聲波的傳輸特性分析

在絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部，局部放電發(fā)出的聲波，經(jīng)常要經(jīng)過多種介質(zhì)才能傳單接收聲波的換能器上來。例如變壓器內(nèi)固體介質(zhì)中的氣隙發(fā)生局部放電時所發(fā)出的聲波要通過固體介質(zhì)、液體介質(zhì)和金屬外殼才能到達(dá)置于外殼表面上的換能器。傳播過程中，聲波會發(fā)生折射、反射和衰減。上一篇博文我們簡單介紹了聲波的折射和反射，今天我們來探討下聲波的衰減。

1.2 衰減

超聲波在傳播過程中，除了在介質(zhì)分界面上會造成損失外，在介質(zhì)內(nèi)部也會發(fā)生衰減。這種衰減可能是由于波的擴(kuò)散、分子撞擊、粘度和熱導(dǎo)等因素造成的。對于氣體和液體介質(zhì)，波的擴(kuò)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程中把能量轉(zhuǎn)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。離開聲源愈遠(yuǎn)，聲強(qiáng)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(nèi)，超聲波隨著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(dá)0.48dB/m。如果在空氣中含有霧、煙、灰塵時，衰減會顯著增加。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(dāng)溫度和濕度一定時，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)厚度不大時經(jīng)常與厚度成正比。但隨著頻率的增加，隨著厚度的增加，聲波衰減的增加比較慢。