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In der einfachsten und am weitesten verbreiteten Methode wird das Schallfeld mit kleinen Aufnehmern räumlich abgetastet. Aufgetragen wird das zeitliche Maximum des Schallwechseldruckes über dem Ort. In fluiden Medien setzt man Hydrophone ein. Bei den hier interessierenden Festkörpern sind nur die Oberflächen zugänglich, so daß in einer Anordnung entsprechend Abb. 1 gemessen wird.
In beiden Fällen muß der jeweilige Aufnehmer für eine unverfälschte Messung eine Apertur besitzen, die klein gegenüber den interessierenden Wellenlängen ist. Als Aufnahmesoftware kann die übliche C-Scan-Technik zum Einsatz kommen. Momentaufnahmen entstehen auf diese Weise nicht.
Weit weniger verbreitet sind optische Techniken zur Schallfeldvermessung. Eine möglichen Anordnung ist in Abb. 2 (siehe [3]) wiedergegeben. Das Licht von einer Laserdiode wird über zwei Spiegel durch das Medium mit der zu untersuchenden Wellenerscheinung geschickt. Zwei gekreuzte Polarisationsfilter sorgen dafür, daß die elastischen Wellen als Helligkeitsmodulation mit der Kamera aufgenommen werden können. Bei geeigneter Synchronisation können auf diese Weise ganze Filme der Wellenausbreitung hergestellt werden. In Abb. 3 ist eine auf diese Weise gewonnene Momentaufnahme der Streuung an einem Zylinder wiedergegeben.
Diese Methode ist jedoch nur für optisch transparente Medien anwendbar. Darüberhinaus wird noch eine Translationssymmetrie der akustischen Erscheinungen in Lichtausbreitungsrichtung vorausgesetzt. Zur Abbildung von Wellenerscheinungen auf den Oberflächen von opaken Festkörpern sind verschiedene interferometrische Techniken geeignet. Eine von ihnen ist die Doppel-Impuls- Laserinterferometrie. In Abb. 4 ist eine mögliche Meßanordnung [4] schematisch dargestellt. Die Oberfläche wird durch zwei aufeinanderfolgende Pulse aus kohärentem Licht beleuchtet, die durch den Modulator in ihrer Phase um nahezu 180 ° gegeneinander verschoben werden. Die entsprechenden Hologramme werden aufgenommen und gemeinsam rekonstruiert. Ist die Oberfläche bewegungslos, löschen sich diese Aufnahmen wegen der Phasenverschiebung nahezu aus. Werden die Aufnahmen zu Zeitpunkten gemacht, die sich um eine halbe Periodendauer der Ultraschallwelle unterscheiden, so bilden sich die Stellen maximaler Oberflächennormalverschiebung hell ab, während die ruhenden Bereiche dunkel bleiben. In Abb. 5 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem ein Prüfkopf Rayleighwellen in eine beschichtete Probe mit Bindefehlern abstrahlt. Die Primärwellen sind ebenso sichtbar wie die in den Bereichen der Bindefehler entstehenden Sekundärwellen. Die beiden Fehler haben eine Größe von 6 mm (links) und 12 mm (rechts). Die beiden genannten Methoden haben gegnüber der konventionellen Intensitätsabbildung den Vorteil, daß Momentanbilder der Wellenausbreitung aufgenommen werden können. Dem steht der Nachteil der Beschränkung auf optisch transparente Medien (Polarisationsoptik) bzw. vergleichsweise aufwendiger Meßtechnik (Doppel-Impuls-Laser-Holographie) gegenüber. Deshalb wird hier eine weitere Methode vorgestellt, die auf konventioneller Scannertechnik und Sensorik aufbaut, wie sie in vielen Ultraschallaboratorien verfügbar ist. |
 Abb. 1 System für konventionelle Schallfeldmessungen  Abb. 2 Polarisationsoptik zur Abbildung von elastischen Wellen in optisch transparenten Medien.  Abb.4 Experimentelle Anordnung zur Doppel-Impuls-Laser-Holographie
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Bernd Köhler
Fraunhofer Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren
Außenstelle Dresden
Krügerstraße 22, 01326 Dresden