瑞利波檢測方法

㈠ 表面波的瑞利波

它是當傳播介質的厚度大於波長時在一定條件下在半無限大固體介質上與氣體介質的交界面上產生的表面波，用R表示。瑞利波使固體表面質點產生的復合振動軌跡是繞其平衡位置的橢圓，橢圓的長軸垂直於波的傳播方向，短軸平行於傳播方向。
質點振幅的大小（即橢圓長軸軸徑的大小）與材料的彈性及瑞利波的傳播深度有關，其振動能量隨深度增加而迅速減弱。當瑞利波傳播的深度在接近一個波長時，質點的振幅已經很小了。
當瑞利波在傳播途中碰到棱邊時，若棱邊曲率半徑R大於5倍波長，表面波可不受阻攔的完全通過。當R逐漸變小時，部分表面波能量被棱邊反射；當R小於等於波長時，反射能量很大。在超聲波探傷中利用這種反射特性來檢測工件表面和近表面的缺陷，以及用來測定表面裂紋深度等。

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㈢ 表面波(瑞利波)波速測試法

英國學者瑞利(Rayleigh)於1887年首先在理論上確定了自由界面附近瑞利面波的存在。在以往的地震勘探中，這種瑞利面波被作為干擾波。近年來，國內、外學者對瑞利面波進行了深入的研究，在理論和應用方面都取得了較大的進展，利用它進行測試變為現實。

一、瑞利波在半無限大空間的傳播

在自由界面(如地面)上進行豎向激振時，均會在其表面附近產生瑞利波，而瑞利波有3個與工程質量檢測有關的主要特徵：

(1)在分層介質中，瑞利波具有頻散特性；

(2)瑞利波的波長不同，穿過的深度也不同；

(3)瑞利波的傳播速度與介質的物理力學性質密切相關。

研究證明，瑞利波能量約占整個地震波能量的67%，且主要集中在地表下—個波長范圍內，而傳播速度代表著半個波長(λ_r/2)范圍內介質震動的平均傳播速度。因此，一般認為瑞利波法的測試深度為半個波長，而波長與速率及頻度有如下關系：

設瑞利波的傳播速度為υ_r，頻率為f_K，則波長為λ_r=υ_r/f_K當速度不變時，頻率越低，測試深度就越大。

瑞利波勘探法根據震源形式不同可分為兩大類：一類為穩態法；另一類為瞬態法。同樣，瑞利波檢測方法分為瞬態法和穩態法兩種。這兩種方法的區別在於震源不同。

瞬態法是在激震時產生一定頻率范圍的瑞利波，並以復頻波的形式傳播；而穩態法是在激震時產生相對單一頻率的瑞利波，並以單一頻率波的形式傳播。前些年，主要以穩態激振方法為主，其測試原理是利用掃頻儀和功率放大器發出的諧波電流，推動電磁激振器對地面產生穩態面波，由相隔一定距離的拾振器將接收到的面波振動，轉換為電壓量送入計算機(頻譜分析儀)進行相關計算，從而得出頻散曲線。

由於穩態激振面波勘探方法設備較為復雜，重量大，測試費用高；為克服這些缺點，隨之根據其原理，便出現了瞬態面波勘探方法，與穩態法相比其設備較為輕便，測試速度快。但也有許多缺點：其一是瞬態激振的功率密度譜分布不均，許多頻率能量太小，隨機干擾大，以至於頻散曲線與理論相差太大，常常無法利用。其二是仍按照穩態激振面波勘探方法接收地面震動波，致使所有的波(如反射波、折射波、直達波等)均作為干擾波而與面波混在一塊，有可能導致誤差較大的結果，這也是瞬態激振面波勘探方法主要缺點之一。

為了克服這些缺點，目前發展了一種新的面波勘探方法——瞬態多道瑞利波勘探技術。它的激振可採用不同材料和質量的錘(或重物)下落激振，在地面布置多個拾震器，並選擇最佳面波接收窗口接收震動，通過多次疊加和多道相關疊加，使得頻譜能量加大，干擾減小。

設Z≥0為彈性空間，點震源位於坐標原點，且介質中的每點都作簡諧運動，設u、υ、w分別表示質點沿x、y、z方向的位移，則波動方程的表達式為：

土體原位測試與工程勘察

式中：θ=

；λ為拉梅常數；k為彈性系數；ρ為介質的密度；▽²為拉普拉斯運算元。

以下假定所引入的力對於z軸對稱，並在極坐標(r，θ，z)中討論問題。又設q為垂直於z軸的位移分量，w為z方向的位移分量。兩種坐標的關系為：

土體原位測試與工程勘察

引入波動位φ與ϕ滿足：

土體原位測試與工程勘察

式中：h²=ρp²/(λ+2k)；k²=ρp²/k。

對式(7-9)試求其變數分離形式的解(略去時間因子e^ipt)得到：

土體原位測試與工程勘察

式中：α²=ξ²-k²；β²=ξ²-k²。

將式(7-10)代入式(7-8)得到位移表達式為：

土體原位測試與工程勘察

應力表達式為：

土體原位測試與工程勘察

二、瞬態點震源激發的瑞利波場中的位移表達式

設震源位於坐標原點，在時刻t=0作用，則初始條件和邊界分別為：

土體原位測試與工程勘察

由於當z→+∞時，必有φ→0，ϕ→0，故式(7-12)中的A=0、C=0，將式(7-13)代入式(7-12)，並解系數行列式，得D=

。

若在地面施加一適當的豎向激振力(可用大錘敲擊地面或吊升重物自由下落)，則於地下介質中可產生縱波、橫波和瑞利波。此時可用如下的波動方程來描述它們的運動：

土體原位測試與工程勘察

式中：ϕ，φ為質點位移場的勢函數，υ_P和υ_S分別為縱波和橫波的速度。

對於平面波可得(1)式的一個解為：

土體原位測試與工程勘察

土體原位測試與工程勘察

式中：υ₁=[1-(υ_r/υ_P)]；υ₂=[1-(υ_r/υ_S)]；N為波數，υ_r為瑞利波速；A、B為常數。

由(2)式可得到瑞利波傳播的兩個特性：一是瑞利波振幅隨深度衰減，能量大致被限制在一個波長以內；二是由地面振動波的瞬時相位，可確定瑞利波傳播的相速度。

瞬態面波法即根據這兩個特性，在相距一定距離的地面兩點安置拾振器，接收面波振動，再通過頻譜分析，做出波長-波速頻散曲線，從而算出地下土層的瑞利波速υ_r。瑞利波速υ_r和橫波波速υ_S的關系為：

土體原位測試與工程勘察

當μ從0.25至0.5時，υ_r/υ_S從0.92至0.95。由此可將瑞利波波速換算成橫波波速。

瞬態多道瑞利波是在地面上沿著面波傳播的方向、布置間距相等的多個拾振器，一般可為12個或24個。選擇適當的偏移距(震源到第一個拾振器的距離)和道間距(拾振器之間的距離)，以滿足最佳面波接收窗口和最佳探測深度。

將多個拾振器信號通過逐道頻譜分析和相關計算，並進行疊加，可得出一條頻散曲線，從而消除了大量的隨機干擾，信號中各頻率成分能量大為增強，從而使得地質體在頻散曲線上的反映更加突出和判斷准確性大大增強。

三、採集方法

在時域內，面波採集的質量好壞，直接影響到計算出的頻散曲線。與反射法地震勘探方法相同，瞬態多道面波勘探也存在一個最佳窗口問題。彈性波在時間空間域內傳播時，其各種波型(直達波、折射波、反射波、聲波和面波)均遵循各自的傳播規律，故在應用瞬態多道瑞利波方法時應注意的是：

(1)各道采樣必須設計排列在面波域內，且採集到足夠長的記錄。

(2)盡量使採集到的波型單一，即：不使直達波的後續波或反射波、折射波干擾面波，同時避免周圍的干擾振動。

(3)採集的波形不能失真。

根據以上原則，在設計排列時，應按照不同的探測深度選擇不同的偏移距和道間距。偏移距較小時，產生的高頻分量就大些，反之，淺部的信息就強些；若需突出深部信息，應使偏移距放大些，致使高頻分量衰減，而低頻分量突出。

同樣也根據探測深度選擇道間距。對於同樣的道間距，反映深部的信號頻率較低，感測器之間該頻率的相位差較小，而為了突出有效信號，必須使相位差有一定的值，所以必須使道間距加大些。反之，減少道間距，避免相位差超過360°。

瞬態多道瑞利波法的激震，可採用大錘或吊高重物自由落下。一般地，對於深度在20～30m內，土質不是很軟，採用24磅大錘敲擊地面即可獲得不錯的頻散曲線。如果深度加大、土質較軟或提高探測質量，也可吊高重物自由落下，這種方法可獲得較好的低頻震動。

在產生撞擊振源時，常常不可避免地產生二次撞擊，如重物碰地回彈後再次撞地，有些人想方設法控制此二次震動，以獲得干凈的面波資料，結果影響了工作效率，其實這大可不必。我們知道，對於時域中分析的反射法或折射法地震勘探，二次激發必須排除，因為第二次激發波會疊加在第一次激發的波上，形成干擾。而在頻域中則無此問題，這從以下推導可得佐證：

設地面上A點接收到第一次激振產生的振動為：y=f(x，t)

地面上A點接收到第二次激振產生的振動為：y=Cf(x，t-Δt)

C為小於1的比例系數，合成振動應為：y=f(x，t)+Cf(x，t-Δt)

將上式進行富里埃變換，並注意到富里埃變換的延時定理，可得：

Y=∑X_m=∑U_m[f(x，t)+Cf(x，t-Δt)+iV_mf(x，t)+Cf(x，t-Δt)]

式中：U_m和V_m分別為頻譜的實部和虛部。若令

土體原位測試與工程勘察

則有：

X_m=A_m[f(x，t)

]+C·A_m[f(x，t)]

·

若令

則有：

X_m=A_m[f(x，t)]·

·(1+

)=A_m[f(x，t)]

·B·

其中：

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則對於α點：

同理，對於b點：

對於計算某點頻率的相位差時，由於

，因此，兩次激發造成的延時疊加被減去了，所以它們在頻率域中並不對相位差造成影響。

四、儀器、設備要求

1.儀器

瞬態多道瑞利波的數據採集，必須選用多道數據採集系統，最少12道以上，以24道為好。由於面波分析是在頻率域中進行，各種頻率成分能量差異很大，要想取得盡可能多的地下信息(尤其是地下深部的信息)，而上部的信息又不能產生失真，故儀器的動態范圍必須要大；AD轉換一般要在16位以上(最好達20位)，本機的噪音水平一定要低，摺合輸入端的噪音要小於或等於5微伏峰值電壓；並且頻響范圍要寬，尤其低頻頻響要好，頻率下限應小於1Hz，上限應大於1000Hz。這幾項要求，均高於普通淺層地震儀。因此，可以說淺層地震儀可以做的工作，面波儀均適用，而面波儀所做的工作，淺層地震儀的指標往往不能滿足。儀器的工作流程見示意圖7-3。

圖7-3 儀器工作流程示意圖

2.拾振器

由於面波頻率成分較低，所以必須選擇低頻拾振器。究竟頻率下限是多少的拾振器可達到要求，則應根據場地地層波速值和探測深度確定。若以探測深度為波長一半計，則有：

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如果波速為200m/s，

為20m，則f為5Hz。這時，拾振器的下限頻率至少要選擇在5 Hz 以下。

3.儀器及參數

(1)SWS-1型多功能面波儀的主要技術指標

道數：12道、24道，可擴展為48道；

(測試時1道至多道可選)

放大器：瞬時浮點放大器；

模數轉換：20 bit；

信號增強：32 bit；

采樣率：30μs～8ms(分若干檔)；

采樣點數：512～8192個樣點(分若干檔)；

動態范圍：120dB；

濾波器：高、低通模擬濾波；

CPU：80386或80486；

RAM：2 Mb，可擴為4 Mb、8 Mb、16 Mb；

硬碟容量：80 Mb，可擴為120或200 Mb；

軟碟機：1×3.5英寸，1.44 Mb；

顯示屏：640×480點陣VGA液晶顯示屏；可外配彩顯顯示彩色剖面；

列印與繪圖：輸出各種紀錄與處理結果；

電源：DCl2V，24道額定功耗小於25W；

體積：45×34×15cm³；

重量：8.8kg；

使用環境：-5℃～+45℃

(2)數據採集參數

震源：大錘

震源距5m

道間距2m

全頻率接收

五、資料和數據的處理

1.時間距離(X—T)域中的面波

(1)在時間(T)-距離(X)域中了解面波及干擾波的宏觀特徵，是處理和解釋面波數據中首要的步驟。面波的多通道採集數據，在時間距離域中一般表示為二維坐標中的圖形。其橫坐標為各檢波通道至震源的距離，縱坐標軸為震源激發後的傳播時間，向下為時間增大。各通道接收的震波振幅數據，反映在相應距離的橫坐標上，按到達時間表示為沿縱坐標的圖形(橫向擺動的波形或不同的色彩)。

圖7-4是一個在沉積地層上取得的完整的面波振動記錄。距離由距震源10m 到480m；時間從震源激發到2 s，包含了層狀介質上地表接收到的面波及其他干擾波的基本波型。

(2)子波、同相軸、視速度、視周期，脈沖震源在地層中激發的振動，在時間上表現為短暫的波形，在傳播中保持著基本相似而又緩慢變化的特徵。震源激發的同一類的波型，在相近的接收通道上也表現出相似的波形，稱為該波型的子波；同一波型在相近通道上子波相似特徵點的連線，稱為同相軸；它在時間-距離坐標中的斜率，體現了該波型沿地表傳播的速度，稱為視速度；同相軸越陡，視速度越小。子波波形兩個正負主峰占的時間，稱為視周期，可以用它估計波型的主頻率。

(3)時間-距離域中的典型面波數據圖形，圖7-4中顯示不同視速度和視周期的波型。震源在左邊，由左向右子波的到達時間越來越遲，其中標示出的三組波型有：

圖7-4 面波數據圖形圖

A：視速度大(同相軸平緩)，視周期短(主頻率高)，它屬於淺層折射波和反射波的波型；

C：視速度小(同相軸陡)，視周期由短變長(主頻率變低)，它屬於面波基階模態的波型；

B：視速度比 C 較高(同相軸較緩)，視周期由比 C 短(主頻率較高)，它屬於面波的幾個高階模態的波型。

由圖中面波的波型表現可以看出：鄰近通道的子波波形變化平緩，說明地層橫向相對均勻。出現明顯的高階模態波型(B)，反映了地下存在分層結構。視周期較長的基階模態波型(C)振幅較大而且穩定，表明面波能量所及的深度內，存在較高剛度的底部地層，能將面波能量折返到地表附近。

(4)正常地層中不同頻率段的面波數據圖形，脈沖震源產生的面波振動，包括寬頻率范圍內的各個頻率組份。通過窄頻帶濾波，可以從時間-距離域中看出不同頻率組份面波各模態的表現，以及干擾波的振幅變化，並了解在寬頻率范圍內提取面波頻散數據的可能性。

圖7-5 500～800頻率段面波數據圖形

圖7-5是一個在分層地基上取得並未作濾波的面波原始記錄，距離由距震源25m到47m，記錄時間為1 s，包含了面波及其干擾波的基本波型。黃色的帚形框圈出面波振動數據的時間距離范圍。上界的黃線界定了每秒 200m的視速度，下界的更陡斜邊為每秒50m。黃色框外的上部出現的是較弱的反射和折射波，它們的主要振動能量，可以在數據處理時用如圖的帚形時距窗口加以排除。窗口內下部是面波的基階模態，而上部出現顯著的高階模態，視速度和視周期都和基階模態有所差別，反映了地下存在分層結構。原始記錄經過11 Hz的窄頻帶濾波。得到圖7-6a所示的波型圖形。

11 Hz頻率段靠近面波基階模態的視周期，基階模態的振幅相對增強，但是較高視速度的高階模態依然明顯存在，表明同一頻率的面波組份中存在不同視速度的模態。而且在左部的幾個通道上，不同的模態合並到同一時間段內。在這樣的距離段內，單一的時間頻率分析是難以分離出不同的模態的。原始記錄經過22 Hz的窄頻帶濾波得到如圖7-6b的波型圖形。

22 Hz 頻率段靠近面波高階模態的視周期，其高階模態的振幅相對增強，而較低視速度的基階模態也存在，也只有在距震源相應寬的距離段上，才有可能區分不同的模態。

將原始記錄經過3Hz的窄頻帶濾波，得到如圖7-6c所示的波型圖形。記錄的3Hz頻率分量振幅很弱，顯示圖形時加大了振幅的增益。圖形中出現的同相軸大部分都極平緩，具有很大的視速度(甚至表現出反向震源傳播的視速度)，其展布已經不能包含在面波的時間-距離窗口內。只有在更大的距離上(窗口的右下角)才顯現具有低頻面波視速度的面波成分。這些低頻同相軸反映了大波長的波動組分，涉及的周邊范圍寬，一般屬於水平地層中的低頻反射鳴震，或者是來自採集排列旁側的散射波場。它們的振幅在圖示的3Hz頻段超過了面波的幅度，構成對低頻3Hz窄頻帶濾波後面波數據圖形(圖7-6c)面波的干擾。

這種低頻干擾不是用簡單的時間 距窗口能夠排除的。如果脈沖震源沒有足夠的低頻能量，它往往會掩沒面波的低頻組份，構成低頻(反映大的深度)面波數據中出現過大的相速度。這種干擾現象在全頻段的原始面波數據中並不明顯，只有在窄頻帶濾波的時間-距離數據中才會明顯暴露出來(圖7-7)。

圖7-6 窄頻帶濾波後面波數據圖

圖7-7 地層中含局部異常體的面波數據圖形

該圖中引發波形的震源位置在左邊，正常地層的面波同相軸由左上方向右下方延伸。圖中正常同相軸的中部出現向左下方的分支，表明面波向右方傳播途中遇到局部異常介質，產生反向的散射。這種異常現象在多道的時間-距離域圖形中容易判斷，異常的水平位置也容易確定，但是難於判斷異常體的深度。對面波的頻散數據它也會造成扭曲。

(5)地表為高剛度層覆蓋的地層面波數據圖形：圖7-8中明顯可見的面波(同相軸視速度低，視周期長)，反映了下覆地層的彈性波速，應屬面波的基階模態。其上部隱約可見視周期很短的振動，在左邊距震源附近的通道上振幅大，反映較明顯，它是屬於高剛度層覆蓋層造成的面波的高階模態的反映(右圖經放大後可以看得更清楚)。

圖7-8 地表為高剛度層覆蓋的地層面波數據圖形

圖7-8中面波的振幅由左向右隨距離的增大急劇衰減，這是地表高剛度覆蓋導致的特徵漏能現象。和高剛度地層在底部的正常地層結構不同，震源的彈性能量在地表高剛度覆蓋的下界面向下部地層漏失，其下再沒有使它向上折返的界面條件。

在最簡單的地層(均勻不分層)條件下，面波波速沒有頻散，根據時間頻率域中的面波同相軸斜率，完全可以確定面波的速度，並藉以估算地層的剛度。而對於分層的地層，面波的速度將產生頻散。如果各層的剛度隨深度逐層增加，面波的彈性能量將偏向它的基階模態，高階模態的能量偏弱。這時，用簡單的窄頻帶掃頻濾波方法，也可以在時間-距離域估算面波的頻散規律。面波應用研究的早期就是這樣來獲取面波的頻散速度的。如果各層的剛度隨深度起伏，特別是含有顯著的軟弱夾層，則面波高階模態的能量將相應加強，這時就難以用簡單的掃頻濾波方法。如若在時間距離域內分清面波的模態和估算面波的頻散，就不得不採取更復雜的數據處理方法。

目前存在不同性能的波場分頻速度估計方法。二維頻率波數域方法是一種通用方法，它有快速計算的功能，比較適用於多道線性陣列的波場分頻速度估計。

2.頻率-波數(F-K)域中的面波

面波的各個模態，在時間和距離上往往是相互穿插疊合的。在頻率-波數域中，可以清楚地區分開面波不同模態的波動能量，從而能夠單一地提取出基階模態的頻散數據。

(1)頻率-波數譜、相速度、譜振幅 面波沿地表傳播的波場，在時間和空間上都可以分解為正弦和餘弦形式的波動組分，轉換成二維的頻譜。單個波動組分在時間上的頻度，以每秒中的波動次數來計量，就是一般稱的頻率(F)，單位為Hz，而在空間(距離)上的頻度，以每米中的波動次數來計量，稱為波數(K)，單位為1/m。由頻率-波數譜中某個波動組分的頻率和波數，可以確定它的周期(T=1/F)和波長(L=1/K)。

這個波動組分的波形在波場中傳播時，每個周期的時間前進一個波長，計算出的速度就是它的傳播速度(υ_c=L/T，或υ_c=F/K)，也稱為該組分的相速度。由波動組分正弦和餘弦分量的振幅，可以合成該組分的譜振幅，反映了該組分傳播的彈性能量的大小。

運用二維傅里葉變換，可以將時間距離域的彈性波場數據，轉換為頻率-波數譜數據，表現為二維坐標中的圖形。一般其左上角為坐標原點，縱坐標為頻率軸，沿縱坐標向下波動頻率增高，也就是在時間上波動越快。橫坐標為波數軸，沿橫坐標向右波數增多，也就是在空間上波長越短。

各個波動組分譜振幅的大小，用不同顏色的色標來表示，一般色度越亮，表示譜振幅越大。波動組分坐標點(F，K)和原點連線的斜率(F/K)，體現了它的相速度。這條連線越陡該波動組分的相速度越大，越緩相速度越小。

離散數據的二維傅里葉變換，對於轉換的頻率和波數區間，都有相應的限定：轉換的頻率限(F_max)是采樣時間間隔(dT)的倒數的一半(F_max=0.5/dT)。轉換的波數限(K_max)是采樣道間距離(dX)的倒數的一半(K_max=0.5/dX)，對於單向傳播的波場，最大波數可以擴大一倍(K_max=1/dX)。在頻率和波數限定區間以外，會出現變換折疊造成的干擾。

(2)面波的頻率-波數譜向低頻小波數(長波長)區延伸的表現 在頻率 波數譜的左上角，頻率降低、波數減小，反映大深度的波長較大的面波應該在這個區域內分布。但正就是在這個區域，波譜對不同類型波的相對分辨能力降低，如果基階面波不具備較強的能量峰脊，就很難提取到正確的頻散數據。圖7-9顯示了在頻率-波數譜左上角經常遇到的圖景：

它是一個實測的面波記錄的頻率波數譜上，陰影圈定了明顯的基階面波的能量峰，其中白色點標記出峰脊的位置。在反映低頻波長較大的左上方(黑色框內)，分布著一些弱的能量軸，難以作出明確的選擇，可靠的頻散數據低頻端只能到此為止。

了解基階面波能量峰向頻率波數譜左上角延伸的一般規律，將有利於識別和提取頻散數據。為此，可在這個面波記錄的頻率-波數譜上，標出由它得到的地層模型正演的基階和高階頻散數據點，並且正演了原來未拾取到的左上角低頻頻散數據點。

圖7-9 一個實測的面波記錄的頻率-波數譜

圖7-10 頻率-波數譜圖形

在圖7-10是標上了正演得到的頻散數據點的實測記錄頻率-波數譜圖形。其中白色點組成的線是正演的基階頻散數據，淡灰色點組成的兩條線屬正演的高階頻散數據。它們的中下部均能和譜圖中相應的能量峰脊相吻合，說明正演採用的地層模型正確地反映了這部分譜圖的面波能量。正演基階頻散數據線向左上方的延伸部分逐漸逼近頻率波數坐標的原點，這就是基階面波能量峰脊向低頻小波數(長波長)區延伸的方向。

圖7-10正演得到的頻散數據點的實測記錄是圖中還以黑色直線標出地層最大剪切波速(底層)在頻率-波數譜中反映的位置。在此黑線左方出現的能量峰其相速度都大於地層底層的波速，不屬於面波能量的表現。

㈣ 反射波法用於基樁的動力測試

反射波法用於基樁的動力測試，就是通過對樁頂施加激振能量，以引起樁身及周圍土體的微幅振動，同時用儀表量測、記錄樁頂的振動速度和加速度，再利用波動理論對記錄結果加以分析，從而達到檢驗樁基施工質量、判斷樁身完整性、預估基樁承載力等目的。此反射波法具有快速、簡便、經濟、實用等優點。

因埋沒於地下樁的長度要遠大於樁直徑，由此可將樁身簡化為無側限約束的一維彈性桿件，並在樁頂初始擾力作用下產生的應力波沿樁身向下傳播從而滿足一維波動方程：

土體原位測試與工程勘察

式中：u為x方向的位移(m)；υ_P為樁身材料的縱波波速(m/s)。

彈性波沿樁身傳播過程中，在樁身夾泥、離折、擴頸、縮頸、斷裂、樁端等樁身阻抗變化處，將會發生反射和透射。若用記錄儀記錄下反射波在樁身中傳播的波形，通過對反射波曲線特徵的分析，即可對樁身的完整性、缺陷的位置進行判定，並對樁身混凝土強度進行評估。

一、檢測設備

用於反射波法基樁動力測試的儀器一般有：感測器、放大器、濾波器、數據處理系統以及激振設備和專用附件等。

(1)感測器：是反射波法基樁動力測試的重要儀器。感測器一般可選用寬頻帶的速度或加速度感測器。速度感測器的頻率范圍宜優於10～500Hz，靈敏度應高於300mV/cm/s。加速度感測器的頻率范圍宜為1～10 Mz，靈敏度應高於100mV/g。

(2)放大器：放大器的增益應大於60dB，長期變化量小於1%，摺合輸入端的雜訊水平應低於3μV，頻帶寬度應寬於1Hz～20kHz，濾波頻率可調。模數轉換器的位數至少應為8bit，采樣時間間隔至少應為50～1000μs，每個通道數據採集暫存器的容量應不小於1kbit，多通道採集系統應具有良好的一致性，其振幅偏差應小於3%，相位偏差應小於0.1ms。

(3)激振設備：激振設備應有不同材質、不同重量之分，以便於改變激振頻譜和能量和滿足不同的檢測目的。目前工程中常用的錘頭有塑料頭錘和尼龍頭錘，它們激振的主頻分別為2000～1000 Hz左右；錘柄有塑料柄、尼龍柄、鐵柄等，且柄長可根據需要而變化。一般說來，柄越短。則由柄本身的振動所引起的噪音越小，而且短柄產生的力脈沖寬度小、力譜寬度大。當檢測深部度缺陷時，應選用柄長而重的尼龍錘來加大沖擊能量；當檢測淺部缺陷時，可選用柄短而輕的尼龍錘。

二、檢測方法

反射波法檢測基樁質量儀器的布置及工作原理示意如圖7-11所示：

圖7-11 反射波檢測基樁質量的儀器布置及其工作原理示意圖

1—手錘；2—樁；3—感測器；4—樁基分析儀；5—顯示器

現場檢測工作一般應遵循下面的—些基本程序：

(1)對被測樁頭進行處理；鑿去浮漿，平整樁頭，割除樁外露出的過長鋼筋；

(2)接通電源，對測試儀器進行預熱，進行微振和接收條件的選擇性試驗，以確定最佳激振方式和接收條件；

(3)對於灌注樁和預制樁，激標點一般選在樁頭的中心部位；對於水泥樁，激振點應選擇在1/4樁徑處。感測器應穩固地安置於樁頭上，為了保證感測器與樁頭的緊密接觸，應在感測器底面塗抹凡士林或黃油。當樁徑較大時，可在樁頭安放兩個或多個感測器；

(4)為減少隨機干擾的影響，採用信號增強技術進行多次重復激振，以提高信噪比；

(5)為了提高反射波的解析度，應盡量使用小能量激振並選用截止頻率較高的感測器和放大器；

(6)由於面波的干擾，樁身淺部的反射比較紊亂，為了有效地識別樁頭附近的淺部缺陷，必要時可採用橫向激振、水平接收的方式進行輔助判別；

(7)每根試樁應進行3～5次重復測試，出現異常波形時應及時分析原因、排除影響測試的不良因素後再重復測試。重復測試的波形應與原波形有較好的相似性。

三、檢測結果的應用

1.確定樁身混凝土縱波波速

樁身混凝土的縱波波速可按下式計算：

土體原位測試與工程勘察

式中：υ_P為樁身縱波波速(m/s)；L為樁長(m)；t_r為樁底反射波到達時間(s)。

2.評價樁身質量

反射波形特徵是樁身質量的反映。利用反射波曲線進行樁身完整性判定的時候，應該根據波形、相位、振幅、頻率及波至時刻等因素綜合考慮。

樁身不同缺陷反射波特徵如下(圖7-12)：

(1)完整樁的波形特徵：完整性好的基樁反射波具有：波形規則、清晰；樁底反射波明顯；反射波至時間容易讀取；樁身混凝土平均縱波波速較高等的特性；同一場地完整樁反射波形具有較好的相似性。

(2)離析和縮徑樁的波形特徵：離析和縮徑樁的樁身混凝土縱波波速較低，反射波幅減少，頻率降低。

(3)斷裂樁的波形特徵：樁身斷裂時其反射波到達時間小於樁底反射波到達時間，波幅較大，往往出現多次反射，難以觀測到樁底反射。

3.確定樁身位置和范圍

樁身缺陷離開樁頂的位置L′，可以根據下式計算：

圖7-12 波形特徵圖

土體原位測試與工程勘察

式中：L′為樁身缺陷的位置(m)；t′_r為樁身缺陷部位反射波至時間(s)；

為場地范圍內樁身縱波波速的平均值(m/s)。

樁身缺陷范圍是指樁身缺陷沿軸向的經歷長度。

樁身缺陷范圍可按下式計算：

土體原位測試與工程勘察

式中：l為樁身缺陷的范圍(m)；Δt為樁身缺陷上、下面反射波至時間差(s)；υ′_P為樁身缺陷段縱波波速(m/s)參考下表選取。

表7-1 樁身缺陷段縱波波速

參考文獻

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趙錫宏，陳志明等.1996.高層建築深基坑維護工程實踐與分析.上海：同濟大學出版社

周錫元等.1990.場地·地基·設計地震.北京：地震出版社

㈤ 超聲波檢測中應用的所謂板波,實際是在薄板中產生的一種表面波嗎

板波和表面波是完全不同的。板波也叫蘭姆波(lamb wave)，分為兩個模(對稱s-mode與非對稱a-mode)其傳播介質是平板，有限寬，厚度相較於波長很小的平板，是體波(body wave，整個傳播介質中的質點均有振動幅度)。
表面波(surface wave)只是在介質表面傳播。
可以這樣理解，真空中(真空中無法傳播機械波，因為沒有介質)一無限長的一個長方條狀立方體介質中，振源在一端，其振動幅度很小，介質表面質點先被激發，而由於衰減離介質表面越遠的質點(即越靠近立方體中心的位置)，其振動幅度越小。當這個長條介質越粗(相較於波長而言)的時候其中線位置的質點的振幅越趨近於零。當長條介質的徑向尺度遠遠大於波長是可以理解為無限粗的介質，此時中線附近介質振幅為零，傳到的波為表面波。而當波長與徑向尺度可比(十分之一的波長到一個波長左右，具體應用不同人為劃分可能不同)的時候，介質體內所有質點的振幅均不為零，所謂體波。

㈥ 怎麼檢測渣罐的內部質量

無損檢測是容器檢驗中應用最廣泛的方法，它可應用於容器製造的各個環節，在原材料的檢驗中，厚度超過某一數值的壓力容器用鋼板、高壓無縫鋼管、IV級以上各種鋼號的鍛件需進行超聲檢測， 高強度等級鋼材熱加工後的坡口表面需進行表面檢測，容器上的焊縫要進行射線檢測或超聲檢測。另外在焊工操作技能考核、焊接工藝評定、產品試板、在用壓力容器檢驗等方面也要求無損檢測。
由於無損檢測(NDE或NDT) 是屬於非破壞性檢驗方法，因此在產品的檢驗工作中佔有很重要的地位。它是利用聲、光、電、熱、磁和射線與物質的相互作用，在不損傷被檢物使用性能的情況下，探測材料、零部件或設備各種表面或內部缺陷，並判斷其位置、大小、形狀和種類的方法。
2. 14. 1 射線檢測（R T）
(1)射線檢測種類
① 按射線檢測種類分
a. X 射線可穿透60~70mm 的鋼板，常用。

b .γ 射線可穿透150 mm 以上的鋼板。

c. 高能X射線 可穿透500mm 以上的鋼板。
② 按缺陷的顯示方法分
a. 電離法 可進行連續檢驗，但無法判斷缺陷的形狀和性質；不宜用於檢驗厚度有變化的工件。
b. 熒光屏法 可連續檢驗，即刻的結果；靈敏度很差，只能檢驗厚度小於20mm 的薄件。
c. 照相法 缺陷顯示效果很好，使用最廣。
(2) 射線檢測照相法原理
射線檢測照相法檢測焊縫用射線源為X 射線和γ 射線，這兩種射線的基本性質是相同的，由於γ射線的波長更短，故穿透能力更強。一般的X 射線由探傷機中的X 射線管產生，為提高透照能力以適應大型及大厚度工件的檢測，也有使用能量達1MeV 以上的帶電粒子加速器提供的高能X 射線。γ 射線是用銥(Ir) 和鈷(Co) 的放射性同位素作為射線源。
射線檢測照相法是將射線源置於被檢工件的一側，將裝入暗盒的膠片緊貼於工件的另一側。當X 射線管產生的射線按直線射向裝有膠片的工件時，能夠穿過工件和膠片。
又由於射線穿過物質時總會有一些吸收，即穿過物質的射線強度不斷衰減，衰減的程度與射線穿過的厚度和物質自身的性質如密度有關。穿過的厚度愈大或穿過的物質密度愈大，射線衰減就愈多。
當射線穿過缺陷時，由於缺陷密度總是小於金屬材料，因此射線衰減較小，即穿過工件達到另一側膠片時，該處接收到的射線強度就較大。射線檢測照相用的膠片是在片基上塗有能產生光化學反應的物質，經射線照射會產生一定的化學反應，而反應進行的深度，在其他條件一定時取決於接收到的射線強度。
在射線穿過有缺陷的部位是膠片的感光較強，感光後的膠片經顯影、定影處理後稱為底片，將底片在觀片燈上觀察，就可以發現焊縫內部有缺陷的部位(缺陷部位在底片上顯得較黑) ，並可以根據影像的特徵判斷缺陷的性質。
超聲檢測（UT）
(1)超聲檢測種類
①按耦合方式分
a. 接觸法 在探頭與工件表面有一層諸如甘油或機油的耦合劑進行直接檢測的方法。
b. 水浸法 在探頭與工件表面有一層水，調節水層厚度，使聲波在水中的傳播時間為金屬中的整數倍進行檢測的方法。分為全浸式(工件和探頭全部浸入水中)和局部浸式(工件和探頭局部浸入水中) 。
②按信號接收方式分
a . 反射法 用一個探頭反射並接收超聲波，所接收的是有缺陷或工件底面反射的超聲波，此法常用。
b . 穿透法 一個探頭反射超聲波，另一個探頭接收超聲波，兩探頭在工件兩側，所接收的超聲波是所反射的超聲波除去缺陷阻擋的部分。
③按超聲的連續性分
a . 連續波檢測 發射的超聲波是連續的，常用來進行超聲圖像顯示。
b . 脈沖波檢測 發射的超聲波是脈沖的，現場檢測常用。
④按波型分
a . 縱波檢測 由直探頭發射和接收的波形，主要用於鋼板的檢測。
b . 橫波檢測 由斜探頭發射和接收的波形，主要用於焊縫的檢測。
作為一種特殊情況，由探頭角等於第二臨界角(入射角α = 55°) 的斜探頭發射和接收的波形， 專門用來發現表面或離表面很近的缺陷。這是(α =55°) 一種斜探頭檢測的方法。
c. 瑞利波檢測 當工件厚度大於所用波長時，屬瑞利波檢測。用來發現近於或處於工件表面並垂直工件表面的缺陷。
d. 蘭姆波檢測 當工件厚度小於所用波長時，屬蘭姆波檢測。用來檢驗近於表面並平行於工件表面的淺傷 。
(2 )超聲檢測原理
目前工業上廣泛採用的超聲檢測法按其工作原理來說就是脈沖反射法。按反射波顯示方式又有A 型、B 型、C 型、3D 型等。其中A 型為波幅顯示，即通過反射波顯示缺陷是否存在及其相對位置，並從波幅的高低來確定缺陷的大小。其他各型為缺陷的圖像顯示。現行壓力容器超聲檢測標准JB 4730-1994 所涉及的超聲檢測均指採用A 型顯示來檢測缺陷。
脈沖檢測法就是將超聲檢測儀中發射電路產生的高頻電脈沖信號加在探頭的壓電晶片上，晶片接收到高頻電脈沖，由於逆壓電效應將產生與電脈沖頻率相同的高頻機械振動，將探頭接觸工件，在探頭和工件之間的接觸面上塗以機油、甘油或水等透聲性好的耦合劑，其作用是排除接觸面之間的空氣間隙，使聲束能更好地透過界面進入工件，這種方法稱為接觸法。
也可以將工件和探頭頭部浸沒在耦合液體中，常用的耦合液體就是水，探頭不接觸工件，這種方法稱為液浸法或水浸法。無論是接觸法還是水浸法，探頭上晶片的振動都可以按一定角度進入工件，根據超聲波的直線性和指向性，超聲波就在一定方向和一定范圍內向前傳播。
若遇過異質界面，如缺陷表面或工件的外廓表面，超聲波將依照反射定律沿一定方向反射回來並被探頭所接收，引起探頭晶片振動，由正壓電效應，這種機械振動又被轉換成電脈沖信號被儀器接收，經放大、檢波等電路處理後的脈沖信號在儀器的熒光屏上顯示出來，這就是反射波。根據反射波在熒光屏上的特徵、相對位置、波幅的高低來判斷有無缺陷、缺陷存在的部位、大小和性質。
在檢測時，發射電路是以固定的時間間隔斷續輸出脈沖信號，因此晶片也是處於斷續的工作狀態，它接收電脈沖而產生振動時就作為超聲波的發生器；在停止振動的間斷時間內，它又作為超聲波的接收器等待反射的超聲波信號，使晶片產生振動，並將它再轉變為電信號。
作為接收器的探頭可以是原來作為發射器的探頭。這就是單探頭檢測法；如發射和接收分別用兩個探頭完成就是雙探頭法。無論哪一種方法，輸出的都是電脈沖信號，並依靠反射波來發現和確定缺陷，故稱為脈沖反射法。

衍射時差法超聲檢測(TOFD)
TOFD 檢測是一種主要利用缺陷端點的衍射波信號探測和測定缺陷尺寸的超聲檢測方法，其基本特點是採用一發一收探頭對工作模式。
TOFD 通常使用縱波斜探頭，在工件無缺陷部位，發射超聲脈沖後，首先到接收探頭的是直通波， 然後是地面反射波。有缺陷存在時， 在直通波和地面反射波之間， 接收探頭還會接收到缺陷產生的衍射波或反射波。除上述波外，還有缺陷部位和底面因波型轉換產生的橫波， 一般會遲於地面反射波到達接收探頭。工件中超聲波傳播路徑見圖2- 6 ，缺陷處A 掃描信號見圖2- 7 。

磁粉檢測(MT)
(1)磁粉檢測方法
磁粉檢測包括干磁粉、濕磁粉、熒光和非熒光磁粉檢測方法。
(2) 磁粉檢測原理
磁粉檢測是通過鐵磁性材料磁化並在工件表面撒上磁粉，利用磁粉來顯示缺陷在磁化時所引起的漏磁，由表面和近表面的缺陷所引起的漏磁量最大，裂紋和未焊透、未熔合等缺陷， 當其延伸方向與磁力線方向垂直時，也會產生較大的漏磁。

滲透檢測(PT)
(1)滲透檢測方法
滲透檢測包括非熒光和著色滲透檢測方法。
根據顯像劑和滲透劑種類不同，滲透檢測方法的分類 ，各種方法組合使用的檢測步驟。
(2) 滲透檢測方法的選用
滲透檢測方法的選用可根據被檢工件表面的粗糙度、檢測靈敏度、檢測批量大小和檢測現場的水源、電源等條件來決定。
表面光潔且檢測靈敏度要求高的工件宜採用乳化型著色法或後乳化型熒光法，也可採用溶劑去除型熒光法。
表面粗糙且檢測靈敏度要求低的工件宜採用水洗型著色法或水洗型熒光法。
現場無水源、電源的檢測宜採用溶劑去除型熒光法。
批量大的工件檢測，宜採用水洗型著色法或水洗型熒光法。
大工件的局部檢測，宜採用溶劑去除型著色法和溶劑去除型熒光法。
熒光法比著色法有較高的檢測靈敏度。

㈦ 瑞利面波方法

面波存在的理論證明是英國瑞利首先發現的，故稱瑞利面波。該波的質點位移不僅與傳播距離、傳播深度和頻率有關，也與介質的性質有關。在理想的情況下（泊松比σ=0.25），瑞利面波振動的水平分量D_x和垂直位移分量D_z之間的關系為

環境地球物理學概論

式（6.3.1）為橢圓方程，說明在介質表層附近瑞利波質點的位移軌跡是xz平面的逆時針旋轉橢圓，其長短軸之比為3∶2。瑞利面波的傳播速度

環境地球物理學概論

經分析和計算可知瑞利面波的主要能量集中在z/λ_R＜0.5的深度。當深度達z/λ_R＞1之後，瑞利面波迅速衰減。說明瑞利面波在介質中傳播深度不超過1個波長，其能量主要集中在1/2波長深度范圍之內，Dx和Dz在介質中衰減呈指數規律，在表層其傳播能量與距離的一次方成反比，衰減較慢，傳播較遠（體波在介質中是與距離平方成反比衰減），是面波用於表層勘查的優點所在。

圖6.3.1 瑞利面波工作方法示意圖

瑞利面波數據採集系統的排列如圖6.3.1所示，激發震源與檢波器在一條直線上，檢波器P₁，P₂分別等距離置於測點O兩側，震源與兩檢波器之間距離相等為x（見圖6.3.1）。當完成一次激發觀測之後，震源（錘擊）移至另一側等距離位置進行激發採集數據。檢波（器）距x通常以測點O為中心，成倍數遞增。隨檢波（器）距增大，探測深度也相應增大，要求震源能量也要增大。

瑞利面波的資料處理也是自動完成的，處理流程如圖6.3.2所示。經過一系列分析處理，求出各種頻率面波相對應的速度v_R和波長λ_R，繪離散分布曲線，通過反演計算得出表層岩土介質的分層與結構。

近年日本提出一種利用具有固定系列振動頻率的震源，用改變震源振動頻率來調節探測深度。因此，接收儀器和資料處理都和上述方法有所不同。有人用GR-810淺層地震儀，用改變激發頻率的方法探測公路路面結構，可以明顯分出路面瀝青層、碎石層、砂礫層和粘土層。

瑞利面波的一個探測實例是防滲牆工程質量檢測，如圖6.3.3所示。一般防滲牆的厚度為0.2 m，探測所得的瑞利波速度是在原背景值的基礎上增加了防滲牆的影響，使測得速度值高於原背景值。由於防滲牆的厚度相對較小，所增加的速度值不是很大。人工填土的波速一般為150 m/s左右，而在同一地段測得有防滲牆影響的堤段波速一般為200～250 m/s左右。因此，根據瑞利波測定的波速值判斷防滲牆的強度較為困難。但是，瑞利波對高噴防滲牆出現的蜂窩、離析、膠結不良或空洞等則反映異常靈敏，一般可據頻散曲線的特殊異常反映如離散性等來判斷防滲牆存在的缺陷和異常部位。對某大堤7+240～7+255堤段布置4個瑞利波探測點，比較分析4個頻散曲線（圖6.3.3）的形態不難看出，在7+245點處，頻散曲線光滑連續。反映出該點處高噴牆膠結良好、均勻連續。在7+240、7+250和7+255點處，頻散曲線明顯離散，波速急劇下降，表明此3點處的高噴牆體膠結質量欠佳，是可能存在鬆散帶的位置。該處剛好是1994年6月噴砂冒水位置。

圖6.3.2 瑞利面波資料處理流程圖

圖6.3.3 瑞利波探測頻散曲線7+240～7+255測點

㈧ 剪切波波速測試的剪切波波速測試

波速測試適用於測定各類岩土體的壓縮波、剪切波或瑞利波的波速，可根據任務要求，採用單孔法、跨孔法或面波法。利用鐵球水平撞擊木板，使板與地面之間發生運動，產生豐富的剪切波，從而在鑽孔內不同高度處分別接收通過土層向下傳播的剪切波。因為這種豎向傳播的路徑接近於天然地層由基岩豎直向上傳播的情況，因此對地層反應分析較為有用。
波速試驗作用：
1）劃分場地類型
2）計算場地基本周期
3）提供地震反應分析所需的地基土動力參數
4）判別地基土液化可能性
5）評價地基處理效果 測試前的准備工作應符合下列要求：
（1）測試孔應垂直；
（2）當剪切波振源採用錘擊上壓重物的木板時，木板的長向中垂線應對准測試孔中心，孔口與木板的距離宜為1～3m；板上所壓重物宜大於400kg；木板與地面應緊密接觸；
（3）當壓縮波振源採用錘擊金屬板時，金屬板距孔口的距離宜為1～3m.
測試工作應符合下列要求：
（1）測試時，應根據工程情況及地質分層，每隔1～3m布置一個測點，並宜自下而上按預定深度進行測試；
（2）剪切波測試時，感測器應設置在測試孔內預定深度處固定，沿木板縱軸方向分別打擊其兩端，可記錄極性相反的兩組剪切波波形；
（3）壓縮波測試時，可錘擊金屬板，當激振能量不足時，可採用落錘或爆炸產生壓縮波。
測試工作結束後，應選擇部分測點作重復觀測，其數量不應少於測點總數的10%。
操作原理單孔法波速測試採用的振源很多，如：爆破、空氣壓縮槍、彈簧式S波激發裝置、火箭筒等等。但在一般的場地剪切波速測試中最常用的是敲擊板激振源。敲擊板激振源：剪切波的測試設備—敲擊板激振源將一塊彈性好的木板（木板長約2米，寬約0.4—0.5米，厚約0.1米）受錘擊的兩頭包上鐵板，放在平整的地面上，上面壓上重物，使木板與地面緊密接觸，然後敲擊木板兩側，這樣木板就給地面一個水平沖擊力，激起土層的剪切振動。激發的振動主要為SH波。
敲擊板激振源： 剪切波的測試設備—敲擊板激振源在敲擊沖量一定的條件下，激發的SH波振幅隨木板上重物重量的增大而增大，但超過一定值後影響會有所減少；長板效果比短板好；板與地面的接觸條件對激振效果影響較明顯，板底釘有釘齒、地面上潑水或水泥漿以增大木板與地面接觸的緊密程度可改善激振效果。 測試場地宜平坦；測試孔宜設置一個振源和兩個接收孔，並布置在一條直線上。
測試孔的間距在土層中宜取2～5m，在岩層中宜取8～15m；測試時，應根據工程情況及地質分層，每隔1～2m布置一個測點。
鑽孔應垂直，並宜用泥漿護壁或下套管，套管壁與孔壁應緊密接觸。
測試時，振源接收孔內的感測器應設置在同一水平面上。
測試工作可採用下列方法：
（1）當振源採用剪切波錘時，宜採用一次成孔法；
（2）當振源採用標准貫入試驗裝置時，宜採用分段測試法。
當測試深度大於15m時，必須對所有測試孔進行傾斜度及傾斜方位的測試；測點間距不應大於1m.
當採用一次成孔法測試時，測試工作結束後，應選擇部分測點作重復觀測，其數量不應少於測點總數的10%；也可採用振源孔和接收孔互換的方法進行檢測。

㈨ 如何利用光學特性進行無損檢測

2.6 利用光學特性的無損檢測技術 §2.6.1 激光全息照相檢測 激光全息照相檢測是一種全息干涉計量法。物體內部的缺陷在受到外力作用時，例如抽真空（施加負壓）、充氣加壓、加熱、振動、彎曲等載入方式的作用下，與缺陷對應的物體表面將產生與周圍不同的局部微小變形（位移），採用激光全息照相的方法，將發生變形前後兩個光波的波陣面記錄下來進行對比觀察，從而可以判斷並檢出物體的內部缺陷。 激光全息照相是利用光的干涉現象，右圖為激光全息照相光路系統示意圖，由圖中所示可見，激光發生器1（如氦-氖激光器、紅寶石激光器、氬離子激光器等）發出的激光束一部分經棱鏡2反射到反射鏡4再經透鏡5擴束投射到試件6的表面（載入），試件表面反射的光波投射到照相干板7上（物波），另一部分激光束通過棱鏡2再經透鏡3擴束投射到反射鏡8，然後再反射投射到照相干板7上（參考波），這兩束光波將會發生干涉（它們來自同一激光源，有固定的相位關系），干涉的結果是產生干涉條紋：在有的區域兩個波的相位相同時，產生相長干涉，形成干涉條紋圖像中的明亮條紋，當兩個波的相位相反時則產生相消干涉，形成暗條紋，於是構成了明暗相間的干涉條紋圖像。當試件內無缺陷時，載入後試件表面的變形是連續規則的，所產生的干涉條紋形狀與明暗條紋間距的變化也是連續均勻的，與試件外形輪廓的變化相協調。如果試件內存在

激光全息照相光路系統示意圖

有缺陷，則載入後對應有內部缺陷的試件表面部位的變形比周圍的變形大，則光程出現差異，對應有缺陷的局部區域將會出現有不連續突變的干涉條紋，亦即條紋形狀與間距將發生畸變，從而可以根據干涉條紋圖形判別試件內部的缺陷。 攜帶有試件表面微小變形（位移）信息的物波與參考波相干涉形成以干涉條紋的反差、形狀和間距變化形式記錄試件全部信息的圖形，就是全息圖。 前面提及的激光-超聲全息照相檢測就是以超聲波為物波，激光束為參考波形成的一種全息圖。 激光全息照相檢測可用於檢測蜂窩結構、疊層膠接結構、復合材料以及薄壁構件的裂紋、脫粘、未粘合等缺陷，其優點是對試件的加工精度要求不高，安裝調試方便，能得到物體的三維圖像，缺點是對不透光物體沒有穿透能力，一般只能用於厚度小的薄材料，設備較昂貴，並且在檢測時受機械振動、聲振動（如環境雜訊）以及環境光等的干擾大等等，因此需要在安靜、清潔的暗室中進行檢測。 §2.6.2 激光電子散斑剪切技術 （本節內容摘自德國DANTEC ETTEMEYER的中國公司-北京安和靈捷科技有限公司的介紹資料） ESPI (Electronic Speckle Pattern Interferometry)也稱為TV全息攝影術(TV Holography)或數字全息術(Digital Holography)。一束激光被透鏡擴展並投射到被測量表面上，反射光與從激光器直接投射到攝像機的稱為參考光束的結合，發生干涉，攝像機會記錄一系列的斑點圖像。通過圖像比較可以顯示出斑點結構中的變化並產生相關緣紋，它們起因於記錄圖像之間的表面位移與變形，智能軟體自動分析這些緣紋並計算處定量的位移值。先進的ESPI系統利用若干個激光照射方向或攝像機，產生位移和變形的三維信息以及輪廓信息(3D-ESPI系統)。根據這些數據，可以獲得應變、應力、振動模式以及更多的數值。 ESPI系統提供了變形、位移、應變和應力方面的信息，材料工業利用這種技術可以測量楊氏彈性模量、泊松比、裂紋生長、真實應變/真實應力作用，以及許多其他描述新材料所需要的材料參數。高速的測量系統還可以提交動態的材料數值，可用於碰撞試驗與碰撞模擬。 汽車工業在許多方面採用ESPI：分析底盤的疲勞行為，傳動系、發動機、齒輪箱、車輪以及許多其他部件，這對於汽車安全都是高應力和關鍵的部件。此外,雜訊振動（NVH-Noise Vibration Harshness）問題也可以採用脈沖ESPI技術解決。一個脈沖激光器以可變的時間延遲發出兩個激光脈沖，由1-3個高速ESPI攝像機記錄圖像，測量的結果顯示運作的偏差，這是用於消除聲源，使阻尼系統最優化，消除剎車時發出的尖銳噪音或者消除其顫動等。NVH的典型應用是減小噪音，ESPI也可以用於優化音質，例如關車門的碰撞試驗。脈沖ESPI技術的其他優點還有可以分析沖擊事件，例如顯示瑞利波(Raleigh waves)在金屬或地下的傳播與反射。 除了汽車工業以外，所有的運輸工業，例如鐵路、海運、航空等等都可以利用這種具有全視場、三維、非接觸測量能力的ESPI。 激光剪切測量技術（Laser shearography）也是一種散斑干涉測量技術，這是廣泛應用於無損檢測或無損檢驗的，但是其光學設置有了一些改進，參考波束被取代，物體圖像是雙重的，在攝像機中是側向剪切與有層理的。產生的斑點圖像顯現出被測試或分析表面變形的梯度，可以通過現代的相位移技術與緣紋打開技術對這種信息進行自動分析。 由於激光剪切測量得到的是唯一的變形梯度，它不受剛性物體運動的影響，因此，這種技術典型地應用於生產線或維修中的缺陷識別。 EPSI和剪切（Shearography）技術是激光光學全場測量技術，它們是基於激光散斑效應，這是在用激光照射粗糙表面時發生的現象。 無損檢測與無損檢驗都是剪切測量技術最廣泛應用的領域。現代復合材料的生產過程中，許多不同的構件要粘接在一起，這些零件裝配的過程往往需要手工操作，因此在生產線上一定階段中實施無損檢測對於產品的可靠性與質量控制是非常重要的，剪切測量技術為所有的無損檢測應用提供了一個非常有用的工具。 航空工業利用剪切測量技術試驗玻璃纖維增強塑料、碳纖維增強塑料（CFRP）的復合材料、光潔層面、泡沫塑料以及鋁復合材料等。全自動檢驗系統已經安裝用於ARIANE 5的檢驗，以及直升機旋轉槳葉檢驗。對於維修檢驗，攜帶型的剪切測量檢驗系統已經利用真空載入或熱載入用於探查缺陷。最近，剪切測量技術還被證實可用於協和式飛機零件的維修檢驗。Pratt & Whitney的噴氣發動機耐磨密封也已經採用激光剪切測量系統利用振動激勵進行檢驗。在汽車工業中的輪胎試驗和錶板檢驗也已是眾所周知的應用了。

激光電子散斑剪切技術

ESPI (Electronic Speckle Pattern Interferometry)也稱為TV全息攝影術(TV Holography)或數字全息術(Digital Holography)。一束激光被透鏡擴展並投射到被測量表面上，反射光與從激光器直接投射到攝像機的稱為參考光束的結合，發生干涉，攝像機會記錄一系列的斑點圖像。通過圖像比較可以顯示出斑點結構中的變化並產生相關緣紋，它們起因於記錄圖像之間的表面位移與變形，智能軟體自動分析這些緣紋並計算處定量的位移值。先進的ESPI系統利用若干個激光照射方向或攝像機，產生位移和變形的三維信息以及輪廓信息(3D-ESPI系統)。根據這些數據，可以獲得應變、應力、振動模式以及更多的數值。

ESPI系統提供了變形、位移、應變和應力方面的信息，材料工業利用這種技術可以測量楊氏彈性模量、泊松比、裂紋生長、真實應變/真實應力作用，以及許多其他描述新材料所需要的材料參數。高速的測量系統還可以提交動態的材料數值，可用於碰撞試驗與碰撞模擬。

汽車工業在許多方面採用ESPI：分析底盤的疲勞行為，傳動系、發動機、齒輪箱、車輪以及許多其他部件，這對於汽車安全都是高應力和關鍵的部件。此外,雜訊振動(NVH-Noise Vibration Harshness)問題也可以採用脈沖ESPI技術解決。一個脈沖激光器以可變的時間延遲發出兩個激光脈沖，由1-3個高速ESPI攝像機記錄圖像，測量的結果顯示運作的偏差，這是用於消除聲源，使阻尼系統最優化，消除剎車時發出的尖銳噪音或者消除其顫動等。NVH的典型應用是減小噪音，ESPI也可以用於優化音質，例如關車門的碰撞試驗。脈沖ESPI技術的其他優點還有可以分析沖擊事件，例如顯示瑞利波(Raleigh waves)在金屬或地下的傳播與反射。

除了汽車工業以外，所有的運輸工業，例如鐵路、海運、航空等等都可以利用這種具有全視場、三維、非接觸測量能力的ESPI。

激光剪切測量技術(Laser shearography)也是一種散斑干涉測量技術，這是廣泛應用於無損檢測或無損檢驗的，但是其光學設置有了一些改進，參考波束被取代，物體圖像是雙重的，在攝像機中是側向剪切與有層理的。產生的斑點圖像顯現出被測試或分析表面變形的梯度，可以通過現代的相位移技術與緣紋打開技術對這種信息進行自動分析。

由於激光剪切測量得到的是唯一的變形梯度，它不受剛性物體運動的影響，因此，這種技術典型地應用於生產線或維修中的缺陷識別。

EPSI和剪切(Shearography)技術是激光光學全場測量技術，它們是基於激光散斑效應，這是在用激光照射粗糙表面時發生的現象。

無損檢測與無損檢驗都是剪切測量技術最廣泛應用的領域。現代復合材料的生產過程中，許多不同的構件要粘接在一起，這些零件裝配的過程往往需要手工操作，因此在生產線上一定階段中實施無損檢測對於產品的可靠性與質量控制是非常重要的，剪切測量技術為所有的無損檢測應用提供了一個非常有用的工具。

航空工業利用剪切測量技術試驗玻璃纖維增強塑料、碳纖維增強塑料(CFRP)的復合材料、光潔層面、泡沫塑料以及鋁復合材料等。全自動檢驗系統已經安裝用於ARIANE 5的檢驗，以及直升機旋轉槳葉檢驗。對於維修檢驗，攜帶型的剪切測量檢驗系統已經利用真空載入或熱載入用於探查缺陷。最近，剪切測量技術還被證實可用於協和式飛機零件的維修檢驗。Pratt & Whitney的噴氣發動機耐磨密封也已經採用激光剪切測量系統利用振動激勵進行檢驗。在汽車工業中的輪胎試驗和錶板檢驗也已是眾所周知的應用了。