随着环境保护问题逐渐受到重视,以风能为主的清洁能源不断发展,风力发电机的安装数量逐年攀升。与此同时,寒冷地区的风力发电机结冰问题不断涌现,风机叶片结冰导致风机振动加大,产生噪音,影响了叶片空气动力学特性,造成风机发电效率下降,严重时会威胁风机安全。因此,能否对风机叶片进行有效的结冰监测和除冰,成为了目前亟需解决的重要问题。为了能够实时监测结冰情况,并在短时间内将冰层去除,本文提出了基于FBG(fiber Bragg grating)传感和石墨烯膜的风机结冰监测与除冰技术。主要研究内容包括:研发了基于FBG传感和石墨烯薄膜的风机结冰监测与除冰技术。充分利用石墨烯膜的优良传热特性和FBG的对温度高灵敏度,将FBG和石墨烯膜复合制成测冰和融冰一体的复合膜,通过试验分析了复合膜的电热特性。结合光纤光栅解调仪和电源,构建了一套测冰和融冰的系统,利用FBG检测结冰过程温度变化并判断结冰点,然后对石墨烯膜通电加热实现高效的热力融冰。对结冰和融冰原理进行了数值模拟分析,利用ANSYS有限元建模软件模拟结冰融冰过程的温度场,探讨相变过程中温度时程曲线的形式,分析环境温度和冰层中不同点处温度时程曲线的差异。对基于FBG传感和石墨烯薄膜的测融冰系统进行了实验室恒温箱测融冰试验和室外环境风机叶片模型测融冰试验。在温度可控时,探究复合膜的物理性质及膜表面不同测点处的温度曲线,比较不同环境温度下结冰速率和不同加热功率下融冰速率的快慢,实现用FBG温度传感器监测结冰过程,实现及时准确的结冰监测,并与ANSYS建模分析结果进行对比,研究了不同环境温度、不同加热功率下测融冰系统的效率。对室外环境风机叶片模型测融冰试验,考虑温度不可控情况,研究了不同冰厚下结冰作用对波长漂移的影响,并据此提出了用于真实环境监测的测冰信号判断标准和融冰功率参考值。