تغییر مد ( Mode Conversion)

هنگامی که صوت در یک ماده‌ی جامد حرکت می‌کند، یک نوع از انرژی می‌تواند به نوع دیگری از آن تبدیل شود. به طور مثال هنگامی که یک موج طولی با زاویه ای به یک سطح مشترک برخورد می‌کند، میزانی از انرژی می‌تواند موجب حرکت ذرات در جهت عرضی و آغاز یک موج برشی (عرضی) گردد. تغییر مد هنگامی رخ می‌دهد که موجی با سطح مشترک بین دو ماده‌ی دارای مقاومت ظاهری صوتی متفاوت برخورد کند و زاویه‌ی برخورد نیز بر سطح مشترک عمود نباشد. از آن جایی که تغییر مد هر زمانی که یک موج با زاویه ای به سطح مشترک برخورد کند رخ می‌دهد، بنابراین سینگنال های فراصوتی گاهی می‌تواند گیج کننده باشند.

در قسمت قبل نشان داده شد هنگامی که امواج صوتی از سطح مشترک بین دو ماده‌ی دارای سرعت‌های صوتی متفاوت عبور کند، انکسار (شکست موج) در سطح مشترک رخ می‌دهد. هر چه قدر که تفاوت سرعت‌های صوتی بین دو ماده بیشتر باشد، صوت بیشتر شکسته می‌شود. توجه داشته باشد که موج عرضی به اندازه‌ی موج طولی شکسته نمی‌شود. چنین چیزی به آن علت رخ می‌دهد که امواج برشی (عرضی) با سرعت کمتری نسبت به امواج طولی حرکت می‌کند. بنابراین تفاوت سرعت بین موج طولی برخورد کننده و موج برشی به بزرگی تفاوت بین موج‌های طولی برخورد کننده و شکسته شده نمی‌باشد. هم چنین توجه کنید هنگامی که یک موج طولی به درون ماده بازتاب می‌گردد، موج برشی منعکس شده با زاویه ای کوچک‌تر نسبت به موج طولی منعکس شده، بازتاب می‌گردد. این هم به این علت است که سرعت موج برشی در یک ماده‌ی معین از سرعت موج طولی کمتر است.
قانون اسنل ( Snell Law) همانند موج‌های طولی برای موج‌های برشی نیز صحیح است و به صورت زیر نوشته می‌شود:


در این فرمولV_(L_1 ) سرعت موج طولی در ماده‌ی شماره‌ی یک است وV_(L_2 )سرعت موج طولی در ماده‌ی شماره‌ی دو است.
V_(s_1 ) سرعت موج برشی در ماده‌ی شماره‌ی یک است و V_(s_2 ) سرعت موج برشی در ماده‌ی شماره دو است.
هنگامی که موجی از یک ماده‌ی کندتر به یک ماده‌یسریع‌تر حرکت می‌کند، زاویه ای وجود دارد که زاویه‌ی شکست برای موج طولی را 90 درجه می‌کند. همان طور که قبلاً اشاره شد این زاویه با نام زاویه‌ی بحرانی اول شناخته می‌شود و همه‌ی انرژی موج طولی شکسته شده در این زمان تبدیل به یک موج صفحه ای می‌شود. این موج صفحه ای متعاقب را گاهی با نام موج خزشی می‌شناسیم و در NDT چندان مفید نیست. چرا که خیلی سریع تضعیف می‌شود.
در زوایای بزرگ‌تر از زاویه‌ی بحرانی اول تنها موج برشی وارد ماده می‌شود، به همین دلیل اکثر مبدل‌های زاویه ای از موج برشی استفاده می‌کنند تا سیگنال‌ها به علت وجود دو نوع موج شکل پیچیده ای به خود نگیرند. در بسیاری از موارد زاویه‌ی برخوردی نیز وجود دارد که زاویه‌ی شکست برشی را 90 درجه می‌کند. این زاویه را با نام زاویه‌ی بحرانی دوم می‌شناسیم و در این نقطه همه‌ی انرژی موج یا بازتاب می‌شود یا به صورت یک موج صفحه ای یا موج برشی خزشی تبدیل می‌شود. کمی پس از زاویه‌ی بحرانی دوم امواج صفحه ای تولید خواهد شد.
منبع: