瑞利波检测方法

㈠ 表面波的瑞利波

它是当传播介质的厚度大于波长时在一定条件下在半无限大固体介质上与气体介质的交界面上产生的表面波，用R表示。瑞利波使固体表面质点产生的复合振动轨迹是绕其平衡位置的椭圆，椭圆的长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于传播方向。
质点振幅的大小（即椭圆长轴轴径的大小）与材料的弹性及瑞利波的传播深度有关，其振动能量随深度增加而迅速减弱。当瑞利波传播的深度在接近一个波长时，质点的振幅已经很小了。
当瑞利波在传播途中碰到棱边时，若棱边曲率半径R大于5倍波长，表面波可不受阻拦的完全通过。当R逐渐变小时，部分表面波能量被棱边反射；当R小于等于波长时，反射能量很大。在超声波探伤中利用这种反射特性来检测工件表面和近表面的缺陷，以及用来测定表面裂纹深度等。

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㈢ 表面波(瑞利波)波速测试法

英国学者瑞利(Rayleigh)于1887年首先在理论上确定了自由界面附近瑞利面波的存在。在以往的地震勘探中，这种瑞利面波被作为干扰波。近年来，国内、外学者对瑞利面波进行了深入的研究，在理论和应用方面都取得了较大的进展，利用它进行测试变为现实。

一、瑞利波在半无限大空间的传播

在自由界面(如地面)上进行竖向激振时，均会在其表面附近产生瑞利波，而瑞利波有3个与工程质量检测有关的主要特征：

(1)在分层介质中，瑞利波具有频散特性；

(2)瑞利波的波长不同，穿过的深度也不同；

(3)瑞利波的传播速度与介质的物理力学性质密切相关。

研究证明，瑞利波能量约占整个地震波能量的67%，且主要集中在地表下—个波长范围内，而传播速度代表着半个波长(λ_r/2)范围内介质震动的平均传播速度。因此，一般认为瑞利波法的测试深度为半个波长，而波长与速率及频度有如下关系：

设瑞利波的传播速度为υ_r，频率为f_K，则波长为λ_r=υ_r/f_K当速度不变时，频率越低，测试深度就越大。

瑞利波勘探法根据震源形式不同可分为两大类：一类为稳态法；另一类为瞬态法。同样，瑞利波检测方法分为瞬态法和稳态法两种。这两种方法的区别在于震源不同。

瞬态法是在激震时产生一定频率范围的瑞利波，并以复频波的形式传播；而稳态法是在激震时产生相对单一频率的瑞利波，并以单一频率波的形式传播。前些年，主要以稳态激振方法为主，其测试原理是利用扫频仪和功率放大器发出的谐波电流，推动电磁激振器对地面产生稳态面波，由相隔一定距离的拾振器将接收到的面波振动，转换为电压量送入计算机(频谱分析仪)进行相关计算，从而得出频散曲线。

由于稳态激振面波勘探方法设备较为复杂，重量大，测试费用高；为克服这些缺点，随之根据其原理，便出现了瞬态面波勘探方法，与稳态法相比其设备较为轻便，测试速度快。但也有许多缺点：其一是瞬态激振的功率密度谱分布不均，许多频率能量太小，随机干扰大，以至于频散曲线与理论相差太大，常常无法利用。其二是仍按照稳态激振面波勘探方法接收地面震动波，致使所有的波(如反射波、折射波、直达波等)均作为干扰波而与面波混在一块，有可能导致误差较大的结果，这也是瞬态激振面波勘探方法主要缺点之一。

为了克服这些缺点，目前发展了一种新的面波勘探方法——瞬态多道瑞利波勘探技术。它的激振可采用不同材料和质量的锤(或重物)下落激振，在地面布置多个拾震器，并选择最佳面波接收窗口接收震动，通过多次叠加和多道相关叠加，使得频谱能量加大，干扰减小。

设Z≥0为弹性空间，点震源位于坐标原点，且介质中的每点都作简谐运动，设u、υ、w分别表示质点沿x、y、z方向的位移，则波动方程的表达式为：

土体原位测试与工程勘察

式中：θ=

；λ为拉梅常数；k为弹性系数；ρ为介质的密度；▽²为拉普拉斯算子。

以下假定所引入的力对于z轴对称，并在极坐标(r，θ，z)中讨论问题。又设q为垂直于z轴的位移分量，w为z方向的位移分量。两种坐标的关系为：

土体原位测试与工程勘察

引入波动位φ与ϕ满足：

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式中：h²=ρp²/(λ+2k)；k²=ρp²/k。

对式(7-9)试求其变量分离形式的解(略去时间因子e^ipt)得到：

土体原位测试与工程勘察

式中：α²=ξ²-k²；β²=ξ²-k²。

将式(7-10)代入式(7-8)得到位移表达式为：

土体原位测试与工程勘察

应力表达式为：

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二、瞬态点震源激发的瑞利波场中的位移表达式

设震源位于坐标原点，在时刻t=0作用，则初始条件和边界分别为：

土体原位测试与工程勘察

由于当z→+∞时，必有φ→0，ϕ→0，故式(7-12)中的A=0、C=0，将式(7-13)代入式(7-12)，并解系数行列式，得D=

。

若在地面施加一适当的竖向激振力(可用大锤敲击地面或吊升重物自由下落)，则于地下介质中可产生纵波、横波和瑞利波。此时可用如下的波动方程来描述它们的运动：

土体原位测试与工程勘察

式中：ϕ，φ为质点位移场的势函数，υ_P和υ_S分别为纵波和横波的速度。

对于平面波可得(1)式的一个解为：

土体原位测试与工程勘察

土体原位测试与工程勘察

式中：υ₁=[1-(υ_r/υ_P)]；υ₂=[1-(υ_r/υ_S)]；N为波数，υ_r为瑞利波速；A、B为常数。

由(2)式可得到瑞利波传播的两个特性：一是瑞利波振幅随深度衰减，能量大致被限制在一个波长以内；二是由地面振动波的瞬时相位，可确定瑞利波传播的相速度。

瞬态面波法即根据这两个特性，在相距一定距离的地面两点安置拾振器，接收面波振动，再通过频谱分析，做出波长-波速频散曲线，从而算出地下土层的瑞利波速υ_r。瑞利波速υ_r和横波波速υ_S的关系为：

土体原位测试与工程勘察

当μ从0.25至0.5时，υ_r/υ_S从0.92至0.95。由此可将瑞利波波速换算成横波波速。

瞬态多道瑞利波是在地面上沿着面波传播的方向、布置间距相等的多个拾振器，一般可为12个或24个。选择适当的偏移距(震源到第一个拾振器的距离)和道间距(拾振器之间的距离)，以满足最佳面波接收窗口和最佳探测深度。

将多个拾振器信号通过逐道频谱分析和相关计算，并进行叠加，可得出一条频散曲线，从而消除了大量的随机干扰，信号中各频率成分能量大为增强，从而使得地质体在频散曲线上的反映更加突出和判断准确性大大增强。

三、采集方法

在时域内，面波采集的质量好坏，直接影响到计算出的频散曲线。与反射法地震勘探方法相同，瞬态多道面波勘探也存在一个最佳窗口问题。弹性波在时间空间域内传播时，其各种波型(直达波、折射波、反射波、声波和面波)均遵循各自的传播规律，故在应用瞬态多道瑞利波方法时应注意的是：

(1)各道采样必须设计排列在面波域内，且采集到足够长的记录。

(2)尽量使采集到的波型单一，即：不使直达波的后续波或反射波、折射波干扰面波，同时避免周围的干扰振动。

(3)采集的波形不能失真。

根据以上原则，在设计排列时，应按照不同的探测深度选择不同的偏移距和道间距。偏移距较小时，产生的高频分量就大些，反之，浅部的信息就强些；若需突出深部信息，应使偏移距放大些，致使高频分量衰减，而低频分量突出。

同样也根据探测深度选择道间距。对于同样的道间距，反映深部的信号频率较低，传感器之间该频率的相位差较小，而为了突出有效信号，必须使相位差有一定的值，所以必须使道间距加大些。反之，减少道间距，避免相位差超过360°。

瞬态多道瑞利波法的激震，可采用大锤或吊高重物自由落下。一般地，对于深度在20～30m内，土质不是很软，采用24磅大锤敲击地面即可获得不错的频散曲线。如果深度加大、土质较软或提高探测质量，也可吊高重物自由落下，这种方法可获得较好的低频震动。

在产生撞击振源时，常常不可避免地产生二次撞击，如重物碰地回弹后再次撞地，有些人想方设法控制此二次震动，以获得干净的面波资料，结果影响了工作效率，其实这大可不必。我们知道，对于时域中分析的反射法或折射法地震勘探，二次激发必须排除，因为第二次激发波会叠加在第一次激发的波上，形成干扰。而在频域中则无此问题，这从以下推导可得佐证：

设地面上A点接收到第一次激振产生的振动为：y=f(x，t)

地面上A点接收到第二次激振产生的振动为：y=Cf(x，t-Δt)

C为小于1的比例系数，合成振动应为：y=f(x，t)+Cf(x，t-Δt)

将上式进行富里埃变换，并注意到富里埃变换的延时定理，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分别为频谱的实部和虚部。若令

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则有：

X_m=A_m[f(x，t)

]+C·A_m[f(x，t)]

·

若令

则有：

X_m=A_m[f(x，t)]·

·(1+

)=A_m[f(x，t)]

·B·

其中：

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则对于α点：

同理，对于b点：

对于计算某点频率的相位差时，由于

，因此，两次激发造成的延时叠加被减去了，所以它们在频率域中并不对相位差造成影响。

四、仪器、设备要求

1.仪器

瞬态多道瑞利波的数据采集，必须选用多道数据采集系统，最少12道以上，以24道为好。由于面波分析是在频率域中进行，各种频率成分能量差异很大，要想取得尽可能多的地下信息(尤其是地下深部的信息)，而上部的信息又不能产生失真，故仪器的动态范围必须要大；AD转换一般要在16位以上(最好达20位)，本机的噪音水平一定要低，折合输入端的噪音要小于或等于5微伏峰值电压；并且频响范围要宽，尤其低频频响要好，频率下限应小于1Hz，上限应大于1000Hz。这几项要求，均高于普通浅层地震仪。因此，可以说浅层地震仪可以做的工作，面波仪均适用，而面波仪所做的工作，浅层地震仪的指标往往不能满足。仪器的工作流程见示意图7-3。

图7-3 仪器工作流程示意图

2.拾振器

由于面波频率成分较低，所以必须选择低频拾振器。究竟频率下限是多少的拾振器可达到要求，则应根据场地地层波速值和探测深度确定。若以探测深度为波长一半计，则有：

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如果波速为200m/s，

为20m，则f为5Hz。这时，拾振器的下限频率至少要选择在5 Hz 以下。

3.仪器及参数

(1)SWS-1型多功能面波仪的主要技术指标

道数：12道、24道，可扩展为48道；

(测试时1道至多道可选)

放大器：瞬时浮点放大器；

模数转换：20 bit；

信号增强：32 bit；

采样率：30μs～8ms(分若干档)；

采样点数：512～8192个样点(分若干档)；

动态范围：120dB；

滤波器：高、低通模拟滤波；

CPU：80386或80486；

RAM：2 Mb，可扩为4 Mb、8 Mb、16 Mb；

硬盘容量：80 Mb，可扩为120或200 Mb；

软驱：1×3.5英寸，1.44 Mb；

显示屏：640×480点阵VGA液晶显示屏；可外配彩显显示彩色剖面；

打印与绘图：输出各种纪录与处理结果；

电源：DCl2V，24道额定功耗小于25W；

体积：45×34×15cm³；

重量：8.8kg；

使用环境：-5℃～+45℃

(2)数据采集参数

震源：大锤

震源距5m

道间距2m

全频率接收

五、资料和数据的处理

1.时间距离(X—T)域中的面波

(1)在时间(T)-距离(X)域中了解面波及干扰波的宏观特征，是处理和解释面波数据中首要的步骤。面波的多通道采集数据，在时间距离域中一般表示为二维坐标中的图形。其横坐标为各检波通道至震源的距离，纵坐标轴为震源激发后的传播时间，向下为时间增大。各通道接收的震波振幅数据，反映在相应距离的横坐标上，按到达时间表示为沿纵坐标的图形(横向摆动的波形或不同的色彩)。

图7-4是一个在沉积地层上取得的完整的面波振动记录。距离由距震源10m 到480m；时间从震源激发到2 s，包含了层状介质上地表接收到的面波及其他干扰波的基本波型。

(2)子波、同相轴、视速度、视周期，脉冲震源在地层中激发的振动，在时间上表现为短暂的波形，在传播中保持着基本相似而又缓慢变化的特征。震源激发的同一类的波型，在相近的接收通道上也表现出相似的波形，称为该波型的子波；同一波型在相近通道上子波相似特征点的连线，称为同相轴；它在时间-距离坐标中的斜率，体现了该波型沿地表传播的速度，称为视速度；同相轴越陡，视速度越小。子波波形两个正负主峰占的时间，称为视周期，可以用它估计波型的主频率。

(3)时间-距离域中的典型面波数据图形，图7-4中显示不同视速度和视周期的波型。震源在左边，由左向右子波的到达时间越来越迟，其中标示出的三组波型有：

图7-4 面波数据图形图

A：视速度大(同相轴平缓)，视周期短(主频率高)，它属于浅层折射波和反射波的波型；

C：视速度小(同相轴陡)，视周期由短变长(主频率变低)，它属于面波基阶模态的波型；

B：视速度比 C 较高(同相轴较缓)，视周期由比 C 短(主频率较高)，它属于面波的几个高阶模态的波型。

由图中面波的波型表现可以看出：邻近通道的子波波形变化平缓，说明地层横向相对均匀。出现明显的高阶模态波型(B)，反映了地下存在分层结构。视周期较长的基阶模态波型(C)振幅较大而且稳定，表明面波能量所及的深度内，存在较高刚度的底部地层，能将面波能量折返到地表附近。

(4)正常地层中不同频率段的面波数据图形，脉冲震源产生的面波振动，包括宽频率范围内的各个频率组份。通过窄频带滤波，可以从时间-距离域中看出不同频率组份面波各模态的表现，以及干扰波的振幅变化，并了解在宽频率范围内提取面波频散数据的可能性。

图7-5 500～800频率段面波数据图形

图7-5是一个在分层地基上取得并未作滤波的面波原始记录，距离由距震源25m到47m，记录时间为1 s，包含了面波及其干扰波的基本波型。黄色的帚形框圈出面波振动数据的时间距离范围。上界的黄线界定了每秒 200m的视速度，下界的更陡斜边为每秒50m。黄色框外的上部出现的是较弱的反射和折射波，它们的主要振动能量，可以在数据处理时用如图的帚形时距窗口加以排除。窗口内下部是面波的基阶模态，而上部出现显着的高阶模态，视速度和视周期都和基阶模态有所差别，反映了地下存在分层结构。原始记录经过11 Hz的窄频带滤波。得到图7-6a所示的波型图形。

11 Hz频率段靠近面波基阶模态的视周期，基阶模态的振幅相对增强，但是较高视速度的高阶模态依然明显存在，表明同一频率的面波组份中存在不同视速度的模态。而且在左部的几个通道上，不同的模态合并到同一时间段内。在这样的距离段内，单一的时间频率分析是难以分离出不同的模态的。原始记录经过22 Hz的窄频带滤波得到如图7-6b的波型图形。

22 Hz 频率段靠近面波高阶模态的视周期，其高阶模态的振幅相对增强，而较低视速度的基阶模态也存在，也只有在距震源相应宽的距离段上，才有可能区分不同的模态。

将原始记录经过3Hz的窄频带滤波，得到如图7-6c所示的波型图形。记录的3Hz频率分量振幅很弱，显示图形时加大了振幅的增益。图形中出现的同相轴大部分都极平缓，具有很大的视速度(甚至表现出反向震源传播的视速度)，其展布已经不能包含在面波的时间-距离窗口内。只有在更大的距离上(窗口的右下角)才显现具有低频面波视速度的面波成分。这些低频同相轴反映了大波长的波动组分，涉及的周边范围宽，一般属于水平地层中的低频反射鸣震，或者是来自采集排列旁侧的散射波场。它们的振幅在图示的3Hz频段超过了面波的幅度，构成对低频3Hz窄频带滤波后面波数据图形(图7-6c)面波的干扰。

这种低频干扰不是用简单的时间 距窗口能够排除的。如果脉冲震源没有足够的低频能量，它往往会掩没面波的低频组份，构成低频(反映大的深度)面波数据中出现过大的相速度。这种干扰现象在全频段的原始面波数据中并不明显，只有在窄频带滤波的时间-距离数据中才会明显暴露出来(图7-7)。

图7-6 窄频带滤波后面波数据图

图7-7 地层中含局部异常体的面波数据图形

该图中引发波形的震源位置在左边，正常地层的面波同相轴由左上方向右下方延伸。图中正常同相轴的中部出现向左下方的分支，表明面波向右方传播途中遇到局部异常介质，产生反向的散射。这种异常现象在多道的时间-距离域图形中容易判断，异常的水平位置也容易确定，但是难于判断异常体的深度。对面波的频散数据它也会造成扭曲。

(5)地表为高刚度层覆盖的地层面波数据图形：图7-8中明显可见的面波(同相轴视速度低，视周期长)，反映了下覆地层的弹性波速，应属面波的基阶模态。其上部隐约可见视周期很短的振动，在左边距震源附近的通道上振幅大，反映较明显，它是属于高刚度层覆盖层造成的面波的高阶模态的反映(右图经放大后可以看得更清楚)。

图7-8 地表为高刚度层覆盖的地层面波数据图形

图7-8中面波的振幅由左向右随距离的增大急剧衰减，这是地表高刚度覆盖导致的特征漏能现象。和高刚度地层在底部的正常地层结构不同，震源的弹性能量在地表高刚度覆盖的下界面向下部地层漏失，其下再没有使它向上折返的界面条件。

在最简单的地层(均匀不分层)条件下，面波波速没有频散，根据时间频率域中的面波同相轴斜率，完全可以确定面波的速度，并借以估算地层的刚度。而对于分层的地层，面波的速度将产生频散。如果各层的刚度随深度逐层增加，面波的弹性能量将偏向它的基阶模态，高阶模态的能量偏弱。这时，用简单的窄频带扫频滤波方法，也可以在时间-距离域估算面波的频散规律。面波应用研究的早期就是这样来获取面波的频散速度的。如果各层的刚度随深度起伏，特别是含有显着的软弱夹层，则面波高阶模态的能量将相应加强，这时就难以用简单的扫频滤波方法。如若在时间距离域内分清面波的模态和估算面波的频散，就不得不采取更复杂的数据处理方法。

目前存在不同性能的波场分频速度估计方法。二维频率波数域方法是一种通用方法，它有快速计算的功能，比较适用于多道线性阵列的波场分频速度估计。

2.频率-波数(F-K)域中的面波

面波的各个模态，在时间和距离上往往是相互穿插叠合的。在频率-波数域中，可以清楚地区分开面波不同模态的波动能量，从而能够单一地提取出基阶模态的频散数据。

(1)频率-波数谱、相速度、谱振幅 面波沿地表传播的波场，在时间和空间上都可以分解为正弦和余弦形式的波动组分，转换成二维的频谱。单个波动组分在时间上的频度，以每秒中的波动次数来计量，就是一般称的频率(F)，单位为Hz，而在空间(距离)上的频度，以每米中的波动次数来计量，称为波数(K)，单位为1/m。由频率-波数谱中某个波动组分的频率和波数，可以确定它的周期(T=1/F)和波长(L=1/K)。

这个波动组分的波形在波场中传播时，每个周期的时间前进一个波长，计算出的速度就是它的传播速度(υ_c=L/T，或υ_c=F/K)，也称为该组分的相速度。由波动组分正弦和余弦分量的振幅，可以合成该组分的谱振幅，反映了该组分传播的弹性能量的大小。

运用二维傅里叶变换，可以将时间距离域的弹性波场数据，转换为频率-波数谱数据，表现为二维坐标中的图形。一般其左上角为坐标原点，纵坐标为频率轴，沿纵坐标向下波动频率增高，也就是在时间上波动越快。横坐标为波数轴，沿横坐标向右波数增多，也就是在空间上波长越短。

各个波动组分谱振幅的大小，用不同颜色的色标来表示，一般色度越亮，表示谱振幅越大。波动组分坐标点(F，K)和原点连线的斜率(F/K)，体现了它的相速度。这条连线越陡该波动组分的相速度越大，越缓相速度越小。

离散数据的二维傅里叶变换，对于转换的频率和波数区间，都有相应的限定：转换的频率限(F_max)是采样时间间隔(dT)的倒数的一半(F_max=0.5/dT)。转换的波数限(K_max)是采样道间距离(dX)的倒数的一半(K_max=0.5/dX)，对于单向传播的波场，最大波数可以扩大一倍(K_max=1/dX)。在频率和波数限定区间以外，会出现变换折叠造成的干扰。

(2)面波的频率-波数谱向低频小波数(长波长)区延伸的表现 在频率 波数谱的左上角，频率降低、波数减小，反映大深度的波长较大的面波应该在这个区域内分布。但正就是在这个区域，波谱对不同类型波的相对分辨能力降低，如果基阶面波不具备较强的能量峰脊，就很难提取到正确的频散数据。图7-9显示了在频率-波数谱左上角经常遇到的图景：

它是一个实测的面波记录的频率波数谱上，阴影圈定了明显的基阶面波的能量峰，其中白色点标记出峰脊的位置。在反映低频波长较大的左上方(黑色框内)，分布着一些弱的能量轴，难以作出明确的选择，可靠的频散数据低频端只能到此为止。

了解基阶面波能量峰向频率波数谱左上角延伸的一般规律，将有利于识别和提取频散数据。为此，可在这个面波记录的频率-波数谱上，标出由它得到的地层模型正演的基阶和高阶频散数据点，并且正演了原来未拾取到的左上角低频频散数据点。

图7-9 一个实测的面波记录的频率-波数谱

图7-10 频率-波数谱图形

在图7-10是标上了正演得到的频散数据点的实测记录频率-波数谱图形。其中白色点组成的线是正演的基阶频散数据，淡灰色点组成的两条线属正演的高阶频散数据。它们的中下部均能和谱图中相应的能量峰脊相吻合，说明正演采用的地层模型正确地反映了这部分谱图的面波能量。正演基阶频散数据线向左上方的延伸部分逐渐逼近频率波数坐标的原点，这就是基阶面波能量峰脊向低频小波数(长波长)区延伸的方向。

图7-10正演得到的频散数据点的实测记录是图中还以黑色直线标出地层最大剪切波速(底层)在频率-波数谱中反映的位置。在此黑线左方出现的能量峰其相速度都大于地层底层的波速，不属于面波能量的表现。

㈣ 反射波法用于基桩的动力测试

反射波法用于基桩的动力测试，就是通过对桩顶施加激振能量，以引起桩身及周围土体的微幅振动，同时用仪表量测、记录桩顶的振动速度和加速度，再利用波动理论对记录结果加以分析，从而达到检验桩基施工质量、判断桩身完整性、预估基桩承载力等目的。此反射波法具有快速、简便、经济、实用等优点。

因埋没于地下桩的长度要远大于桩直径，由此可将桩身简化为无侧限约束的一维弹性杆件，并在桩顶初始扰力作用下产生的应力波沿桩身向下传播从而满足一维波动方程：

土体原位测试与工程勘察

式中：u为x方向的位移(m)；υ_P为桩身材料的纵波波速(m/s)。

弹性波沿桩身传播过程中，在桩身夹泥、离折、扩颈、缩颈、断裂、桩端等桩身阻抗变化处，将会发生反射和透射。若用记录仪记录下反射波在桩身中传播的波形，通过对反射波曲线特征的分析，即可对桩身的完整性、缺陷的位置进行判定，并对桩身混凝土强度进行评估。

一、检测设备

用于反射波法基桩动力测试的仪器一般有：传感器、放大器、滤波器、数据处理系统以及激振设备和专用附件等。

(1)传感器：是反射波法基桩动力测试的重要仪器。传感器一般可选用宽频带的速度或加速度传感器。速度传感器的频率范围宜优于10～500Hz，灵敏度应高于300mV/cm/s。加速度传感器的频率范围宜为1～10 Mz，灵敏度应高于100mV/g。

(2)放大器：放大器的增益应大于60dB，长期变化量小于1%，折合输入端的噪声水平应低于3μV，频带宽度应宽于1Hz～20kHz，滤波频率可调。模数转换器的位数至少应为8bit，采样时间间隔至少应为50～1000μs，每个通道数据采集暂存器的容量应不小于1kbit，多通道采集系统应具有良好的一致性，其振幅偏差应小于3%，相位偏差应小于0.1ms。

(3)激振设备：激振设备应有不同材质、不同重量之分，以便于改变激振频谱和能量和满足不同的检测目的。目前工程中常用的锤头有塑料头锤和尼龙头锤，它们激振的主频分别为2000～1000 Hz左右；锤柄有塑料柄、尼龙柄、铁柄等，且柄长可根据需要而变化。一般说来，柄越短。则由柄本身的振动所引起的噪音越小，而且短柄产生的力脉冲宽度小、力谱宽度大。当检测深部度缺陷时，应选用柄长而重的尼龙锤来加大冲击能量；当检测浅部缺陷时，可选用柄短而轻的尼龙锤。

二、检测方法

反射波法检测基桩质量仪器的布置及工作原理示意如图7-11所示：

图7-11 反射波检测基桩质量的仪器布置及其工作原理示意图

1—手锤；2—桩；3—传感器；4—桩基分析仪；5—显示器

现场检测工作一般应遵循下面的—些基本程序：

(1)对被测桩头进行处理；凿去浮浆，平整桩头，割除桩外露出的过长钢筋；

(2)接通电源，对测试仪器进行预热，进行微振和接收条件的选择性试验，以确定最佳激振方式和接收条件；

(3)对于灌注桩和预制桩，激标点一般选在桩头的中心部位；对于水泥桩，激振点应选择在1/4桩径处。传感器应稳固地安置于桩头上，为了保证传感器与桩头的紧密接触，应在传感器底面涂抹凡士林或黄油。当桩径较大时，可在桩头安放两个或多个传感器；

(4)为减少随机干扰的影响，采用信号增强技术进行多次重复激振，以提高信噪比；

(5)为了提高反射波的分辨率，应尽量使用小能量激振并选用截止频率较高的传感器和放大器；

(6)由于面波的干扰，桩身浅部的反射比较紊乱，为了有效地识别桩头附近的浅部缺陷，必要时可采用横向激振、水平接收的方式进行辅助判别；

(7)每根试桩应进行3～5次重复测试，出现异常波形时应及时分析原因、排除影响测试的不良因素后再重复测试。重复测试的波形应与原波形有较好的相似性。

三、检测结果的应用

1.确定桩身混凝土纵波波速

桩身混凝土的纵波波速可按下式计算：

土体原位测试与工程勘察

式中：υ_P为桩身纵波波速(m/s)；L为桩长(m)；t_r为桩底反射波到达时间(s)。

2.评价桩身质量

反射波形特征是桩身质量的反映。利用反射波曲线进行桩身完整性判定的时候，应该根据波形、相位、振幅、频率及波至时刻等因素综合考虑。

桩身不同缺陷反射波特征如下(图7-12)：

(1)完整桩的波形特征：完整性好的基桩反射波具有：波形规则、清晰；桩底反射波明显；反射波至时间容易读取；桩身混凝土平均纵波波速较高等的特性；同一场地完整桩反射波形具有较好的相似性。

(2)离析和缩径桩的波形特征：离析和缩径桩的桩身混凝土纵波波速较低，反射波幅减少，频率降低。

(3)断裂桩的波形特征：桩身断裂时其反射波到达时间小于桩底反射波到达时间，波幅较大，往往出现多次反射，难以观测到桩底反射。

3.确定桩身位置和范围

桩身缺陷离开桩顶的位置L′，可以根据下式计算：

图7-12 波形特征图

土体原位测试与工程勘察

式中：L′为桩身缺陷的位置(m)；t′_r为桩身缺陷部位反射波至时间(s)；

为场地范围内桩身纵波波速的平均值(m/s)。

桩身缺陷范围是指桩身缺陷沿轴向的经历长度。

桩身缺陷范围可按下式计算：

土体原位测试与工程勘察

式中：l为桩身缺陷的范围(m)；Δt为桩身缺陷上、下面反射波至时间差(s)；υ′_P为桩身缺陷段纵波波速(m/s)参考下表选取。

表7-1 桩身缺陷段纵波波速

参考文献

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周锡元等.1990.场地·地基·设计地震.北京：地震出版社

㈤ 超声波检测中应用的所谓板波,实际是在薄板中产生的一种表面波吗

板波和表面波是完全不同的。板波也叫兰姆波(lamb wave)，分为两个模(对称s-mode与非对称a-mode)其传播介质是平板，有限宽，厚度相较于波长很小的平板，是体波(body wave，整个传播介质中的质点均有振动幅度)。
表面波(surface wave)只是在介质表面传播。
可以这样理解，真空中(真空中无法传播机械波，因为没有介质)一无限长的一个长方条状立方体介质中，振源在一端，其振动幅度很小，介质表面质点先被激发，而由于衰减离介质表面越远的质点(即越靠近立方体中心的位置)，其振动幅度越小。当这个长条介质越粗(相较于波长而言)的时候其中线位置的质点的振幅越趋近于零。当长条介质的径向尺度远远大于波长是可以理解为无限粗的介质，此时中线附近介质振幅为零，传到的波为表面波。而当波长与径向尺度可比(十分之一的波长到一个波长左右，具体应用不同人为划分可能不同)的时候，介质体内所有质点的振幅均不为零，所谓体波。

㈥ 怎么检测渣罐的内部质量

无损检测是容器检验中应用最广泛的方法，它可应用于容器制造的各个环节，在原材料的检验中，厚度超过某一数值的压力容器用钢板、高压无缝钢管、IV级以上各种钢号的锻件需进行超声检测， 高强度等级钢材热加工后的坡口表面需进行表面检测，容器上的焊缝要进行射线检测或超声检测。另外在焊工操作技能考核、焊接工艺评定、产品试板、在用压力容器检验等方面也要求无损检测。
由于无损检测(NDE或NDT) 是属于非破坏性检验方法，因此在产品的检验工作中占有很重要的地位。它是利用声、光、电、热、磁和射线与物质的相互作用，在不损伤被检物使用性能的情况下，探测材料、零部件或设备各种表面或内部缺陷，并判断其位置、大小、形状和种类的方法。
2. 14. 1 射线检测（R T）
(1)射线检测种类
① 按射线检测种类分
a. X 射线可穿透60~70mm 的钢板，常用。

b .γ 射线可穿透150 mm 以上的钢板。

c. 高能X射线 可穿透500mm 以上的钢板。
② 按缺陷的显示方法分
a. 电离法 可进行连续检验，但无法判断缺陷的形状和性质；不宜用于检验厚度有变化的工件。
b. 荧光屏法 可连续检验，即刻的结果；灵敏度很差，只能检验厚度小于20mm 的薄件。
c. 照相法 缺陷显示效果很好，使用最广。
(2) 射线检测照相法原理
射线检测照相法检测焊缝用射线源为X 射线和γ 射线，这两种射线的基本性质是相同的，由于γ射线的波长更短，故穿透能力更强。一般的X 射线由探伤机中的X 射线管产生，为提高透照能力以适应大型及大厚度工件的检测，也有使用能量达1MeV 以上的带电粒子加速器提供的高能X 射线。γ 射线是用铱(Ir) 和钴(Co) 的放射性同位素作为射线源。
射线检测照相法是将射线源置于被检工件的一侧，将装入暗盒的胶片紧贴于工件的另一侧。当X 射线管产生的射线按直线射向装有胶片的工件时，能够穿过工件和胶片。
又由于射线穿过物质时总会有一些吸收，即穿过物质的射线强度不断衰减，衰减的程度与射线穿过的厚度和物质自身的性质如密度有关。穿过的厚度愈大或穿过的物质密度愈大，射线衰减就愈多。
当射线穿过缺陷时，由于缺陷密度总是小于金属材料，因此射线衰减较小，即穿过工件达到另一侧胶片时，该处接收到的射线强度就较大。射线检测照相用的胶片是在片基上涂有能产生光化学反应的物质，经射线照射会产生一定的化学反应，而反应进行的深度，在其他条件一定时取决于接收到的射线强度。
在射线穿过有缺陷的部位是胶片的感光较强，感光后的胶片经显影、定影处理后称为底片，将底片在观片灯上观察，就可以发现焊缝内部有缺陷的部位(缺陷部位在底片上显得较黑) ，并可以根据影像的特征判断缺陷的性质。
超声检测（UT）
(1)超声检测种类
①按耦合方式分
a. 接触法 在探头与工件表面有一层诸如甘油或机油的耦合剂进行直接检测的方法。
b. 水浸法 在探头与工件表面有一层水，调节水层厚度，使声波在水中的传播时间为金属中的整数倍进行检测的方法。分为全浸式(工件和探头全部浸入水中)和局部浸式(工件和探头局部浸入水中) 。
②按信号接收方式分
a . 反射法 用一个探头反射并接收超声波，所接收的是有缺陷或工件底面反射的超声波，此法常用。
b . 穿透法 一个探头反射超声波，另一个探头接收超声波，两探头在工件两侧，所接收的超声波是所反射的超声波除去缺陷阻挡的部分。
③按超声的连续性分
a . 连续波检测 发射的超声波是连续的，常用来进行超声图像显示。
b . 脉冲波检测 发射的超声波是脉冲的，现场检测常用。
④按波型分
a . 纵波检测 由直探头发射和接收的波形，主要用于钢板的检测。
b . 横波检测 由斜探头发射和接收的波形，主要用于焊缝的检测。
作为一种特殊情况，由探头角等于第二临界角(入射角α = 55°) 的斜探头发射和接收的波形， 专门用来发现表面或离表面很近的缺陷。这是(α =55°) 一种斜探头检测的方法。
c. 瑞利波检测 当工件厚度大于所用波长时，属瑞利波检测。用来发现近于或处于工件表面并垂直工件表面的缺陷。
d. 兰姆波检测 当工件厚度小于所用波长时，属兰姆波检测。用来检验近于表面并平行于工件表面的浅伤 。
(2 )超声检测原理
目前工业上广泛采用的超声检测法按其工作原理来说就是脉冲反射法。按反射波显示方式又有A 型、B 型、C 型、3D 型等。其中A 型为波幅显示，即通过反射波显示缺陷是否存在及其相对位置，并从波幅的高低来确定缺陷的大小。其他各型为缺陷的图像显示。现行压力容器超声检测标准JB 4730-1994 所涉及的超声检测均指采用A 型显示来检测缺陷。
脉冲检测法就是将超声检测仪中发射电路产生的高频电脉冲信号加在探头的压电晶片上，晶片接收到高频电脉冲，由于逆压电效应将产生与电脉冲频率相同的高频机械振动，将探头接触工件，在探头和工件之间的接触面上涂以机油、甘油或水等透声性好的耦合剂，其作用是排除接触面之间的空气间隙，使声束能更好地透过界面进入工件，这种方法称为接触法。
也可以将工件和探头头部浸没在耦合液体中，常用的耦合液体就是水，探头不接触工件，这种方法称为液浸法或水浸法。无论是接触法还是水浸法，探头上晶片的振动都可以按一定角度进入工件，根据超声波的直线性和指向性，超声波就在一定方向和一定范围内向前传播。
若遇过异质界面，如缺陷表面或工件的外廓表面，超声波将依照反射定律沿一定方向反射回来并被探头所接收，引起探头晶片振动，由正压电效应，这种机械振动又被转换成电脉冲信号被仪器接收，经放大、检波等电路处理后的脉冲信号在仪器的荧光屏上显示出来，这就是反射波。根据反射波在荧光屏上的特征、相对位置、波幅的高低来判断有无缺陷、缺陷存在的部位、大小和性质。
在检测时，发射电路是以固定的时间间隔断续输出脉冲信号，因此晶片也是处于断续的工作状态，它接收电脉冲而产生振动时就作为超声波的发生器；在停止振动的间断时间内，它又作为超声波的接收器等待反射的超声波信号，使晶片产生振动，并将它再转变为电信号。
作为接收器的探头可以是原来作为发射器的探头。这就是单探头检测法；如发射和接收分别用两个探头完成就是双探头法。无论哪一种方法，输出的都是电脉冲信号，并依靠反射波来发现和确定缺陷，故称为脉冲反射法。

衍射时差法超声检测(TOFD)
TOFD 检测是一种主要利用缺陷端点的衍射波信号探测和测定缺陷尺寸的超声检测方法，其基本特点是采用一发一收探头对工作模式。
TOFD 通常使用纵波斜探头，在工件无缺陷部位，发射超声脉冲后，首先到接收探头的是直通波， 然后是地面反射波。有缺陷存在时， 在直通波和地面反射波之间， 接收探头还会接收到缺陷产生的衍射波或反射波。除上述波外，还有缺陷部位和底面因波型转换产生的横波， 一般会迟于地面反射波到达接收探头。工件中超声波传播路径见图2- 6 ，缺陷处A 扫描信号见图2- 7 。

磁粉检测(MT)
(1)磁粉检测方法
磁粉检测包括干磁粉、湿磁粉、荧光和非荧光磁粉检测方法。
(2) 磁粉检测原理
磁粉检测是通过铁磁性材料磁化并在工件表面撒上磁粉，利用磁粉来显示缺陷在磁化时所引起的漏磁，由表面和近表面的缺陷所引起的漏磁量最大，裂纹和未焊透、未熔合等缺陷， 当其延伸方向与磁力线方向垂直时，也会产生较大的漏磁。

渗透检测(PT)
(1)渗透检测方法
渗透检测包括非荧光和着色渗透检测方法。
根据显像剂和渗透剂种类不同，渗透检测方法的分类 ，各种方法组合使用的检测步骤。
(2) 渗透检测方法的选用
渗透检测方法的选用可根据被检工件表面的粗糙度、检测灵敏度、检测批量大小和检测现场的水源、电源等条件来决定。
表面光洁且检测灵敏度要求高的工件宜采用乳化型着色法或后乳化型荧光法，也可采用溶剂去除型荧光法。
表面粗糙且检测灵敏度要求低的工件宜采用水洗型着色法或水洗型荧光法。
现场无水源、电源的检测宜采用溶剂去除型荧光法。
批量大的工件检测，宜采用水洗型着色法或水洗型荧光法。
大工件的局部检测，宜采用溶剂去除型着色法和溶剂去除型荧光法。
荧光法比着色法有较高的检测灵敏度。

㈦ 瑞利面波方法

面波存在的理论证明是英国瑞利首先发现的，故称瑞利面波。该波的质点位移不仅与传播距离、传播深度和频率有关，也与介质的性质有关。在理想的情况下（泊松比σ=0.25），瑞利面波振动的水平分量D_x和垂直位移分量D_z之间的关系为

环境地球物理学概论

式（6.3.1）为椭圆方程，说明在介质表层附近瑞利波质点的位移轨迹是xz平面的逆时针旋转椭圆，其长短轴之比为3∶2。瑞利面波的传播速度

环境地球物理学概论

经分析和计算可知瑞利面波的主要能量集中在z/λ_R＜0.5的深度。当深度达z/λ_R＞1之后，瑞利面波迅速衰减。说明瑞利面波在介质中传播深度不超过1个波长，其能量主要集中在1/2波长深度范围之内，Dx和Dz在介质中衰减呈指数规律，在表层其传播能量与距离的一次方成反比，衰减较慢，传播较远（体波在介质中是与距离平方成反比衰减），是面波用于表层勘查的优点所在。

图6.3.1 瑞利面波工作方法示意图

瑞利面波数据采集系统的排列如图6.3.1所示，激发震源与检波器在一条直线上，检波器P₁，P₂分别等距离置于测点O两侧，震源与两检波器之间距离相等为x（见图6.3.1）。当完成一次激发观测之后，震源（锤击）移至另一侧等距离位置进行激发采集数据。检波（器）距x通常以测点O为中心，成倍数递增。随检波（器）距增大，探测深度也相应增大，要求震源能量也要增大。

瑞利面波的资料处理也是自动完成的，处理流程如图6.3.2所示。经过一系列分析处理，求出各种频率面波相对应的速度v_R和波长λ_R，绘离散分布曲线，通过反演计算得出表层岩土介质的分层与结构。

近年日本提出一种利用具有固定系列振动频率的震源，用改变震源振动频率来调节探测深度。因此，接收仪器和资料处理都和上述方法有所不同。有人用GR-810浅层地震仪，用改变激发频率的方法探测公路路面结构，可以明显分出路面沥青层、碎石层、砂砾层和粘土层。

瑞利面波的一个探测实例是防渗墙工程质量检测，如图6.3.3所示。一般防渗墙的厚度为0.2 m，探测所得的瑞利波速度是在原背景值的基础上增加了防渗墙的影响，使测得速度值高于原背景值。由于防渗墙的厚度相对较小，所增加的速度值不是很大。人工填土的波速一般为150 m/s左右，而在同一地段测得有防渗墙影响的堤段波速一般为200～250 m/s左右。因此，根据瑞利波测定的波速值判断防渗墙的强度较为困难。但是，瑞利波对高喷防渗墙出现的蜂窝、离析、胶结不良或空洞等则反映异常灵敏，一般可据频散曲线的特殊异常反映如离散性等来判断防渗墙存在的缺陷和异常部位。对某大堤7+240～7+255堤段布置4个瑞利波探测点，比较分析4个频散曲线（图6.3.3）的形态不难看出，在7+245点处，频散曲线光滑连续。反映出该点处高喷墙胶结良好、均匀连续。在7+240、7+250和7+255点处，频散曲线明显离散，波速急剧下降，表明此3点处的高喷墙体胶结质量欠佳，是可能存在松散带的位置。该处刚好是1994年6月喷砂冒水位置。

图6.3.2 瑞利面波资料处理流程图

图6.3.3 瑞利波探测频散曲线7+240～7+255测点

㈧ 剪切波波速测试的剪切波波速测试

波速测试适用于测定各类岩土体的压缩波、剪切波或瑞利波的波速，可根据任务要求，采用单孔法、跨孔法或面波法。利用铁球水平撞击木板，使板与地面之间发生运动，产生丰富的剪切波，从而在钻孔内不同高度处分别接收通过土层向下传播的剪切波。因为这种竖向传播的路径接近于天然地层由基岩竖直向上传播的情况，因此对地层反应分析较为有用。
波速试验作用：
1）划分场地类型
2）计算场地基本周期
3）提供地震反应分析所需的地基土动力参数
4）判别地基土液化可能性
5）评价地基处理效果 测试前的准备工作应符合下列要求：
（1）测试孔应垂直；
（2）当剪切波振源采用锤击上压重物的木板时，木板的长向中垂线应对准测试孔中心，孔口与木板的距离宜为1～3m；板上所压重物宜大于400kg；木板与地面应紧密接触；
（3）当压缩波振源采用锤击金属板时，金属板距孔口的距离宜为1～3m.
测试工作应符合下列要求：
（1）测试时，应根据工程情况及地质分层，每隔1～3m布置一个测点，并宜自下而上按预定深度进行测试；
（2）剪切波测试时，传感器应设置在测试孔内预定深度处固定，沿木板纵轴方向分别打击其两端，可记录极性相反的两组剪切波波形；
（3）压缩波测试时，可锤击金属板，当激振能量不足时，可采用落锤或爆炸产生压缩波。
测试工作结束后，应选择部分测点作重复观测，其数量不应少于测点总数的10%。
操作原理单孔法波速测试采用的振源很多，如：爆破、空气压缩枪、弹簧式S波激发装置、火箭筒等等。但在一般的场地剪切波速测试中最常用的是敲击板激振源。敲击板激振源：剪切波的测试设备—敲击板激振源将一块弹性好的木板（木板长约2米，宽约0.4—0.5米，厚约0.1米）受锤击的两头包上铁板，放在平整的地面上，上面压上重物，使木板与地面紧密接触，然后敲击木板两侧，这样木板就给地面一个水平冲击力，激起土层的剪切振动。激发的振动主要为SH波。
敲击板激振源： 剪切波的测试设备—敲击板激振源在敲击冲量一定的条件下，激发的SH波振幅随木板上重物重量的增大而增大，但超过一定值后影响会有所减少；长板效果比短板好；板与地面的接触条件对激振效果影响较明显，板底钉有钉齿、地面上泼水或水泥浆以增大木板与地面接触的紧密程度可改善激振效果。 测试场地宜平坦；测试孔宜设置一个振源和两个接收孔，并布置在一条直线上。
测试孔的间距在土层中宜取2～5m，在岩层中宜取8～15m；测试时，应根据工程情况及地质分层，每隔1～2m布置一个测点。
钻孔应垂直，并宜用泥浆护壁或下套管，套管壁与孔壁应紧密接触。
测试时，振源接收孔内的传感器应设置在同一水平面上。
测试工作可采用下列方法：
（1）当振源采用剪切波锤时，宜采用一次成孔法；
（2）当振源采用标准贯入试验装置时，宜采用分段测试法。
当测试深度大于15m时，必须对所有测试孔进行倾斜度及倾斜方位的测试；测点间距不应大于1m.
当采用一次成孔法测试时，测试工作结束后，应选择部分测点作重复观测，其数量不应少于测点总数的10%；也可采用振源孔和接收孔互换的方法进行检测。

㈨ 如何利用光学特性进行无损检测

2.6 利用光学特性的无损检测技术 §2.6.1 激光全息照相检测 激光全息照相检测是一种全息干涉计量法。物体内部的缺陷在受到外力作用时，例如抽真空（施加负压）、充气加压、加热、振动、弯曲等加载方式的作用下，与缺陷对应的物体表面将产生与周围不同的局部微小变形（位移），采用激光全息照相的方法，将发生变形前后两个光波的波阵面记录下来进行对比观察，从而可以判断并检出物体的内部缺陷。 激光全息照相是利用光的干涉现象，右图为激光全息照相光路系统示意图，由图中所示可见，激光发生器1（如氦-氖激光器、红宝石激光器、氩离子激光器等）发出的激光束一部分经棱镜2反射到反射镜4再经透镜5扩束投射到试件6的表面（加载），试件表面反射的光波投射到照相干板7上（物波），另一部分激光束通过棱镜2再经透镜3扩束投射到反射镜8，然后再反射投射到照相干板7上（参考波），这两束光波将会发生干涉（它们来自同一激光源，有固定的相位关系），干涉的结果是产生干涉条纹：在有的区域两个波的相位相同时，产生相长干涉，形成干涉条纹图像中的明亮条纹，当两个波的相位相反时则产生相消干涉，形成暗条纹，于是构成了明暗相间的干涉条纹图像。当试件内无缺陷时，加载后试件表面的变形是连续规则的，所产生的干涉条纹形状与明暗条纹间距的变化也是连续均匀的，与试件外形轮廓的变化相协调。如果试件内存在

激光全息照相光路系统示意图

有缺陷，则加载后对应有内部缺陷的试件表面部位的变形比周围的变形大，则光程出现差异，对应有缺陷的局部区域将会出现有不连续突变的干涉条纹，亦即条纹形状与间距将发生畸变，从而可以根据干涉条纹图形判别试件内部的缺陷。 携带有试件表面微小变形（位移）信息的物波与参考波相干涉形成以干涉条纹的反差、形状和间距变化形式记录试件全部信息的图形，就是全息图。 前面提及的激光-超声全息照相检测就是以超声波为物波，激光束为参考波形成的一种全息图。 激光全息照相检测可用于检测蜂窝结构、叠层胶接结构、复合材料以及薄壁构件的裂纹、脱粘、未粘合等缺陷，其优点是对试件的加工精度要求不高，安装调试方便，能得到物体的三维图像，缺点是对不透光物体没有穿透能力，一般只能用于厚度小的薄材料，设备较昂贵，并且在检测时受机械振动、声振动（如环境噪声）以及环境光等的干扰大等等，因此需要在安静、清洁的暗室中进行检测。 §2.6.2 激光电子散斑剪切技术 （本节内容摘自德国DANTEC ETTEMEYER的中国公司-北京安和灵捷科技有限公司的介绍资料） ESPI (Electronic Speckle Pattern Interferometry)也称为TV全息摄影术(TV Holography)或数字全息术(Digital Holography)。一束激光被透镜扩展并投射到被测量表面上，反射光与从激光器直接投射到摄像机的称为参考光束的结合，发生干涉，摄像机会记录一系列的斑点图像。通过图像比较可以显示出斑点结构中的变化并产生相关缘纹，它们起因于记录图像之间的表面位移与变形，智能软件自动分析这些缘纹并计算处定量的位移值。先进的ESPI系统利用若干个激光照射方向或摄像机，产生位移和变形的三维信息以及轮廓信息(3D-ESPI系统)。根据这些数据，可以获得应变、应力、振动模式以及更多的数值。 ESPI系统提供了变形、位移、应变和应力方面的信息，材料工业利用这种技术可以测量杨氏弹性模量、泊松比、裂纹生长、真实应变/真实应力作用，以及许多其他描述新材料所需要的材料参数。高速的测量系统还可以提交动态的材料数值，可用于碰撞试验与碰撞模拟。 汽车工业在许多方面采用ESPI：分析底盘的疲劳行为，传动系、发动机、齿轮箱、车轮以及许多其他部件，这对于汽车安全都是高应力和关键的部件。此外,噪声振动（NVH-Noise Vibration Harshness）问题也可以采用脉冲ESPI技术解决。一个脉冲激光器以可变的时间延迟发出两个激光脉冲，由1-3个高速ESPI摄像机记录图像，测量的结果显示运作的偏差，这是用于消除声源，使阻尼系统最优化，消除刹车时发出的尖锐噪音或者消除其颤动等。NVH的典型应用是减小噪音，ESPI也可以用于优化音质，例如关车门的碰撞试验。脉冲ESPI技术的其他优点还有可以分析冲击事件，例如显示瑞利波(Raleigh waves)在金属或地下的传播与反射。 除了汽车工业以外，所有的运输工业，例如铁路、海运、航空等等都可以利用这种具有全视场、三维、非接触测量能力的ESPI。 激光剪切测量技术（Laser shearography）也是一种散斑干涉测量技术，这是广泛应用于无损检测或无损检验的，但是其光学设置有了一些改进，参考波束被取代，物体图像是双重的，在摄像机中是侧向剪切与有层理的。产生的斑点图像显现出被测试或分析表面变形的梯度，可以通过现代的相位移技术与缘纹打开技术对这种信息进行自动分析。 由于激光剪切测量得到的是唯一的变形梯度，它不受刚性物体运动的影响，因此，这种技术典型地应用于生产线或维修中的缺陷识别。 EPSI和剪切（Shearography）技术是激光光学全场测量技术，它们是基于激光散斑效应，这是在用激光照射粗糙表面时发生的现象。 无损检测与无损检验都是剪切测量技术最广泛应用的领域。现代复合材料的生产过程中，许多不同的构件要粘接在一起，这些零件装配的过程往往需要手工操作，因此在生产线上一定阶段中实施无损检测对于产品的可靠性与质量控制是非常重要的，剪切测量技术为所有的无损检测应用提供了一个非常有用的工具。 航空工业利用剪切测量技术试验玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料（CFRP）的复合材料、光洁层面、泡沫塑料以及铝复合材料等。全自动检验系统已经安装用于ARIANE 5的检验，以及直升机旋转桨叶检验。对于维修检验，便携式的剪切测量检验系统已经利用真空加载或热加载用于探查缺陷。最近，剪切测量技术还被证实可用于协和式飞机零件的维修检验。Pratt & Whitney的喷气发动机耐磨密封也已经采用激光剪切测量系统利用振动激励进行检验。在汽车工业中的轮胎试验和表板检验也已是众所周知的应用了。

激光电子散斑剪切技术

ESPI (Electronic Speckle Pattern Interferometry)也称为TV全息摄影术(TV Holography)或数字全息术(Digital Holography)。一束激光被透镜扩展并投射到被测量表面上，反射光与从激光器直接投射到摄像机的称为参考光束的结合，发生干涉，摄像机会记录一系列的斑点图像。通过图像比较可以显示出斑点结构中的变化并产生相关缘纹，它们起因于记录图像之间的表面位移与变形，智能软件自动分析这些缘纹并计算处定量的位移值。先进的ESPI系统利用若干个激光照射方向或摄像机，产生位移和变形的三维信息以及轮廓信息(3D-ESPI系统)。根据这些数据，可以获得应变、应力、振动模式以及更多的数值。

ESPI系统提供了变形、位移、应变和应力方面的信息，材料工业利用这种技术可以测量杨氏弹性模量、泊松比、裂纹生长、真实应变/真实应力作用，以及许多其他描述新材料所需要的材料参数。高速的测量系统还可以提交动态的材料数值，可用于碰撞试验与碰撞模拟。

汽车工业在许多方面采用ESPI：分析底盘的疲劳行为，传动系、发动机、齿轮箱、车轮以及许多其他部件，这对于汽车安全都是高应力和关键的部件。此外,噪声振动(NVH-Noise Vibration Harshness)问题也可以采用脉冲ESPI技术解决。一个脉冲激光器以可变的时间延迟发出两个激光脉冲，由1-3个高速ESPI摄像机记录图像，测量的结果显示运作的偏差，这是用于消除声源，使阻尼系统最优化，消除刹车时发出的尖锐噪音或者消除其颤动等。NVH的典型应用是减小噪音，ESPI也可以用于优化音质，例如关车门的碰撞试验。脉冲ESPI技术的其他优点还有可以分析冲击事件，例如显示瑞利波(Raleigh waves)在金属或地下的传播与反射。

除了汽车工业以外，所有的运输工业，例如铁路、海运、航空等等都可以利用这种具有全视场、三维、非接触测量能力的ESPI。

激光剪切测量技术(Laser shearography)也是一种散斑干涉测量技术，这是广泛应用于无损检测或无损检验的，但是其光学设置有了一些改进，参考波束被取代，物体图像是双重的，在摄像机中是侧向剪切与有层理的。产生的斑点图像显现出被测试或分析表面变形的梯度，可以通过现代的相位移技术与缘纹打开技术对这种信息进行自动分析。

由于激光剪切测量得到的是唯一的变形梯度，它不受刚性物体运动的影响，因此，这种技术典型地应用于生产线或维修中的缺陷识别。

EPSI和剪切(Shearography)技术是激光光学全场测量技术，它们是基于激光散斑效应，这是在用激光照射粗糙表面时发生的现象。

无损检测与无损检验都是剪切测量技术最广泛应用的领域。现代复合材料的生产过程中，许多不同的构件要粘接在一起，这些零件装配的过程往往需要手工操作，因此在生产线上一定阶段中实施无损检测对于产品的可靠性与质量控制是非常重要的，剪切测量技术为所有的无损检测应用提供了一个非常有用的工具。

航空工业利用剪切测量技术试验玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料(CFRP)的复合材料、光洁层面、泡沫塑料以及铝复合材料等。全自动检验系统已经安装用于ARIANE 5的检验，以及直升机旋转桨叶检验。对于维修检验，便携式的剪切测量检验系统已经利用真空加载或热加载用于探查缺陷。最近，剪切测量技术还被证实可用于协和式飞机零件的维修检验。Pratt & Whitney的喷气发动机耐磨密封也已经采用激光剪切测量系统利用振动激励进行检验。在汽车工业中的轮胎试验和表板检验也已是众所周知的应用了。