用于結構體上的雷擊檢測系統(tǒng)、裝置和方法與流程
本發(fā)明涉及結構體的雷電檢測技術，并且更具體地涉及用于估計由于此雷電引起的結構體狀況的系統(tǒng)、裝置和方法。
背景技術：
諸如但不限于風力渦輪機、航空器、船舶結構體、通信塔或其它高的結構體的各種結構體可能會遇到由于例如雷擊造成的放電。例如，由于風力渦輪機葉片的尺寸增大，風力渦輪機葉片越來越易于遭到雷擊。而且，風力渦輪機葉片在遇到雷擊時可能會受到不利影響。結果，由于需要相對長的停機周期來檢查并進一步維修和/或更換受到影響的葉片或組件，因此這可能導致生產率降低。
過去已經提出了幾種可應用于風力渦輪機的雷電檢測系統(tǒng)。此類系統(tǒng)的基本方法是提供沿風力渦輪機的轉子葉片的長度分布的幾個磁和/或電場傳感器，并測量沿著轉子葉片的磁和/或電場強度。連接到磁和/或電場傳感器的評估單元接收其測量信號，并計算對風力渦輪機的損壞，并且具體地計算由雷擊引起的對轉子葉片的損壞。然而，基于測量的磁和/或電場強度的評估不一定能估計風力渦輪機的各組件或部分的狀況。
為了滿足上述需求，一種通用的檢測系統(tǒng)利用位于風力渦輪機的各個部分上的磁卡，其中由雷擊產生的磁場在磁卡的磁條上標記痕跡。此技術能夠讀到葉片遭受的最大雷電流。然而，該讀取過程需要中止風力渦輪機的工作來手動讀取。同樣，該技術不能以雷擊發(fā)生的順序和/或時間記錄幾次雷擊。而且，由于假設與相對低幅度的雷擊相比，高幅度的雷電流可能導致對結構造成損壞的更大可能性，所以只有具有最高幅度的最近的雷擊登記在磁卡上。例如，在幅度低于第一閾值(例如30ka)的雷電流的雷擊情況下，雷擊可能并不登記在磁卡上。相反地，在幅度高于第二閾值(比如大約50ka)的雷電流的雷擊情況下，雷擊可能登記在磁卡上。然而，在一段時間內出現(xiàn)的一系列低幅度雷擊也可能導致對結構體造成損壞的潛在風險，但即使如此也不記錄。
解決關于前述磁卡系統(tǒng)缺陷的一種嘗試可包括使用電子存儲介質來登記雷擊。然而，需要連續(xù)供電以保持存儲數(shù)據(jù)，這使其不能安裝在諸如風力渦輪機的葉片的旋轉組件上。雖然，可充電/可更換電池可提供此類存儲介質所需的電力，但需要在一段時間里連續(xù)更換電池使他們不適于很少并隔很久才進行人工干預的遠程、近海應用。
因此，需要可以解決上述列出的一個或多個問題的改進的雷電檢測系統(tǒng)。
技術實現(xiàn)要素：
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于檢測結構體上的雷擊的集成電路。該集成電路包括從入射到結構體上的多次雷擊提取雷電感應電流的處理單元。該集成電路進一步包括用于連續(xù)存儲多次雷擊中每次雷擊的雷電感應電流的一個或多個樣本的非易失性存儲器。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于結構體的雷電檢測和損壞估計系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括避雷裝置，其用于接收多次雷擊，并產生所述多次雷擊中每次雷擊的雷電感應電流。耦連到所述避雷裝置并安裝在所述結構體上的集成電路包括非易失性存儲器和損壞估計單元。非易失性存儲器被配置成連續(xù)存儲所述多次雷擊中每次雷擊的雷電感應電流的一個或多個樣本。損壞估計單元被配置成基于對來自于所述非易失性存儲器的所述多次雷擊的雷電感應電流的存儲樣本歷史進行分析來估計結構體狀況。雷電檢測系統(tǒng)進一步包括能量收集單元，其被配置成從所述雷電感應電流中收集能量，以為所述集成電路供電。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種在集成電路中用于檢測結構體上的雷擊的方法。該方法包括：從與所述集成電路耦連的避雷裝置上接收由多次雷擊中每次雷擊感應的電流；將多次雷擊中每次雷擊的雷電感應電流的一個或多個樣本連續(xù)存儲在非易失性存儲器上。所述方法進一步包括基于對來自于所述非易失性存儲器的多次雷擊的雷電感應電流的存儲樣本歷史進行分析來估計結構體狀況。
附圖說明
在參考附圖閱讀詳細描述后，可以更好地理解本發(fā)明的這些及其它特征、方法和優(yōu)點，在所有附圖中相同符號表示相同部件，在附圖中：
圖1為根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性雷電檢測系統(tǒng)的示意圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施例的在圖1中包括集成電路的示例性雷電檢測系統(tǒng)的框圖。
圖3為圖2中所用的示例性處理單元的框圖。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的實施例由圖1中雷電檢測系統(tǒng)產生的示例性雷電流波形在時域上的示意圖。
圖5為圖4中的雷電流波形在頻域上的示意圖。
圖6為根據(jù)本發(fā)明的實施例圖1和圖2的雷電檢測系統(tǒng)中所用的示例性能量收集單元的框圖。
圖7為根據(jù)本發(fā)明的實施例的雷電檢測系統(tǒng)的示例性實施例的示意圖。
圖8為表示根據(jù)本發(fā)明的實施例檢測雷電的示例性方法中包括的步驟流程圖。
附圖標記列表：
具體實施方式
如下文的詳細描述，本發(fā)明的實施例提供一種用于檢測雷擊并估計由雷擊造成的損壞的系統(tǒng)，以及一種用于檢測雷擊并估計由雷擊造成的損壞的裝置和方法。雷電是通過測量許多個雷電參數(shù)來檢測的，雷電參數(shù)諸如但不限于雷電流和由雷電流感應的磁場。所述系統(tǒng)包括傳導雷電流并基于例如電磁感應在與其耦連的抬波線圈中生成雷電感應電流的避雷裝置。拾波線圈或者電磁感應線圈將雷電感應電流引導到集成電路以用于進一步處理。所述系統(tǒng)包括損壞估計單元，其基于集成電路中處理的數(shù)據(jù)估計由于雷電造成的損壞。
在如圖1所示的本發(fā)明的示例性實施例中，描述了一種用于結構體115的雷電檢測系統(tǒng)100的示意圖。雷電檢測系統(tǒng)包括設置于結構體115上并易于受到雷擊120的雷電接受器110。結構體115的非限制性實例包括風力渦輪機、航空器、船舶結構體、高大建筑物、煙囪、天線、無線塔架、石碑設施和橋梁。為了便于理解，將參照風力渦輪機結構體115來描述本發(fā)明的實施例，但是本說明書中的教導可同樣適用于其它此類結構體。風力渦輪機115由多個旋轉或非旋轉組件構成，包括葉片150、機艙170、輪轂160和塔架180。雷擊可通過設置在葉片上并電連接到一個或多個避雷裝置125的一個或多個雷電接受器110捕獲。雷電接受器110是能夠接收并傳導擊到避雷裝置125上的雷電的元件。雷電接受器還可以形成該結構其中一部分呢用于傳導雷電流。在實施例中，雷電接受器110是空氣終止系統(tǒng)(airterminationsystem)。在一個實施例中，雷電接受器110是金屬的。避雷裝置125是一種用于將雷電流引向地以防止對風力渦輪機結構體115造成損壞的接地裝置。在示例性實施例中，避雷裝置125是雙絞線，不過也可以使用其它接地機構。當雷擊120擊中諸如結構體的150、160、170或180組件時，入射到組件(150、160、170或180)上的雷電流通過組件(150、160、170或180)的避雷裝置125傳導。
電耦連到避雷裝置125的電磁線圈或電磁拾波線圈127響應由通過避雷裝置125傳導的雷電流感應的電磁場。在電磁拾波線圈127中產生與雷電流成比例的感應電流。在一個實施例中，電磁拾波線圈127可以是羅柯夫斯基線圈或分流電阻。集成電路(ic)130用于評估結構體115的狀況，并且與避雷裝置125相鄰地設置在組件(150、160、170或180)上的。ic130接收經由拾波線圈127通過避雷裝置125流動的雷電感應電流，并登記雷擊活動。本說明書中使用的表述“雷電感應電流”指由雷擊120引起的電流。當接收到雷電感應電流時，ic130處理雷電感應電流，并存儲表示雷電活動的雷電感應電流的情況。ic130內或ic130外的損壞估計單元(未示出)使用ic130中存儲的雷電感應電流的情況估計組件(150、160、170或180)的狀況，并向遠程服務站140無線發(fā)射估計數(shù)據(jù)。在一個實施例中，由損壞估計單元執(zhí)行的功能可由處理單元240執(zhí)行。
圖2示出了包括集成電路(ic)130的示例性雷電檢測系統(tǒng)100(圖1)的框圖。雷電檢測系統(tǒng)100可包括檢測并記載多次雷擊以及雷擊對諸如但不限于圖1中葉片150的組件的局部影響的多個ic130。為了簡潔，將參照單個ic來描述本發(fā)明的幾個實施例。ic130可封裝在任何對ic提供簡潔性和便攜性的ic載體上。ic載體的幾個實例是雙列直插式封裝(dip)、柔性芯片(cof)、芯片上引線(col)、插針柵格陣列、凸點芯片載體(bcc)和陶瓷扁平包裝(cfp)。一個或多個ic130可以彼此相隔最佳距離安裝在結構體115的一個或多個組件(150、160、170或180)中的每一個上。如本說明書中使用，最佳距離定義為兩個避雷裝置之間所需的最小距離，以便通過避雷裝置中的至少一個檢測雷擊。最佳距離可以通過考慮其它因素，諸如雷電檢測器的靈敏度、雷擊的平均強度和其上設置避雷裝置的組件的尺寸來確定。例如，ic130可安裝在彼此相隔約3-10米設置的相鄰的避雷裝置125上。當雷擊120影響組件(150、160、170或180)時，位于影響點或最靠近影響點的避雷裝置125通過雷電接受器110接收雷電流，并接著在電耦連到避雷裝置125的電磁拾波線圈127中感應雷電流。在拾波線圈127中感應的雷電流根據(jù)線圈127的匝數(shù)來放大。耦連到拾波線圈127的ic130接收雷電感應電流，并將所接收電流通過輸入保護電路210的一系列電子組件傳導。
在拾波線圈127的輸出端提供輸入保護電路210，以便保護ic130中下游電子器件不受過流和過壓浪涌的影響。為了避免人工干預輸入保護電路210，可以使用可重設保護裝置以及浪涌抑制裝置。來自于輸入保護電路210的電壓輸出212通過處理單元240采樣，采樣的雷電感應電流的波形242被數(shù)字化并存儲在ic130中的非易失性存儲器250中。
處理單元240以由處理單元240內的時鐘發(fā)生器的時鐘速度確定的采樣頻率對雷電波形進行采樣。所采樣的波形被數(shù)字化并與時間和表示雷擊發(fā)生時間的數(shù)據(jù)戳一起存儲在非易失性存儲器250中。在實施例中，ic130包括能量收集單元220，能量收集單元220包括耦連到輸入保護電路210的電壓調節(jié)器。后面將參照圖6更加詳細地討論能量收集單元220。
非易失性存儲器250是能夠在不加電時也能保存存儲信息的可移動固態(tài)存儲裝置。在示例性實施例中，非易失性存儲器250是閃速存儲器。通常，閃速存儲器在存儲單元的陣列中存儲信息，并且有時每個單元可以存儲超過1位的信息。當要更新閃速存儲器時，閃速文件系統(tǒng)將變化數(shù)據(jù)的新副本寫到新的塊中，重新映射文件指針，然后擦除舊的塊。由于閃速存儲器擴展會在單元陣列上進行寫操作，所以與諸如磁卡(其中新數(shù)據(jù)覆蓋/代替老數(shù)據(jù))的其它形式的非易失性存儲器相反，它能夠連續(xù)存儲數(shù)據(jù)序列。因此，可以檢測以短的時間序列或較長的時間周期入射的多次雷擊并將其存儲在閃存類型的非易失性存儲器250中作為歷史。例如，可以接連(例如，每0.1-10μs)重復記錄一連串雷擊的數(shù)字化波形幾次，直到檢測到雷電活動結束。例如，當檢測的雷電流值下降到低于預定水平時，可以確定雷電活動結束。
在一個實施例中，ic130包括損壞估計單元260，以估計雷擊120入射到的組件(150，160，170或180)的狀況。如之前提到的，一個或多個ic130可安裝在結構體115的每一個組件(150，160，170或180)上，例如在風力渦輪機115的每個葉片150上。此布置可以檢測哪個相應葉片150已經受到雷擊120的影響。耦連到雷電接受器110的最靠近沖擊點的ic130接收雷電感應電流，并將雷電感應電流存儲在非易失性存儲器250中，作為暫態(tài)波形。當最靠近沖擊點的ic130接收最大量的雷電感應電流時，其它ic130，例如其它葉片或機艙上的ic130也可以檢測到一部分雷電感應電流。因此，在給定的時間段上，多個ic130中的每個記錄此雷電事件的歷史，如表1所示。例如，在幾個月的周期中，入射到結構體115上的雷擊可以在ic130中每一個的非易失性/閃速存儲器250上存儲并作為“日志”保存。日志提供所有擊中結構體115的每次雷擊的準確表示，包括上一個最強的雷擊。
如表1所示，雷擊表示為具有相關時間戳數(shù)據(jù)的采樣波形。該日志還保存記錄雷擊的次數(shù)和每次雷擊的持續(xù)時間，以幫助進行損壞估計。入射的雷擊以發(fā)生次序一個一個地記錄在日志中。日志可包括諸如沖擊位置標識符、組件或結構標識符、集成電路標識符等的其它字段。可以想到該日志可以其它格式保存，如雷擊強度的升序/降序，時間戳數(shù)據(jù)的升序/降序，事件的組成智能分類等。同樣，可對一個或多個日志表項應用諸如高亮、文本效果、滾動線等的視覺效果，以吸引讀者注意從而采取補救措施。
表1：雷電事件日志
損壞估計單元然后通過分析非易失性存儲器250的“日志”中存儲的雷電事件的歷史，來確定安裝了ic130的具體組件(150，160，170或180)的狀況。在一個實例中，通過確定入射到葉片150上的雷擊120的數(shù)目(計數(shù))并將雷擊數(shù)目的值與預定閾值進行比較來估計葉片150的狀況。確定的閾值可以由操作員設置，或者基于特定的操作參數(shù)，如雷擊強度、結構壽命、地理方位、年數(shù)、大氣條件等自動計算。在另一實例中，通過累加存儲的一次或多次雷擊的電氣參數(shù)的值并將累加值與確定的閾值比較，來周期性地估計結構狀況。再一次，確定的閾值可以由操作員設置，或者基于上面提到的參數(shù)自動計算。由于低強度的雷擊隨時間推進會損壞組件(150，160，170或180)，各個電氣參數(shù)的和能測量組件(150，160，170或180)上的雷擊提供的總的入射能量。當估計的組件(150，160，170或180)的狀況指示需要維修時，ic130通過無線接口270向遠程服務站140發(fā)送警告信號，指示具體組件(150，160，170或180)需要維修。然后服務人員可被調遣到該地進行維修。生成的警告可以通過諸如
在一個實施例中，損壞估計單元260可位于結構體中的任何位置，或位于遠程服務站140。在后一種情況下，ic可通過無線接口270向遠程服務站140發(fā)送存儲器250中存儲的數(shù)據(jù)以進行損壞估計。系統(tǒng)可以進一步包括輸出接口280，如顯示器，以呈現(xiàn)非易失性存儲器250中存儲的數(shù)據(jù)和/或來自于ic130中的損壞估計單元260的結果。
處理單元240如圖3中更詳細示出的，包括時間戳發(fā)生器310、波形采樣單元320、時鐘發(fā)生器330和模-數(shù)轉換器(adc)340。時間戳發(fā)生器310用來生成表示雷擊在組件(150，160，170或180)上的入射時間的時間戳數(shù)據(jù)。時間戳發(fā)生器310可響應于通過拾波線圈127傳遞的電流的中繼的激勵或由能量收集單元220的電壓調節(jié)器提供的觸發(fā)而啟動。時間戳發(fā)生器310也可響應于感測采樣單元320的電流輸入而啟動，并計算帶延遲因子的時間戳數(shù)據(jù)。應該認識到處理單元240不局限于觸發(fā)時間戳發(fā)生器310的任何特定形式。具體地，由中繼提供的功能可由可替代形式提供，如可包括電-光組件。時間戳發(fā)生器310可以耦連到與gps時間同步的實時時鐘。
波形采樣單元320通過輸入保護電路210接收電流波形212，并以由時鐘發(fā)生器330配置的采樣頻率范圍對電流波形采樣。在一個實施例中，采樣頻率可以在1-10mhz范圍內。采樣頻率由時鐘發(fā)生器330生成的時鐘速度來配置。采樣頻率確定對例如可以持續(xù)100-200微秒的雷電波形采集多少個樣本。對于以大約10khz截止的入射電流波形，電流波形以例如1mhz過采樣，以避免混疊，提高分辨率并降低噪聲。波形采樣和數(shù)字化可在初始電流尖峰給電壓調節(jié)器電路上電之后啟動。例如，波形采樣和數(shù)字化可自雷電發(fā)生的時間起在約300納秒內啟動。時鐘發(fā)生器330可被配置成響應于提供觸發(fā)信號的電壓調節(jié)器或基于拾波線圈127中感應的電流的中繼的激勵而啟動。
入射到結構體上的樣本雷擊的波形示于圖4中。x軸410代表時間，單位為微秒，y軸420代表雷電流，單位為安培。曲線430代表入射雷擊的峰值電流為440，強度大約為例如20ka，電壓例如為0-100v幅值。類似地，在圖5所示的頻域中，其中x軸510代表頻率，單位為khz，y軸代表增益，單位為db，電流尖峰530具有例如-3db增益，截止頻率大約10khz。采樣電流波形然后被饋送到并聯(lián)比較器或其它模-數(shù)轉換器340(圖3)以數(shù)字化波形。每個樣本被數(shù)字化，并存儲在非易失性存儲器250中。
生成的時間戳數(shù)據(jù)與雷電感應電流參數(shù)一起存儲在非易失性存儲器250(圖3)中，雷電感應電流參數(shù)例如是雷電感應電流的暫態(tài)波形，雷電尖峰感應電壓，雷電感應磁場，雷電尖峰感應電場，峰值電流，電比能的量或其組合。同樣，將其上有ic130的組件(150，160，170，180或115)的標識符存儲在非易失性存儲器250中，以便標識風力渦輪機115的相應葉片150和/或風場中的相應風力渦輪機115。因此，由時間戳發(fā)生器310生成的時間戳數(shù)據(jù)與組件(150，160，170或180)的標識符結合，可以在時間和空間上確定雷電活動。換言之，可以識別結構體115的哪個具體組件(150，160，170或180)受到雷擊影響以及沖擊的具體時間。這可以進一步基于一段時間上存儲的與組件(150，160，170或180)關聯(lián)的雷擊的電氣值的累加，估計組件(150，160，170或180)的狀況。同樣，可以用入射到具體組件(150，160，170或180)上的雷擊次數(shù)的計數(shù)來估計組件(150，160，170或180)的狀況。
參照圖6，更加詳細地討論在圖2中提到的能量收集單元220。能量收集單元220被配置成收集并存儲來自于雷電感應電流的能量以為集成電路130(圖1和圖2)供電。能量收集單元220給集成電路130中的組件提供調節(jié)電壓和電流水平。能量收集單元220采用電壓調節(jié)器610來將輸入電壓調節(jié)到較低值。電壓調節(jié)器包括分壓器，其產生的輸出電壓是輸入電壓的一部分。電壓調節(jié)器610從輸入保護電路210接收電流輸出605，并輸出適合操作集成電路130(圖1)中各個組件(240、260、270和280)的電壓。在一個實施例中，電壓調節(jié)器610輸出量級為大約3到大約5伏的電壓。在另一實施例中，可以使用基于電阻器的分壓器，其中輸出電壓由電阻器的電阻比率來定義。在示例性實施例中，電阻器可以是固定電阻器或可變電阻器，諸如但不限于分壓計。
一旦從輸入保護電路210接收感應雷電流605，電壓調節(jié)器610啟動，生成集成電路所需電壓(例如，2.5v，3.3v，4v，5v及其它)以為各個處理組件，包括非易失性存儲器250(圖2)的寫電路供電。電壓調節(jié)器610給電力儲存230(圖2)中的電荷泵和整流器電路饋電，這又為ic130(圖2)供電，并對一個或多個輸出電容器620充電。電壓調節(jié)器610可被配置成將輸出電容器620充電到適當電壓(介于大約2v到大約5v)之后為處理單元240(圖2)供電。輸出電容器620可進一步為其它電路，諸如時間戳發(fā)生器310(圖3)、時間發(fā)生器(圖3)、輸出接口280(圖2)、無線接口270(圖2)、損壞估計單元260(圖2)等供電。一旦調節(jié)到電壓調節(jié)器的供給電壓，收集電流被轉移以為可選的電力儲存230(諸如儲存電容器或可充電電池)充電。此電力儲存230可用來在能量收集源間斷的情況下為系統(tǒng)供電。開關電容器dc-dc變換器可代替電壓調節(jié)器網絡使用。開關電容器dc-dc變換器是利用開關和電容器執(zhí)行電壓轉換的開關調節(jié)器。
一旦電壓調節(jié)器610開始供給穩(wěn)定電壓，處理單元240將入射雷擊的標志(暫態(tài)波形)以及雷擊的日期和時間戳作為新事件記錄在非易失性存儲器250中。處理單元240可保持工作狀態(tài)，并記錄波形樣本，直到雷電感應電流衰落到低于最小閾值。能量收集單元220可進一步包括調節(jié)電源，包括整流器、平滑電容器、dc/dc變換器和調節(jié)器。
然后，電壓調節(jié)器的輸出電壓被整流，并存儲在電力儲存介質230中，以為ic130中的各個處理組件供電。能量收集單元220的使用使得雷電檢測系統(tǒng)可以完全自主的由所收集能量供電而不是電池供電，該電池供電系統(tǒng)由于需要更換電池或經常性維修，所以不方便、費用大或危險的。同樣，此自供電ic130結構可以將ic130安裝在結構體115(圖1)的旋轉組件(150，160)(如風力渦輪機的葉片)上，而在先技術在這些組件上連續(xù)供電以為各個處理組件供電是不可行的。而且，通過所收集能量供電的集成電路130可布置用于各種應用，如無線/自動條件監(jiān)測、預測性維修和其它許多工業(yè)應用。
在另一實施例中，太陽能可用作ic的電源。在此實施例中，一個或多個太陽能板安裝在結構體115上。在一個實施例中，例如，太陽能板是將來自太陽的太陽輻射轉換成電力的太陽能電池，如光伏電池。一個或多個太陽能板耦連到能量收集單元220，然后能量收集單元220收集并向ic130提供調節(jié)電源。
圖7中示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例用于風力渦輪機的示例性雷電檢測和損壞估計系統(tǒng)。在目前考慮的實例中，雷擊720擊中風力渦輪機710的一個葉片(例如葉片725)。位于葉片725上并最靠近葉片725上的沖擊點的一個或多個雷電接受器730通過避雷裝置735將雷電流傳導到地。以感應耦連到避雷裝置735的拾波線圈737生成與通過避雷裝置735的雷電流成比例的電流，并將雷電感應電流引導到集成電路(ic)740。來自拾波線圈737的感應電流742被ic740中的輸入保護電路745接收。輸入保護電路745包括電阻和二極管網絡，以保護ic740不受過壓和過流浪涌的影響。來自于輸入保護電路745的電流輸出747由能量收集單元750收集，并存儲在電力儲存介質755上作為ic740中各個組件(745、750、760、770、780、790和795)的電源。而且，輸入保護電路745的電流輸出756在處理單元760中被采樣，并被數(shù)字化。雷電流樣本被處理單元760進一步處理，以提取雷擊720的至少一個雷電流樣本，諸如雷電感應電流的暫態(tài)波形。數(shù)字化波形766連同由處理單元760中的時間戳發(fā)生器生成的時間戳一起存儲在閃速存儲器770中。葉片725的標識連同雷擊參數(shù)一起也存儲在閃速存儲器770中。當隨后的雷擊擊中葉片725時，重復上述所有步驟，連同第一次雷擊數(shù)據(jù)，雷電感應電流的暫態(tài)波形存儲在閃速存儲器770中。對葉片725上可能出現(xiàn)的任意次雷擊執(zhí)行相似步驟。入射到葉片725上的雷擊的歷史同樣被創(chuàng)建并存儲在存儲器770中。
繼續(xù)所述實例，閃速存儲器770中存儲的雷電參數(shù)可屬于短時間周期，比如80-160毫秒內的幾次雷擊。在其它情況下，閃速存儲器770中存儲的雷電參數(shù)可能屬于長的時間周期，例如3個月發(fā)生的雷電活動。閃速存儲器770中存儲的雷電活動以及葉片725的標識符的歷史以無線方式傳輸?shù)竭h程服務站797，在此估計葉片725的狀況。
可替代地，ic740中的損壞估計單元780使用目前為止存儲的所有雷電活動的雷電流的樣本存儲歷史或存儲數(shù)據(jù)的選擇子集，估計葉片725的狀況。損壞估計單元780將包括低強度雷擊的所有雷擊的暫態(tài)波形求和。然后，將雷擊的和值與預定閾值比較。當和值超過預定值時，檢測到需要維修，生成警告信號。否則，估計的狀況與葉片725的標識一起由無線接口790通過無線方式792傳輸?shù)竭h程服務站797。可替代地，累加雷電參數(shù)的和值被周期性傳輸?shù)竭h程服務站797或者由檢查人員使用適當?shù)淖x出裝置，如rfid閱讀器從輸出接口795人工讀出。遠程服務站797然后可為葉片725采取必需維修措施。
應該認識到每個葉片(724，725和726)不一定包括相應的雷電接受器730。例如，耦連到避雷裝置735的單個ic740可安裝在風力渦輪機710的機艙區(qū)域722中，以檢測風力渦輪機710上的雷擊。不過，在此配置中，不能確定被擊中的渦輪機的具體葉片，因此不可以針對此類葉片中的每一個進行分別檢查。
應該認識到，本發(fā)明的各個方面可以方便地周在由幾個風力渦輪機組成的風場中，其中使用本發(fā)明的各方面的雷電檢測系統(tǒng)可以被配置成檢測影響風場中至少一個風力渦輪機的至少一個葉片的雷擊。風場服務站可收集來自多個風力渦輪機的各個ic的數(shù)據(jù)以如上說明書所述處理這些數(shù)據(jù)。
圖8為表示用于檢測結構體上的雷擊的集成電路(ic)的示例性方法中使用步驟的流程圖。該方法包括：在步驟810中，通過與集成電路耦連的避雷裝置接收由幾次雷擊中一次或多次感應的電流。通過避雷裝置傳導到地的雷電流在與ic耦連的拾波線圈127(圖1)中感應二次電流。生成雷電感應電流的一個或多個樣本并將它們存儲在非易失性存儲器中。所述方法進一步包括：在步驟820中，通過連續(xù)存儲采樣的多次雷擊的雷電感應電流，創(chuàng)建多次雷擊的歷史。
在步驟830中，基于對來自于非易失性存儲器的存儲的多次雷擊的雷電流樣本歷史的分析來估計結構體狀況。在一個實施例中，通過確定入射到結構體上的雷擊次數(shù)來估計結構體狀況，并將雷擊次數(shù)的值與預定閾值比較。在另一實施例中，通過累加存儲的多次雷擊的雷電流樣本的值并將累加值與預定閾值比較來估計結構體狀況。在又一實施例中，非易失性存儲器中存儲的數(shù)據(jù)在結構體工作時，以無線方式傳輸?shù)竭h程服務站。在另一實施例中，收集能量是從雷電感應電流收集的，以為雷電檢測系統(tǒng)供電。
操作中，實現(xiàn)本發(fā)明的各方面的雷電檢測系統(tǒng)周來執(zhí)行目標檢查，例如在結構體的不利狀況可能由于包括低、高強度的雷擊的雷擊在一段時間上已經逐漸出現(xiàn)時。因此，本發(fā)明的好處在于具有存儲雷擊歷史的非易失性存儲器的緊湊、自供電集成電路。特別是，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的方法和系統(tǒng)可以區(qū)分風力渦輪機的葉片之間的損壞估計，并且不需要現(xiàn)場檢查和/或中斷風力渦輪機操作。
盡管本說明書中只說明和描述了本發(fā)明的特定特征，但許多改進和變型是本領域技術人員可想到的。因此，應理解所附權利要求旨在覆蓋所有落入本發(fā)明的真實精神內的所有此類改進和變型。
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