Wellenumwandlung

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Als Wellenumwandlung, oder Modenkonversion (englisch mode conversion[1]) bezeichnet man die Aufspaltung einer einfallenden Welle an einer Grenzfläche in andere Wellentypen (Moden).

Schräger Einfall einer Longitudinalwelle an einer Grenzfläche zweier Festkörper. Eine einfallende Longitudinalwelle Pi („P“ für engl.
pressure wave
, Druckwelle) wird teilweise als Scherwelle (PSr) und Druckwelle (PPr) reflektiert und transmittiert (PSt und PPt). Die Nomenklatur ist wie folgt: Erster Buchstabe steht für den Wellentyp der ursächlichen Welle (Primärwelle) und der zweite Buchstabe für den Typ der nach der Modenkonversion entstandenen Sekundärwellen.

Trifft aus einem Fluid (z. B. Wasser oder Luft) eine longitudinale Körperschallwelle auf einen Festkörper (z. B. Stahlplatte), so wird diese gemäß dem Snelliusschen Brechungsgesetz gebrochen, aber es entsteht zudem noch eine zweite gebrochene Transversalwelle im Festkörper. Das heißt, die einfallende Welle wird an der Grenzfläche in zwei verschiedene Wellentypen aufgespalten. Betrachtet man eine Welle die auf eine Grenzfläche zweier verschiedener Festkörper (z. B. Aluminium und Stahl) einfällt, so spaltet sich zusätzlich auch der Wellentyp der reflektierten Welle auf. Siehe dazu nebenstehende Abbildung.

Neben diesen einfachen Modenkonversionen kann eine einfallende Welle auch in Oberflächenwellen umgewandelt werden. Strahlt man beispielsweise eine Longitudinalwelle in einem flacheren Winkel als den der Totalreflexion auf eine Grenzfläche, so wird diese zwar total reflektiert, aber zusätzlich wird eine Oberflächenwelle die entlang der Grenzschicht läuft, erzeugt. Die einfallende Welle wird also in reflektierte Longitudinal und Oberflächenwelle umgewandelt.

Im Allgemeinen sind Modenumwandlungen keine diskreten Vorgänge, d. h. es wird ein Teil der einfallenden Energie in verschiedene Wellentypen umgewandelt. Die Amplituden (Transmissionsfaktor, Reflexionsfaktor) der umgewandelten Wellen sind abhängig vom Einstrahlwinkel.[2]

Zur zerstörungsfreien Prüfung von Rohren werden beispielsweise Wellenumwandlungsprüfköpfe verwendet.[3]

Literatur

  • Karl F. Graff: Wave Motion in Elastic Solids. Courier Dover Publications, 1975, ISBN 0-486-13957-3, S. 394 ff. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  • Volker Deutsch, Michael Platte, Manfred Vogt: Ultraschallprüfung: Grundlagen und Industrielle Anwendungen. Springer DE, 1997, ISBN 3-642-59138-8, S. 86 ff. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  • Josef Krautkrämer, Herbert Krautkrämer: Werkstoffprüfung mit Ultraschall. Springer-Verlag, 1975, ISBN 0-387-06901-1.

Einzelnachweise

  1. ↑ Gang Chen Department of Mechanical Engineering MIT: Nanoscale Energy Transport and Conversion: A Parallel Treatment of Electrons, Molecules, Phonons, and Photons: A Parallel Treatment of Electrons, Molecules, Phonons, and Photons. Oxford University Press, 2005, ISBN 0-19-977468-4, S. 178 ff. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  2. ↑ Joseph L. Rose: Ultrasonic Waves in Solid Media. Cambridge University Press, 2004, ISBN 0-521-54889-6, S. 54 ff. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  3. ↑ Sigrun Hirsekorn: Ultraschallprüfung von austenitischen Plattierungen, Mischnähten und austenitischen Schweißnähten: Theorie - Praxis - Regelwerke. expert verlag, 1995, ISBN 3-8169-1078-5, S. 189 ff. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche)., speziell 4. Kapitel auch auf Rudi Schmid: Problemorientierte Prüfkonzepte für austenitische Schweiß- und Mischschweißverbindungen. Abgerufen am 14. Juli 2013.
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