1.1 超(chao)聲信(xin)號路(lu)徑(jing)

以(yi)跳(tiao)動(dong)粒子和(he)局(ju)部放(fang)電作(zuo)為兩個聲波發(fa)射(she)源。這(zhe)壹聲信(xin)號有(you)很(hen)寬的(de)頻帶(dai)，且(qie)可達(da)幾百(bai)千(qian)赫(he)。從GIS內部的(de)聲源和(he)到(dao)外部聲傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)路(lu)徑(jing)見圖(tu)所示(shi)。從(cong)圖(tu)中(zhong)可以(yi)看(kan)到，對(dui)於(yu)兩(liang)個聲源的(de)傳(chuan)播路(lu)徑(jing)有(you)很(hen)大(da)的(de)區(qu)別(bie)。從粒子發(fa)出的(de)聲信(xin)號直接(jie)到(dao)達(da)金屬殼，然後(hou)通過金屬到達(da)傳(chuan)感(gan)器(qi)。另(ling)壹(yi)方面(mian)，放(fang)電產(chan)生的(de)聲信(xin)號，同(tong)樣(yang)也(ye)是(shi)在(zai)到達(da)傳(chuan)感(gan)器(qi)之(zhi)前(qian)通過SF6氣(qi)體和(he)金屬殼體。由(you)傳(chuan)感(gan)器(qi)測得的(de)聲信(xin)號幅(fu)值(zhi)和形狀(zhuang)，不但(dan)是(shi)發(fa)射源的(de)函(han)數，而(er)且(qie)與(yu)路徑(jing)有(you)很(hen)大(da)關(guan)系(xi)。所以(yi)，對(dui)於(yu)傳(chuan)播中(zhong)的(de)聲波形狀(zhuang)特征(zheng)要(yao)根(gen)據當(dang)時的(de)GIS結(jie)構特(te)征(zheng)而(er)定(ding)，尤其用超(chao)聲波定(ding)位，就更應(ying)考慮聲的(de)傳(chuan)播路(lu)徑(jing)。

              聲的(de)傳(chuan)播路(lu)徑(jing)

1.2 聲波傳(chuan)播中(zhong)的(de)衰(shuai)減

聲波的(de)幅(fu)值(zhi)與(yu)聲能的(de)平(ping)方根(gen)成(cheng)正(zheng)比(bi)。當(dang)聲波在(zai)均勻且(qie)無(wu)限的(de)介質(zhi)中傳(chuan)播時(shi)，聲波的(de)衰(shuai)減與(yu)距發射源的(de)距(ju)離(li)的(de)增(zeng)加而減小(xiao)。聲波衰(shuai)減是(shi)由(you)於(yu)介質(zhi)對聲能的(de)吸(xi)收(shou)和空(kong)間(jian)衰(shuai)減而來(lai)。吸收(shou)是(shi)聲波在(zai)氣(qi)體介質(zhi)的(de)損(sun)耗(hao)，而在(zai)金屬中的(de)損(sun)耗(hao)較小(xiao)，可在(zai)較短(duan)距(ju)離(li)內忽略不計(ji)。在(zai)SF6氣(qi)體中(zhong)，聲能的(de)吸(xi)收(shou)基本(ben)不變(bian)，可謂壹常數。若聲能為100dBm，在(zai)40kHz時SF6吸(xi)收為26dBm。空(kong)間(jian)衰(shuai)減只(zhi)簡(jian)單受空(kong)間(jian)幾何形狀(zhuang)的(de)影(ying)響，在(zai)點聲源發(fa)射(she)情況(kuang)下(xia)，球(qiu)形聲波的(de)波(bo)強與(yu)距聲源的(de)距(ju)離(li)的(de)平(ping)方成(cheng)反比(bi)。對(dui)於(yu)柱形聲波強的(de)衰(shuai)減正(zheng)比(bi)於(yu)距(ju)離(li)。壹(yi)維(wei)直線(xian)波(bo)沒有(you)空(kong)間(jian)衰(shuai)減。以(yi)上(shang)關(guan)系(xi)在(zai)壹個(ge)波長內是(shi)無(wu)效的(de)。

1.3 聲波傳(chuan)播形式(shi)

在(zai)無限大(da)的(de)固(gu)體中(zhong)，壓(ya)力波和剪力波是(shi)共(gong)存的(de)，而(er)且(qie)兩(liang)種(zhong)波(bo)的(de)傳(chuan)播速(su)度並(bing)不相同(tong)，剪(jian)力波速大約為壓(ya)力波速的(de)60%。它(ta)們(men)的(de)頻率(lv)可認(ren)為是(shi)相互(hu)獨(du)立的(de)頻率(lv)，在(zai)氣(qi)體中(zhong)只(zhi)有(you)壓(ya)力波存在(zai)，聲速在(zai)壹個(ge)大氣(qi)壓(ya)SF6氣(qi)體中(zhong)的(de)傳(chuan)播速(su)度為156m/s。

在(zai)復(fu)雜的(de)結(jie)構中(zhong)，如GIS中，聲波形式(shi)變(bian)得更復(fu)雜。大(da)量的(de)附(fu)加波摻(chan)雜(za)在(zai)其中。這(zhe)些復(fu)雜的(de)聲波可分解為壓(ya)力波和剪力波，而且(qie)依靠結構的(de)幾何形狀(zhuang)、邊界條(tiao)件(jian)、材(cai)料(liao)等(deng)。壹般情況(kuang)下(xia)，每種(zhong)形式(shi)都(dou)有(you)其自(zi)己(ji)的(de)相速(su)度和(he)波(bo)群速(su)度，相速(su)度和(he)群速(su)度都(dou)由(you)頻率(lv)決定(ding)。

對於(yu)聲波特(te)性(xing)來說(shuo)，當(dang)G工(gong)S密封(feng)的(de)管(guan)壁(bi)厚度和(he)平(ping)板(ban)厚度相同(tong)時(shi)，GIS管(guan)壁(bi)與(yu)平板(ban)具(ju)有(you)的(de)相同(tong)的(de)特(te)性(xing)。在(zai)管(guan)壁(bi)內存在(zai)零次(ci)和壹次兩種基本(ben)波(bo)，如圖(tu)所示(shi)。零(ling)次(ci)波(bo)壹般為彎(wan)曲(qu)波(bo)和半(ban)縱(zong)向波(bo)。相速(su)度和(he)波(bo)群速(su)度隨(sui)頻率(lv)變(bian)化的(de)關(guan)系(xi)見(jian)圖(tu)所示(shi)。如圖(tu)所示(shi)，速(su)度取(qu)決於(yu)平(ping)板(ban)厚度和(he)頻率(lv)的(de)乘(cheng)積，如果(guo)乘積小(xiao)於(yu)2mmMHz，則(ze)只(zhi)產(chan)生了零(ling)次(ci)波。

                      平(ping)板(ban)內的(de)波(bo)形