关于声波的一些解释
局放监测装置采用高频超声波作为监测技术之一,那为什么会选择超声波而不用其他声波呢?本文会从声音频率、传播介质、波形、衰减几方面解释。我们都知道机械在震动时候会向外发出声波信号,按照震动频率可分为次声波、声波、超声波三种,为了便于理解,以下做了对比说明:
1、次声波:次声波是频率低于20Hz的声波,人耳无法听到。这类声波具有传播远、穿透性强等特点,虽然次声波频率低,但其波长远大于一般障碍物或建筑物的尺寸,因此它可以轻易绕过障碍物进行长距离传播。
2、声波:频率在0.02-20kHz之间,是人们听觉所能识别的范围,与声波特性相似,但由于频率更高,具有一些不同特性,可在气体、液体和固体中传播,波形为纵波。
3、超声波:频率高于20kHz,同样可在气体、液体和固体中传播,不同的是在气体和液体中为纵波,在固体中为横波,由于频率较高,超声波在传播过程中的衰减比声波更 大。
超声波的主要特征
超声波的特征值包括声强、声压和声阻抗,因为这些特殊特点,超声波更加适合作为局放监测技术:
声强(I):单位时间内垂直通过单位面积的声的能量。声强的大小与机械波的频率的平方成正比,由于超声波频率很高,所以它的声强相对很大,这种特征正是超声波能够用于绝缘状态诊断的重要依据。
声压(P):指的是当声音通过介质时候,由于振动产生的压强改变量。介质在没有受到任何外力时候所具有的压强称为静态压强,用P0表示。当超声波在介质中传播时,传播的过程中,介质的质点会振动,振动会使介质中的压强交替变化。令超声场传播路径中的某一点在某一瞬间的压强值为Pr,声压就是该点的Pr与该点的静态压强之差。
声阻抗(Z):机械波穿越介质时候需要克服的阻力,超声波传播路径上的某一点的声压P与该点的质点振动速度v之比,它的大小可以表示超声场中的介质对质点振动的阻碍作用的强弱。
超声波局放监测装置的工作原理
当高压设备因为绝缘故障发生局部放电时,就会向外发出电磁波信号,检测这种电磁波可以发现内部绝缘缺陷的异常。这种电磁波频率非常高,所以局放监测装置采用超高频电磁波作为监测技术手段,可以减少现场其他噪声的干扰。高压设备局部放电的位置,与超声波局放传感器之间有一定的距离,在超声波传播的过程中,可能会遇到间隙、夹层、裂缝等不痛的介质阻挡,超声波信号因为频率很高,任何阻挡都会改变局部放电超声波信号的幅值、相位、频谱等特征,产生衰减,因此局放监测装置安装的位置很关键,需要靠近监测点位。
局放监测装置的采集探头为压电传感器,当超声波传播至传感器时,传感器根据压电原理将振动信号变成电信号,经过声电转换之后,声波就变成了数字信号,然后对电信号进行放大、变换等运算处理,计算的到需要的波形、到达时间等信息,根据这些数据信息可以对局部放电的情况进行定量分析和定位。
分析了超声波原理之后,可以利用超声波作为局放监测的技术手段,监测局放信号。基于超声波的传播特征,传感器需要安装在开关柜的缝隙之间,有利于提高捕捉局放信号。
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