声波的传输特性分析

在绝缘结构内部，局部放电发出的声波，经常要经过多种介质才能传单接收声波的换能器上来。例如变压器内固体介质中的气隙发生局部放电时所发出的声波要通过固体介质、液体介质和金属外壳才能到达置于外壳表面上的换能器。传播过程中，声波会发生折射、反射和衰减。上一篇博文我们简单介绍了声波的折射和反射，今天我们来探讨下声波的衰减。

1.2 衰减

超声波在传播过程中，除了在介质分界面上会造成损失外，在介质内部也会发生衰减。这种衰减可能是由于波的扩散、分子撞击、粘度和热导等因素造成的。对于气体和液体介质，波的扩散是主要的。而固体介质主要的衰减原因是由于声波在传播过程中把能量转变成为热量。

通常在气体和液体中声波的传播是以球面波的形式从声源一点出发向四面散播。离开声源愈远，声强度和声压就愈低。理论上，声压水平是与声源的距离d成反比的。但实际上局部放电产生的超声波源很少是集中在一点，各种放电情况的不同使得超声波的声压水平不一定是反比于d的。例如在矿物油中，由于局部放电产生的超声波，在频率为150kHz-2MHz范围内，超声波随着距离的衰减是正比于d1/4一d2之间。

声波在气体介质中被吸收是由于分子碰撞中能量的交换所形成。这种吸收不但与气体的本质有关，而且与温度、湿度以及气体中的杂质都有关。如在六氟化硫（SF6）中声波（频率为40KHz）的被吸收，要比空气中大20多倍。又如在寒冷的北极空气中，由于分子碰撞所造成的声波吸收是很微小的。而在酷热的沙漠空气中，对10kHz的声波衰减可达0.48dB/m。如果在空气中含有雾、烟、灰尘时，衰减会显著增加。不同频率的超声波产生的衰减也是不同的，通常在空气中当温度和湿度一定时，声波的衰减与频率f甚至于f2成正比。在液体材料中声波的衰减往往正比于f2；而在固体材料中衰减大约正比于f。

超声波在介质中传播产生的衰减，在频率较低和介质厚度不大时经常与厚度成正比。但随着频率的增加，随着厚度的增加，声波衰减的增加比较慢。