Messsystem zur Bestimmung akustischer Kenngrößen stark absorbierender, transversal isotroper Kunststoffe

Es wird ein Wellenleiter basiertes Messsystem vorgestellt, mit dem anhand einer einzigen Transmissionsmessung alle Daten bestimmt werden können, die zur Simulation von Schallausbreitungsphänomenen in stark absorbierenden und schwach anisotropen Materialien erforderlich sind. Auf diese Weise ist es fortan möglich die akustischen Kenngrößen (winkel- und frequenzabhängige Schallgeschwindigkeiten und frequenzabhängige Absorption) verschieden konditionierter Materialproben (Temperatur, Feuchtigkeit, Alter) simultan zu erfassen. Genutzt wird dazu die mehrmalige Modekonversion an den Mantelflächen eines hohlzylindrischen akustischen Wellenleiters, wonach ein Empfangssignal mehrere Signalgruppen aufweist, deren absolute Laufzeit, Laufzeitdifferenzen und Amplituden in Abhängigkeit der Materialkenngrößen stark variieren. Grundlegend für die realisierte und in diesem Beitrag beschriebene inverse Bestimmung der akustischen Kenngrößen ist ein ganzheitliches Modell der Schallanregung, -ausbreitung und -detektion, welches die schnelle Berechnung der Empfangssignale erlaubt. Die gezielte Variation der Modell-Eingangsgrößen führt schließlich zu einer bestmöglichen Übereinstimmung zwischen berechneten und gemessenen Empfangssignalen, sodass die final angesetzten Modell-Eingangsgrößen eine gute Approximation der gesuchten materialspezifischen akustischen Kenngrößen darstellen. Im Rahmen dieses Beitrags werden der Messaufbau, wesentliche Teile der Modellierung sowie die grundätzliche Vorgehensweise zur Anwendung der inversen Messmethode gezeigt. Anhand gemessener, berechneter und mittels Finiter Elemente Methode simulierter Signale wird das Verfahren für einen Werkstoff, spritzgegossenes Polypropylen, demonstriert.