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超聲波的基本理論

來源:揚州國浩電氣有限公司   2025年07月10日 07:18  

超聲波是一種機械波,波長很短,頻率高于20KHz,這個頻率比普通聲波的頻率要高很多,聲強是與聲速的平方成正比的,所以超聲波的能量要遠遠高于普通聲波的能量。超聲波適合在大多數(shù)介質(zhì)中傳播,它能量損失小,傳播范圍廣,穿透力強。因此,超聲波非常適合用于變壓器局放定位。

聲波一般有三類:縱波、橫波和板波。縱波可以在氣體、固體、液體三種介質(zhì)中傳播,其介質(zhì)的質(zhì)點震動方向與聲波傳播方向相同;橫波只能通過固體介質(zhì)傳播,其介質(zhì)的質(zhì)點振動方向垂直于聲波傳播方向;板波是可以在厚度與波長相當?shù)谋“逯袀鞑サ牟ā?br>
超聲場就是一個充滿超聲波的空間,一般描述超聲場的物理量有聲壓(p)、聲強(I)、聲阻抗(Z)、質(zhì)點振動位移和質(zhì)點振動速度。其中聲音的阻抗特性是表征介質(zhì)聲學性質(zhì)的物理量,其值為介質(zhì)密度ρ和聲速v的乘積,即Z=ρv,聲波在穿過不同介質(zhì)時產(chǎn)生反射和折射,聲阻抗決定了其反射能量和折射能量的變化。

超聲波在傳遞過程中能量會發(fā)生衰減。主要有以下幾種形式:

(1)擴散衰減:聲源面積有,傳播面積的擴大會加速聲波擴散,從而使造單位面積上的能量和聲壓加速減小。

(2)散射衰減:當聲波傳遞過程中遇到的障礙物厚度與聲波的波長相當時,一部分被障礙物散射衰減掉,另外一部分聲波可以繞過障礙物繼續(xù)前進,這也叫聲波的繞射現(xiàn)象。

(3)吸收衰減:介質(zhì)材料的摩擦、熱傳導及粘滯會使聲波以熱量形式消耗,另外還有磁疇壁運動、錯位運動等原因也會造成聲波衰減,此類衰減統(tǒng)稱為吸收衰減。

變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復雜,因此局部放電產(chǎn)生的超聲波到達變壓器外壁的探頭前要傳播多層介質(zhì)。這些介質(zhì)一般有變壓器、線圈、絕緣紙板、油道。所以超聲波在變壓器內(nèi)部的傳播是一個復雜的過程。為了簡化計算,可以將變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)看成層狀介質(zhì),將局放點作為聲波的發(fā)射源,這樣其聲波就可以看成是一個球面脈沖波,采用研究球面聲波場方法來研究超聲波的傳播規(guī)律。

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