帶電局放檢測原理-超聲波法-國(guó)浩電(diàn)氣
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帶電(diàn)局放檢測原理-超聲波(bō)法

發布時間:2020-07-28 01:39:34人氣:

物體機械振動主要以超聲波形式傳播,不同於普通聲波的是其(qí)振動頻率較高,大於20kHz,人耳聽覺無(wú)法感知到(dào)這一頻段(duàn)。按聲源、聲波在介質中振動(dòng)方向、傳(chuán)播方向的關係,超聲波可以被分為兩種(zhǒng)類型:橫波和縱波。橫波,僅能存在於固體介質中,其振動方向垂直於傳播方向;縱波,能存在於氣、固、液體介(jiè)質中,其振動方向與傳播方向一(yī)致。

在介質中,聲音(yīn)的形式傳(chuán)播為機械波。介質為液體(tǐ)時(shí),這一局(jú)部幹擾現象(xiàng)會導致液體介質出現(xiàn)局部的膨(péng)脹和壓縮現象(xiàng),介質的局(jú)部壓力發生變化。這種(zhǒng)現象將導致分子的位移(yí)和介質不同部位的密度發生(shēng)改變。

在物理學中,對於聲波的(de)運動有著更為正式的描述(shù):

公式
這裏(lǐ)C指聲速(sù)。此描(miáo)述(shù)聲波運動的通用微分方程是(shì)由(yóu)描(miáo)述連續性、動量守恒和(hé)介質彈性的三個基(jī)本方程聯立而得。

氣體的狀(zhuàng)態方程決定聲在其中的傳播速度;對於液體,速度是由該液(yè)體(tǐ)的彈性(xìng)決定的;對於固體,則是由胡克定律決定的(de)。圖中顯示了作用在(zài)一(yī)小滴液體上的力。合成作用力(lì)使(shǐ)該顆粒以速度V移動。對於平麵波,聲的壓強和顆粒的速度的比例(lì)被稱為聲阻抗:
Z=P/v
作用於柱形聲學顆粒(聲線(xiàn))上的力
聲阻抗和電阻抗類似,並且當壓強和速度異相(xiàng)的時候也可以是複數。然而,在平麵波中,聲阻抗(kàng)是一標量值(zhí),被(bèi)稱為介質特征阻抗。

當聲波傳輸通過物體時,聲波的強度將會隨著與聲源距離的增(zēng)加而衰(shuāi)減。導致這個現象的因素包括聲波的幾何空間傳播過程(chéng)、聲波(bō)的吸收(聲波機械能轉(zhuǎn)為內能的過程)以及波陣麵的散射。這(zhè)些現象都導致了聲波的強度隨(suí)著與聲源間距離的不斷增大(dà)而不斷減(jiǎn)小。

在理想介質中,圓柱波強度、球麵波強度分別與相對於(yú)聲(shēng)源的距離、球麵波陣麵麵積(jī)成反比,此類(lèi)衰減(jiǎn)被稱(chēng)為空間衰減。因(yīn)為此類衰減僅與波形傳(chuán)播(bō)的空間幾何參數有(yǒu)關。

當聲波(bō)在(zài)兩種不同的媒介中傳播時,能量發生衰減,因其會產生反射等現象。當波以一定的相對角(jiǎo)度傾斜(xié)入射(shè)時(shí),就會產生折(shé)射現象。Snell定律(lǜ)很好地定(dìng)量地描述了折射現象。與其它所有的波一樣,聲波在遇到拐角或障礙物時也會發生衍(yǎn)射現象(xiàng)。當波長與障礙物尺寸相差不大或(huò)遠大於障礙物尺寸時,衍(yǎn)射(shè)效果非常明顯;但是當障礙物尺寸與波(bō)長相比十分巨大時,衍射現象幾(jǐ)乎不會出現。

聲(shēng)音及衝擊振動在局放現象產生於電力(lì)設備中時出現。超聲波傳感器安裝在設備腔體外側用以獲取局部(bù)放電信號。這類方法(fǎ)的顯著特點是傳感器獨(dú)立於電力設備的電氣回路,不存在電氣幹擾,但在實際環境(jìng)使(shǐ)用時易受外界因素的影響。超聲信號由於在電氣絕緣材料中傳(chuán)播時(shí)強度衰減較大而具有較高的定位準確度,與此對應的是超聲波檢測法的範圍減小和靈敏度的降低。

局部放電實際是氣隙的擊(jī)穿過程,放電區域很小,放電通(tōng)道半(bàn)徑約為0.1mm,因而局放源可看成點聲源(yuán)。超聲波(bō)局(jú)部放電檢測的原理如下(xià)圖(tú):
超聲波檢測局部放(fàng)電基(jī)本原理
超聲波檢測局部放電基本原理
聲波在液體介質和氣體介質中(zhōng)主(zhǔ)要以縱波的形式進行傳播,縱波主要是靠振動方向平行於波傳播方向上的分(fèn)子間(jiān)相互碰撞傳遞(dì)壓力。聲波在固體介質中主要以橫波與縱波兩種形式進行傳播。以橫波進行傳播時,質點的振動方向與波(bō)的傳播方向相(xiàng)互(hù)垂(chuí)直(zhí),這需要質點間有足夠的引力,質點振動才可以帶動鄰近的質點跟著振動,所以(yǐ)橫波隻有在濃度很大的液體或固體中才會出現。橫波在縱波穿透氣體或液體(tǐ)介質傳播到(dào)達金屬外殼時才會出現並持續在金屬體介質中傳(chuán)播,如下圖即為所示。
聲波(bō)的(de)傳播路徑
頻率和類型不相同的聲波,在不同的溫度條(tiáo)件中,通過不同媒質時,其傳播速率也存在差(chà)異。縱波要比橫波快約1倍,頻率越高傳播速度越(yuè)快,在礦物油中聲(shēng)波(bō)傳播速度(dù)隨溫度的升(shēng)高而下降(jiàng)。聲波在氣體中的傳播(bō)速率(lǜ)遠遠小於聲波在(zài)固體中的傳播速率。聲波在介質中傳播會發生衰減,導致衰減發生的原因有(yǒu)很多,如(rú)波的熱傳(chuán)導、反射和擴散等。在氣(qì)體和液體中,波的擴散是衰減(jiǎn)的主要原因;在固體中,分子的撞擊把聲能轉變為熱能散失是(shì)衰(shuāi)減的主要原因。理論上,若媒介本身是(shì)均勻無損耗的,則聲壓的大小與聲源的距離成反(fǎn)比,聲強的大小與(yǔ)聲源的距離(lí)的平方成反比。聲波在複合(hé)媒質中傳播時,在不同媒質的界麵上,將(jiāng)會出現反射現象,導致穿(chuān)透過的聲波變弱。當聲(shēng)波(bō)從一種媒質傳播到聲波特性(xìng)阻抗不匹配的另一種媒質時,會有很大的界麵(miàn)衰減。兩種媒質的(de)聲特(tè)性阻抗之(zhī)間的差別越(yuè)大,造成的衰減效果也就越大。聲波的衰減屬性,還與聲波的固有頻率相關聯,其頻率越高衰減速率越大。聲波的傳播速率與聲波的衰減(jiǎn)特性在超聲波局部放電定位應用中(zhōng)起到(dào)了(le)重要的理論支持。通過(guò)提(tí)取超聲波信號到達不同傳感器的時(shí)間差(TDOA,Time Differenceof Arrival),利用其傳播速率即可實現對(duì)放(fàng)電源的二維或三(sān)維定位,通過對比兩路或多(duō)路超聲(shēng)波檢測信號的強度大小,即可實現對放電源(yuán)的幅值定(dìng)位。

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