聲波的傳輸特性分析
在絕緣結構內部,局部放電發(fā)出的聲波,經(jīng)常要經(jīng)過(guò)多種介質(zhì)才能傳單接收聲波的換能器上來(lái)。例如變壓器內固體介質(zhì)中的氣隙發(fā)生局部放電時(shí)所發(fā)出的聲波要通過(guò)固體介質(zhì)、液體介質(zhì)和金屬外殼才能到達置于外殼表面上的換能器。傳播過(guò)程中,聲波會(huì )發(fā)生折射、反射和衰減。上一篇博文我們簡(jiǎn)單介紹了聲波的折射和反射,今天我們來(lái)探討下聲波的衰減。
1.2 衰減
超聲波在傳播過(guò)程中,除了在介質(zhì)分界面上會(huì )造成損失外,在介質(zhì)內部也會(huì )發(fā)生衰減。這種衰減可能是由于波的擴散、分子撞擊、粘度和熱導等因素造成的。對于氣體和液體介質(zhì),波的擴散是主要的。而固體介質(zhì)主要的衰減原因是由于聲波在傳播過(guò)程中把能量轉變成為熱量。
通常在氣體和液體中聲波的傳播是以球面波的形式從聲源一點(diǎn)出發(fā)向四面散播。離開(kāi)聲源愈遠,聲強度和聲壓就愈低。理論上,聲壓水平是與聲源的距離d成反比的。但實(shí)際上局部放電產(chǎn)生的超聲波源很少是集中在一點(diǎn),各種放電情況的不同使得超聲波的聲壓水平不一定是反比于d的。例如在礦物油中,由于局部放電產(chǎn)生的超聲波,在頻率為150kHz-2MHz范圍內,超聲波隨著(zhù)距離的衰減是正比于d1/4一d2之間。
聲波在氣體介質(zhì)中被吸收是由于分子碰撞中能量的交換所形成。這種吸收不但與氣體的本質(zhì)有關(guān),而且與溫度、濕度以及氣體中的雜質(zhì)都有關(guān)。如在六氟化硫(SF6)中聲波(頻率為40KHz)的被吸收,要比空氣中大20多倍。又如在寒冷的北極空氣中,由于分子碰撞所造成的聲波吸收是很微小的。而在酷熱的沙漠空氣中,對10kHz的聲波衰減可達0.48dB/m。如果在空氣中含有霧、煙、灰塵時(shí),衰減會(huì )顯著(zhù)增加。不同頻率的超聲波產(chǎn)生的衰減也是不同的,通常在空氣中當溫度和濕度一定時(shí),聲波的衰減與頻率f甚至于f2成正比。在液體材料中聲波的衰減往往正比于f2;而在固體材料中衰減大約正比于f。
超聲波在介質(zhì)中傳播產(chǎn)生的衰減,在頻率較低和介質(zhì)厚度不大時(shí)經(jīng)常與厚度成正比。但隨著(zhù)頻率的增加,隨著(zhù)厚度的增加,聲波衰減的增加比較慢。