Page 108 - 《应用声学》2020年第4期

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30 mm t=20 µs 综上可知，电缆内部超声波的扩散过程受到电
缆结构影响而只能进行一段距离，对于仿真中型号
的电缆，局放超声波在电缆内部有限的扩散过程大
约在距声源100 mm处结束。在有限的扩散距离上，

75 mm t=40 µs 电缆表面声波峰峰值的衰减很快，衰减速度明显比
扩散结束后快。

3 电缆中超声波幅值衰减实验及分析

113 mm t=60 µs
3.1 实验系统
本文搭建了长度为3 m的某型号10 kV单相电
缆超声波衰减规律试验平台，实验系统如图 10 所
示。用信号发生器产生和图 2 波形形状一致且幅
0 50 100 150 200 值为 10 V 的脉冲电信号来激励压电传感器 (Piezo-
x/mm
electric transducer, PZT) 产生声波信号作为声源，
9
p/10 Pa
-1.0 -0.5 0 0.5 1.0 同时用另一个 PZT 对电缆外护套表面的声波幅值
图 7 不同时刻电缆 z = 0 切面声压场分布 进行检测。
Fig. 7 Distribution of sound field in cable section ೝ฾ ܦູ
of z = 0 PZT PZT ηՂԧၷ٨

ࠄᰎႃ፶
ᇨฉ٨
40 dB
฻ናࣱԼ
ҒᎶஊܸ٨

t=20 µs t=40 µs t=60 µs
图 10 实验系统图
x=30 mm x =75 mm x=113 mm
Fig. 10 Experimental system diagram
p/10 Pa
9
-1.0 -0.5 0 0.5 1.0
电缆的端部绝缘层以外被剥除，绝缘层被打磨
图 8 电缆横切面声压场分布 成厚度为 1 mm的平台，声源 PZT放置在该平台上，
Fig. 8 Distribution of sound pressure field in the 能够通过紧密接触的平面将超声波注入电缆。检测
cross-section of cable
PZT 被逐次布置在和声源 PZT 夹角为零的电缆外
护套表面距声源 PZT分别20 mm、30 mm、40 mm、
50 mm、60 mm、70 mm、80 mm、90 mm、100 mm、
L 
L 
200 mm、300 mm、400 mm、500 mm 的位置。为了
L 
S ฉ᫼᭧
R  r 增大 PZT检测的灵敏度，在电缆外护套的检测点用
环氧树脂浇注成一个个 PZT 安装平台，同时给声源
A B C D ℘ R 
PZT 和检测 PZT 均施加 11 N 的力，以增强耦合效
果。检测结果表明，和没有增敏措施相比，检测幅值
增大了1倍左右。
L  =26.44 mm; L  =60 mm; L  =100 mm;
3.2 实验结果分析
r: L  ࠫऄੱஙӧय़; R  : ႃ፶ӧय़ὙR  =ܦູSᡰᨷᔇᡰሏ+R 0
图 9 电缆中超声波扩散过程示意图 电缆外护套声波检测数据经滤波后如图 11 所
Fig. 9 Schematic diagram of diffusion process of 示，和仿真一样，曲线随时间均呈振荡衰减趋势，
ultrasonic in cable 并且随检测点距声源距离增加而逐渐呈现出峰值