线路波阻抗

(2011-02-12 10:05:47)

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波阻抗（无损线、电磁波）

对于无损输电线路，其波阻抗Z等于(L/C)的平方根；

而无损线波过程也就是电磁波的传播过程，用电磁波理论算得媒质的波阻抗Z等于（μ/ε）的平方根。其中L为线路对地电感，C为线路对地电容；μ为介质磁导率，ε为介质介电常数。

此两种方法算出来的波阻抗有何不同？这个问题从书上 公式详细的推导解释得很清楚。 若觉得数学公式太麻烦，那么仅仅定性分析也会发现，这个结果很合理， 定性解释如下：

首先，看两个特征阻抗的定义， 传输线里 定义 Z= V/I ， 由电磁物理知识该知道 V 由什么决定？由电场强度 E 决定！ I 由什么决定？ 磁场强度 H 决定！ 场理论里 定义Z= Ex/Hy ,仅从直觉也能看出 两个式子定义可能等价

然后，看结果： 先看场理论里，Z= Ex/Hy = sqrt(μ/ε）,这个结果是从波动方程推导出来的 又由电磁物理常识 ，磁能密度 = μH^2 ，电场能密度 =εE^2 （别说你不知道） μ----是和磁场能有关的因子 ε----是和电场能有关的因子 再看，传输线结果 Z= sqrt(L/C）,这里都简化分析看做无耗 为什么会 有L和C出现？从电子元件物理概念上看 L---贮存磁能----是和磁场能有关的因子----》μ C---贮存电能----是和电场能有关的因子----》ε 所以定性看出 V ----》E I ----》H L ----》μ C ----》ε 。所以定性观察 电路理论和场理论两种特征阻抗定义 是一回事，而严格的数学证明，需参照电磁场或微波技术相关教材。

针对目前直流输电线路保护灵敏性和速动性难以兼顾的问题,提出一种基于测量波阻抗的直流线路保护方法。利用S变换提取单频率的电压、电流初始行波并计算线路两端的测量波阻抗。在线路内部故障时,线路两端测量波阻抗均为测点背侧等效阻抗,差异较小;在线路外部故障时,线路两端测量波阻抗分别为测点背侧等效阻抗和线路波阻抗,差异较大,据此可以区分直流线路上的内部和外部故障。基于PSCAD/EMTDC的大量仿真结果表明,该保护方法易于整定,在各种故障情况下均能可靠、快速地识别直流线路内部和外部故障。

线路波阻抗等同于所给定线路参数的一条无限长线路上行波的电压与电流的比值。

1 波阻抗计算

对有一定预应力的岩石进行循环冲击试验的装置为自行研制的动静组合加载装置。对于有轴压时的冲击过程中，杆件与试样仍然满足装置赖以存在的一维应力波传输理论。应力波从一种介质传播到另一种波阻抗不同的介质时，入射波在2 种介质的界面处会产生反射波和透射波。由于其值比岩石的波阻抗大许多，认为在整个冲击过程中其大小保持恒定；

在整个冲击过程中并不是每一瞬时的反射波或透射波都夹杂多次反射和透射波的影响，当时，测试所得的反射波中没有 2 次和更高次反射的影响。同理，在透射波采样时间内的区段，试验所得的透射波中也没有夹杂多次透射波的影响。因此，可以利用SHPB 试验系统采集的入射波和反射波或透射波在各自采样区段内相对应的值计算岩石的波阻抗。而其他时间区段的波阻抗不可由试验数据直接计算。

2 计算波阻抗时计算式的选择

在实际试验时，反射波和入射波是用入射杆上的同一个应变片测量的，特别是有轴压的冲击试验时，反射波的起跳点受入射波的影响较大，其对应的时间点和大小不易确定，极易引起误判。而透射波不在这种情况，起跳点相对容易判断，因此计算岩石的波阻抗较为理想。

地震波阻抗反演是储层预测的有效手段之一，波阻抗与含油气储层有很好的对应性。

波阻抗反演实际上是从地震剖面上消除子波影响,留下反射系数,再由反射系数计算出能反映地层物性变化的物理参数波阻抗。

波阻抗反演的方法很多，其中最常用的是广义线性反演，该方法有较高的反演精度，但是在反演过程中，高频噪声对解病态方程组影响很大,即使加了正则化因子,也无法消除高频噪声的影响。

根据反射系数序列，并给定波阻抗初始值，利用递推波阻抗的反演方法就可以算出相应的波阻抗序列。该方法的核心是反演反子波，但是反演出反子波局部化特征并不理想，因为两翼都有振荡，并不是标准的δ(t)函数，而是带有剩余子波的δ(t)函数，其频率过低，计算出的反射系数频率也较低，相当于带有剩余子波的反射系数。递推波阻抗的反演方法对误差及初值 Z0 均十分敏感，稳定性也差。可以用递推波阻抗反演法反演出的波阻抗作为迭代反演波阻抗的初值。

因此，针对广义线性反演，重点讨论了迭代解方程的波阻抗算法、解方程的正则化方法、波阻抗反演中的分辨率、改善解的二次圆滑滤波、用于控制反演质量的统计量和均方差及波阻抗的约束反演等关键技术问题;针对递推波阻抗的反演,重点讨论了递推波阻抗的反演方法、子波和反子波提取、误差对提取反子波的影响等关键技术问题。同时做了大量的模型试算。2100433B

由于岩石与弹性杆间的波阻抗大小不同，每一入射波经过透反射后必有一反射波和透射波与之相对应；冲击过程中的不同时刻岩石所受的冲击动载大小不同，岩石试件内部裂隙的闭合程度或扩展程度亦不相同，即岩石试件具有不同波阻抗。换言之，在一次冲击过程中，入射波和反射波或透射波与岩石的波阻抗一一对应，不同时刻波阻抗的大小很可能不一样，入射应力大小、透射应力大小和时间点3 个变量必须确定其中2 个不变。根据一维应力波理论可知，在异型冲头形状、长度和冲击速度相同的前提下，在区间固定一时间点，则每次冲击得到的理论上应为定值，对照时间确定出对应的透射波的值。具体选其中哪一个时间点视情况而定，它们之间的差别微乎其微。要强调的是对同一岩石试件的循环冲击过程的损伤进行分析时，应选择同一时间点。

另外，利用声波定义循环冲击过程岩石的累积损伤，也是在冲击载荷作用后测量岩石的波速值。本文的方法与此相似，每次测量（除第1 次）的值都是前1 次冲击作用后岩石在压密后的波阻抗值，这个值表征岩石在前1 次冲击后内部的累积损伤，因此，在测量程序上也与声波定义损伤的一致 。