Page 106 - 《应用声学》2020年第4期

592 2020 年 7 月

型轴向切面示意图如图 3 所示。模型轴向长度设为 2.2 仿真结果分析
1 m，径向尺寸与真实电缆一致。在模型上建立三维 局放超声传感器一般安装在电缆外护套表
直角坐标系，如图 3 所示切面在 z = 0 平面上，为模
面，按照图 3 坐标系，在模型 z = 0 平面上的外
拟 XLPE 中的内半导电层尖刺缺陷，将声源设置在
护套表面沿轴向的不同距离处设置声压检测点
模型左端内半导电层和铜芯之间点 S 处，S 的坐标
T i (i = 1, 2, · · · , 19)，其 y 坐标 y i = 0，x 坐标如表 2
是(0,12.4,0)。
所示。
Q S /(m 3 ⋅s -1 ) 0.5 所示。可见，曲线随时间均呈振荡衰减趋势，并且随
1.0
检测点 T 1 、T 6 和T 10 的声压时间曲线 p-t 如图 4
0
-5 0 5 10 15 20 25 30 检测点距声源距离增加而逐渐呈现出峰值能量分
t/µs
散的现象，这一现象和声波在与多层介质边界作用
(a) ฉॎ
时发生折/反射有关。接下来主要分析检测点声压
Q S /(m 3 ⋅s -1 ) 0.4 0 (2.72,0.33) (40.82,0.33) 峰峰值的变化规律，实质上反映的是p-t曲线中的最
(28,0.46)
大峰值的变化规律。
0.2
0
30
60
f/kHz 90 120 150 0
(b) ᮠ៨ -1.5 T 
图 2 高斯脉冲声源波形及频谱 0 0.2 0.4
Fig. 2 Waveform of Gauss pulse sound source and p/GPa 0 T 6
its spectrum -0.6
0 0.2 0.4
x/mm
T i T i⇁
O T 10
0
S
-0.9
0 0.2 0.4
t/ms
y/mm
图 4 检测点 T 1、T 6、T 10 声压时域波形仿真结果
图 3 电缆本体声压场仿真模型
Fig. 4 Sound pressure-time curve of detection
Fig. 3 Model of cable sound pressure field simu-
lation points T 1, T 6, T 10

表 2 声压检测点 x 坐标
Table 2 x coordinate of detection points of acoustic pressure

检测点 T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 T 7 T 8 T 9 T 10 T 11 T 12 T 13 T 14 T 15 T 16 T 17 T 18 T 19
x 坐标/mm 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

检测点声压峰峰值和距声源点轴向距离 (传 的过程，扩散过程的发展可以反映在波阵面的变
播距离) 的关系 p p-p -x 如图 5 所示，按照曲线变化 化上。如图 7 和图 8 所示，电缆内部超声波波阵面
趋势可以将其分为 4 个区间：A：x ∈ (10, 30)；B： 的形状逐渐由不规则的曲面向平面过渡，在距声
x ∈ (30, 60)；C：x ∈ (60, 100)；D：x ∈ (100, 1000)。 源点大约 113 mm 的位置，波阵面已经基本变成
本文对这 4 段数据分别选择最优的模型进行拟合， 平面，这说明在电缆内部声波的扩散过程在大概
拟合结果如图 6 所示。区间 A 声压峰峰值和距声源 113 mm 处结束，大概对应于图5、图6 曲线 100 mm
点轴向距离符合反幂函数关系，区间 B 符合二次函 处。电缆内部声波扩散的过程示意图如图 9 所示，
数关系，区间 C符合一次函数关系，区间 D 符合 “指 声波从声源点开始向四周扩散，可以推断当波阵
数+常数项”的函数关系。 面完全抵达电缆的边界时，区间 A 的扩散过程结
电缆内部声波从声源点开始会经历一个扩散 束，可以根据公式 (2) 计算得到此时声波传播的距