超声波的基本理论

超声波是一种机械波，波长很短，频率高于20KHz，这个频率比普通声波的频率要高很多，声强是与声速的平方成正比的，所以超声波的能量要远远高于普通声波的能量。超声波适合在大多数介质中传播，它能量损失小，传播范围广，穿透力强。因此，超声波非常适合用于变压器局放定位。

声波一般有三类：纵波、横波和板波。纵波可以在气体、固体、液体三种介质中传播，其介质的质点震动方向与声波传播方向相同;横波只能通过固体介质传播，其介质的质点振动方向垂直于声波传播方向；板波是可以在厚度与波长相当的薄板中传播的波。

超声场就是一个充满超声波的空间，一般描述超声场的物理量有声压(p)、声强(I)、声阻抗(Z)、质点振动位移和质点振动速度。其中声音的阻抗特性是表征介质声学性质的物理量，其值为介质密度ρ和声速v的乘积，即Z=ρv，声波在穿过不同介质时产生反射和折射，声阻抗决定了其反射能量和折射能量的变化。

超声波在传递过程中能量会发生衰减。主要有以下几种形式：

（1）扩散衰减：声源面积有限时，传播面积的扩大会加速声波扩散，从而使造单位面积上的能量和声压加速减小。

（2）散射衰减：当声波传递过程中遇到的障碍物厚度与声波的波长相当时，一部分被障碍物散射衰减掉，另外一部分声波可以绕过障碍物继续前进，这也叫声波的绕射现象。

（3）吸收衰减：介质材料的摩擦、热传导及粘滞会使声波以热量形式消耗，另外还有磁畴壁运动、错位运动等原因也会造成声波衰减，此类衰减统称为吸收衰减。

变压器的内部结构非常复杂，因此局部放电产生的超声波到达变压器外壁的探头前要传播多层介质。这些介质一般有变压器、线圈、绝缘纸板、油道。所以超声波在变压器内部的传播是一个复杂的过程。为了简化计算，可以将变压器内部结构看成层状介质，将局放点作为声波的发射源，这样其声波就可以看成是一个球面脉冲波，采用研究球面声波场方法来研究超声波的传播规律。