基于超聲波的海冰檢測技術國內(nèi)外研究動態(tài)文獻綜述1海冰力學性質(zhì)研究為了實現(xiàn)對海冰力學性能的勘測，冰的密度的勘測是必不可少的。一方面，由于孔隙率與冰力學性能存在一定的相關關系，國內(nèi)外學者對孔隙率十分關注；另方面，由于現(xiàn)場實測海冰的力學參數(shù)具有難度大、耗費高的現(xiàn)實苦難，用孔隙率代替而不是精確的現(xiàn)場測量，為了衡量海冰力學性質(zhì)的方法之一。80年代前，對于孔隙率進行實測也存在一定的難度，部分學者用鹵水體積代替孔隙率的作用。80年代后，為了實現(xiàn)對海冰力學性能的估計，提出了使用海冰孔隙率來對冰內(nèi)部缺陷進行估計的方法，海冰孔隙率計算模型[[]Cox.GFNandWeeksWF.Equationsfordeterminingthegasandbrinevolumesinsea-icesamples.JGlaciology,1983,v29(102):306-316.]被引用到評價海冰最大極限壓縮強度[[]DempseyJP.Researchtrendsinicemechanics.IntJSolidsStructure,2000,v37(1-2):131-153.]以及其它冰力學性質(zhì)。通過海冰物理參數(shù)，即溫度、鹽度、密度獲取海冰孔隙率就是海冰孔隙率計算模型。其中，對海冰的密度測量的手段，在很長時間以來，一直依賴于現(xiàn)場測量。通過現(xiàn)場取樣測量，用排液法和重量-體積法，其中我國曾采用的舒列金量筒[]Cox.GFNandWeeksWF.Equationsfordeterminingthegasandbrinevolumesinsea-icesamples.JGlaciology,1983,v29(102):306-316.[]DempseyJP.Researchtrendsinicemechanics.IntJSolidsStructure,2000,v37(1-2):131-153.[]張明元,邵春財.海冰的物化性質(zhì)[J].海洋科技資料,1981(5).海冰孔隙率計算模型首先出現(xiàn)在美國。美國學者Cox和Weeks提出相關理論于1983年，通過海冰溫度、鹽度、密度計算海冰孔隙率。海冰孔隙率與海冰強度關獲得了國內(nèi)外廣泛關注[[]LiZ,PengW,ZhangT.EffectofporosityontheuniaxialcompressivestrengthoficeinLiaodongGulfAbstractsof10thInternationalSymposiumonOkhotskSea,SeaIceandPeople,Hokkaido,1995:358-363.,[]ColeDM.Ontherelationshipbetweenthephysicalandmechanicalpropertiesofseaice[A].Proceedingsofthe13thInternationalSymposiumIce[C].Beijing:ChineseHydraulicEngineeringSociety,1996,3:913-930.,[]李志軍,DevinderSSodhi,盧鵬.渤海海冰工程設計參數(shù)分布,工程力學.2006,v(23)6:167-172.]。1993年，F(xiàn)ransson和Stehn[]LiZ,PengW,ZhangT.EffectofporosityontheuniaxialcompressivestrengthoficeinLiaodongGulfAbstractsof10thInternationalSymposiumonOkhotskSea,SeaIceandPeople,Hokkaido,1995:358-363.[]ColeDM.Ontherelationshipbetweenthephysicalandmechanicalpropertiesofseaice[A].Proceedingsofthe13thInternationalSymposiumIce[C].Beijing:ChineseHydraulicEngineeringSociety,1996,3:913-930.[]李志軍,DevinderSSodhi,盧鵬.渤海海冰工程設計參數(shù)分布,工程力學.2006,v(23)6:167-172.[]FranssonL,StehnL.Porosityeffectonmeasuredstrengthofwarmice.Proceedingsof12thInternationalConferenceonPortandOceanEngineeringunderArcticConditions,Hamburg,1993:23–26.[]MosletPO.Fieldtestingofuniaxialcompressionstrengthofcolumnarseaice.ColdRegSciTechnol,2007,48:1-14.國內(nèi)的李志軍教授等人將孔隙率將海冰的溫度、鹽度和密度通過經(jīng)驗公式進行整合，建立了導溫系數(shù)同孔隙率之間的關系[[]石立瓊,白乙拉,李志軍,ChengBin.南極海冰導溫系數(shù)與孔隙率關系初探.極地研究,2009,[]石立瓊,白乙拉,李志軍,ChengBin.南極海冰導溫系數(shù)與孔隙率關系初探.極地研究,2009,v(21)2:91-93.[]李志軍,張麗敏,盧鵬,MattiLEPP?RANTA,李廣偉.渤海海冰孔隙率對單軸壓縮強度影響的實驗研究.中國科學,2011v41(10),1329-1335.[]江崇波,郭可彩,曹叢華,李志軍.渤海沿岸和船舶冰情調(diào)查中冰物理及單軸壓縮強度測試技術研究.海岸工程,2013,v23(1):44-50.2超聲波檢測技術超聲波的頻散和衰減特性被廣泛應用在復合板材內(nèi)部結構檢測[[]王浩全,韓焱,曾光宇.非金屬復合材料超聲波衰減系數(shù)測定研究.測試技術學報,2002,v16(4):249-251.]、生物組織探測[[]馬浪,郭建中,劉波.軟組織超聲散射子頻率特性的研究,2011,v33(5):761-766.]金屬鍛件和焊接縫等材料中缺陷檢測[[]李軍文,桃野正,等.超聲波功率對鑄錠內(nèi)的氣孔及組織細化的影響.鑄造,2007,v56(2):152-157.]、固體厚度測量等。近年來，固液混合態(tài)的材料越來越出現(xiàn)在超聲波研究領域，例如水泥密度[[]姚麗,胡宇,趙海峰.超聲波泥水密度檢測影響因素的研究.計算機仿真,2014,v31(10):259-263.]、復合材料孔隙形貌特征[[]張翔,陳軍,林莉,李喜孟.復合材料孔隙形貌特征對超聲波散射衰減影響的分析.中國機械工程2012,v21(14):1735-1745.][]王浩全,韓焱,曾光宇.非金屬復合材料超聲波衰減系數(shù)測定研究.測試技術學報,2002,v16(4):249-251.[]馬浪,郭建中,劉波.軟組織超聲散射子頻率特性的研究,2011,v33(5):761-766.[]李軍文,桃野正,等.超聲波功率對鑄錠內(nèi)的氣孔及組織細化的影響.鑄造,2007,v56(2):152-157.[]姚麗,胡宇,趙海峰.超聲波泥水密度檢測影響因素的研究.計算機仿真,2014,v31(10):259-263.[]張翔,陳軍,林莉,李喜孟.復合材料孔隙形貌特征對超聲波散射衰減影響的分析.中國機械工程2012,v21(14):1735-1745.[]華志恒,周曉軍,李凌.碳纖維復合材料對超聲衰減的頻域分析.復合材料學報,2006,v23(2):123-128.[]何桂春,黃開啟等.超聲衰減測粒理論模型的因素分析及分形修正,礦冶工程,2010,v30(3):P53-58[]李生杰.孔隙介質(zhì)超聲波衰減實驗與分析.湖南理工學院學報,2011,v24(3):70-74.[]金艷,吳大鳴,何亞,東許紅.超聲波測量聚合物熔體密度.塑料,2011,v40(5):101-105.超聲波在地震防預領域出現(xiàn)，日本東京大學的JunMatsushima教授[[]JunMatsushima,MakotoSuzuki,etal.Laboratoryexperimentsoncompressionalultrasonicwaveattenuationinpartiallyfrozenbrines.GEOPHYSICS,2008,v73(2):9–18.]在研究地震波衰減規(guī)律時以2%的冰凍鹽水為介質(zhì)，研究了超聲波在-15℃～20[]JunMatsushima,MakotoSuzuki,etal.Laboratoryexperimentsoncompressionalultrasonicwaveattenuationinpartiallyfrozenbrines.GEOPHYSICS,2008,v73(2):9–18.3基于超聲波的海冰檢測技術海冰是由純冰晶體、鹵水、固體鹽和空氣泡組成，是一種特殊的復合材料，其結構與復合材料有相似之處，又比復合材料更復雜。在對其它復合材料的超聲波衰減測試中，B.G.Martin[[]MartinBG.Ultrasonicattenuationduetovoidsinfiber-reinforcedplastics.NDTInternational,1976,v9(5):242-246.]和Stone[[[]MartinBG.Ultrasonicattenuationduetovoidsinfiber-reinforcedplastics.NDTInternational,1976,v9(5):242-246.[]StoneDEW,ClarkeB.Ultrasonicattenuationasameasureofvoidcontentincarbon-fibrereinforcedplastics.NondestructiveTesting,1975(8):137-145.超聲波在海冰中的傳播特性還很少見報道，國內(nèi)外關于海冰的聲學特性的研究也較少。Langleben[[]LanglebenMP.AttenuationofSoundinSeaIce,10–500KHz[J].JournalofGlaciology,1969,8(54):399-406.]給出了低頻聲波在海冰中傳播的衰減曲線，表明聲波在海冰中傳播速度取決于海冰的鹽度和溫度。Bogorodsky[[]BogorodskyV.V.,V.P.GsvriloandA.V.Gusevetal.[]LanglebenMP.AttenuationofSoundinSeaIce,10–500KHz[J].JournalofGlaciology,1969,8(54):399-406.[]BogorodskyV.V.,V.P.Gsvriloand