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超聲波檢測的靈敏度-拋物鏡反射器提高靈敏度

來源:揚州國浩電氣有限公司   2017年10月17日 15:09  

拋物鏡反射器可以將在氣體或液體中傳播的超聲波反射到焦點上,提高了位于焦點上的換能器對超聲波聲壓接收的水平。這不僅可以提高測量靈敏度,也增強了換能器辨別方向的能力。

 

拋物鏡的基本尺寸圖

           拋物鏡的基本尺寸圖

 

為了使得超聲波在反射器上充分得到反射,就必需使用聲阻抗大的材料。而且反射器的表面要非常光滑。反射器表面形狀應符合拋物線方程

y²=4ax

方程式中a為焦距,如上圖所示。

 

拋物鏡的半徑

r=4ah

 

反射器增益與頻率的關系

           反射器增益與頻率的關系

 

拋物鏡反射器的增益同時還與聲波的頻率有關。下圖是用鋁制反射器測量不同頻率的聲波所得到的增益變化圖。當頻率低于1kHz時,反射器得到的增益較小;在200HZ左右出現峰值,這是因為反射器發生了諧振,增益zui大;在20kHZ一100KHZ頻率范圍內可以得到較高增益。因此在超聲波測量中,使用反射器來提高靈敏度是非常有效的。

 

目前拋物鏡反射器不但用于測量高壓傳輸線的電暈,而且也用于測量各種液體絕緣的高壓電氣設備。下圖為鋁制的充滿蓖麻油的反射器,將此反射器緊靠液體絕緣的電氣設備的外殼,就能檢測出設備內部發生npC的局部放電

反射器的尺寸圖

                  反射器的尺寸圖

 

以上敘述了接受器的靈敏度,為了提高整個測試裝置的靈敏度,還要選用低噪聲高增益的放大器。放大器的頻率響應要和接受器的頻率響應相一致。這樣就可以使接收器接收的超聲波信號充分放大。

在空氣中局部放電產生的脈沖電荷和超聲波的關系

             在空氣中局部放電產生的脈沖電荷和超聲波的關系

 

超聲波檢測局部放電和脈沖電流法檢測的結果沒有普遍的定量關系。上圖是導線在空氣中放電時測得的脈沖電荷和41.5KHZ的超聲波水平的關系。圖中曲線說明只有在放電電荷為幾百pC范圍內是線性的。下圖是在礦物油中30-90KHZ的超聲波水平與放電電荷的關系。試驗數據雖然是很分散的,但大致上可以看出放電量大于10~3pC時呈線性關系,在放電量較低時超聲波水平約與放電電荷的平方根成正比。因此用超聲波檢測法測量的結果只能說明相對的放電大小,而不能確切地測出局部放電的參數。

 

在油中局部放電產生的脈沖電荷和超聲波的關系

                  在油中局部放電產生的脈沖電荷和超聲波的關系

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