戴靠山等：基于激光遥测方法的某在役风电塔现场实测分析 ·1477· 束：一束通过透镜后投射于被测物体，由于透镜的聚焦 (a 作用，可以使得激光汇聚于一点，便于瞄准微小目标： 另一束则通过布拉格盒调制，作为参考光投射于观测 器.被测物体的反射光线同样传递到观测器.通过对 比参考光线与反射光线干涉图样的变化可得到频移量 ∫。通过合理的透镜选择与组合，该种激光多普勒测 振仪可以测量小到毫米级，大到几十米甚至几百米远 目标的振动测量.随着集成光路的发展，激光多普勒 测振仪的生产趋于小型化和便携化，市场也更为广泛· 分光镜 透镜 激光器 被测物体 b (c) 反射镜 布拉格盒 1 探测器 ◆激光测点 单位：mm 图2激光多普勒测振仪的结构示意图 一激光束 Fig.2 Basic structure of a laser Doppler vibrometer 五层平台 四层平台 2风电塔振动实测 三层平台 为比较不同测试方法的差别，先后利用激光多普 8029L 勒测振仪和加速度传感器两种方法对一风电塔进行动 二层平台 力测试（图3(）和(b).实测对象为某风力发电场的 一座1.5MW水平轴风力发电塔塔筒.该风力发电塔 一层平台 于2007年建成投产，叶片数量为3，叶片轴心高度为 65m,叶片长度均为34.5m.塔简净高63.15m,底部直 径4.04m,顶部直径2.96m,由2两个法兰分成三段， 图3利用加速度计与激光测振仪对风电塔进行实测.()加速 每段内部连接采用焊接，内部共有五个工作平台（图3 度计布设：(b)激光测振仪布设：(c)风电塔尺寸 (c)).塔简底部有一个宽0.83m,高2.40m的长椭圆 Fig.3 Field testing of a wind turbine tower:(a)accelerometer de- 形门洞，门洞底部标高为1.30m.风电塔基础采用灌 ployment:(b)laser Doppler vibrometer setup:(e)structural dimen- 注桩基础. sion 测试采用远距离激光多普勒测振仪，其光路设计 同图2，最大测量距离为300m,技术参数如表1所示. 激光多普勒测振仪 试验过程中首先在距离风电塔约200m左右的空旷场 地上布置好测振仪、采集仪、电脑等仪器（图4），再用 测振仪配置的光学望远镜对测量位置进行瞄准，同时 采集 聚焦激光，之后在电脑上利用测振仪器配套的采集软 件选择所需的采样频率和采集时间，即可进行数据的 连续采集和储存.因塔简为圆柱形，为减少侧向振动 引起的测量误差，试验中注意尽量瞄准测量高度塔筒 的中间位置.试验中分别获得了轮教(2组数据)、塔 筒上部(5组数据)和塔筒中部(6组数据)三个位置垂 直于叶片方向的振动速度时程，采样频率选择为240 Hz,采样时长为5~10min.整个现场测试，包括仪器 架设、数据采集等工作，两个多小时即完成，而其中仪 图4激光多普勒测振仪系统 器架设只用了大致l0min. Fig.4 Laser Doppler vibrometer system deployment戴靠山等: 基于激光遥测方法的某在役风电塔现场实测分析 束: 一束通过透镜后投射于被测物体，由于透镜的聚焦 作用，可以使得激光汇聚于一点，便于瞄准微小目标; 另一束则通过布拉格盒调制，作为参考光投射于观测 器． 被测物体的反射光线同样传递到观测器． 通过对 比参考光线与反射光线干涉图样的变化可得到频移量 fD ． 通过合理的透镜选择与组合，该种激光多普勒测 振仪可以测量小到毫米级，大到几十米甚至几百米远 目标的振动测量． 随着集成光路的发展，激光多普勒 测振仪的生产趋于小型化和便携化，市场也更为广泛． 图 2 激光多普勒测振仪的结构示意图 Fig． 2 Basic structure of a laser Doppler vibrometer 2 风电塔振动实测 为比较不同测试方法的差别，先后利用激光多普 勒测振仪和加速度传感器两种方法对一风电塔进行动 力测试( 图 3( a) 和( b) ) ． 实测对象为某风力发电场的 一座 1. 5 MW 水平轴风力发电塔塔筒． 该风力发电塔 于 2007 年建成投产，叶片数量为 3，叶片轴心高度为 65 m，叶片长度均为 34. 5 m． 塔筒净高 63. 15 m，底部直 径 4. 04 m，顶部直径 2. 96 m，由 2 两个法兰分成三段， 每段内部连接采用焊接，内部共有五个工作平台( 图 3 ( c) ) ． 塔筒底部有一个宽 0. 83 m，高 2. 40 m 的长椭圆 形门洞，门洞底部标高为 1. 30 m． 风电塔基础采用灌 注桩基础． 测试采用远距离激光多普勒测振仪，其光路设计 同图 2，最大测量距离为 300 m，技术参数如表 1 所示． 试验过程中首先在距离风电塔约 200 m 左右的空旷场 地上布置好测振仪、采集仪、电脑等仪器( 图 4) ，再用 测振仪配置的光学望远镜对测量位置进行瞄准，同时 聚焦激光，之后在电脑上利用测振仪器配套的采集软 件选择所需的采样频率和采集时间，即可进行数据的 连续采集和储存． 因塔筒为圆柱形，为减少侧向振动 引起的测量误差，试验中注意尽量瞄准测量高度塔筒 的中间位置． 试验中分别获得了轮毂( 2 组数据) 、塔 筒上部( 5 组数据) 和塔筒中部( 6 组数据) 三个位置垂 直于叶片方向的振动速度时程，采样频率选择为 240 Hz，采样时长为 5 ～ 10 min． 整个现场测试，包括仪器 架设、数据采集等工作，两个多小时即完成，而其中仪 器架设只用了大致 10 min． 图 3 利用加速度计与激光测振仪对风电塔进行实测． ( a) 加速 度计布设; ( b) 激光测振仪布设; ( c) 风电塔尺寸 Fig． 3 Field testing of a wind turbine tower: ( a) accelerometer de￾ployment; ( b) laser Doppler vibrometer setup; ( c) structural dimen￾sion 图 4 激光多普勒测振仪系统 Fig． 4 Laser Doppler vibrometer system deployment · 7741 ·