激光雷达装置、风力发电装置以及风测量方法制造方法及图纸

激光雷达装置(3)针对对由激光束(A)在风车(2)的前方描绘的轨迹(B)进行分割得到的多个分割范围的每个分割范围计算风速。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光雷达装置、风力发电装置以及风测量方法
本专利技术涉及进行风测量的激光雷达装置。
技术介绍
以往以来，提出了使用搭载于风力发电装置用的风车的旋转器(spinner)部的激光雷达装置来测量风车前方的风速的技术(例如，参照非专利文献1)。激光雷达装置将激光发送到风车的前方，接收由大气中的气溶胶散射的散射光，使用散射光的接收信号来测量风速。此外，气溶胶为大气中的灰尘，为极小的漂浮颗粒。现有技术文献非专利文献非专利文献1：T.Mikkelsenetal.，“Aspinner－integratedwindlidarforenhancedwindturbinecontrol，”WindEnergy,16,pp.625－643,2013.
技术实现思路
以往的激光雷达装置为了进行多个方向的风测量，相对于风车的旋转轴向斜方向照射激光。因此，与旋转器部的旋转相伴地，激光束在风车的前方描绘圆状的轨迹。另一方面，由于散射光的接收光量非常少，所以激光雷达装置通过在测量时间内对根据散射光的接收信号计算出的接收光谱进行累计，从而得到风速测量所需的信噪比。然而，风速具有高度方向的分布，所以当在测量时间中激光束移动而测量位置的高度发生变化时，混合存在不同的高度的不同的风速信息，存在风速测量的误差变大这样的课题。本专利技术是为了解决上述课题而完成的，其目的在于得到能够以高的精度测量风速的激光雷达装置。本专利技术所涉及的激光雷达装置设置于风车的旋转器部，将激光发送到风车的前方，接收在发送目的地处散射的激光的散射光，所述激光雷达装置具备轨迹范围判定部、解析累计部、保存累计部以及风速计算部。轨迹范围判定部判定对由激光的激光束在风车的前方描绘的轨迹进行分割得到的多个分割范围中的、有激光束的分割范围。解析累计部针对由轨迹范围判定部判定为有激光束的每个分割范围，对解析散射光的接收信号来针对沿着激光束的视线方向的每个距离计算出的接收光谱进行累计。保存累计部保存由解析累计部针对每个分割范围计算出的接收光谱。风速计算部使用从保存累计部输入的每个分割范围的接收光谱，针对每个分割范围计算风速。根据本专利技术，激光雷达装置针对对由激光束在风车的前方描绘的轨迹进行分割得到的多个分割范围的每个分割范围计算风速，所以能够以高的精度测量风速。附图说明图1是示出本专利技术的实施方式1的风力发电装置的结构的概略图。图2是示出实施方式1的激光雷达装置的结构的框图。图3是示出激光束的轨迹的图。图4是示出实施方式1的风测量方法的流程图。图5A是示出实现实施方式1的激光雷达装置所具备的信号处理部的功能的硬件结构的框图。图5B是示出执行实现实施方式1的激光雷达装置所具备的信号处理部的功能的软件的硬件结构的框图。图6是示出具备光束扫描仪的激光雷达装置的概略图。图7是示出本专利技术的实施方式2的激光雷达装置所具备的信号处理部的功能结构的框图。图8是示出实施方式2的风测量方法的流程图。图9是示出本专利技术的实施方式3的风力发电装置的结构的概略图。符号说明1、1A：风力发电装置；2、2A：风车；3：激光雷达装置；4：旋转器部；4a：窗；5：叶片；6：吊舱部；7：发电机；8：光源；9：分配器；10：脉冲调制器；11：光放大器；12：循环器；13：光学系统；14：耦合器；15：光接收机；16、16A：信号处理部；16a：轨迹范围判定部；16b：解析累计部；16c、16c'：保存累计部；16d：风速计算部；16e：SN比判定部；17、18：光束扫描仪；19：夹具；100：信号输入接口；101：信息输入接口；102：信息输出接口；103：处理电路；104：处理器；105：存储器。具体实施方式以下，为了更详细地说明本专利技术，依照附图，说明本专利技术的具体实施方式。实施方式1.图1是示出本专利技术的实施方式1的风力发电装置1的结构的概略图。在图1中，风力发电装置1具备风车2。实施方式1的激光雷达装置3搭载于风车2的旋转器部4。当风从风车2的前方打到叶片5时，叶片5旋转。旋转器部4与叶片5一起旋转。另外，对叶片5的旋转轴连结有搭载于吊舱部6的发电机7的旋转轴，当叶片5旋转时，与其相应地，发电机7的旋转轴旋转，旋转力变换为电力。从激光雷达装置3放射的激光经由设置于旋转器部4的前端的窗4a发送到大气中。该激光被发送目的地的大气中的气溶胶散射，其散射光被激光雷达装置3接收。气溶胶被视为以与风相同的速度移动的漂浮颗粒，所以通过检测气溶胶的移动状态，能够测量存在气溶胶的位置的风速。另外，为了测量多个方向的风速，激光雷达装置3相对于风车2的旋转轴方向向斜方向发送激光，接收其散射光。激光雷达装置3与旋转器部4的旋转相伴地旋转，所以激光的激光束A以圆锥形扫描，如图1所示，在风车2的前方描绘圆状的轨迹B。针对沿着激光束A的视线方向的每个距离规定轨迹B。例如，在设为激光束A的聚光点的移动轨迹的情况下，如果使激光束A的聚光距离(测量距离)变化，则能够使轨迹B的大小变化。在利用激光束A来测量远距离的风速的情况下，轨迹B的尺寸变大。如前所述，风速具有高度方向的分布，所以在轨迹B中，存在高度最高的测量位置和高度最低的测量位置处的风速大幅不同的可能性。因而，在实施方式1的激光雷达装置3中，针对对由激光束A在风车2的前方描绘的轨迹进行分割得到的多个分割范围的每个分割范围计算风速，从而缓和测量位置的高度的差异，实现高精度的风速测量。图2是示出实施方式1的激光雷达装置3的结构的框图。激光雷达装置3搭载于风车2的旋转器部4，一边与旋转器部4一起旋转，一边相对于风车2的旋转轴方向向斜方向发送激光，接收其散射光。如图2所示，激光雷达装置3具备光源8、分配器9、脉冲调制器10、光放大器11、循环器12、光学系统13、耦合器14、光接收机15以及信号处理部16。图2所示的激光雷达装置3的风测量的原理为所谓的相干方式。但是，实施方式1的激光雷达装置3也可以按照相干方式以外的现有的原理来进行风测量。另外，在图2所示的例子中，示出了激光雷达装置3为脉冲方式的激光器的情况，但也可以为连续波(CW)方式的激光器。从光源8输出的激光由分配器9分配给脉冲调制器10和耦合器14。分配给脉冲调制器10的激光为发送光，分配给耦合器14的激光为本地光。脉冲调制器10对发送光进行脉冲调制，发送到光放大器11。由光放大器11放大后的发送光经由循环器12发送到光学系统13。光学系统13经由旋转器部4的窗4a将发送光发送到大气中。发送光打到大气中的气溶胶而散射，成为散射光，返回到光学系统13。气溶胶乘着风以与风相同的速度移动，所以散射光的频率产生与风速相应的多普勒频移。由光学系统13接收到的散射光由循环器12作为接收光而发送到耦合器14。耦合器14将接收光与上述本地光进行合波，发送到光接收机15。光接收机15对从循环器12输入的光进行相干检波。检波得到的信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达装置，设置于风车的旋转器部，将激光发送到所述风车的前方，接收在发送目的地处散射的所述激光的散射光，所述激光雷达装置的特征在于，具备：/n轨迹范围判定部，判定对由所述激光的激光束在所述风车的前方描绘的轨迹进行分割得到的多个分割范围中的、有所述激光束的分割范围；/n解析累计部，针对由所述轨迹范围判定部判定为有所述激光束的每个分割范围，对解析所述散射光的接收信号来针对沿着所述激光束的视线方向的每个距离计算出的接收光谱进行累计；/n保存累计部，保存由所述解析累计部针对每个分割范围计算出的接收光谱；以及/n风速计算部，使用从所述保存累计部输入的每个分割范围的接收光谱，针对每个分割范围计算风速。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种激光雷达装置，设置于风车的旋转器部，将激光发送到所述风车的前方，接收在发送目的地处散射的所述激光的散射光，所述激光雷达装置的特征在于，具备：
轨迹范围判定部，判定对由所述激光的激光束在所述风车的前方描绘的轨迹进行分割得到的多个分割范围中的、有所述激光束的分割范围；
解析累计部，针对由所述轨迹范围判定部判定为有所述激光束的每个分割范围，对解析所述散射光的接收信号来针对沿着所述激光束的视线方向的每个距离计算出的接收光谱进行累计；
保存累计部，保存由所述解析累计部针对每个分割范围计算出的接收光谱；以及
风速计算部，使用从所述保存累计部输入的每个分割范围的接收光谱，针对每个分割范围计算风速。


2.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述激光雷达装置具备SN比判定部，该SN比判定部判定保存于所述保存累计部的接收光谱的信噪比是否大于阈值，
所述风速计算部使用所述保存累计部所保存的每个分割范围的接收光谱中的、由所述SN比判定部判定为所述信噪比大于所述阈值的接收光谱来计算风速，
所述保存累计部保存由所述SN比判定部判定为所述信噪比为所述阈值以下的接收光谱，针对保存的接收光谱累计当在与保存的接收光谱对应的分割范围有所述激光束时由所述解析累计部计算出的接收光谱，直至由所述SN比判定部判定为所述信噪比大于所述阈值。


3.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述轨迹范围判定部根据所述风车的旋转角度信息，判定对伴随所述风车的旋转而由所述激光束在所述风车的前方描绘的所述轨迹进行分割得到的多个分割范围中的、有所述激光束的分割范围。


4.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述轨迹范围判定部根据所述风车的旋转角度信息以及转速信息，判定对伴随所述风车的旋转而由所述激光束在所述风车的前方描绘的所述轨迹进行分割得到的多个分割范围中的、有所述激光束的分割范围。


5.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，
按照沿着所述激光束的视线方向的每个距离的分割数对由所述激光束在所述风车的前方描绘的所述轨迹进行分割，将所述轨迹的分割数设为在沿着所述激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：龟山俊平，小竹论季，梶山裕，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP