2.1 什么是超声?
Schallwellen, die sich überall um uns herum befinden, sind einfach organisierte mechanische Schwingungen, die sich durch ein Medium bewegen, wie beispielsweise einen Festkörper, eine Flüssigkeit oder ein Gas. Dies gilt sowohl für die Alltagsgeräusche, die wir hören, als auch für den Ultraschall, der zur Fehlererkennung verwendet wird. Schallwellen breiten sich durch ein bekanntes Medium mit einer bestimmten Geschwindigkeit oder Schallgeschwindigkeit in einer vorhersagbaren Richtung aus. Treffen sie auf eine Grenze mit einem anderen Medium, werden sie nach einfachen Regeln reflektiert oder übertragen. Dies ist das physikalische Prinzip der Ultraschallprüfung. Schallwellen werden von Rissen und anderen Diskontinuitäten in einem Prüfteil reflektiert. Durch das Überprüfen der Echobilder in einem Prüfteil, kann ein erfahrener Operator Fehler erkennen und lokalisieren.
Alle Schallwellen schwingen mit einer bestimmten Frequenz oder Anzahl von Schwingungen oder Zyklen pro Sekunde, was wir als Tonhöhe im gewohnten Frequenzbereich von hörbaren Schallwellen wahrnehmen. Das menschliche Gehör erstreckt sich auf eine maximale Frequenz von etwa 20.000 Zyklen pro Sekunde (20 KHz), während die Mehrzahl der Frequenzen für Ultraschallanwendungen Frequenzen zwischen 500.000 und 10.000.000 Zyklen pro Sekunde (500 KHz bis 10 MHz) nutzen. Bei Frequenzen im Megahertz-Bereich bewegt sich die Schallenergie nicht effizient durch Luft oder andere Gase, aber sie bewegt sich frei durch die meisten Flüssigkeiten und herkömmlichen technischen Materialien, wie die meisten Metalle, Kunststoffe, Keramiken und Verbundwerkstoffe. Schallwellen im Ultraschallbereich sind viel gerichteter als hörbare Schallwellen und aufgrund ihrer kurzen Wellenlänge reagieren sie sensibler auf kleine Reflektoren, die in ihrem Schallweg liegen.
Die Geschwindigkeit einer Schallwelle variiert je nach dem Medium durch welches sie sich bewegt, sowie nach der Dichte und den elastischen Eigenschaften des Mediums. Verschiedene Schallwellentypen (siehe Wellenausbreitung, Abschnitt 2.3) bewegen sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten durch ein Medium.
