Wind Analyzer-50H扫描式脉冲激光测风雷达
激光扫描技术在海上风力发电风轮叶片表面缺陷检测中的应用
激光扫描技术在海上风力发电风轮叶片表面缺陷检测中的应用概述：随着可再生能源的发展，海上风力发电作为一种重要的清洁能源供应方式，对提高能源利用率和减少环境污染具有重要意义。
然而，由于海洋环境的恶劣特点，风力发电风轮叶片在长期运行过程中容易受到海水、海风等因素的侵蚀和损坏，导致表面出现各种缺陷。
为了保证风力发电装置的安全性和可靠性，准确检测和及时修复这些叶片表面缺陷变得至关重要。
本文将重点介绍激光扫描技术在海上风力发电风轮叶片表面缺陷检测中的应用。
1.背景海上风力发电风轮叶片作为风力发电装置的重要组成部分，其表面缺陷会显著影响风轮的性能和寿命。
常见的表面缺陷包括裂纹、磨损、腐蚀等。
传统的检测方法往往过于繁琐、时间消耗大且结果不准确。
而激光扫描技术作为一种非接触式、高精度的检测方法，能够快速、准确地识别叶片表面的缺陷，成为海上风力发电风轮叶片表面缺陷检测的良好选择。
2.激光扫描技术的原理激光扫描技术利用激光束的扫描来获取被检测物体表面的形貌信息。
通常，激光光束通过光电检测器接收反射光，并通过计算机处理形成图像，从而实现对叶片表面缺陷的检测。
3.激光扫描技术在风力发电风轮叶片表面缺陷检测中的应用激光扫描技术在海上风力发电风轮叶片表面缺陷检测中具有以下优点：3.1 非接触式检测激光扫描技术可以在不接触叶片表面的情况下进行检测，大大减少了对叶片表面的二次损伤风险。
相比传统的接触式检测方法，激光扫描技术更加安全可靠。
3.2 高精度测量激光扫描技术可以实现对叶片表面缺陷的高精度测量。
通过采集大量的激光点云数据并进行三维重建，可以准确恢复叶片表面形貌，精确识别出细小的缺陷，为后续的修复提供准确的位置和尺寸信息。
3.3 快速扫描速度激光扫描技术具有快速扫描的优势，可以在短时间内对叶片表面进行全面的检测。
这种高效的扫描速度使得检测工作能够得以快速完成，为风力发电装置的维护提供了良好的支持。
3.4 数据可视化和分析通过激光扫描技术获取的大量点云数据可以进行可视化和分析，从而更好地理解叶片表面缺陷的分布规律。
科技成果——激光测风雷达
科技成果——激光测风雷达技术开发单位中国兵器工业集团公司第二〇九研究所技术简介激光多普勒测风雷达是利用大气中随风飘移的气溶胶对激光散射的多普勒频移效应，来测量大气风场结构分布的一种现代光电技术。
其主要特点是采用光学方法，对测量空域的大气风场进行非接触式实时三维测量，具有响应快、精度高、空间分辨率高、体积小、结构紧凑等特点，在风力发电站、短期气象监测及预报、大气环境监测等方面具有广泛的应用前景，是一种新型、高效的气象条件测量系统。
激光多普勒测风雷达采用相干探测原理，利用人眼安全的1550nm激光作为照射光源，通过接收激光束对大气中随风飘移气溶胶的散射回波信号并与雷达本振光进行相干混频，并通过中频信号的数字鉴频技术来获得汽溶胶相对激光束的多普勒频移，结合雷达的光机扫描，最终实现对大气风场信息的测量。
该技术包括系统总体技术、激光发射技术、高效灵敏接收技术、大气风场实时信息处理及风场反演技术等。
上述关键技术已经得到突破，系统中的主要核心部件均已实现国产化。
该技术可用于风力发电站行业，代替传统的测风塔，实现对风机选址地点的常年观测，同时，还可以安装于风机机舱顶部，实现对风机前方大气风场的实时监测，为风机运行工作提供修正参数，以提高产量。
同时改进型的二维扫描激光测风雷达，可以实现对大气风场的全覆盖监测，获得大气风廓线及大气风场的PPI、RHI及CAPPI等扫描产品，以及飞机起降通道的大气风切变、迎头风、跑道横风等产品，以保障飞机起降安全。
技术指标工作波长：1550nm；测量高度（距离）范围：10-200m/50-3000m；风速范围：0-50m/s；风向范围：0-360度；风速精度：0.3m/s；风向精度：5度。
技术特点采用全光纤相干光路，环境适应能力强；主要部件采用全国产化器件，工作可靠。
技术水平国际先进可应用领域和范围风力发电、民用航空气象保障等专利状态已取得专利1项技术状态试生产、应用开发阶段合作方式合作开发投入需求1000万元转化周期1-2年预期效益近年来对风力发电行业方兴未艾，国家大力投入，各地区建立了诸多风力发电厂。
激光雷达海上测风方案
WINDCUBE激光雷达海上测风方案北京莱维塞尔科技二零一二年目录引言1第一部分海上单桩平台介绍2一、桩体结构形式：2二、桩体俯视图2三、桩体加工与运输2四、施工介绍21、组织结构22、施工流程2第二部分海上激光雷达介绍4一、WINDCUBE激光雷达基本介绍41、主要特点：42、应用领域：53、评估认证：64、Windcube 发展演变：6二、系统技术及性能指标72.1WINDCUBE技术原理72.2WINDCUBE系统组成72.3数据处理软件描述1、软件界面72.4系统技术指标9四、可选模块说明91、WINDCUBE双供电系统-M50VP〔甲醇燃料+太阳能板92、3G/SAT无线传输93、WINDCUBE CFD软件工程104、GPS安全跟踪系统105、PTU 传感器11五、系统维护11第三部分、成功应用案例及安装现场11一、经典应用案例11二、安装现场111、在孤岛上——悬崖边122、在灯塔上——Nass&Wind - Lighthouse123、在大的海上平台上: RES ltd –platform <Race bank round 2>124、在小的海上平台上-中国国电集团项目12引言Windcbue海上激光雷达测风系统采用特殊设计的单桩独柱平台,加上轻巧便携的Windcube 激光雷达测风装置,配套供电系统、防雷系统、航标装置及辅助测风系统,形成一套完备的新型式海上测风体系。
与传统式海上测风塔相比,激光雷达海上测风系统特点如下：结构简单、安装方便施工周期短：传统式海上测风塔制作及施工复杂,时间基本上需要6个月左右；而单桩基础设计、制作及施工简单,施工面积小,只需要1个月就可以完成,激光雷达安装只需2天,因此,使工期大大缩短。
迁移方便,可重复利用：在陆上测风塔移塔是很普通的事情,但对于海上测风塔,移塔却非常困难,迁移费用高；而激光雷达测风系统,迁移非常方便,可多次重复利用。
激光测风雷达介绍
激光测风雷达缺点：
1、产品成熟度不及测风塔，测风精确度有待进一步认证； 2、设备较为昂贵（国产60万左右，进口150万左右）； 3、后期使用成本较高（每年调教一次约1~2万）； 4、户外测风时存在被盗风险；
激光测风雷达使用场景：
1、测风塔代表性验证 在复杂地形区域，测风塔代表性难以满足风资源评估
注意：
需要注意的是，考虑到雷达测风大小风月和 时间一般不足一年的情况，及不同型号设备的环 境适应性问题，复杂山地雷达设备的应用现在仍 处于辅助测风阶段，雷达测风在复杂地形情况下 的不确定度有待进一步细化研究。
THANKS
要求，仅通过测风塔数据模拟得到的结果存在很大差异。 而通过激光雷达在风险区域实地测量，结合现有测量结果 和软件模拟对比，将有效识别风险区域的真实性，规避潜 在风险。
激光测风雷达使用场景：
2、功率曲线验证
激光雷达的灵活性、便携性，可更快速、有效对风机 的功率曲线进行确定或验证，对在实际运行环境下风机的 运行表现分析有重要意义。
激光测风雷达供应商：
1、北京
型号：Windcube V2 制造商：法国 价格：150万左右 产品参数：测量精度（0.1m/s）、采样频率（1s），测量 范围为40-300m； 产品尺寸：685*745*685mm，产品重量约66KG
激光测风雷达供应商：
型号：WindPrint V300 制造商：青岛 价格：80万左右 产品参数：产品测量精度（0.1m/s）、采样频率（1s）， 测量范围为40-300m； 产品尺寸：产品重量约50KG
激光测风雷达简介
激光测风雷达简介:
激光测风雷达是用来测量高空风向、风速的雷 达。激光雷达测风作为新型的移动测风技术，利 用激光的多普勒频移原理，通过测量光波反射在 空气中遇到风运动的气溶胶粒子所产生的频率变 化得到风速、风向信息，从而计算出相应高度的 矢测量性能强大，满足40m~300m，12个高度层风参数据 测量 2、激光雷达数据获取方便灵活，可满足各种地形项目 数据测试（体积约560*570*550mm，重量约50kg）； 2、激光雷达数据更丰富，可同时测得不同高度的水平、 垂直风速、风向数据，入流角等；
风力发电机组 测风激光雷达 技术要求与试验方法
风力发电机组测风激光雷达技术要求与试验方法1.风力发电机组是一种利用风力发电的装置。
Wind turbine is a device that generates electricity using wind power.2.测风激光雷达是一种用激光技术测量风速和方向的设备。
Lidar for wind measurement is a device that measures wind speed and direction using laser technology.3.风力发电机组的转子叶片需要根据测风激光雷达的数据进行调整。
The rotor blades of the wind turbine need to be adjusted based on the data from the wind measuring lidar.4.测风激光雷达的技术要求包括高精度、远距离测量、快速响应等。
Technical requirements for wind measuring lidar include high precision, long-range measurement, and quick response.5.测风激光雷达需要经过严格的校准和测试，以确保准确性和可靠性。
Wind measuring lidar needs to undergo rigorouscalibration and testing to ensure accuracy and reliability.6.测风激光雷达的测试方法包括对比分析、场地实测等。
Testing methods for wind measuring lidar include comparative analysis and on-site measurements.7.风力发电机组的测风激光雷达需要定期维护和校准。
Wind turbine's wind measuring lidar needs regular maintenance and calibration.8.测风激光雷达的数据可以用于预测风力发电机组的发电量。
风廓线雷达与激光测风雷达
激光测风雷达-分类
探测方式： • 相干探测激光雷达 • 非相干探测（直接探测）激光雷达。
激光测风雷达-分类
• 直接式常以空气分子的瑞丽散射为基础，一般选择蓝绿光或紫外等短 波长激光作为发射源，才能得到比较强的瑞丽散射气象回波信号，经 过单边缘滤波、双边缘滤波或条纹检测手段，通过功率谱分析方法， 间接提取多普勒频率信息。
（1）采用大面积天线,以提高天线增益,所以风廓线雷达一般 为方形天线,不作机械转动,而采用电扫描工作; （2）在每个波束指向探测时,风廓线雷达会驻留几十秒至数分 钟的时间进行连续探测, 并对收集的弱回波信号进行累加, 以 提高回波信噪比; （3）采用多模式组合探测
优势探讨
• 是一种新型的无球高空气象遥感探测设备; • 可以连续提供大气水平风场、垂直气流、大气折射率结构常
• 属于主动测量系统，利用大气中随风飘动的微小颗粒(气 溶胶或者大气分子)对激光的多普勒频移效应来测量大气 风场结构分布的一种现代光电探测技术
• 采用光学方法对测量空域的风场进行非接触式实时三维测 量，同时完成对大气中的气溶胶的扫描
• 利用气溶胶运动产生的多普勒频移确定激光视线方向上的 径向风速的序列，反演观测视场的大气风场分布
中电集团14所 航天科工集团二院23所 安徽四创电子股份有限公
司
爱尔达公司
敏视达雷达有限公司
O CFL-16
O
Airda16000
O
GLC-24 CFL-08 SCRTWP-01
Airda8000
TWP8
CLC-8 CFL-03B K/LLX802
Airda3000
O
GLC-24 （14所） Troposphere Wind Profiler II
激光测风雷达
1.大气风场探测的意义和目的精确的大气风场观测对提高长期天气预报的准确性、风暴预报的准确性、改进气候研究模型、军事环境预报、预报可能的生化武器释放环境以提高国防安全等方面具有重大意义。
因此国际民航组织、世界气象组织、各国航空航天研究机构正积极开展有关风场探测系统的研究。
在现代军事上，大气风场围的风场数据可以提高导弹命中率；航空母舰上，机群的安全升空和着落都依赖周围大气风场的精确测量。
2.大气风场测量的主要手段目前主要的大气风场测量手段有声雷达、微波雷达和激光雷达。
一、多普勒声雷达多普勒声雷达是一种测量大气对流层低层常用的遥测手段，它可以较好地测量低空由几十米开始到几百米乃至一公里范围内地风廓线，还可以用于测量折射率结构常数等湍流参数量廓线。
声雷达发射声波后，接收大气的后向散射信号，由于大气中气团是随风运动的，因此，接收的信号和发射信号的频率之间会有多普勒频移。
由于发射波长是以知的，测量到多普勒频率漂移的大小，就可以得到气团运动速度。
二、微波雷达微波风廓线雷达是目前用来测量风廓线的一种主要设备，它通过发射微波脉冲，探测大气中湍流涡漩对微波后向散射或待测大气中的云、雨、冰或其它降水粒子等运动粒子的回波信号的多普勒频移来反演大气风廓线，并由它的回波功率可以反演折射率结构常数的廓线，其波长较红外和激光长许多倍，因而受大气的影响小得多，是目前主要应用的风速测量的系统。
三、测风激光雷达测风激光雷达是以激光器为光源向大气发射激光脉冲，接收大气（气溶胶粒子和大气分子)的后向散射信号，通过分析发射激光的径向多普勒频移来反演风速的，从探测方式上可以分为相干探测激光雷达和非相干探测（直接探测）激光雷达。
3. 激光大气风场遥感的原理(1)光的多普勒效应当光源和观测者相对运动时，观测者接收到的光波频率不等于光源频率，这 就是光的多普勒效应。
光多普勒效应与声音多普勒效应本质上是不同的，声波依 赖于介质传播，而光波不依赖于任何介质传播。
Windcube激光雷达与测风塔测风结果对比
２ ０ １ １ 年 １ １ 月在 香港南 丫岛外 的一 个海 上 风 电项 目
引 言 正式 观测 。
在 风能应 用 中 ， 随着 风 电机 组 日趋大 型化 ， 传 统 测 风塔 的高度 受 到了 限制 ， 特别 在 近海风 电开发 中 ， 风 电机 组 轮毂 高度 一般 在 ８ Ｏ ～１ ０ ０ ｍ， 叶 片长 度 ５ ０
Ｃ ａ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｎ的风 电项 目进 行 了 ２年 多 的观 测 ， 将 于
步观测 试验 数据进行 了风 速 、 风向、 标 准偏差 和湍流 强度 对 比分 析 。
ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｗ ｗｗ． ｑ ｘ ｋ ｊ ． ｎ ｅ ｔ ． ｃ ｎ气 象科 技
７ ０ ｍ， 满 足其 高度 要 求 的测 风塔 建设 很 昂贵 。 因
此， 有 必要 寻求一 种 新 的方 法 替代 在 气 象 塔上 安 装
仪 器进 行风 的测量 ， 有着 较 高 垂直 分 辨 率 的激 光 雷
达就是 一个很 好 的选择 。 目前 边界 层观测 使用 的一 种为 多普勒 风廓 线 雷达 系 统 （ Ｒ ＡＳ Ｓ ） ［ １ － ３ ］ ， 其 观测 要 素为风 向、 风速 和温度 ， 观测 高度 可达 ８ ｋ ｍ， 在 近地
第４ １ 卷第 １ 期 ２ ０ １ ３年 ２月
气ห้องสมุดไป่ตู้
象
科
技
Ｖｏ１ ． ４ １． Ｎｏ ．１
Ｆｅ ｂ． ２０ １ ３
Ｍ ＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩ ＣＡＬ Ｓ ＣＩ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨ ＮＯＬｏＧＹ
Ｗｉ ｎ ｄ ｃ ｕ ｂ ｅ 激 光 雷 达 与测 风 塔测 风 结 果对 比
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Wind Analyzer-50H扫描式脉冲激光测风雷达
舒仕江;李佳
【期刊名称】《气象科技进展》
【年(卷),期】2018(8)6
【摘要】WindAnalyzer-50H激光测风雷达系统是典型的主动三维测风遥感雷达,由北京敏视达雷达有限公司自主研发,采用先进的激光技术、基于激光脉冲多普勒频移原理,根据空气中颗粒(灰尘、盐晶体、云雾水汽、污染颗粒等气溶胶)的激光后向散射回波,连续测量风速、风向、三维风廓线等信息,实时获得高时空分辨率、高精度的风场数据。
该系统性能安全稳定,最大探测距离达5 km,可有效探测机场跑道附近近地面的风场、风切变以及飞机尾涡。
【总页数】1页(P158-158)
【关键词】激光测风雷达;扫描式;最大探测距离;雷达系统;污染颗粒;风场数据;多普勒频移;时空分辨率
【作者】舒仕江;李佳
【作者单位】北京敏视达雷达有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN958.98
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