CN109791060A - 用于对光纤传感器进行功能测试的方法和设备和计算机程序产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对光纤传感器(110)进行功能测试的方法(200)。该方法(200)包括：在评估单元(124)中接收(220)光纤传感器(110)的光学传感器信号，根据光学传感器信号确定(230)第一变量，确定(240)第一变量是否位于预定范围内，如果第一变量位于预定范围之外，则确定(250)光纤传感器(110)的故障，以及，如果确定第一变量位于预定范围内，则根据光学传感器信号确定(260)不同于第一变量的第二变量，第二变量表示待由光纤传感器(110)确定的参数。

Description

用于对光纤传感器进行功能测试的方法和设备和计算机程序 产品
本公开涉及一种用于对光纤传感器进行功能测试的方法和设备，并且涉及一种计算机程序产品。特别地，本公开涉及确定使用光纤传感器的测量***的缺陷。
背景技术
光纤传感器可以用于监测技术设施。光纤传感器提供测量信号，该信号例如可以表示技术***的状态。例如，由于光纤传感器的故障，测量信号的偏差可能导致对技术设施的错误的状态确定。
因此，有必要提供一种用于对光纤传感器进行功能测试的方法和设备。
发明内容
本公开的目的是指定一种用于对光纤传感器进行功能测试的方法和设备以及计算机程序产品，这能够检测光纤传感器的故障。
这个目的经由独立权利要求的主题来实现。
根据本公开的实施例，指定了一种用于对光纤传感器进行功能测试的方法。该方法包括在评估单元中接收光纤传感器的光学传感器信号；根据光学传感器信号确定第一变量；确定第一变量是否在预定范围内；如果第一变量在预定范围之外，则确定传感器的故障；以及如果确定第一变量在预定范围内，则根据光学传感器信号确定第二变量，所述第二变量不同于第一变量，其中第二变量表示待由光纤传感器确定的参数。
根据本公开的其他方面，指定了一种用于对光纤传感器进行功能测试的设备。该设备包括用于接收光纤传感器输出的光学传感器信号的接收单元和评估单元。评估单元被配置为根据光学传感器信号确定第一变量；确定第一变量是否在预定范围内；如果第一变量在预定范围之外，则确定光纤传感器的故障；如果确定第一变量在预定范围内，则根据光学传感器信号确定第二变量，所述第二变量不同于第一变量，其中第二变量表示待由光纤传感器确定的参数。
根据本公开的另一方面，指定一种具有软件的计算机程序产品。该软件被配置为根据光纤传感器的光学传感器信号确定第一变量；确定第一变量是否在预定范围内；如果第一变量在预定范围之外，则确定光纤传感器的故障存在；如果确定第一变量在预定范围内，则根据光学传感器信号确定第二变量，所述第二变量不同于第一变量，其中第二变量表示待由光纤传感器确定的参数。
本公开的优选的、可选的实施例和特定方面由从属权利要求、附图和本说明书得到。
根据本公开的实施例，使用光学传感器信号以首先使用根据其确定的第一变量来执行可信性检查。如果第一变量看起来不可信，因此可以推断出测量***的故障，例如光纤传感器的故障、评估单元的故障和/或用于传感器和评估单元之间数据交换的设备的故障。然而，如果第一变量看起来可信，则根据光学传感器信号确定第二、不同的变量，例如，该第二变量表示待确定的参数，例如技术设施的参数。因此，例如可以可靠地检测测量信号是否正确，否则是否归因于光纤传感器的故障。
附图说明
在附图中呈现并在下文中更详细地描述本公开的示例性实施例。示出：
图1A是根据本公开的实施例的用于对光纤传感器进行功能测试的设备的示意图，
图1B是根据本公开的另一实施例的用于对光纤传感器进行功能测试的设备的示意图，
图2是根据本公开的实施例的用于对光纤传感器进行功能测试的方法的流程图，以及
图3是根据本公开的实施例的光学传感器信号的图示。
具体实施方式
在下文中，除非另有说明，同一附图标记用于相同的元件和相同的作用元件。
图1A示出了根据本公开的实施例的用于对光纤传感器110进行功能测试的设备100的示意图。因此，仅通过示例示出光纤传感器110。其它类型的光纤传感器可以用于本公开的实施例。
设备100包括：用于接收光纤传感器110输出的光学传感器信号的接收单元122；和评估单元124。评估单元124被配置为根据光学传感器信号确定第一变量；确定第一变量是否在预定范围内；如果第一变量在预定范围之外，则确定光纤传感器110的故障；如果确定第一变量在预定范围内，则根据光学传感器信号确定第二变量，所述第二变量不同于第一变量，其中，第二变量表示待由光纤传感器110确定的参数。
根据本公开，如果第一变量在预定范围之外，则可以推断测量***的光纤传感器的故障。因此，可以可靠地检测测量信号是否正确，否则是否归因于例如光纤传感器的故障。根据实施例，也可以推断测量***的其它元件的故障，例如评估单元124本身的故障和/或用于光纤传感器110和评估单元124之间的数据交换的设备的故障。
根据实施例，光纤传感器110可用于能源设备中，例如风力发电机。例如，光纤传感器110可以集成到风力发电机的转子叶片10中或者布置在转子叶片10的表面上。然而，本公开不限于此，并且光纤传感器110可以布置在风力发电机的其它部分中，例如轮毂，转子叶片承载在轮毂处以便可转动。根据可以与这里描述的其他实施例组合的实施例，光纤传感器选自加速度传感器、扭矩传感器、温度传感器及其任意组合。
在图1A中通过示例呈现的光纤传感器110连接到光源130，该光源配置为发射偏振光或非偏振光。例如，光源130可以是发射偏振光的偏振光源，或者可以与偏振器光学连接。光源130可以经由第一光波导激光器133连接到光纤传感器110。
根据实施例，光源130和设备100可以彼此连接。例如，设备100可以从光源130接收关于光发射的数据，和/或，可以被配置为控制光源130进行光发射。光源130可以集成到设备100中或者可以与设备100分开提供。可替代地，光源130可以集成到光纤传感器110中。
图1A的光纤传感器110包括第二光波导纤维116，该第二光波导纤维例如经由第一光波导纤维133光学连接到光源130的输出。布拉格(Bragg)光栅118可以存在于第二光波导纤维116中。提供第三光波导纤维123，以将通过第二光波导纤维116传播的光提供给设备100的接收单元122。因此，到达接收器单元120的光可以对应于确定第一变量和第二变量的光学传感器信号。
在图1A的示例中，由光源130发射的光通过第一光波导纤维133传播到光纤传感器110，然后被第二光波导纤维116中的布拉格光栅118改变或调制，并且然后经由第三光波导纤维123传播到评估单元124。因此，光在分开的光波导纤维中传播到光纤传感器110或远离光纤传感器110。
图1B示出了根据这里描述的实施例的具有连接到设备140的光纤传感器110的测量***的另一示例。在图1B的示例中，来自光源发射的光经由光波导纤维142被引导到光纤传感器。由光纤传感器110的布拉格光栅118反射的光经由同一光波导纤维142传播回设备140，并且在那里由评估单元评估，以确定第一变量和/或第二变量。根据实施例，如通过图1A中的示例所示，光源可以集成到设备140中，或者可以与设备140分开提供。
根据本公开的一个方面，指定了具有软件的计算机程序产品。根据这里描述的实施例，该软件可以在设备中实施，并且特别是在评估单元中实施。该软件被配置以便实施本文描述的对光纤传感器进行功能测试。
图2示出了根据本公开的实施例的用于对光纤传感器进行功能测试的方法200的流程图。
方法200包括：在步骤210中，在评估单元中接收光纤传感器的光学传感器信号；在步骤220中，根据光学传感器信号确定第一变量；在步骤230中，确定第一变量是否在预定范围内；在步骤240中，如果第一变量在预定范围之外，则确定光纤传感器的故障；以及，如果确定第一变量在预定范围内，则在步骤250中根据光学传感器信号确定第二变量，第二变量不同于第一变量。第二变量表示待由光纤传感器确定的参数。
可以产生光学传感器信号，是因为将光提供给光纤传感器，该光被光纤传感器——特别是布拉格光栅——改变或调制。例如，如图1A中所示，光可以穿过光纤传感器。在其他示例中，如图1B中所示，光可以至少部分地被光纤传感器反射。
根据实施例，光纤传感器可以在技术设施中使用，例如在风力发电机中使用。特别地，如参考图1所描述地，光纤传感器可以被安装在设施中或设施上，例如风力发电机的转子叶片上。
由第二变量表示的参数可以是例如关于技术设施和/或其周围环境的操作参数、环境参数或设施参数。第二个变量表示参数本身或参数的值。例如，第二变量可以选自：转子叶片的固有频率、温度、转子叶片的迎角、俯仰角、风速和入射速度。操作参数可以包括例如转子叶片的固有频率、迎角、俯仰角、入射角度、入射速度和转子叶片的转速。环境参数可以包括例如风速和环境温度或外部温度。设施参数可以是设施特定参数，例如风力发电机的机舱的位置、高度和转子叶片的长度。
通常，相对于参考平面定义迎角。俯仰角可以表示转子叶片相对于轮毂的角度调节，转子叶片承载在该轮毂处以能够转动。入射速度可以表示空气撞击转子叶片上的相对速度或相对平均速度。风速可以表示绝对的风速。温度可以是环境温度或外部温度。
根据实施例，一个或更多个参数(例如，已知的附加参数)可以被用于确定第二变量和/或参数。该一个或更多个附加参数可以选自上述操作参数、环境参数及其设施参数。
第一变量和第二变量二者都根据光纤传感器的光学传感器信号来确定。因此，第一变量和第二变量不同。可以经由第一评估确定第一变量。可以通过与第一评估不同进行的第二评估来确定第二变量。
根据实施例，第一评估可以独立于技术设施的特性或特征——例如转子叶片的几何形状和/或质量——进行。例如，第一评估可以在没有或独立于操作参数、环境参数和设施参数的情况下进行。换句话说，第一评估可以不使用技术设施的特性或特征来确定第一变量。相比之下，第二评估可以使用技术设施的这种特性或特征，并且尤其可以使用操作参数、环境参数和/或设施参数。例如，可以使用转子叶片的几何形状和/或质量来确定代表第二变量的转子叶片的固有频率。
根据实施例，预定范围可以由传感器特定参考值或正常值来定义。特别地，预定范围可以是这样的范围：在该范围中可以假设传感器在正常情况下正确运行，因此不会出现故障。例如，如果第一变量对应于参考值或者在参考值周围的预定范围内，则光纤传感器不会出现故障。然而，如果第一变量在预定范围外，则检测到故障的存在。
例如，预定范围可以由与参考值的预定百分率偏差来定义。例如，参考偏差可以对应于距参考值5％、10％、15％或20％的偏差。
根据可以与这里描述的其他实施例组合的实施例，第一变量可以对应于光学传感器信号的光学特性。例如，第一变量可以选自光学传感器信号的强度和光学传感器信号的偏振。特别地，可以在不知道或不使用技术设施的特性或特征的情况下，进行对强度或偏振的确定。参考图3解释根据光学传感器信号的强度确定第一变量的示例。
例如，如果该强度(因此第一变量)对应于参考强度或者在参考强度周围的预定范围内，则光纤传感器不会出现故障。然而，如果测量的强度在预定范围之外，则检测到故障的存在。
根据实施例，光纤传感器可以连续地或以时间间隔提供光学传感器信号。换句话说，光纤传感器的测量可以连续进行或者以时间间隔进行。因此，根据光学传感器信号确定第一变量可以在这种测量之前、期间和/或之后进行。例如，状态监测***的相关部分可以在测量之前、期间或之后直接检查其功能。例如，相关部分可以包括传感器、评估单元、和/或用于在传感器和评估单元之间交换数据的设备。
根据实施例，监测从光纤传感器发出的信号的信号电平是否在传感器特定的限定范围内。可以在软件级别执行电平的真实性检查。因此，可以使用测量信号的电平，或者专门为测试检测到的测试信号的电平。
特别地，在一些实施例中，光学输入信号可以被用于测量以获得作为输出信号的光学传感器信号。以这种方式获得的光学传感器信号可用于确定第一变量和确定第二变量。根据实施例，测量的同一光学传感器信号可以用于确定第一变量和第二变量。
因此，至少一个第一光学传感器信号可以用于确定第一变量，并且然后在积极的可信性检查之后，第一光学信号也可以用于确定第二变量。在其他实施例中，单个测量的不同光学传感器信号可用于确定第一变量和第二变量。例如，测量的至少一个第一光学传感器信号可用于确定第一变量，并且然后测量的至少一个第二光学传感器信号可用于确定第二变量。
根据另外的实施例，一个或更多个测试信号可以用于产生或提供光学传感器信号以确定第一变量。为此目的，例如，光纤传感器可以以定期间隔地向评估单元传送定义的测试信号。特别地，光纤传感器可以自动将测试信号发送到评估单元，或者它可以根据来自评估单元的命令信号将其发送到评估单元。
在另一示例中，例如可以将定义的测试信号从光源发送到光纤传感器，用于由传感器产生确定第一变量的光学传感器信号。上述光学输入信号可用于产生用于确定第二变量的光学传感器信号。用于测量的光学输入信号和测量信号可以是不同的。例如，测试信号的波长和/或时间间隔可以改变，以获得用于确定第一变量的光学传感器信号。在使用测试信号进行功能测试期间，可以暂停或者不进行用于确定第二状况的测量。光学输入信号和测试信号可以由同一光源提供，或者可以由不同的光源提供。
根据可以与这里描述的其他实施例相结合的实施例，根据光学传感器信号对第一变量的确定不会在由光纤传感器执行的每次测量时进行。例如，根据光学传感器信号对第一变量的确定可以在由光纤传感器执行的每第x次测量时或之后进行；x可以大于2、10、100或1000。通常，根据光学传感器信号对第二变量的确定在由光纤传感器执行的每次测量时进行。
根据可以与这里描述的其他实施例相结合的实施例，如果确定光纤传感器的故障，则方法200还包括输出消息或警报。例如，根据这里描述的实施例，设备可以输出信息或警报以通知使用者存在故障，例如光纤传感器的故障。为此目的，设备可以包括显示设备，例如屏幕。根据实施例，该消息或警报可以以光学和/或声学形式输出。
根据实施例，光纤传感器可用于风力发电机，特别是用于风力发电机的测量***中。测量***可被设计为确定转子叶片的状态。例如，可以通过确定转子叶片的固有频率来确定是否有外来物质(如冰)沉积在转子叶片上。
为此目的，可以利用转子叶片中或风力发电机的其它部分中的一个或更多个光纤传感器，来检测与转子叶片的状态相关的测量变量。例如，可以借助加速度传感器来监测叶片的固有频率。给定叶片状态的变化，例如由于损坏，则可以观察到叶片固有频率的变化。如果由测量***检测到损坏，在没有进一步测量的情况下，不排除原因是测量***中的缺陷。经由根据本发明的功能测试可以提高测量***的可靠性。
图3示出了根据本公开的实施例的光学传感器信号300的图示。
第一变量可以对应于光学传感器信号的特性。例如，第一变量可以是光学传感器信号300的强度。因此图3中的垂直轴表示强度，并且水平轴表示光学传感器信号300的波长。例如，如图3的示例中所示，光学传感器信号可以表示预定波长范围310内的强度。换句话说，可以执行预定波长范围310内的测量以获得强度或强度分布。预定波长范围310可以针对传感器来选择。例如，预定波长范围310可以包括这种范围或就是这种范围：在该范围中，光纤传感器的通常或已知故障导致光学传感器信号中的显著偏差，并因此能够被清楚地检测到。
但是，本公开不限于此，并且在其他示例中，光学传感器信号可以表示在特定波长处的强度。换句话说，可以在特定波长处进行测量以获得强度。
根据实施例，第一变量可以是预定波长范围310内的光学特性(例如强度)的平均值。在其他实施例中，第一变量可以是选定波长320处的值，例如，该值根据强度分布来确定。
根据本公开的实施例，使用光学传感器信号，以首先使用根据其确定的第一变量执行可信性检查。如果第一变量看起来不可信，因此可以推断出测量***的故障，例如光纤传感器的故障、评估单元的故障和/或用于在传感器和评估单元之间数据交换的设备的故障。然而，如果第一变量看起来可信，则随后根据光学传感器信号确定第二、不同的变量，例如，该第二变量表示待确定的参数，例如技术设施的参数。因此，例如可以可靠地检测测量信号是否正确，否则是否归因于光纤传感器的故障。

Claims (14)

1.一种用于对光纤传感器进行功能测试的方法，包括：
在评估单元中接收光纤传感器的光学传感器信号；
根据所述光学传感器信号确定第一变量；
确定所述第一变量是否在预定范围内；
如果所述第一变量在所述预定范围之外，则确定所述光纤传感器的故障；
如果确定所述第一变量在所述预定范围内，则根据光学传感器信号确定第二变量，所述第二变量不同于所述第一变量，其中所述第二变量表示待由光纤传感器确定的参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一变量对应于光学传感器信号的光学特性。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一变量选自：所述光学传感器信号的强度和所述光学传感器信号的偏振。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述第一变量是预定波长范围内的光学特性的平均值，或者其中，所述第一变量是选定波长处的值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述光纤传感器用于技术设施中，并且其中，所述参数是所述技术设施的参数，特别地其中，所述技术设施是风力发电机。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二变量根据使用设施特定参数的第一变量来确定。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述第二变量选自：转子叶片的固有频率、温度、转子叶片的迎角、俯仰角、风速和入射速度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，根据所述光学传感器信号对所述第一变量的确定不会在由所述光纤传感器执行的每次测量时进行。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，根据所述光学传感器信号对所述第一变量的确定在由所述光纤传感器执行的每第x次测量时进行，并且其中x大于2、10、100或1000。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，根据光学传感器信号对第二变量的确定在由光纤传感器执行的每次测量时进行。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，还包括：
向光纤传感器传送测试信号，以便获得用于确定第一变量的光学传感器信号。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，还具有：
如果确定故障，则输出消息或警报。
13.一种用于对光纤传感器进行功能测试的设备，包括：
接收单元，其用于接收光纤传感器输出的光学传感器信号；和
评估单元，其被配置为：
根据所述光学传感器信号确定第一变量；
确定所述第一变量是否在预定范围内；
如果所述第一变量在所述预定范围之外，则确定所述光纤传感器的故障；
如果确定所述第一变量在所述预定范围内，则根据所述光学传感器信号确定第二变量，所述第二变量不同于所述第一变量，其中，所述第二变量表示待由光纤传感器确定的参数。
14.一种包括软件的计算机程序产品，所述软件被配置为：
根据光纤传感器的光学传感器信号确定第一变量；
确定所述第一变量是否在预定范围内；
如果所述第一变量在所述预定范围之外，则确定光纤传感器的故障；以及如果确定所述第一变量在所述预定范围内，则根据光学传感器信号确定第二变量，所述第二变量不同于所述第一变量，其中所述第二变量表示待由光纤传感器确定的参数。
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