaje, cuando se monta el cable o bien después durante la vida en funcionamiento del sensor. Sin embargo, para sensores de deformación, también es importante que el sensor sea lo suficientemente sensible a la deformación sobre el componente. En los documentos WO97/15805, WO03/076887, y US2003/0066356 se describen calibradores de deformación de fibra óptica conocidos.

Las fibras ópticas también se pueden usar para compensar condiciones ambientales, tales como temperatura, que pueden afectar a la medida del sensor principal. En un sensor de deformación, por ejemplo, los cambios sensibles a la temperatura en las características ópticas de una fibra óptica secundaria que está aislada de la deformación sobre el componente de turbina eólica se pueden usar para corregir para cambios sensibles a la temperatura similares en la fibra sensible a la deformación. Dichas fibras ópticas secundarias se deben montar firmemente al componente de turbina eólica, y se deben aislar adecuadamente de la deformación sobre el componente. El documento WO2005/071382 describe un sensor de fibra óptica de deformación conocido que tiene una función de compensación de la temperatura.

Se ha apreciado que existe una necesidad de obtener un procedimiento más robusto de producción y montaje de sensores de fibra óptica sobre los componentes de turbina eólica, y de garantizar que los sensores de deformación de fibra óptica estén montados para realizar medidas útiles de la deformación sobre el componente de turbina eólica.

Sumario de la invención De acuerdo con la invención, en un primer aspecto, se proporciona un sensor de fibra óptica para un componente de turbina eólica, que comprende: una fibra óptica; una fuente de luz para alimentar luz en la fibra óptica; y un detector de luz para detectar la luz que ha viajado a lo largo de la fibra; un bloque de alojamiento para aislar el sensor de fibra óptica de la deformación sobre el componente de turbina eólica, el bloque de alojamiento comprende: una pieza de alojamiento en la que se incrusta la fibra óptica a través de la que pasa la fibra óptica; y una pieza de montaje individual que tiene una superficie de montaje para montar el sensor sobre el componente de turbina eólica; en el que la pieza de alojamiento y la pieza de montaje están conectadas en una pieza de cuello, y el grosor de de la pieza de montaje espacia la pieza de montaje lejos del componente de turbina eólica.

La separación de la pieza de montaje y la pieza de alojamiento por medio de la pieza de cuello quiere decir que la deformación ejercida sobre la pieza de montaje cuando se une al componente de la turbina eólica, por un cierre mecánico o bien un adhesivo no se transmite fácilmente a la pieza de alojamiento. La pieza de alojamiento a su vez proporciona protección para el sensor de fibra óptica incrustado dentro, frente a condiciones ambientales, golpes, y otros factores que pueden provocar daño. También proporciona un montaje seguro para la unión fácil del sensor al componente de turbina.

Espaciando la pieza de alojamiento lejos del componente por medio de la pieza de montaje individual y la pieza de cuello, la pieza de alojamiento se aísla al menos parcialmente de la deformación o alteración sobre el componente, y puede funcionar como un sensor no tensional. Además, el espaciado de la pieza de alojamiento lejos del componente inmoviliza esencialmente la pieza de alojamiento y evita el movimiento relativo al componente. Dicho movimiento daría como resultado choques y medidas de deformación falsas.

En una realización, la pieza de cuello es un área de solapamiento entre la pieza de alojamiento y la pieza de montaje que tiene un área pequeña en comparación con el área de superficie de la pieza de alojamiento. Esto reduce el área disponible para que se transmita deformación a la pieza de alojamiento desde la pieza de montaje.

En una realización alternativa, la pieza de cuello se extiende entre la pieza de alojamiento y la pieza de montaje. Esto espacia adicionalmente la pieza de alojamiento lejos del componente de turbina eólica, y permite que la pieza de cuello se refuerce para aislar adicionalmente la pieza de alojamiento de la deformación. En este caso, la pieza de cuello puede estar provista de una sección transversal que es mucho más pequeña que la pieza de alojamiento y la pieza de montaje entre las que se extiende, y puede tener, por ejemplo, una forma tubular reforzada.

Preferentemente, la pieza de cuello se refuerza después de modo que cualquier deformación de la pieza de montaje se aísle adicionalmente de la pieza de alojamiento.

De forma ventajosa, la pieza de alojamiento se refuerza de modo que cuando se monta sobre un componente de turbina eólica giratorio no se ve afectada sustancialmente por la deformación que resulta de los efectos de la gravedad o de la energía cinética de la rotación. Esto incrementa el aislamiento del sensor y por lo tanto incrementa la precisión.

En otra realización, la pieza de alojamiento se sustancialmente más rígida que la pieza de montaje de modo que se reduce la transmisión de deformación entre las piezas. Esto quiere decir que cualquier deformación o alteración del componente de turbina eólica se disipa en gran parte en la... [Seguir leyendo]

1. Un sensor de fibra óptica para un componente de turbina eólica (18) , que comprende: una fibra óptica (10) ;

una fuente de luz para alimentar luz en la fibra óptica; y un detector de luz para detectar luz que haya viajado a lo largo de la fibra; un bloque de alojamiento (15) para aislar el sensor de fibra óptica de la deformación sobre 5 el componente de turbina eólica, comprendiendo el bloque de alojamiento:

una pieza de alojamiento (15) en la que se incrusta la fibra óptica y a través de la cual pasa la fibra óptica; y

una pieza de montaje (19) individual que tiene una superficie de montaje para montar el sensor sobre el componente de turbina eólica;

en el que la pieza de alojamiento y la pieza de montaje están conectadas en una pieza de cuello (20) , y el 10 grosor de la pieza de montaje espacia la pieza de alojamiento lejos del componente de turbina eólica.

2. El sensor de la reivindicación 1, en el que la pieza de cuello (20) está en un área de solapamiento entre la pieza de alojamiento (15) y la pieza de montaje (19) que tiene un área pequeña en comparación con el área de superficie de la pieza de alojamiento.

3. El sensor de la reivindicación 1, en el que la pieza de cuello (20) se extiende entre la pieza de alojamiento (15) 15 y la pieza de montaje (19) .

4. El sensor de la reivindicación 3, en el que la pieza de cuello (20) está reforzada de modo que cualquier deformación de la pieza de montaje (19) esté sustancialmente aislada de la pieza de alojamiento.

5. El sensor de cualquier reivindicación anterior, en el que la pieza de alojamiento (15) está reforzada de modo

que cuando se monta sobre un componente de turbina eólica giratorio no se vea afectada sustancialmente por 20 la deformación que resulta de los efectos de la gravedad o de la energía cinética de la rotación.

6. El sensor de cualquier reivindicación anterior, en el que la pieza de alojamiento (15) es sustancialmente más rígida que la pieza de montaje (19) de modo que se reduce la transmisión de la deformación entre las piezas.

7. El sensor de cualquier reivindicación anterior, en el que la fibra óptica (10) está incrustada en la pieza de fibra

de alojamiento (15) en una disposición curvada, de modo que no es sustancialmente más sensible a la 25 deformación en una dirección que en otra.

8. El sensor de la reivindicación 7, en el que la fibra óptica (10) está curvada en una trayectoria que sigue sustancialmente el arco de un círculo de más de ½ π radianes.

9. El sensor de la reivindicación 1 o 2, en el que la pieza de alojamiento (15) es mayor que la pieza de montaje (19) .

10. El sensor de cualquier reivindicación anterior, en el que la pieza de montaje (19) está situada totalmente debajo de la pieza de alojamiento (15) .

11. El sensor de cualquier reivindicación anterior, en el que la pieza de montaje (19) está dispuesta para recibir un cierre mecánico (21) por el que se puede unir la pieza de montaje a la superficie del componente de turbina eólica (18) .

12. Un componente de turbina eólica que tiene el sensor de cualquier reivindicación anterior.

13. Una turbina eólica que tiene el componente de turbina eólica de la reivindicación 12.