針(zhen)對(dui)(dui)目前(qian)變壓器油界(jie)面(mian)(mian)張力(li)(li)的(de)傳統(tong)檢測方法(fa)檢測時間長、成本高等問題，提出了基(ji)于多頻超(chao)聲(sheng)檢測技術和(he)人工智(zhi)能(neng)算法(fa)的(de)界(jie)面(mian)(mian)張力(li)(li)預測方法(fa)。對(dui)(dui)選取(qu)的(de)175組變壓器油樣(yang)進行圓環法(fa)界(jie)面(mian)(mian)張力(li)(li)檢測和(he)多頻超(chao)聲(sheng)波檢測，分(fen)析了多頻超(chao)聲(sheng)波信(xin)號(hao)的(de)幅頻響應、相(xiang)(xiang)頻響應和(he)界(jie)面(mian)(mian)張力(li)(li)之間的(de)相(xiang)(xiang)關性(xing)。通過核主成分(fen)分(fen)析（KPCA）預處理多頻超(chao)聲(sheng)波數據，劃分(fen)樣(yang)本集(ji)為(wei)140組的(de)訓(xun)練(lian)集(ji)和(he)35組的(de)測試集(ji)，并建(jian)立麻雀搜索算法(fa)（SSA）優化Elman神經網絡(luo)（ENN）的(de)界(jie)面(mian)(mian)張力(li)(li)預測模型，預測平(ping)均相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)誤差為(wei)6.53%,預測準確(que)率達到93.47%.

變壓(ya)器(qi)作為電(dian)力(li)系統中(zhong)電(dian)能(neng)轉(zhuan)換和傳輸的(de)(de)重要電(dian)氣設備，其運行過程中(zhong)的(de)(de)安全穩定運行性和可靠性對于電(dian)力(li)系統的(de)(de)穩定運行具有(you)重要意義。

油(you)(you)浸式變(bian)(bian)壓器(qi)中的(de)(de)主要液體(ti)絕緣(yuan)(yuan)(yuan)介質為變(bian)(bian)壓器(qi)油(you)(you)，是經石(shi)油(you)(you)加工后(hou)的(de)(de)多(duo)種天然烴類的(de)(de)混(hun)合物，具有良好的(de)(de)絕緣(yuan)(yuan)(yuan)性(xing)(xing)、冷卻性(xing)(xing)和(he)流動性(xing)(xing)。界(jie)面張力在(zai)一定(ding)程(cheng)(cheng)度(du)上可(ke)以(yi)反映變(bian)(bian)壓器(qi)油(you)(you)中油(you)(you)和(he)水(shui)(shui)的(de)(de)親(qin)和(he)力的(de)(de)大(da)(da)小，油(you)(you)水(shui)(shui)兩相界(jie)面上的(de)(de)分子排列狀態會受親(qin)水(shui)(shui)性(xing)(xing)極性(xing)(xing)分子的(de)(de)含量(liang)影響，一旦被改變(bian)(bian)會影響變(bian)(bian)壓器(qi)油(you)(you)的(de)(de)絕緣(yuan)(yuan)(yuan)性(xing)(xing)能。所以(yi)，變(bian)(bian)壓器(qi)油(you)(you)絕緣(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)劣化程(cheng)(cheng)度(du)可(ke)以(yi)通過(guo)界(jie)面張力的(de)(de)大(da)(da)小來衡量(liang)。

針對(dui)(dui)變壓(ya)器(qi)油(you)(you)界(jie)面張(zhang)力(li)的(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)方(fang)法(fa)(fa)，GB/T6541規定(ding)了圓環法(fa)(fa)為其(qi)現行(xing)的(de)(de)標(biao)準檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)方(fang)法(fa)(fa)。界(jie)面張(zhang)力(li)的(de)(de)其(qi)他測(ce)(ce)(ce)(ce)定(ding)方(fang)法(fa)(fa)，有毛細(xi)管上(shang)升(sheng)法(fa)(fa)、最(zui)大氣泡(pao)壓(ya)法(fa)(fa)、懸滴(di)法(fa)(fa)、滴(di)體積(ji)法(fa)(fa)和Wilhelmy吊片(pian)法(fa)(fa)等(deng)。以(yi)(yi)上(shang)傳統(tong)的(de)(de)測(ce)(ce)(ce)(ce)定(ding)方(fang)法(fa)(fa)需(xu)要昂貴的(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)設備和較長的(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)時間，在一(yi)定(ding)程度(du)(du)上(shang)會(hui)增加變壓(ya)器(qi)的(de)(de)運行(xing)成本(ben)，所以(yi)(yi)研(yan)究一(yi)種檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)時間短(duan)、運行(xing)成本(ben)低的(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)界(jie)面張(zhang)力(li)的(de)(de)方(fang)法(fa)(fa)對(dui)(dui)于判斷變壓(ya)器(qi)油(you)(you)的(de)(de)品質狀態具有重要意義(yi)。超聲波檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)技術作為一(yi)種無損檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)技術，在待測(ce)(ce)(ce)(ce)介質中傳播時對(dui)(dui)介質無損傷，且檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)的(de)(de)速度(du)(du)快(kuai)、對(dui)(dui)環境的(de)(de)抗干擾能力(li)強，在液體檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)領域有著充分的(de)(de)發展和應用。

2005年，Elvira等(deng)針對檢(jian)測牛奶中(zhong)微生(sheng)物的生(sheng)長情況問題(ti)，利(li)用超(chao)(chao)聲波(bo)的振幅和延遲信息(xi)，在不打開包裝的前提下開發了(le)一種八通道(dao)超(chao)(chao)聲波(bo)設備。

2014年，王娜利(li)用牛(niu)奶與(yu)超(chao)聲(sheng)波(bo)衰減機(ji)理(li)，研究(jiu)了成分(fen)含量正常的(de)牛(niu)奶與(yu)加入食品(pin)添加劑或(huo)者變質的(de)牛(niu)奶對不同(tong)頻率超(chao)聲(sheng)波(bo)的(de)聲(sheng)衰減譜特性，實現了牛(niu)奶質量在線與(yu)現場無損傷檢測與(yu)評估。

2019年，Baesso等針(zhen)對生物柴(chai)油(you)的(de)質量(liang)和(he)(he)純度(du)評估問題(ti)，利(li)用(yong)超(chao)聲波(bo)在傳播過(guo)程中的(de)聲速(su)和(he)(he)衰減系數的(de)變(bian)化情(qing)況，檢(jian)測(ce)出了(le)質量(liang)分(fen)數為0.1%的(de)污(wu)染物。除了(le)在液體(ti)檢(jian)測(ce)領域(yu)的(de)應用(yong)外，在變(bian)壓器(qi)狀態檢(jian)測(ce)方(fang)面(mian)(mian)超(chao)聲波(bo)也(ye)有一定(ding)的(de)應用(yong)和(he)(he)發展，主要是將超(chao)聲波(bo)應用(yong)在變(bian)壓器(qi)局部放(fang)電檢(jian)測(ce)和(he)(he)變(bian)壓器(qi)繞組(zu)變(bian)形檢(jian)測(ce)等方(fang)面(mian)(mian)。

近年來，超(chao)聲(sheng)波(bo)檢(jian)測(ce)技術逐漸應用到變(bian)(bian)壓(ya)器(qi)油的(de)(de)(de)(de)檢(jian)測(ce)上(shang)。2019年，Yang等(deng)(deng)針對(dui)(dui)變(bian)(bian)壓(ya)器(qi)油中(zhong)的(de)(de)(de)(de)微水(shui)含量(liang)(liang)問(wen)題(ti)，利用多頻(pin)(pin)超(chao)聲(sheng)波(bo)在具有不同特性的(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)壓(ya)器(qi)油中(zhong)傳播(bo)時聲(sheng)衰減情(qing)況的(de)(de)(de)(de)不同，分析幅值和相位等(deng)(deng)聲(sheng)學參數的(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)化規律，并結合(he)人工神經網絡(luo)實現了(le)對(dui)(dui)變(bian)(bian)壓(ya)器(qi)油中(zhong)微水(shui)含量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)有效預(yu)測(ce)。2022年，陳(chen)越利用超(chao)聲(sheng)波(bo)接收波(bo)形(xing)的(de)(de)(de)(de)峰(feng)值對(dui)(dui)水(shui)泥(ni)砂漿的(de)(de)(de)(de)均勻度進(jin)行了(le)檢(jian)測(ce)判斷，相較于(yu)目前對(dui)(dui)凝固后固態水(shui)泥(ni)的(de)(de)(de)(de)檢(jian)測(ce)，對(dui)(dui)于(yu)攪(jiao)拌質量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)檢(jian)測(ce)更有實際(ji)意義。2022年，Li等(deng)(deng)利用多頻(pin)(pin)超(chao)聲(sheng)檢(jian)測(ce)技術提(ti)出(chu)了(le)PSOElman模型，實現了(le)對(dui)(dui)變(bian)(bian)壓(ya)器(qi)油介損因(yin)數的(de)(de)(de)(de)有效預(yu)測(ce)。

2019年，楊壯等(deng)利用多頻超聲波技術(shu)對(dui)變壓器(qi)油(you)進行(xing)檢測(ce)，并結合GABPNN對(dui)變壓器(qi)油(you)界(jie)面張(zhang)力進行(xing)預測(ce)，但該研究(jiu)針(zhen)對(dui)聲學參(can)數(shu)(shu)和界(jie)面張(zhang)力之間相關性(xing)的分析只考慮(lv)了超聲波信(xin)(xin)號的幅(fu)值，未考慮(lv)聲速、相位等(deng)參(can)數(shu)(shu)信(xin)(xin)息。

因此，基于(yu)多頻(pin)超(chao)聲波技術，并結合人工神(shen)經(jing)網絡提出對變壓器油的(de)界(jie)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)(li)的(de)檢測(ce)方法(fa)，綜(zong)合分(fen)(fen)析超(chao)聲波信(xin)號幅值、相位等參數(shu)(shu)與界(jie)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)(li)之間的(de)關系，建立以(yi)核主成分(fen)(fen)分(fen)(fen)析（kernelprincipalcomponentanalysis,KPCA）預處理(li)數(shu)(shu)據、麻雀搜(sou)索(suo)算法(fa)（sparrowsearchalgorithm,SSA）優化Elman神(shen)經(jing)網絡（ENN）參數(shu)(shu)的(de)界(jie)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)(li)預測(ce)模型，以(yi)采集(ji)到的(de)多頻(pin)超(chao)聲波數(shu)(shu)據為輸(shu)入、圓環(huan)法(fa)測(ce)得的(de)界(jie)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)(li)為輸(shu)出，并劃分(fen)(fen)訓(xun)練(lian)集(ji)和測(ce)試集(ji)，以(yi)測(ce)試集(ji)的(de)預測(ce)準(zhun)確率驗證界(jie)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)(li)預測(ce)模型的(de)可行性。

1變壓器油界面張力的多頻超聲檢測

1.1多頻超聲(sheng)檢測(ce)平臺

用于檢測變壓器(qi)油的多(duo)頻超聲(sheng)檢測平臺結構如圖1所示。

圖1檢(jian)測(ce)平臺結(jie)構

該系統由3部分組(zu)成：超(chao)(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)傳感(gan)器(qi)(qi)、多(duo)頻超(chao)(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)控(kong)制(zhi)單(dan)(dan)元和(he)數據處理單(dan)(dan)元。多(duo)頻超(chao)(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)控(kong)制(zhi)單(dan)(dan)元包括產(chan)生超(chao)(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)信號(hao)(hao)(hao)的(de)(de)超(chao)(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)發射(she)模塊(kuai)和(he)用(yong)于接(jie)收(shou)超(chao)(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)信號(hao)(hao)(hao)的(de)(de)超(chao)(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)接(jie)收(shou)模塊(kuai)，其中(zhong)超(chao)(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)傳感(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)輸入端與(yu)超(chao)(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)發射(she)模塊(kuai)連(lian)(lian)接(jie)，超(chao)(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)傳感(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)輸出端與(yu)超(chao)(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)接(jie)收(shou)模塊(kuai)連(lian)(lian)接(jie)。與(yu)多(duo)頻控(kong)制(zhi)單(dan)(dan)元的(de)(de)信號(hao)(hao)(hao)輸出口(kou)相(xiang)連(lian)(lian)接(jie)的(de)(de)超(chao)(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)發射(she)器(qi)(qi)將電信號(hao)(hao)(hao)經過延遲線中(zhong)的(de)(de)超(chao)(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)換能器(qi)(qi)轉換為(wei)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)信號(hao)(hao)(hao)，并進(jin)入測量(liang)室中(zhong)的(de)(de)待測介質變壓器(qi)(qi)油(you)中(zhong)進(jin)行傳播。超(chao)(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)發射(she)模塊(kuai)每20s產(chan)生40個頻率(lv)范圍為(wei)590——1000kHz的(de)(de)超(chao)(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)信號(hao)(hao)(hao)，40個頻率(lv)點如表(biao)1所示。

表1多頻(pin)超(chao)聲波的檢測頻(pin)率kHz

圖1所示(shi)的超聲波傳(chuan)感器(qi)由超聲波接收器(qi)、

超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)發(fa)射(she)器(qi)(qi)(qi)、溫度傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)、測(ce)(ce)量室(shi)和超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)發(fa)射(she)器(qi)(qi)(qi)組(zu)成，其中位(wei)于(yu)測(ce)(ce)量室(shi)兩端的(de)(de)(de)2個超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)接(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)(qi)用(yong)于(yu)接(jie)(jie)收(shou)在變(bian)壓器(qi)(qi)(qi)油(you)中傳(chuan)播(bo)的(de)(de)(de)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)，超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)發(fa)射(she)器(qi)(qi)(qi)進(jin)行(xing)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)發(fa)射(she)。為保證超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)實(shi)驗檢測(ce)(ce)的(de)(de)(de)精度，變(bian)壓器(qi)(qi)(qi)油(you)的(de)(de)(de)多頻超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)檢測(ce)(ce)是在27.5℃的(de)(de)(de)水浴恒溫環境中進(jin)行(xing)的(de)(de)(de)，由位(wei)于(yu)測(ce)(ce)量室(shi)的(de)(de)(de)溫度傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)進(jin)行(xing)監測(ce)(ce)。數據(ju)處理(li)(li)(li)單(dan)元通過數字信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)處理(li)(li)(li)電路與多頻超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)控(kong)制(zhi)單(dan)元進(jin)行(xing)連接(jie)(jie)，用(yong)于(yu)處理(li)(li)(li)多頻超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)接(jie)(jie)收(shou)模塊接(jie)(jie)收(shou)到的(de)(de)(de)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)。經(jing)過數據(ju)處理(li)(li)(li)單(dan)元處理(li)(li)(li)的(de)(de)(de)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)，主要包括不同接(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)(qi)所接(jie)(jie)收(shou)到的(de)(de)(de)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)的(de)(de)(de)幅值、相位(wei)以及超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)在油(you)中傳(chuan)播(bo)時的(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)速(su)和飛行(xing)時間。

在(zai)(zai)多(duo)頻超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)變(bian)(bian)壓(ya)(ya)器(qi)(qi)(qi)油(you)(you)(you)檢(jian)測(ce)實驗中(zhong)，利用多(duo)頻超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)檢(jian)測(ce)平臺，將超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)反射(she)檢(jian)測(ce)法(fa)和超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)透(tou)射(she)檢(jian)測(ce)法(fa)相結合，對(dui)(dui)(dui)(dui)實驗所選取的(de)(de)(de)(de)(de)175組變(bian)(bian)壓(ya)(ya)器(qi)(qi)(qi)油(you)(you)(you)樣(yang)進行(xing)檢(jian)測(ce)。對(dui)(dui)(dui)(dui)于(yu)變(bian)(bian)壓(ya)(ya)器(qi)(qi)(qi)油(you)(you)(you)的(de)(de)(de)(de)(de)檢(jian)測(ce)，多(duo)頻超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)檢(jian)測(ce)技術無需對(dui)(dui)(dui)(dui)油(you)(you)(you)樣(yang)進行(xing)預(yu)處(chu)(chu)理，檢(jian)測(ce)的(de)(de)(de)(de)(de)重復性(xing)好(hao)，在(zai)(zai)一(yi)(yi)定程度上縮短了(le)檢(jian)測(ce)時間。超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)反射(she)檢(jian)測(ce)法(fa)和超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)透(tou)射(she)檢(jian)測(ce)法(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)不同(tong)(tong)之處(chu)(chu)在(zai)(zai)于(yu)，相對(dui)(dui)(dui)(dui)于(yu)待測(ce)介(jie)(jie)質，超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)發(fa)射(she)器(qi)(qi)(qi)和超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)接收(shou)器(qi)(qi)(qi)放置的(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)置有(you)所不同(tong)(tong)。前(qian)者的(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)發(fa)射(she)器(qi)(qi)(qi)和超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)接收(shou)器(qi)(qi)(qi)位(wei)于(yu)待測(ce)介(jie)(jie)質的(de)(de)(de)(de)(de)同(tong)(tong)側，而后(hou)者則位(wei)于(yu)待測(ce)介(jie)(jie)質變(bian)(bian)壓(ya)(ya)器(qi)(qi)(qi)油(you)(you)(you)的(de)(de)(de)(de)(de)兩側。超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)信(xin)號經(jing)過(guo)延遲線到達測(ce)量(liang)室(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)待測(ce)介(jie)(jie)質變(bian)(bian)壓(ya)(ya)器(qi)(qi)(qi)油(you)(you)(you)界(jie)(jie)面前(qian)，在(zai)(zai)基(ji)準介(jie)(jie)質和測(ce)量(liang)室(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)壓(ya)(ya)器(qi)(qi)(qi)油(you)(you)(you)界(jie)(jie)面之間反射(she)，該(gai)反射(she)信(xin)號反向傳播至(zhi)(zhi)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)接收(shou)器(qi)(qi)(qi)T1,為相信(xin)號L1;沒有(you)發(fa)生(sheng)反射(she)的(de)(de)(de)(de)(de)另一(yi)(yi)部(bu)分(fen)(fen)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)信(xin)號發(fa)生(sheng)透(tou)射(she)在(zai)(zai)待測(ce)介(jie)(jie)質變(bian)(bian)壓(ya)(ya)器(qi)(qi)(qi)油(you)(you)(you)中(zhong)傳播，傳播至(zhi)(zhi)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)接收(shou)器(qi)(qi)(qi)T2處(chu)(chu)被接收(shou)，為相信(xin)號L3;經(jing)過(guo)透(tou)射(she)傳播至(zhi)(zhi)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)接收(shou)器(qi)(qi)(qi)T2的(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)信(xin)號，一(yi)(yi)部(bu)分(fen)(fen)再次經(jing)過(guo)反射(she)在(zai)(zai)變(bian)(bian)壓(ya)(ya)器(qi)(qi)(qi)油(you)(you)(you)中(zhong)進行(xing)傳播至(zhi)(zhi)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)接收(shou)器(qi)(qi)(qi)T1,為相信(xin)號L2.

1.2多頻超聲(sheng)檢測變壓(ya)器油的聲(sheng)衰減原理

多頻超(chao)(chao)聲(sheng)檢測變壓器油利用(yong)的(de)(de)主(zhu)要(yao)(yao)是(shi)超(chao)(chao)聲(sheng)波(bo)在傳(chuan)播(bo)過(guo)程中的(de)(de)聲(sheng)衰(shuai)(shuai)減特性(xing)(xing)。引起超(chao)(chao)聲(sheng)波(bo)在待測介(jie)質(zhi)傳(chuan)播(bo)過(guo)程中衰(shuai)(shuai)減的(de)(de)主(zhu)要(yao)(yao)原因是(shi)波(bo)束(shu)擴散、晶粒(li)散射和介(jie)質(zhi)吸(xi)收。擴散衰(shuai)(shuai)減是(shi)指超(chao)(chao)聲(sheng)波(bo)在變壓器油傳(chuan)播(bo)的(de)(de)過(guo)程中，由(you)于波(bo)束(shu)的(de)(de)擴散，隨著(zhu)傳(chuan)播(bo)距離的(de)(de)增加超(chao)(chao)聲(sheng)波(bo)的(de)(de)能量逐漸衰(shuai)(shuai)減的(de)(de)過(guo)程，其僅取決(jue)于波(bo)面(mian)的(de)(de)形狀，與變壓器油本身的(de)(de)特性(xing)(xing)無(wu)關。

散射衰減(jian)(jian)是由于變壓器油(you)(you)中(zhong)如雜質(zhi)粒子和(he)帶(dai)點(dian)膠體等(deng)的存(cun)在(zai)，超聲波在(zai)油(you)(you)中(zhong)傳播時，遇到(dao)聲阻抗不同的界面產(chan)生散射而造成的能量大量衰減(jian)(jian)。超聲波在(zai)介質(zhi)中(zhong)傳播時，由于介質(zhi)中(zhong)質(zhi)點(dian)間摩(mo)擦的黏滯性和(he)熱傳導引起的能量衰減(jian)(jian)為(wei)吸收衰減(jian)(jian)。

對于變壓器油這種液體絕緣(yuan)介質(zhi)，超(chao)聲(sheng)波傳(chuan)播過程中的超(chao)聲(sheng)波衰(shuai)減(jian)(jian)主(zhu)要是吸(xi)收衰(shuai)減(jian)(jian)造成的，其衰(shuai)減(jian)(jian)系數滿足(zu)：

式中：f為超聲(sheng)波(bo)信號的(de)(de)頻率，η為黏滯(zhi)系(xi)數，c和ρ分別為超聲(sheng)波(bo)在變(bian)壓器油(you)中的(de)(de)聲(sheng)速和變(bian)壓器油(you)的(de)(de)密度。主要影響吸收(shou)衰減系(xi)數的(de)(de)是黏滯(zhi)系(xi)數η,與(yu)衰減系(xi)數成(cheng)正比；與(yu)黏滯(zhi)系(xi)數相反，ρ和c與(yu)吸收(shou)衰減系(xi)數成(cheng)反比。

由(you)超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)發(fa)射(she)(she)(she)(she)器(qi)(qi)(qi)發(fa)射(she)(she)(she)(she)的(de)超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)信(xin)(xin)號(hao)垂直(zhi)入射(she)(she)(she)(she)至變(bian)壓器(qi)(qi)(qi)油(you)的(de)分(fen)界面處(chu)時(shi)，一部分(fen)超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)信(xin)(xin)號(hao)透(tou)射(she)(she)(she)(she)入變(bian)壓器(qi)(qi)(qi)油(you)中(zhong)繼(ji)續傳(chuan)播，其余部分(fen)的(de)超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)信(xin)(xin)號(hao)垂直(zhi)反射(she)(she)(she)(she)回超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)接收(shou)器(qi)(qi)(qi)，如圖2所(suo)示。變(bian)壓器(qi)(qi)(qi)油(you)分(fen)界面處(chu)的(de)聲(sheng)壓和(he)質點的(de)振速滿(man)足連續原則，則可(ke)求得(de)聲(sheng)壓反射(she)(she)(she)(she)系(xi)數和(he)聲(sheng)壓透(tou)射(she)(she)(she)(she)系(xi)數分(fen)別(bie)為：

式中：γP和τP分別為聲(sheng)壓(ya)的(de)反射系數(shu)和透射系數(shu)，Z1和Z2分別代(dai)表基準介質和待(dai)測介質變壓(ya)器(qi)油的(de)聲(sheng)阻抗(kang)。

圖2超(chao)聲波(bo)信(xin)號在(zai)變(bian)壓器(qi)油中傳播時的反射和透射示(shi)意圖

當(dang)(dang)(dang)超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)信(xin)(xin)號(hao)從聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)阻(zu)(zu)抗(kang)(kang)(kang)低的(de)(de)基(ji)準介質(zhi)(zhi)傳播(bo)進入(ru)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)阻(zu)(zu)抗(kang)(kang)(kang)高的(de)(de)待測介質(zhi)(zhi)時，反射(she)(she)超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)小(xiao)于超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)的(de)(de)入(ru)射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)，則透(tou)射(she)(she)超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)的(de)(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)大；當(dang)(dang)(dang)超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)信(xin)(xin)號(hao)從聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)阻(zu)(zu)抗(kang)(kang)(kang)高的(de)(de)基(ji)準介質(zhi)(zhi)進入(ru)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)阻(zu)(zu)抗(kang)(kang)(kang)低的(de)(de)待測介質(zhi)(zhi)時，反射(she)(she)超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)的(de)(de)絕對值小(xiao)于入(ru)射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)，但反射(she)(she)的(de)(de)超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)信(xin)(xin)號(hao)與入(ru)射(she)(she)超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)傳播(bo)方向(xiang)相反，會產生相互抵(di)消的(de)(de)作用，使得透(tou)射(she)(she)超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)很(hen)小(xiao)。當(dang)(dang)(dang)Z1>>Z2或Z2>>Z1時，超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)幾乎(hu)全反射(she)(she)。而當(dang)(dang)(dang)2種(zhong)介質(zhi)(zhi)的(de)(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)阻(zu)(zu)抗(kang)(kang)(kang)約相等時，可看做(zuo)2種(zhong)介質(zhi)(zhi)連續(xu)，超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)近似(si)發生全透(tou)射(she)(she)。

聲強是(shi)一(yi)種單位能量，用來表示(shi)能量分配的聲強反射(she)率和透射(she)率，由于超聲波(bo)能量傳播時滿足(zu)能量守(shou)恒定(ding)律的關系，滿足(zu)R+T=1,其中

超聲(sheng)波(bo)信號在傳播(bo)的(de)(de)(de)過程中，其透射(she)(she)和(he)反射(she)(she)能量的(de)(de)(de)大小(xiao)與基準介質(zhi)和(he)待測介質(zhi)2種介質(zhi)的(de)(de)(de)聲(sheng)阻抗(kang)的(de)(de)(de)差(cha)(cha)異有關(guan)。兩者的(de)(de)(de)差(cha)(cha)異越(yue)小(xiao)，超聲(sheng)波(bo)傳播(bo)時(shi)聲(sheng)強的(de)(de)(de)透射(she)(she)率(lv)越(yue)大，反射(she)(she)率(lv)越(yue)小(xiao)。

變(bian)壓(ya)器(qi)油(you)(you)作為液體(ti)(ti)絕(jue)緣介質(zhi)，在(zai)(zai)變(bian)壓(ya)器(qi)的運行過程中，由于電場(chang)作用、氧化反應、高溫環境以(yi)及水分等對變(bian)壓(ya)器(qi)油(you)(you)的影響，油(you)(you)中會產生極(ji)性(xing)(xing)雜(za)(za)質(zhi)和帶(dai)(dai)電膠體(ti)(ti)，而超聲波(bo)在(zai)(zai)變(bian)壓(ya)器(qi)油(you)(you)中傳播時，極(ji)性(xing)(xing)雜(za)(za)質(zhi)和帶(dai)(dai)電膠體(ti)(ti)的存在(zai)(zai)會引(yin)起如(ru)圖(tu)3所(suo)示的超

聲(sheng)波(bo)的(de)散射和吸(xi)收衰減，在一定程度(du)上(shang)加劇了超聲(sheng)波(bo)在變壓(ya)器油中(zhong)傳輸時(shi)的(de)衰減。

圖3超聲(sheng)波在變壓器油(you)中(zhong)傳輸(shu)的聲(sheng)衰減(jian)示意圖