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超声波检测的灵敏度-抛物镜反射器提高灵敏度
点击次数:708 发布时间:2017-10-17

抛物镜反射器可以将在气体或液体中传播的超声波反射到焦点上,提高了位于焦点上的换能器对超声波声压接收的水平。这不仅可以提高测量灵敏度,也增强了换能器辨别方向的能力。

 

抛物镜的基本尺寸图

           抛物镜的基本尺寸图

 

为了使得超声波在反射器上充分得到反射,就必需使用声阻抗大的材料。而且反射器的表面要非常光滑。反射器表面形状应符合抛物线方程

y²=4ax

方程式中a为焦距,如上图所示。

 

抛物镜的半径

r=4ah

 

反射器增益与频率的关系

           反射器增益与频率的关系

 

抛物镜反射器的增益同时还与声波的频率有关。下图是用铝制反射器测量不同频率的声波所得到的增益变化图。当频率低于1kHz时,反射器得到的增益较小;在200HZ左右出现峰值,这是因为反射器发生了谐振,增益zui大;在20kHZ一100KHZ频率范围内可以得到较高增益。因此在超声波测量中,使用反射器来提高灵敏度是非常有效的。

 

目前抛物镜反射器不但用于测量高压传输线的电晕,而且也用于测量各种液体绝缘的高压电气设备。下图为铝制的充满蓖麻油的反射器,将此反射器紧靠液体绝缘的电气设备的外壳,就能检测出设备内部发生npC的局部放电

反射器的尺寸图

                  反射器的尺寸图

 

以上叙述了接受器的灵敏度,为了提高整个测试装置的灵敏度,还要选用低噪声高增益的放大器。放大器的频率响应要和接受器的频率响应相一致。这样就可以使接收器接收的超声波信号充分放大。

在空气中局部放电产生的脉冲电荷和超声波的关系

             在空气中局部放电产生的脉冲电荷和超声波的关系

 

超声波检测局部放电和脉冲电流法检测的结果没有普遍的定量关系。上图是导线在空气中放电时测得的脉冲电荷和41.5KHZ的超声波水平的关系。图中曲线说明只有在放电电荷为几百pC范围内是线性的。下图是在矿物油中30-90KHZ的超声波水平与放电电荷的关系。试验数据虽然是很分散的,但大致上可以看出放电量大于10~3pC时呈线性关系,在放电量较低时超声波水平约与放电电荷的平方根成正比。因此用超声波检测法测量的结果只能说明相对的放电大小,而不能确切地测出局部放电的参数。

 

在油中局部放电产生的脉冲电荷和超声波的关系

                  在油中局部放电产生的脉冲电荷和超声波的关系

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