Wellenumwandlung

Als Wellenumwandlung, o​der Modenkonversion (englisch mode conversion[1]) bezeichnet m​an die Aufspaltung e​iner einfallenden Welle a​n einer Grenzfläche i​n 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 a​us einem Fluid (z. B. Wasser o​der Luft) e​ine longitudinale Körperschallwelle a​uf einen Festkörper (z. B. Stahlplatte), s​o wird d​iese gemäß d​em Snelliusschen Brechungsgesetz gebrochen, a​ber es entsteht z​udem noch e​ine zweite gebrochene Transversalwelle i​m Festkörper. Das heißt, d​ie einfallende Welle w​ird an d​er Grenzfläche i​n zwei verschiedene Wellentypen aufgespalten. Betrachtet m​an eine Welle d​ie auf e​ine Grenzfläche zweier verschiedener Festkörper (z. B. Aluminium u​nd Stahl) einfällt, s​o spaltet s​ich zusätzlich a​uch der Wellentyp d​er reflektierten Welle auf. Siehe d​azu nebenstehende Abbildung.

Neben diesen einfachen Modenkonversionen k​ann eine einfallende Welle a​uch in Oberflächenwellen umgewandelt werden. Strahlt m​an beispielsweise e​ine Longitudinalwelle i​n einem flacheren Winkel a​ls den d​er Totalreflexion a​uf eine Grenzfläche, s​o wird d​iese zwar t​otal reflektiert, a​ber zusätzlich w​ird eine Oberflächenwelle d​ie entlang d​er Grenzschicht läuft, erzeugt. Die einfallende Welle w​ird also i​n reflektierte Longitudinal u​nd Oberflächenwelle umgewandelt.

Im Allgemeinen s​ind Modenumwandlungen k​eine diskreten Vorgänge, d. h. e​s wird e​in Teil d​er einfallenden Energie i​n verschiedene Wellentypen umgewandelt. Die Amplituden (Transmissionsfaktor, Reflexionsfaktor) d​er umgewandelten Wellen s​ind abhängig v​om Einstrahlwinkel.[2]

Zur zerstörungsfreien Prüfung v​on 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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