Gitterkeulen und Nebenkeulen

Eine andere, mit Phased-Array-Sensoren verbundene Erscheinung ist das Entstehen von unerwünschten Gitterkeulen und Nebenkeulen. Diese beiden eng verwandten Erscheinungen werden durch Schallenergie verursacht, die sich vom Sensor aus in anderen Winkeln als dem Hauptschallweg ausbreitet. Nebenkeulen beschränken sich nicht auf Phased-Array-Systeme, sie erscheinen auch bei konventionellem Ultraschall mit zunehmender Größe der Schallkopfelemente. Diese unerwünschten Strahlen werden an den Flächen des Prüfteils reflektiert und erscheinen fälschlicherweise als Fehlerindikationen auf dem Bildschirm. Die Amplitude von Gitterkeulen wird erheblich durch Abstand, Anzahl Elemente, Frequenz und Bandbreite beeinflusst. Die folgenden Schallbündelprofile zeigen zum Vergleich zwei Situationen, in denen die Sensorapertur etwa gleich ist, das Schallbündel links aber von sechs Elementen mit 0,4 mm Abstand erzeugt wird und das Schallbündel rechts von drei Elementen mit 1 mm Abstand. Das linke Schallbündel ist in etwa kegelförmig, das rechte Schallbündel weist hingegen zwei flache Keulen in einem Winkel von ca. 30° zur Mittelachse des Schallbündels auf.

Gitterkeulen treten auf, wenn die Größe der einzelnen Elemente in einem Array gleich oder größer als die Wellenlänge ist. Wenn die Elemente kleiner als die Hälfte der Wellenlänge sind, treten keine Gitterkeulen auf. Für Elemente zwischen einer halben und einer ganzen Wellenlänge hängt das Erscheinen von Gitterkeulen vom Schwenkwinkel ab. Der einfachste Weg, um Gitterkeulen in einem gegebenen Anwendungsbereich zu vermeiden, ist also der Einsatz von Sensoren mit kleinem Elementabstand. Eine spezielle Sensorauslegung mit in kleinere Unterelemente unterteilten Elementen und ungleichem Elementabstand verringern auch das Auftreten von unerwünschten Keulen.

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