1.1 超聲信號(hào)路徑

以跳動(dòng)粒子和局部放電作為兩個(gè)聲波發(fā)射源。這一聲信號(hào)有很寬的頻帶，且可達(dá)幾百千赫。從GIS內(nèi)部的聲源和到外部聲傳感器的路徑見圖所示。從圖中可以看到，對(duì)于兩個(gè)聲源的傳播路徑有很大的區(qū)別。從粒子發(fā)出的聲信號(hào)直接到達(dá)金屬殼，然后通過(guò)金屬到達(dá)傳感器。另一方面，放電產(chǎn)生的聲信號(hào)，同樣也是在到達(dá)傳感器之前通過(guò)SF6氣體和金屬殼體。由傳感器測(cè)得的聲信號(hào)幅值和形狀，不但是發(fā)射源的函數(shù)，而且與路徑有很大關(guān)系。所以，對(duì)于傳播中的聲波形狀特征要根據(jù)當(dāng)時(shí)的GIS結(jié)構(gòu)特征而定，尤其用超聲波定位，就更應(yīng)考慮聲的傳播路徑。

              聲的傳播路徑

1.2 聲波傳播中的衰減

聲波的幅值與聲能的平方根成正比。當(dāng)聲波在均勻且無(wú)限的介質(zhì)中傳播時(shí)，聲波的衰減與距發(fā)射源的距離的增加而減小。聲波衰減是由于介質(zhì)對(duì)聲能的吸收和空間衰減而來(lái)。吸收是聲波在氣體介質(zhì)的損耗，而在金屬中的損耗較小，可在較短距離內(nèi)忽略不計(jì)。在SF6氣體中，聲能的吸收基本不變，可謂一常數(shù)。若聲能為100dBm，在40kHz時(shí)SF6吸收為26dBm。空間衰減只簡(jiǎn)單受空間幾何形狀的影響，在點(diǎn)聲源發(fā)射情況下，球形聲波的波強(qiáng)與距聲源的距離的平方成反比。對(duì)于柱形聲波強(qiáng)的衰減正比于距離。一維直線波沒(méi)有空間衰減。以上關(guān)系在一個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)是無(wú)效的。

1.3 聲波傳播形式

在無(wú)限大的固體中，壓力波和剪力波是共存的，而且兩種波的傳播速度并不相同，剪力波速大約為壓力波速的60%。它們的頻率可認(rèn)為是相互獨(dú)立的頻率，在氣體中只有壓力波存在，聲速在一個(gè)大氣壓SF6氣體中的傳播速度為156m/s。

在復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中，如GIS中，聲波形式變得更復(fù)雜。大量的附加波摻雜在其中。這些復(fù)雜的聲波可分解為壓力波和剪力波，而且依靠結(jié)構(gòu)的幾何形狀、邊界條件、材料等。一般情況下，每種形式都有其自己的相速度和波群速度，相速度和群速度都由頻率決定。

對(duì)于聲波特性來(lái)說(shuō)，當(dāng)G工S密封的管壁厚度和平板厚度相同時(shí)，GIS管壁與平板具有的相同的特性。在管壁內(nèi)存在零次和一次兩種基本波，如圖所示。零次波一般為彎曲波和半縱向波。相速度和波群速度隨頻率變化的關(guān)系見圖所示。如圖所示，速度取決于平板厚度和頻率的乘積，如果乘積小于2mmMHz，則只產(chǎn)生了零次波。

                      平板內(nèi)的波形