164
Рис. 2 – Распространение акустических волн в токопроводе.
II.
О
СНОВНЫЕ ТИПЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ
АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН
В акустическом контроле электрооборудования
используются различные типы колебаний и волн,
отличающихся направлением колебаний, распределением
амплитуд колебаний и волн в среде, скоростью
распространения волн.
В твердых, жидких и газообразных средах существует
упругость объема, то есть среда стремится сохранить свой
объем. Таким образом, во всех средах могут существовать
колебания растяжения-сжатия [3]. Волны с такими
колебаниями - это продольные волны, или волны
растяжения-сжатия. При распространении в твердом теле
колебания частиц среды в продольной волне в основном
происходят вдоль направления распространения волны
(рис. 3, а).
В твердых телах существуют также волны сдвига.
Частицы в них колеблются поперек направления
распространения
волны.
Их
поэтому
называют
поперечными или сдвиговыми волнами (рис. 3, б).
Рис. 3
–
Типы акустических волн: а) продольная, б) поперечная; в)
волновой процесс.
Скорость
распространения
поперечной
волны
приблизительно в 2 раза меньше, чем продольной.
Поперечные волны, распространяющиеся наклонно к
какой-либо поверхности или вдоль нее, разделяют на
волны с направлением колебаний, параллельным
поверхности (горизонтально-поляризованными), и волны с
направлением колебаний, перпендикулярным к этой
поверхности
(вертикально-поляризованными).
На
практике обычно применяют вертикально-поляризованные
волны.
Основные величины, которые определяют при
акустических исследованиях — это звуковое давление,
интенсивность или мощность звука, коэффициент
направленности.
Максимальное изменение давления в среде при
распространении акустических волн по сравнению с
давлением в среде при отсутствии волн называют
звуковым давлением. При исследовании акустических
шумов измеряют среднеквадратичное значение звукового
давления (P), определяемого из следующего выражения:
2
0
0
1
( )
T
P
P t dt
T
=
(1)
где P
0
– мгновенное значение звукового давления, Па; T
– время интегрирования.
Диапазон изменения звукового давления достаточно
широкий, поэтому используют понятие уровня звукового
давления (УЗД) в децибелах относительно звукового
давления P
0
= 0,0002 мкбар (2*10
-5
Н/м
2
) [4]:
2
0
0
10 lg
20 lg
P
P
УЗД
P
P
=
=
(2)
Энергию, переносимую волной за секунду через
единицу поверхности, называют интенсивностью волны
или силой звука (
I
). Интенсивность звуковой волны в
точке, находящейся на расстоянии (
R
) от источника звука,
излучающего звуковую энергию (
Е
), определяется
следующим выражением:
2
4
E
I
R
=
(3)
Так как на достаточном расстоянии от источника
средняя интенсивность звука пропорциональна квадрату
звукового давления в точке на расстоянии
R
, то
1
(const)
P
R
=
. Данное соотношение называется законом
обратных радиусов, которому подчиняется свободное
распространение звука в дальнем акустическом поле
звукового источника.
Интенсивность акустической волны характеризует
мощность звука. На практике используют понятие уровня
акустической мощности или уровня мощности звука (УМЗ)
в децибелах, который определяется формулой (4):
2
0
0
0
2
lg
20 lg
10 lg
m
P
W
R
УМЗ
W
P
S
=
=
+
(4)
где
W
– определяемая акустическая мощность, Вт;
W
0
–
акустическая мощность, которую принимают за опорную;
P
m
– среднее измеренное звуковое давление;
S
0
= 1 м
2
.
Перевод отношений звукового давления и отношений
акустической мощности в децибелы осуществляется с
помощью соответствующих таблиц [4].
III.
О
ПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ АКУСТИЧЕСКОГО
ИМПУЛЬСА
Важным параметром, образующимся вследствие
формирования электрического взрыва, является давление
на фронте ударной звуковой волны (
Р
зв
). В связи с тем, что
длительность электрического разряда составляет от 10
-3
до
10
-9
с, то теплообмен с окружающей средой не происходит.
Как следствие процессы, происходящие в канале
электрического разряда можно отнести к адиабатическим.
Согласно уравнению Менделеева – Клапейрона давление
на фронте ударной звуковой волны выразится следующей
формулой:
0
0
кр
зв
T P
P
T
=
(5)
