風力發電機看起來像摩天大樓一樣高大，但卻要依靠數十個低成本微型傳感器來監測器其運行狀況，以確保高效安全地運行。從表面上來看，現代風力發電機就像是一臺 21 世紀的大風車，通過轉子葉片將風能轉換為電能，而不是像過去一樣利用風能來碾磨谷物或抽水。再深入一點，風力發電機將機械工程和電氣工程的創新結合在一起，為人們展現了一個完美的杰作。盡管風力發電機的轉子可以達到 79 米長，塔高超過 183 米，但是它的關鍵部件，比如傳感器的尺寸卻只有幾厘米。這些傳感器確保了發電機這個龐然大物在面對壓力、振動和其他危險時，仍能安全運行。

　　傳感器在風電場中的作用

　　如果沒有傳感器，風力發電機的安全性不僅會降低，而且操作成本也會提高，更無法準確的預測并解決潛在的故障，導致預期壽命可能會低于 25 年。更為重要的是，風電場需要每一臺發電機及其重要部件的精確數據，而這些數據需由連接在一起并與控制中心相連接的傳感器提供。風力發電機就是一個典型的工業物聯網例子：它們擁有從傳感器到相關網絡所需的一切組件，盡管它們通常采用的是以太網而非無線連接方式。風電場工業物聯網可以充分利用諸如風速、功率、偏航角、變速箱溫度等歷史數據來分析設備的運行趨勢。這樣，操作員就可以通過創建一個模型來預測要在什么時候檢查哪些部件。所有信息、狀態警報和其他監測結果，都可以從智能手機、平板電腦或電腦上進行查看和操作。這些傳感器為什么如此重要呢？因為它們可以隨時監視風力發電機的結構、內部敏感位置和系統組件（圖 1）。風力發電機非常復雜，通常有超過 8000 個組件。它們巨大的葉片和塔架被安裝在數千噸的鋼筋混凝土平臺上，平臺直徑達 15 到 30 米，深 6 至 10 米。

　　傳感器的關鍵作用

　　在風力發電機中，有許多種不同類型的電子和光學傳感器。一般來說，他們具有以下作用：檢測、監視和交互有關的參數信息，比如兩個相鄰組件之間距離的變化監測振動級別，如果振動幅度過大，可能會造成嚴重損壞監測溫度、壓力和機械應力的變化

　　渦流傳感器

　　渦流傳感器是風力發電機中最常見的傳感器之一，可檢測導電材料進入移動磁場時產生的電流變化。當這種情況發生時，磁場的強度可以轉化為距離的變化。在風力發電機中，渦流傳感器用于測量軸的潤滑油層間隙，以確保承受壓力的軸一直被油膜所覆蓋，保證潤滑度。由于這些傳感器可以在充滿油且具有一定壓力和溫度的環境下工作，所以它們可以在這些惡劣環境下可靠的監測油隙。如果間隙過大超過了限度，傳感器就會發出警報，這樣就可以在軸卡住時或之前進行預防性維護。這些傳感器還用于測量發電機軸承在外殼內的軸向和徑向旋轉方式，即偏差規范。在徑向上，這種情況會導致軸偏離中心旋轉（并非“真的”），并在軸向上導致軸以輕微的角度旋轉。雖然偏差是不可避免的，但軸承的磨損可能會超過可接受的程度，如果超過了限度（通常由高風荷載引起），發電機必須關閉并進行維修。顯然，實時的監測可以保證在軸承極端損壞或甚至災難性故障發生之前進行維護。最后，渦流傳感器還可用于測量由振動、風荷載或其他因素引起的旋轉效應（力矩或扭矩），這些因素會隨著時間的推移而導致結構完整性下降。它們還可用于測量離合器片的軸向、徑向或切向偏轉，以確保在大風時安全制動轉子。

　　位移傳感器

　　位移傳感器可用于監測結構的完整性。風力發電機所需的基礎平臺雖然是由大量的混凝土構成，但由于塔架高，而且發電機的轉子和機艙也非常巨大，整個結構實際上都是“頂載”的，所以必須在基座處監測系統的完整性。激光位移傳感器可以用來執行這一功能，它可以探測到由于風或波浪的反復撞擊引起的塔架輕微震動。激光位移傳感器的工作原理是將光束傳輸到距離很遠的光學接收器上，將兩者之間的偏差和位移轉化為距離。激光三角測量傳感器也被用于類似的目的，這種傳感器將傳感器、發射機和接收器組成一個三角形。由于這些設備非常精確，它們可以檢測到非常小的變化，因此可以創建趨勢數據來確定問題是否越來越嚴重以及變化速度。另一種用于精確測量位移的傳感器是電容式位移傳感器，可測量發電機定子和轉子之間的距離，這個距離被稱作發電機氣隙。它的工作原理為：相互靠近的導電表面間存在電容，并且電容的變化與表面之間的距離成正比。這種測量方式可以使傳感器工作在高溫和高電場環境下。拉繩位移傳感器是將拉繩纏繞到一個軸式傳感器上，因為拉繩可以很長，所以可以在距離被測物體很遠的地方測量距離的變化。當拉繩從線軸上拉出或縮回時，線軸發生旋轉，然后傳感器將其轉換成變化的電信號。在風力發電機中，可以通過測量風門的位置來測量氣流。圖 4 顯示了一個典型的拉繩位移傳感器。