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超聲波法檢測局部放電的原理

2017-12-19 閱讀(8869)

機械波在彈性介質(zhì)中傳播時,按波的頻率不同可以分為次聲波、聲波和超聲波三種。其中,頻率低于20Hz的稱為次聲波;頻率在0.02-20kHz之間的稱為聲波,這正是能被人們聽覺所識別的機械波的頻率范圍;超聲波的頻率范圍為20kHz以上。超聲波的特性與聲波差不多,但是因為超聲波的頻率要高于聲波,它具有一些與聲波不同的特性。聲波和超聲波都可以在氣體、液體和固體中傳播,但是聲波是一種縱波,而超聲波在不同的介質(zhì)中則有所不同。超聲波在氣體和液體中以縱波的形式傳播,在固體中則以橫波的形式傳播。超聲波的頻率高于聲波,頻率較高的結(jié)果會使超聲波在傳播過程中相比聲波的衰減更大,一般,20kHz-40kHz的超聲波在空氣中傳播5m就會衰減很多。

 

超聲波的特征值包括聲強、聲壓和聲阻抗:

 

聲強(I):定義為單位時間內(nèi)垂直通過單位面積的聲的能量。聲強的大小與機械波的頻率的平方成正比,由于超聲波頻率很高,所以它的聲強相對很大,這種特征正是超聲波能夠用于絕緣狀態(tài)診斷的重要依據(jù)。

 

聲壓(P):介質(zhì)在沒有受到任何外力時候所具有的壓強稱為靜態(tài)壓強,用P0表示。當超聲波在介質(zhì)中傳播時,傳播的過程中,介質(zhì)的質(zhì)點會振動,振動會使介質(zhì)中的壓強交替變化。令超聲場傳播路徑中的某一點在某一瞬間的壓強值為Pr,聲壓就是該點的Pr與該點的靜態(tài)壓強之差。

 

聲阻抗(Z):定義為超聲波傳播路徑上的某一點的聲壓P與該點的質(zhì)點振動速度v之比,它的大小可以表示超聲場中的介質(zhì)對質(zhì)點振動的阻礙作用的強弱。

 

在GIS內(nèi)部發(fā)生局部放電時,就會產(chǎn)生沖擊波,檢測這種沖擊波可以發(fā)現(xiàn)早期內(nèi)部絕緣缺陷的異常。這種沖擊波具有廣泛的頻率范圍,為了減少現(xiàn)場噪聲的干擾而利用超聲波范圍的聲進行局部放電檢測。局部放電的位置到超聲波傳感器之間有一定的距離,在超聲波傳播的過程中,可能會遇到GIS內(nèi)的夾層、裂縫等,這些情況會改變局部放電超聲波信號的幅值、相位、頻譜等特征。超聲波檢測局部放電的探頭為壓電傳感器,當超聲波傳播至傳感器時,傳感器根據(jù)壓電原理將振動信號變成電信號。然后對電信號進行放大、變換等運算處理,根據(jù)實際的需要可以得到信號的波形、到達時間等信息,根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息可以對GIS內(nèi)部局部放電的情況進行定量分析和定位。



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