FBG系统在风力发电机叶片健康监测中的创新实践

在新能源产业高速发展的背景下，风力发电机叶片的健康状态直接关系整机运行效率与安全性。传统监测手段依赖表面应变片与振动传感器，存在抗腐蚀性差、信号易衰减、无法穿透复合材料内部检测等瓶颈。基于高精度FBG阵列与400kHz无线解调终端的技术突破，可对叶片进行"内生式"监测系统，实现毫米级裂纹检测与全生命周期损伤溯源。

破局：从"表皮感知"到"筋骨透视"

图1 碳纤维复合材料叶片

三维植入式传感网络

针对80米级叶片结构特点，研发分层监测方案：

• 主梁帽层：在碳纤维铺层过程中预埋直径0.3mm FBG传感丝束，沿主承力梁轴线每间隔3米布设8通道传感器组，精准捕获拉伸/压缩双向应变。

• 剪切腹板层：采用柔性FBG网格植入玻璃钢腹板，实时监测剪切应力分布与脱粘风险。

• 前缘防护层：在聚氨酯涂层下嵌入耐紫外FBG薄膜，以螺旋路径覆盖前缘15%弦长区域，同步追踪冲击与腐蚀磨损。

图2 叶片制造阶段FBG植入位置

深度价值：从故障报警到寿命预测

1.隐性损伤早期预警

在电场实测中，系统通过动态载荷谱分析，发现风机叶片根部存在0.8mm隐性裂纹。经无人机红外复检确认，较传统人工巡检提前6个月发现缺陷，避免潜在断裂事故。

2.气动性能优化

结合1.2万组应变数据建立"形变-攻角-发电效率"耦合模型，指导叶片自适应变桨控制，使单机年发电量提升4.7%。

范式革新：重构风电运维生态

FBG技术的深度应用，更新风力发电机复合材料结构监测手段，可以进行精准维保，未来将实现动态载荷实时调参等智能功能，为海上风电与高原风电开发提供核心技术保障。