特許 6242830 風車翼の損傷検知方法及び風車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6242830

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】風車翼の損傷検知方法及び風車

(51)【国際特許分類】

   G01M 99/00 20110101AFI20171127BHJP

   F03D 17/00 20160101ALI20171127BHJP

【ＦＩ】

   G01M99/00 A

   F03D17/00

【請求項の数】15

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2015-33849(P2015-33849)

(22)【出願日】2015年2月24日

(65)【公開番号】特開2016-156674(P2016-156674A)

(43)【公開日】2016年9月1日

【審査請求日】2016年11月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】誠真ＩＰ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】井手 和成

(72)【発明者】

【氏名】田北 勝彦

(72)【発明者】

【氏名】黒岩 隆夫

(72)【発明者】

【氏名】馬場 満也

(72)【発明者】

【氏名】西野 宏

(72)【発明者】

【氏名】小▲柳▼ 拓也

【審査官】 伊藤 幸仙

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／０２４３０３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１０／１２２６５８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−０４５４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３０７９２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５４−１５９２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１６１２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第３０６２１３１（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／２４５２６２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｍ ９９／００

Ｇ０１Ｈ １／００ − １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１枚の風車翼を備える風車ロータにおける前記風車翼の損傷検知方法であって、
前記風車翼の各々に取り付けられ、且つ、長手方向において屈折率が周期的に変化する回折格子部を有する光ファイバセンサに光を入射する光入射ステップと、
前記回折格子部からの反射光を検出する光検出ステップと、
前記光検出ステップで検出した前記反射光の波長の風車翼の回転に伴う周期的な経時変化から該経時変化における前記波長の時間的な変動成分を示す波長変動指標を取得する取得ステップと、
前記取得ステップで算出された前記波長変動指標に基づいて、風車翼の損傷の有無を検知する検知ステップと、を備えることを特徴とする風車翼の損傷検知方法。

【請求項2】

前記取得ステップでは、前記経時変化における前記波長の極大値と前記波長の極小値との差を前記波長変動指標として算出することを特徴とする請求項１に記載の風車翼の損傷検知方法。

【請求項3】

前記取得ステップでは、前記風車ロータの回転周期に対応して繰り返して交互に現れる前記極大値と前記極小値との差を前記波長変動指標として算出することを特徴とする請求項２に記載の風車翼の損傷検知方法。

【請求項4】

前記取得ステップでは、前記風車ロータの回転周期をＴとしたとき、前記極大値または前記極小値である第１極値が現れた時点から期間ｔ（但し、０．１Ｔ≦ｔ≦０．５Ｔ）が終了するまでは、前記第１極値の次の第２極値の認定を行わないことを特徴とする請求項２又は３に記載の損傷検知方法。

【請求項5】

前記取得ステップでは、規定長さの期間における前記波長の標準偏差を前記波長変動指標として算出することを特徴とする請求項１に記載の風車翼の損傷検知方法。

【請求項6】

前記検知ステップでは、前記波長変動指標の大きさ又は変化率が規定範囲を逸脱したとき、前記風車翼の損傷を検知する請求項１乃至５の何れか一項に記載の風車翼の損傷検知方法。

【請求項7】

前記風車ロータの回転周期以上の長さの期間における、前記取得ステップで算出した前記波長変動指標の平均値を算出する時間平均算出ステップをさらに備え、
前記検知ステップでは、前記時間平均算出ステップで算出された前記平均値に基づいて、前記風車翼の損傷を検知することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の風車翼の損傷検知方法。

【請求項8】

前記取得ステップで算出された前記波長変動指標が有効データであるか無効データであるかを判定するデータ有効性判定ステップをさらに備え、
前記時間平均算出ステップでは、前記データ有効性判定ステップで有効データであると判定された前記波長変動指標のみを用いて前記平均値を算出することを特徴とする請求項７に記載の風車翼の損傷検知方法。

【請求項9】

前記データ有効性判定ステップでは、前記波長の値が前記光ファイバセンサの異常を示すものであるとき、又は、前記取得ステップで算出された前記波長変動指標が、前記波長の極大値と、該極大値よりも大きい前記極小値との差から得られたものであるときに、前記波長変動指標は無効データであると判定することを特徴とする請求項８に記載の風車翼の損傷検知方法。

【請求項10】

前記検知ステップにおいて、前記波長のうち、風速が風速規定範囲内であるときに取得した波長のみを用いて前記風車翼の損傷を検出する請求項１乃至９の何れか一項に記載の風車翼の損傷検知方法。

【請求項11】

前記風車ロータは複数の風車翼を備え、
前記複数の風車翼のうち１枚の検出対象風車翼の前記波長変動指標と、他の風車翼のうち１枚以上の比較対象風車翼の前記波長変動指標を反映した基準値との差分を算出する差分算出ステップをさらに備え、
前記検知ステップでは、前記差分算出ステップで算出される前記差分の経時変化に基づいて、前記検出対象風車翼の損傷を検知することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の風車翼の損傷検知方法。

【請求項12】

前記風車ロータは３枚以上の風車翼を備え、
前記風車翼の各々を前記検出対象風車翼として前記差分算出ステップを繰り返すことで、前記風車翼の各々について前記差分を算出し、
前記検知ステップでは、前記風車翼の各々についての前記差分に基づいて、損傷がある風車翼を特定する請求項１１に記載の風車翼の損傷検知方法。

【請求項13】

少なくとも１枚の風車翼を備える風車ロータと、
前記風車翼の各々に取り付けられ、且つ、長手方向において屈折率が周期的に変化する回折格子部を有する光ファイバセンサと、
前記光ファイバセンサに光を入射するための光入射部と、
前記回折格子部からの反射光を検出するための光検出部と、
前記風車翼の損傷を検知するための損傷検知部と、を備え、
前記損傷検知部は、前記光検出部で検出された前記反射光の波長の風車翼の回転に伴う周期的な経時変化から該経時変化における前記波長の時間的な変動成分を示す波長変動指標を取得し、前記波長変動指標に基づいて、風車翼の損傷の有無を検知するように構成されたことを特徴とする風車。

【請求項14】

前記損傷検知部は、前記経時変化における前記波長の極大値と前記波長の極小値との差を前記波長変動指標として算出するように構成されたことを特徴とする請求項１３に記載の風車。

【請求項15】

前記損傷検知部は、規定長さの期間における前記波長の標準偏差を前記波長変動指標として算出するように構成されたことを特徴とする請求項１３に記載の風車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は風車翼の損傷検知方法及び風車に関する。

【背景技術】

【0002】

風車翼に生じる歪に基づいて風車翼の損傷を検知することが知られている。
例えば、特許文献１には、複数の風車翼の各々に取り付けられたストレインゲージにより各風車翼の歪を検出し、この検出結果を風車翼の異常を監視する装置が記載されている。
この装置では、各翼でのストレインゲージの出力は、応力レベルに比例した電気信号に変換され、応力の変動の大きさを示す成分について、各翼間での差分が算出される。そして、算出された各翼間での差分が所定期間にわたり所定値を超えるときに、いずれかの風車翼に異常があると判定するようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭６３−１５９６７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、ストレインゲージでは、電流が流れる際の自己発熱等に起因して、時間の経過に伴い出力の平均値が変化（ドリフト）する場合がある。このため、ストレインゲージは、長期間での計測の信頼性の点において十分でない場合がある。
一方、光ファイバセンサを用いて歪を計測することも知られている。しかしながら、実際には、光ファイバセンサを用いた歪の計測において、外気温の変化に伴い計測誤差が生じる場合がある。このような計測誤差は、光ファイバセンサを用いた歪の計測に基づく損傷検知の精度に影響を及ぼす可能性がある。

【0005】

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、温度が変化する環境下においても精度の良好な風車翼の損傷検知方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る風車翼の損傷検知方法は、
少なくとも１枚の風車翼を備える風車ロータにおける前記風車翼の損傷検知方法であって、
前記風車翼の各々に取り付けられ、且つ、長手方向において屈折率が周期的に変化する回折格子部を有する光ファイバセンサに光を入射する光入射ステップと、
前記回折格子部からの反射光を検出する光検出ステップと、
前記光検出ステップで検出した前記反射光の波長の経時変化から前記波長の変動量を示す波長変動指標を取得する取得ステップと、
前記取得ステップで算出された前記波長変動指標に基づいて、風車翼の損傷の有無を検知する検知ステップと、を備える。

【0007】

回折格子部を有する光ファイバセンサでは、回折格子部からの反射光の波長は、回折格子部における歪と温度の両方の影響を受ける。すなわち、光ファイバセンサへ入射された光の初期波長と、回折格子部からの反射光の波長との差は、回折格子部に生じる歪に依存するとともに、光ファイバの温度に依存する。ここで、初期波長とは、回折格子部に荷重が働いておらず、歪みが発生していない状態での光の波長を意味する。回折格子部に生じる歪（即ち風車翼に生じる歪）ε_ｚは、次の式（Ａ）で表される。

ただし、式（Ａ）において、ｐは波長−歪換算係数、λ_ｏは反射波の波長、λ_ｉは初期波長、αは温度係数、ΔＴは光ファイバ温度と基準温度の差分（温度変化）をそれぞれ表す。すなわち、歪ε_ｚは、検出された波長λ_ｏの項を、温度ΔＴの項で補正することで算出される。
上記式（Ａ）より、異なる２つの時点ｔ_１及びｔ_２のそれぞれにおける歪ε_ｚ１及びε_ｚ２の変化量ε_ｚ１−ε_ｚ２は、下記式（Ｂ）のようになる。

ただし、初期波長λ_ｉは固定値であり、温度変化ΔＴはｔ_１とｔ_２との間の期間において実質的に不変であれば上記式（Ｂ）の右辺第２項はゼロである。例えば風車ロータの回転周期（通常はおよそ４〜７秒）のような短い期間においては、光ファイバ温度は変化しない（ΔＴ_１≒ΔＴ_２）と考えてよい。よって、この場合には下記式（Ｃ）が成立する。

式（Ｃ）により示されるように、歪の変化量は反射波の変動量（λ_ｏ１−λ_ｏ２）に依存し、光ファイバ温度又は温度変化には依存しない。例えば、季節の違い等により光ファイバセンサの周囲の外気温に差がある場合、光ファイバセンサにより計測される歪の大きさε_ｚ自体は温度の変化の影響を受け得る。例えば、外気温の差のため光ファイバ温度に差がある場合において、実際には歪量が同一であっても、温度係数αの精度や光ファイバセンサの個体差に起因して、上記式（Ａ）によるε_ｚの計算結果に差が出る可能性がある。一方、光ファイバセンサの周囲の外気温に差があったとしても、歪の変化量ε_ｚ１−ε_ｚ２は、式（Ｃ）からわかるように温度の影響を受けない。
上記（１）の方法では、波長の変動量を示す波長変動指標に基づいて風車翼の損傷の有無を検知するので、光ファイバセンサでの反射波の波長の計測値（即ち歪の計測値）に対する温度による影響を実質的に排除することができる。このため、温度が変化する環境下においても精度良好な損傷検知が可能である。

【0008】

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法において、前記取得ステップでは、前記経時変化における前記波長の極大値と前記波長の極小値との差を前記波長変動指標として算出する。
光ファイバセンサでの反射光の波長の経時変化における極大値と極小値との差は、反射光の波長が該極大値となった時刻と該極小値となった時刻との間の期間における反射光の波長の変動の大きさを示す。よって、上記（２）の方法によれば、反射光の波長の極大値と極小値との差を波長変動指標として、風車翼の損傷を検知することができる。

【0009】

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の方法において、前記取得ステップでは、前記風車ロータの回転周期に対応して繰り返して交互に現れる前記極大値と前記極小値との差を前記波長変動指標として算出する。
風車ロータの回転に伴って風車翼のアジマス角が変化すると、風車翼の高度も変化する。また、一般的に、高度が高いほうが風速は大きい。このため、風車の運転中、風車ロータの回転に伴い、風速に応じて風車翼に作用する風荷重が周期的に変化するため、風車翼の歪も周期的に変化するとともに、風車翼の歪を示す光ファイバセンサでの反射光の波長も同様に周期的に変化する。上記（３）の方法によれば、風車ロータの回転周期に対応して繰り返して交互に現れる極大値と極小値に基づいて、風車翼の損傷を検知に用いる波長変動指標をより的確に算出することができる。

【0010】

（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）の方法において、前記取得ステップでは、前記風車ロータの回転周期をＴとしたとき、前記極大値または前記極小値である第１極値が現れた時点から期間ｔ（但し、０．１Ｔ≦ｔ≦０．５Ｔ）が終了するまでは、前記第１極値の次の第２極値の認定を行わない。
風により風車翼に作用する荷重は、典型的には、風車翼が最上部に位置するときに最も大きく、風車翼が最下部に位置するときに最も小さい。このため、風車ロータの回転周期をＴとしたとき、風車ロータの回転に伴う反射波の波長の極大値および極小値は、およそＴ／２毎に現れる。しかしながら、この風車ロータの回転に伴う極大値又は極小値以外にも、例えば風速の経時的な変動等により局所的な極大値又は極小値が現れることがある。光ファイバセンサの反射光の波長の経時変化から風車ロータの回転にともなう極大値及び極小値を的確にとらえるためには、このような局所的な極値を排除できることが望ましい。
上記（４）の方法によれば、風車ロータの回転に伴う極大値及び極小値が１回ずつ現れるＴ／２の期間において、第１極値（極大値又は極小値）が現れた時点から所定の期間ｔが終了するまでは、第１極値の次の第２極値（極小値又は極大値）の認定を行わないようにしたので、期間ｔにおいて発生する局所的な極大値又は極小値を排除して波長変動指標をより的確に算出することができる。

【0011】

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法において、前記取得ステップでは、規定長さの期間における前記波長の標準偏差を前記波長変動指標として算出する。
光ファイバセンサでの反射光の波長の規定長さの期間における標準偏差は、該期間における反射光の波長のばらつきの大きさ、すなわち変動の大きさを示す。よって、上記（５）の方法によれば、該期間における光ファイバセンサでの反射光の波長の標準偏差を波長変動指標として、風車翼の損傷を検知することができる。

【0012】

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）の何れかの方法において、前記検知ステップでは、前記波長変動指標の大きさ又は変化率が規定範囲を逸脱したとき、前記風車翼の損傷を検知する。
波長の変動量を示す波長変動指標の大きさや変化率は、歪の大きさやその変化率に応じて変化する。また、歪の大きさはやその変化率は、風車翼に発生した損傷の進行の程度により変化する。よって、上記（６）の方法のように、波長変動指標の大きさ又は変化率の規定範囲を予め設定しておくことで、風車翼の損傷を検知することができる。

【0013】

（７）幾つかの実施形態では、上記（２）〜（６）の何れかの方法において、前記風車ロータの回転周期以上の長さの期間における、前記取得ステップで算出した前記波長変動指標の平均値を算出する時間平均算出ステップをさらに備え、
前記検知ステップでは、前記時間平均算出ステップで算出された前記平均値に基づいて、前記風車翼の損傷を検知する。
上記（７）の方法では、風車ロータの回転周期以上所定の期間における波長変動指標の平均値を用いる。このため、該期間よりも短い期間において、例えば突風などに起因して突発的に歪が増大する等して波長変動指標が急激に増大しても、平均化した波長変動指標を用いるため、より的確に風車翼の損傷を検知することができる。

【0014】

（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の方法において、
前記取得ステップで算出された前記波長変動指標が有効データであるか無効データであるかを判定するデータ有効性判定ステップをさらに備え、
前記時間平均算出ステップでは、前記データ有効性判定ステップで有効データであると判定された前記波長変動指標のみを用いて前記平均値を算出する。
上記（８）の方法では、波長変動指標として適した有効データであると判定された波長変動指標のみを用いて平均値を算出するので、より的確に風車翼の損傷を検知することができる。

【0015】

（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の方法において、前記データ有効性判定ステップでは、前記波長の値が前記光ファイバセンサの異常を示すものであるとき、又は、前記取得ステップで算出された前記波長変動指標が、前記波長の極大値と、該極大値よりも大きい前記極小値との差から得られたものであるときに、前記波長変動指標は無効データであると判定する。
ここで、波長変動指標の算定に用いられる波長の極大値は、波長変動指標の算定に用いられる波長の極小値よりも大きいのが通常である。ところが、風車翼のピッチ制御や急激な風速変化の影響により、前記極小値が前記極大値よりも大きくなってしまうケースが起こり得る。
上記（９）の方法では、波長変動指標の算出対象である波長の値が前記光ファイバセンサの異常を示すものであるとき、又は、前記極小値が前記極大値よりも大きくなってしまうケース（すなわち、波長変動指標の算出が正常に行われなかったとき）では、これらの波長変動指標を無効データであると判定する。よって、正常に算出された有効データである波長変動指標のみを用いて平均値を算出するので、より的確に風車翼の損傷を検知することができる。

【0016】

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（９）の何れかの方法において、前記検知ステップにおいて、前記波長のうち、風速が風速規定範囲内であるときに取得した波長のみを用いて前記風車翼の損傷を検出する。
風車翼に加わる荷重は風速に依存するから、光検出ステップで検出される反射光の波長及び取得ステップで取得される波長変動指標は、反射光の波長を検出するときの風速に応じて値がばらつく。上記（１０）の方法では、風速が風速規定範囲内であるときに検出した反射光の波長及び該波長に基づく波長変動指標のみを用いて風車翼の損傷を検出するので、風速に対する反射光の波長及び波長変動指標のばらつきの影響を低減することができ、風車翼の損傷検知をより的確に行うことができる。

【0017】

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（１０）の何れかの方法において、
前記風車ロータは複数の風車翼を備え、
前記複数の風車翼のうち１枚の検出対象風車翼の前記波長変動指標と、他の風車翼のうち１枚以上の比較対象風車翼の前記波長変動指標を反映した基準値との差分を算出する差分算出ステップをさらに備え、
前記検知ステップでは、前記差分算出ステップで算出される前記差分の経時変化に基づいて、前記検出対象風車翼の損傷を検知する。
上記（１１）の方法によれば、複数の風車翼のうち１枚の検出対象風車翼の波長変動指標と、他の風車翼のうち１枚以上の比較対象風車翼の波長変動指標を反映した基準値との差分を風車翼の損傷の検知に用いるので、風速の変化等の運転状態による損傷検知に対する影響を排除することができる。このため、風車翼の損傷による異常をより的確に検知することが可能となる。

【0018】

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１２）の方法において、
前記風車ロータは３枚以上の風車翼を備え、
前記風車翼の各々を前記検出対象風車翼として前記差分算出ステップを繰り返すことで、前記風車翼の各々について前記差分を算出し、
前記検知ステップでは、前記風車翼の各々についての前記差分に基づいて、損傷がある風車翼を特定する。
複数の風車翼のうち何れかの風車翼に損傷が生じると、その風車翼が検出対象風車翼であるか否かによって、前記差分の大きさ又は変化率が影響を受ける。したがって、上記（１２）の方法のように、各風車翼を検出対象風車翼として繰り返し算出した各風車翼についての前記差分の大きさ又は前記差分の変化率から、損傷がある風車翼を特定することができる。

【0019】

（１３）本発明の少なくとも一実施形態に係る風車は、
少なくとも１枚の風車翼を備える風車ロータと、
前記風車翼の各々に取り付けられ、且つ、長手方向において屈折率が周期的に変化する回折格子部を有する光ファイバセンサと、
前記光ファイバセンサに光を入射するための光入射部と、
前記回折格子部からの反射光を検出するための光検出部と、
前記風車翼の損傷を検知するための損傷検知部と、を備え、
前記損傷検知部は、前記光検出部で検出された前記反射光の波長の経時変化から前記波長の変動量を示す波長変動指標を取得し、前記波長変動指標に基づいて、風車翼の損傷の有無を検知するように構成される。

【0020】

回折格子部を有する光ファイバセンサでは、回折格子部からの反射光の波長は、回折格子部における歪と温度の両方の影響を受ける。すなわち、光ファイバセンサへ入射された光の初期波長と、回折格子部からの反射光の波長との差は、回折格子部に生じる歪に依存するとともに、光ファイバの温度に依存する。回折格子部に生じる歪（即ち風車翼に生じる歪）ε_ｚは、上記式（Ａ）で表される。
また、上記式（Ａ）より、異なる２つの時点ｔ_１及びｔ_２のそれぞれにおける歪ε_ｚ１及びε_ｚ２の変化量ε_ｚ１−ε_ｚ２は、上記式（Ｂ）のようになる。温度変化ΔＴはｔ_１とｔ_２との間の期間において実質的に不変であれば上記式（Ｂ）の右辺第２項はゼロである。よって、この場合には上記式（Ｃ）が成立する。
式（Ｃ）により示されるように、歪の変化量は反射波の変動量（λ_ｏ１−λ_ｏ２）に依存し、光ファイバ温度又は温度変化には依存しない。
上記（１３）の構成では、波長の変動量を示す波長変動指標に基づいて風車翼の損傷の有無を検知するので、光ファイバセンサでの反射波の波長の計測値（即ち歪の計測値）に対する温度による影響を実質的に排除することができる。このため、温度が変化する環境下においても精度良好な損傷検知が可能である。

【0021】

（１４）幾つかの実施形態では、上記（１３）の構成において、前記損傷検知部は、前記経時変化における前記波長の極大値と前記波長の極小値との差を前記波長変動指標として算出するように構成される。
光ファイバセンサでの反射光の波長の経時変化における極大値と極小値との差は、反射光の波長が該極大値となった時刻と該極小値となった時刻との間の期間における反射光の波長の変動の大きさを示す。よって、上記（１４）の構成によれば、反射光の波長の極大値と極小値との差を波長変動指標として、風車翼の損傷を検知することができる。

【0022】

（１５）幾つかの実施形態では、上記（１３）の構成において、前記損傷検知部は、規定長さの期間における前記波長の標準偏差を前記波長変動指標として算出するように構成される。
光ファイバセンサでの反射光の波長の規定長さの期間における標準偏差は、該期間における反射光の波長のばらつきの大きさ、すなわち変動の大きさを示す。よって、上記（１５）の構成によれば、該期間における光ファイバセンサでの反射光の波長の標準偏差を波長変動指標として、風車翼の損傷を検知することができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明の少なくとも一実施形態によれば、温度が変化する環境下においても精度の良好な風車翼の損傷検知方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】一実施形態に係る風車の全体構成を示す概略図である。

【図2】一実施形態に係る風車翼の翼根部における、風車翼の長手方向に直交する断面を示す模式図である。

【図3】一実施形態に係る風車翼の損傷検知方法を示すフローチャートである。

【図4】一実施形態に係る風車翼の損傷検知方法における回折格子部からの反射光の波長の経時変化の一例を示すグラフである。

【図5】一実施形態に係る風車翼の損傷検知方法における波長変動指標の経時変化を示すグラフである。

【図6】一実施形態に係る風車翼の損傷検知方法を示すフローチャートである。

【図7】一実施形態に係る風車翼の損傷検知方法における波長変動指標の経時変化を示すグラフである。

【図8】一実施形態に係る風車翼の損傷検知方法における波長変動指標の経時変化を示すグラフである。

【図9】風車翼のアジマス角を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

【0026】

まず、一実施形態において損傷検知の対象とする風車翼を備える風車の構成について説明する。図１は、一実施形態に係る風車の全体構成を示す概略図である。同図に示すように、風車１は、少なくとも１枚の風車翼３と、風車翼３が取り付けられるハブ２とを備える風車ロータ５を備える。風車ロータ５は、タワー６の上部に設けられ、タワー６に支持されるナセル４に回転自在に支持されており、風車翼３が風を受けると風車翼３を含む風車ロータ５が回転するようになっている。

【0027】

幾つかの実施形態では、風車１は風力発電装置の一部であってもよい。この場合、ナセル４には、発電機（不図示）と、風車ロータ５の回転を発電機に伝達するための動力伝達機構（不図示）とが収容されていてもよい。風力発電装置は、風車ロータ５から動力伝達機構を介して発電機に伝達された回転エネルギーが、発電機によって電気エネルギーに変換されるように構成される。

【0028】

図２は、一実施形態に係る風車翼の翼根部における、風車翼の長手方向に直交する断面を示す模式図である。
図１及び図２に示すように、風車１は、風車翼３の各々の翼根部３ａに取り付けられた光ファイバセンサ１２（１２Ａ〜１２Ｄ）と、光入射部１７及び光検出部１８を含む光源・信号処理ユニット１０と、損傷検知部１００と、を備える。

【0029】

光ファイバセンサ１２は、長手方向において屈折率が周期的に変化する回折格子部を有する。
広帯域のスペクトルをもった光が光ファイバセンサ１２に入射すると、屈折率が周期的に変化する回折格子部での反射は、格子間隔（グレーティング周期）に依存した特定の波長に対してのみ、互いに強めあう方向に干渉する。これによって光ファイバセンサ１２は、構成の特定の波長成分のみを反射し、それ以外の波長を透過させる。
光ファイバセンサ１２に加わる歪や周囲の温度が変化すると、回折格子部の屈折率や格子間隔が変化し、この変化に応じて反射光の波長が変化する。反射光の波長λ_ｏは、近似的に次の式（Ａ’）で表される。

ただし、式（Ａ’）において、ε_ｚは光ファイバの歪、λ_ｏは反射波の波長、λ_ｉは初期波長、αは温度係数、ΔＴは光ファイバ温度と基準温度の差分（温度変化）、ｐは波長−歪換算係数、をそれぞれ表す。なお、温度係数αは、熱膨張係数α_Λと熱−光係数α_ｎとの和である（α＝α_Λ＋α_ｎ）。α_Λは温度による格子間隔の変化を示し、α_ｎは温度による屈折率の変化を示す。
このように、光ファイバセンサ１２における反射光の波長λ_ｏと初期波長λ_ｉとの差分は、光ファイバセンサ１２の歪ε_ｚや温度ΔＴの影響を受ける。よって、初期波長λ_ｉが既定値であれば、反射光の波長λ_ｏを計測することで、光ファイバセンサ１２に生じる歪や光ファイバの温度を検出することができる。
一実施形態では、光ファイバセンサ１２は、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）センサである。

【0030】

各風車翼３の翼根部３ａには、４つの光ファイバセンサ１２Ａ〜１２Ｄが取り付けられる。図２に示すように、風車翼３の翼根部３ａは断面が略円形状になっており、光ファイバセンサ１２Ａ〜１２Ｄは、翼根部３ａの壁面に９０°ずつ離れて張り付けられる。なお、本実施形態では、４つの光ファイバセンサ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ及び１２Ｄは、この順に、それぞれ風車翼３の腹側（ＨＰ側）２１、後縁側２４、背側（ＬＰ側）２２、及び前縁側２３において翼根部３ａの壁面に貼付けられている。翼根部３ａに歪が生じると、各光ファイバセンサ１２Ａ〜１２Ｄには、各取り付けられた箇所の歪に応じた歪が生じるようになっている。
また、これら４つの光ファイバセンサ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ及び１２Ｄは、光ファイバケーブル１６によってこの順に直列に接続されている。光ファイバケーブル１６の両端部にはコネクタ（１３，１５）が設けられ、光ファイバセンサ１２Ａ〜１２Ｄと光源・信号処理ユニット１０とを接続するための光ファイバケーブル１４と、光ファイバセンサ１２Ａ〜１２Ｄを直列に接続する光ファイバケーブル１６とが、コネクタ１３又はコネクタ１５を介して接続される。
なお、図２に示す実施形態では、１本の風車翼３に対して４つの光ファイバセンサ１２Ａ〜１２Ｄが取り付けられているが、他の実施形態では、各風車翼３に対して、少なくとも１つの光ファイバセンサ１２が取り付けられていればよい。一実施形態では、少なくとも風車翼３の腹側２１（図２において光ファイバセンサ１２Ａが取り付けられている箇所）に光ファイバセンサ１２が取り付けられる。また、一実施形態では、少なくとも風車翼３の腹側２１及び背側２２（図２において光ファイバセンサ１２Ｃが取り付けられている箇所）のそれぞれに光ファイバセンサ１２が取り付けられる。
また、上述においては、風車翼３の翼根部３ａに光ファイバセンサ１２が取り付けられた例について説明したが、風車翼３において光ファイバセンサ１２が取り付けられる位置は翼根部３ａに限定されない。例えば、光ファイバセンサ１２は、風車翼３の先端部３ｂ（図１参照）に取り付けられてもよい。また、複数の光ファイバセンサ１２が、風車翼３の腹側（ＨＰ側）、後縁側、背側（ＬＰ側）、及び前縁側のそれぞれにおいて先端部３ｂの壁面に貼付けられてもよい。
また、風車翼３の翼根部３ａと先端部３ｂの各々に、光ファイバセンサ１２が取り付けられてもよい。

【0031】

光入射部１７及び光検出部１８を含む光源・信号処理ユニット１０は、一実施形態ではハブ２の内部に設置される。
光入射部１７は、光ファイバセンサ１２Ａ〜１２Ｄに光を入射するように構成される。光入射部１７は、例えば、広帯域のスペクトルをもつ光を発光可能な光源を有する。
また、光検出部１８は、光ファイバセンサ１２Ａ〜１２Ｄの各々の回折格子部からの反射光を検出するように構成される。

【0032】

光入射部１７から発光された広帯域の光は、光ファイバケーブル（１４，１６）を伝播し、各光ファイバセンサ１２Ａ〜１２Ｄへ入射される。各光ファイバセンサ１２Ａ〜１２Ｄにおいては、入射された光のうち、各回折格子部の歪及び温度に応じた特定の波長を有する光のみが該回折格子部にて反射される。回折格子部で反射された反射光は、光ファイバケーブル（１６，１４）を伝播し、光検出部１８で検出されるようになっている。
なお、光ファイバセンサ１２Ａ〜１２Ｄは直列に接続されており、光入射部１７から各光ファイバセンサ１２Ａ〜１２Ｄまでの距離、及び、光ファイバセンサ１２Ａ〜１２Ｄから光検出部１８までの距離が互いに異なる。このため、光検出部１８では、光入射部１７により光が発されてから、各光ファイバセンサ１２Ａ〜１２Ｄからの反射光が光検出部１８により検出されるまでに経過した時間により、検出された各反射光が何れの光ファイバセンサ１２によるものであるかを判断することができる。

【0033】

風車１は、風車翼３の損傷を検知するための損傷検知部１００をさらに備える。損傷検知部１００は、光検出部１８で検出された反射光の波長の経時変化から該波長の変動量を示す波長変動指標を取得し、該波長変動指標に基づいて、風車翼の損傷の有無を検知するように構成される。すなわち、損傷検知部１００は、詳しくは以下に説明する損傷検知方法に従って、風車翼３の損傷を検知するように構成される。
なお、風車翼３の損傷とは、例えば、風車翼３に生じるクラック等のことをいう。風車翼３においてクラック等を含む損傷が発生及び進行すると、風車翼３の折損などの事故が起きる可能性がある。そこで、風車翼３の損傷検知を適切に行うことにより、例えば風車翼３のメンテナンスを行う時期を適切に判断することができ、風車１の運転を安全に行うことができる。

【0034】

次に、上述において説明した構成を有する風車１の備える風車翼３の損傷検知方法について説明する。
図３は、一実施形態に係る風車翼の損傷検知方法を示すフローチャートである。図３のフローチャートに示す風車翼３の損傷検知方法では、まず、風車翼３の各々に取り付けられた光ファイバセンサ１２Ａ〜１２Ｄに光を入射し（Ｓ２：光入射ステップ）、光ファイバセンサ１２Ａ〜１２Ｄの回折格子部にて反射された反射光を検出する（Ｓ４：光検出ステップ）。次に、光検出ステップ（Ｓ４）で検出した反射光の波長の経時変化から、反射光の波長の変動量を示す波長変動指標を取得する（Ｓ６：取得ステップ）。そして、取得ステップ（Ｓ６）で算出された波長変動指標に基づいて、風車翼３の損傷の有無を検知する（Ｓ１２：検知ステップ）。
幾つかの実施形態では、取得ステップ（Ｓ６）で算出された波長変動指標の時間平均を算出し（Ｓ１０：時間平均算出ステップ）、検知ステップ（Ｓ１２）では、時間平均ステップ（Ｓ１０）で算出された平均値に基づいて風車翼３の損傷の有無を検知してもよい。
また、幾つかの実施形態に係る風車翼３の損傷検知方法では、取得ステップ（Ｓ６）で算出された波長変動指標の有効性を判定し、（Ｓ８：データ有効性判定ステップ）、時間平均算出ステップ（Ｓ１０）では、データ有効性判定ステップ（Ｓ８）で有効であると判定された波長変動指標のみを用いて、波長変動指標の平均値を算出してもよい。
これらのステップＳ２〜Ｓ１２について、以下に説明する。

【0035】

図４は、一実施形態に係る風車翼の損傷検知方法における回折格子部からの反射光の波長の経時変化の一例を示すグラフである。光ファイバセンサ１２Ａ〜１２Ｄの回折格子部にて反射された反射光（本明細書において単に「反射光」とも称する）を検出する光検出ステップ（Ｓ４）では、例えば図４に示す反射光の波長の経時変化が得られる。なお、図４において、λ_Ｔｎは反射光の波長の極大値を示し、λ_Ｂｎは反射光の波長の極小値を示す。また、Ａ_ｎは、隣合う極大値と極小値の差分を示す。
図４のグラフに見られるように、反射光の波長は、極大値λ_Ｔｎと極小値λ_Ｂｎを繰り返しながら時間の変化とともに変化する。典型的には、極大値λ_Ｔｎと極小値λ_Ｂｎは、風車ロータ５の回転周期に対応して繰り返して交互に現れる。これは、主に以下の理由による。
風車ロータ５の回転に伴って風車翼３のアジマス角が変化すると、風車翼３の高度も変化する。また、一般的に、高度が高いほうが風速は大きい。このため、風車１の運転中、風車ロータ５の回転に伴い、風速に応じて風車翼３に作用する風荷重が周期的に変化するため、風車翼３の歪も周期的に変化するとともに、風車翼３の歪を示す光ファイバセンサでの反射光の波長も同様に周期的に変化する。よって、上述のように、極大値λ_Ｔｎと極小値λ_Ｂｎは、風車ロータ５の回転周期に対応して繰り返して交互に現れる。また、風車ロータ５の回転周期をＴとしたとき、風車ロータ５の回転に伴う反射波の波長の極大値λ_Ｔｎおよび極小値λ_Ｂｎは、およそＴ／２毎に現れる。
すなわち、通常は、風車翼３が最上部に位置するときに風車翼３に作用する風荷重が最も大きくなるため、このときに反射光の波長が極大値λ_Ｔｎとなる。また、通常は、風車翼３が最下部に位置するときに風車翼３に作用する風荷重が最も小さくなるため、このときに反射光の波長が極小値λ_Ｂｎとなる。

【0036】

なお、アジマス角とは、図９に示すように、風車翼３の回転面において、所定の基準と風車翼３の軸線とのなす角をいい、本明細書においては、風車翼３が最上部に位置したときを基準とする。この場合、風車翼３が風車１の最上部に位置したときのアジマス角は０度、最下部に位置したときのアジマス角は１８０度である。なお、図９は風車翼のアジマス角を説明するための図である。

【0037】

一実施形態では取得ステップ（Ｓ６）において、反射波の経時変化において隣り合う極大値と極小値の差を波長変動指標として算出する。
図４において、Ａ_ｎは極大値と極小値の差を示す。例えば、Ａ_１は、極大値λ_Ｔ１と極小値λ_Ｂ１との差分｜λ_Ｔ１−λ_Ｂ１｜であり、Ａ_２は、極大値λ_Ｔ２と極小値λ_Ｂ１との差分｜λ_Ｔ２−λ_Ｂ１｜である。Ａ_３以降についても同様に算出できる。
このようにして得られる極大値と極小値との差Ａ_ｎは、反射光の波長が極大値となった時刻と極小値となった時刻との間の期間における反射光の波長の変動の大きさを示す。波長の変動量を示す波長変動指標Ａ_ｎに基づいて風車翼の損傷の有無を検知することで、光ファイバセンサでの反射波の波長の計測値（即ち歪の計測値）に対する温度による影響を実質的に排除することができる。このため、温度が変化する環境下においても精度良好な損傷検知が可能である。

【0038】

ところで、反射波の経時変化においては、風車ロータ５の回転に伴う極大値λ_Ｔｎ又は極小値λ_Ｂｎ以外にも、例えば風速の経時的な変動等により局所的な極大値又は極小値が現れることがある。よって、光ファイバセンサ１２Ａ〜１２Ｄによる反射光の波長の経時変化から風車ロータ５の回転にともなう極大値λ_Ｔｎ及び極小値λ_Ｂｎを的確にとらえるためには、このような局所的な極値を排除できることが望ましい。
そこで、取得ステップ（Ｓ６）では、風車ロータ５の回転周期をＴとしたとき、反射波の経時変化における極大値または極小値である第１極値（例えばλ_Ｔ１）が現れた時点ｔ_０から期間ｔ（但し、０．１Ｔ≦ｔ≦０．５Ｔ）が終了するまでは、第１極値（λ_Ｔ１）の次の第２極値の認定を行わないようにしてもよい。
このように、風車ロータ５の回転に伴う極大値λ_Ｔｎ及び極小値λ_Ｂｎが１回ずつ現れるＴ／２の期間において、第１極値（極大値又は極小値）が現れた時点ｔ_０から所定の期間ｔ（但し、０．１Ｔ≦ｔ≦０．５Ｔ）が終了するまでは、第１極値の次の第２極値（極小値又は極大値）の認定を行わないようにすることで、期間ｔにおいて発生する局所的な極大値又は極小値を排除して波長変動指標をより的確に算出することができる。

【0039】

一実施形態における取得ステップ（Ｓ６）では、規定長さの期間Ｔ_ＳＤにおける反射光の波長の標準偏差を波長変動指標として算出する。期間Ｔ_ＳＤにおける反射光の波長の標準偏差σは、以下の式（Ｄ）により算出できる。

ただし、上記式（Ｄ）において、λ_ｏは反射光の波長であり、Ｎは期間Ｔ_ＳＤにおけるλ_ｏのデータ数であり、ｍは下記式（Ｅ）で表される期間Ｔ_ＳＤにおけるλ_ｏの平均である。

【0040】

光ファイバセンサ１２での反射光の波長の規定長さの期間Ｔ_ＳＤにおける標準偏差σは、該期間Ｔ_ＳＤにおける反射光の波長のばらつきの大きさ、すなわち変動の大きさを示す。よって、該期間Ｔ_ＳＤにおける光ファイバセンサ１２での反射光の波長の標準偏差σを波長変動指標として、風車翼３の損傷を検知することができる。
なお、標準偏差σを算出するための規定の期間Ｔ_ＳＤは特に限定されない。

【0041】

データ有効性判定ステップ（Ｓ８）では、取得ステップ（Ｓ６）で算出された波長変動指標が有効データであるか無効データであるかを判定する。
このデータ有効性ステップ（Ｓ８）で波長変動指標として適した有効データであると判定された波長変動指標のみをもちいて、以下に説明する時間平均算出ステップ（Ｓ１０）で波長変動指標の平均値を算出することで、より的確に風車翼３の損傷を検知することができる。

【0042】

データ有効性判定ステップ（Ｓ８）においては、例えば、光ファイバセンサの異常を示す反射光の波長値を用いて算出された波長変動指標を無効データとして判定してもよい。あるいは、反射光の波長の極大値と、該極大値よりも大きい極小値との差から得られた波長変動指標（即ち、正常に算出されなかった波長変動指標）を無効データとして判定してもよい。
また、無効データと判定されなかった波長変動指標を有効データとして判定してもよい。
正常に算出された有効データとして判定された波長変動指標のみを用いて時間平均算出ステップ（Ｓ１０）において平均値を算出することで、より的確に風車翼３の損傷を検知することができる。

【0043】

なお、光ファイバセンサの異常を示す反射光の波長値を用いて算出された波長変動指標とは、例えば、光検出部１８にて検出された反射光の波長データが、光ファイバケーブル１４の障害等によって所定時間以上更新されない場合（波長固着が生じた場合）に算出された波長変動指標が挙げられる。また、他の例としては、光検出部１８によって検出された反射光の波長値が、光検出部１８によって本来計測可能な波長範囲を逸脱している場合等に算出された波長変動指標が挙げられる。

【0044】

時間平均算出ステップ（Ｓ１０）では、風車ロータ５の回転周期Ｔ以上の長さの期間Ｔ_ＡＶＥにおける、取得ステップ（Ｓ６）で算出した波長変動指標の平均値を算出する。
風車翼３の損傷を評価するためには、通常、週単位〜月単位等の長期にわたる風車翼３の監視が必要となる。そこで、目的に応じた適切な長さの期間Ｔ_ＡＶＥにおける波長変動指標の平均値を算出することで、風車翼３の損傷検知を的確に行うことができる。
波長変動指標の平均値を算出するための期間Ｔ_ＡＶＥは特に限定されないが、例えば１０分としてもよい。

【0045】

時間平均算出ステップ（Ｓ１０）では、データ有効性判定ステップ（Ｓ８）において有効データであると判定された波長変動指標のみを用いて平均値を算出してもよい。

【0046】

検知ステップ（Ｓ１２）では、取得ステップ（Ｓ８）で算出された波長変動指標に基づいて風車翼３の損傷の有無を検知する。波長の変動量を示す波長変動指標に基づいて風車翼３の損傷の有無を検知することで、光ファイバセンサ１２Ａ〜１２Ｄでの反射波の波長の計測値（即ち歪の計測値）に対する温度による影響を実質的に排除することができる。このため、温度が変化する環境下においても精度良好な損傷検知が可能である。

【0047】

検知ステップ（Ｓ１２）では、波長変動指標の大きさ又は変化率が規定範囲を逸脱したとき、風車翼３の損傷を検知するようにしてもよい。

【0048】

また、検知ステップ（１２）では、反射光の波長のうち、風速が風速規定範囲内であるときに取得した波長のみを用いて前記風車翼の損傷を検出するようにしてもよい。
風速が風速規定範囲内であるときに検出した反射光の波長及び該波長に基づく波長変動指標のみを用いて風車翼３の損傷を検出することで、風速に対する反射光の波長及び波長変動指標のばらつきの影響を低減することができ、風車翼の損傷検知をより的確に行うことができる。
一実施形態において、風速規定範囲は、１０〜１３ｍ／ｓであってもよい。

【0049】

図５は、一実施形態に係る風車翼３の損傷検知方法における波長変動指標の経時変化を示すグラフである。
具体的には、３本の風車翼３を備える風車１において、各風車翼３の腹側（ＨＰ側）２１及び背側（ＬＰ側）２２に取り付けた光ファイバセンサ（１２Ａ，１２Ｃ）を用いて、図３に示すＳ２〜Ｓ１２の各ステップを行ったものである。ここで、取得ステップ（Ｓ６）では、所定期間における反射光の波長の標準偏差を波長変動指標として算出し、時間平均算出ステップ（Ｓ１０）では該波長変動指標（反射光の波長の標準偏差）の１時間における平均値を算出している。
図５に示すグラフは、第１翼〜第３翼からなる３枚の風車翼３の腹側（ＨＰ側）２１及び背側（ＬＰ側）２２に取り付けられた光ファイバセンサにより得られた反射光の波長について、時間平均算出ステップ（Ｓ１０）で算出された１時間毎の波長変動指標（反射光の波長の標準偏差）の平均値を、横軸を時間としてプロットしたものである。図５中のＨＰｎ及びＬＰｎ（但しｎは１〜３の整数）は、それぞれ、第ｎ翼の腹側（ＨＰ側）２１及び背側（ＬＰ側）２２に取り付けられた光ファイバセンサによる反射光の波長についての標準偏差であることを示す。
なお、図５、図７及び図８のグラフの横軸は時間を示す軸であり、日、月、または年等の特定の単位を示すものではないが、本明細書においては、グラフの説明において用いるための時間の単位を、便宜的に「単位時間」として表記する。

【0050】

図５からわかるように、第１５単位時間以降、第２翼の腹側についての波長変動指標（ＬＰ２）の標準偏差が、他の波長変動指標に比べて急激に低下していることがわかる。
このことから、例えば、検知ステップ（Ｓ１２）において、波長変動指標の標準偏差が０．１を下回った時に、その風車翼３に損傷が発生しているように判定するように予め閾値を設定しておけば、第１８単位時間の時点で、第２翼に損傷が発生していると判断することができる。

【0051】

図６は、一実施形態に係る風車翼の損傷検知方法を示すフローチャートである。図６のフローチャートに係る風車翼３の損傷検知方法は、複数の風車翼３を備える風車１を対象とするものである。
この損傷検知方法では、上述において説明した取得ステップ（Ｓ６）で波長変動指標を取得し、データ有効性判定ステップ（Ｓ８）を経て時間平均算出ステップ（Ｓ１０）で波長変動指標を算出した後、差分算出ステップ（Ｓ１４）にて波長変動指標の翼間における差分を算出し、検知ステップ（Ｓ１６）では、差分算出ステップ（Ｓ１４）で算出した差分に基づいて、風車翼３の損傷を検知する。

【0052】

一実施形態に係る差分算出ステップ（Ｓ１４）では、３枚の風車翼３のうち１枚の検出対象風車翼の波長変動指標（又はその時間平均値）と、他の風車翼のうち１枚の比較対象風車翼の波長変動指標（又はその時間平均値）を反映した基準値との差分を算出する。
上記基準値としては、例えば、他の風車翼３のうち１枚の比較対象風車翼の波長変動指標（又はその時間平均値）を用いることができる。また、上記基準値として、他の風車翼３のうち２枚以上の比較対象風車翼の波長変動指標（又はその時間平均値）の閉起因値や、他の風車翼３のうち２枚以上の比較対象風車翼と、一枚の検出対象風車翼の波長変動指標（又はその時間平均値）の平均値を用いることもできる。

【0053】

例えば、差分算出ステップ（Ｓ１４）では、第１翼〜第３翼からなる３枚の風車翼３を備える風車１において、第１翼を検出対象風車翼として、その波長変動指標Ｉ_１を算出するとともに、他の風車翼である第２翼を比較対象風車翼として、その波長変動指標Ｉ_２を算出する。そして、これらの波長変動指標の差分としてＩ_１−Ｉ_２を算出する。同様に、第２翼を検出対象風車翼とし、第３翼を比較対象風車翼として波長変動指標の差分Ｉ_２−Ｉ_３を算出し、また、第３翼を検出対象風車翼とし、第１翼を比較対象風車翼として波長変動指標の差分Ｉ_３−Ｉ_１を算出する。そして、検知ステップ（Ｓ１６）では、上述のようにして差分算出ステップ（Ｓ１４）で算出した波長変動指標の差分Ｉ_１−Ｉ_２、Ｉ_２−Ｉ_３、及びＩ_３−Ｉ_１に基づいて、風車翼３の損傷を検出するとともに、損傷がある風車翼３を特定する。

【0054】

上述した差分算出ステップ（Ｓ１４）にて得られた複数の風車翼３同士での波長変動指標の差分の経時変化の一例を表すグラフを図７及び図８に示す。図７及び図８は、一実施形態に係る風車翼の損傷検知方法における波長変動指標の経時変化を示すグラフである。図７は、第１翼〜第３翼からなる３枚の風車翼３を備える風車１において、各風車翼３の腹側（ＨＰ側）２１に取り付けた光ファイバセンサ１２Ａにより得られた反射光の波長から算出された波長変動指標の時間平均値について、各翼間での差分の経時変化を示したものである。図８は、図７と同じ例において、背側（ＬＰ側）２２に取り付けた光ファイバセンサ１２Ａにより得られた反射光の波長から算出された波長変動指標の時間平均値について、各翼間での差分の経時変化を示したものである。
図７中及び図８中のＨＰｎ及びＬＰｎ（但しｎは１〜３の整数）は、それぞれ、第ｎ翼の腹側（ＨＰ側）２１及び背側（ＬＰ側）２２に取り付けられた光ファイバセンサによる反射光の波長についての波長変動指標の時間平均値であることを示す。また、例えばＨＰ１−ＨＰ２は、第１翼の腹側（ＨＰ側）２１と、第２翼の腹側（ＨＰ側）２１との間における、波長変動指標の時間平均値であることを示す。

【0055】

腹側（ＨＰ側）２１での反射光の波長データに基づいて算出された波長変動指標の差分を示す図７では、第１翼−第２翼間での差分（ＨＰ１−ＨＰ２）、第２翼−第３翼間での差分（ＨＰ２−ＨＰ３）、及び第３翼−第１翼間での差分（ＨＰ３−ＨＰ１）の何れもが、横軸の第０単位時間〜第１５単位時間及びそれ以降にわたり、一定の範囲（例えば−０．４以上０．４以下）に収まっている。
これに対し、背側（ＬＰ側）２２での反射光の波長データに基づいて算出された波長変動指標の差分を示す図８では、第２翼−第３翼間での差分（ＬＰ２−ＬＰ３）については横軸の第０単位時間〜第１５単位時間及びそれ以降にわたり、一定の範囲（例えば−０．４以上０．４以下）に収まっている。その一方で、第１翼−第２翼間での差分（ＬＰ１−ＬＰ２）、及び第３翼−第１翼間での差分（ＬＰ３−ＬＰ１）については、横軸が第１３単位時間を超えたあたりから急激にその絶対値が増加していることがわかる。このことから、第１翼−第２翼間での差分（ＬＰ１−ＬＰ２）、及び第３翼−第１翼間での差分（ＬＰ３−ＬＰ１）の２つの差分の両方に関与している第１翼において、損傷が発生及び進行しているものと特定することができる。
また、波長変動指標（又はその平均値）の差分について予め閾値を設定しておくことで、該差分の経時変化から損傷を検知し、損傷が発生した風車翼３を特定することができる。例えば、図７及び図８に示す例において、波長変動指標の平均値の差分の絶対値が０．４を超えたときに風車翼３のいずれかに損傷が発生しているものと判定するようにしてもよい。

【0056】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

【0057】

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

【符号の説明】

【0058】

１ 風車
２ ハブ
３ 風車翼
３ａ 翼根部
４ ナセル
５ 風車ロータ
６ タワー
１０ 信号処理ユニット
１２，１２Ａ〜１２Ｄ 光ファイバセンサ
１３ コネクタ
１４ 光ファイバケーブル
１５ コネクタ
１６ 光ファイバケーブル
１７ 光入射部
１８ 光検出部
２１ 腹側
２２ 背側
２３ 前縁側
２４ 後縁側
１００ 損傷検知部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】