[發(fā)明專利]應力波在木材中的傳播時間測量方法以及無損檢測系統(tǒng)

無效

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• 申請日: 2011-08-25
• 公開（公告）號: CN102338776A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發(fā)明（設計）人: 李光輝
• 申請（專利權）人: 浙江農林大學
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 王洪新

技術領域

本發(fā)明涉及一種測量方法以及檢測系統(tǒng)，尤其是測量應力波在木材中傳播時間的方法以及應力波木材無損檢測系統(tǒng)。

背景技術

木材是一種人類使用歷史最長的可再生的天然資源。隨著社會進步,?人們對生產、生活質量要求的提高，對木材的需求量逐漸增加。充分有效地利用木材資源，使之產生最大的經濟與社會效益，是各國林業(yè)科研工作者共同關心和不斷研究的課題。由于傳統(tǒng)的木材檢測大多采用人工的方法，甚至還得將木材試樣破壞后進行檢測，因而這些檢測方法已不能滿足木材生產中非破壞性快速檢測和持續(xù)檢測的需要。近年來，隨著計算機技術和傳感技術的發(fā)展，以及超聲波、X-射線或γ射線、紅外線、激光、微波和應力波等技術的發(fā)展，木材物理、力學性質和缺陷的無損檢測技術也上升到了新的水平，并形成一門新興、綜合性的木材檢測技術。

木材的彈性模量是一個重要參量，它反映了木材的物理及力學性質。為了對木材性質進行非破壞性檢測，可以通過測量木材的彈性模量來評估材料的優(yōu)劣。因此，如何應用應力波技術，通過測量木材的彈性模量，來實現(xiàn)對木材質量狀況的評估，是我們目前的課題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種測量應力波在木材中傳播時間的方法，以根據測得的應力波的傳播速度來準確計算木材彈性模量，從而判斷木材內部是否存在缺陷；該方法應具有測量精度高、效率高、無輻射的特點，并且成本低、測試方便。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種基于應力波技術的木材無損檢測系統(tǒng)，以實時、可靠、準確地計算應力波在木材中的傳播速度與木材彈性模量，從而判斷木材內部是否存在缺陷；該系統(tǒng)應當具有速度快、抗干擾能力強、檢測精度較高的特點。

本發(fā)明提供的技術方案是：應力波在木材中的傳播時間測量方法，包括以下步驟：

1）在被測木材的橫截面的周向確定六個檢測點分別作為被測木材的3個起始端和3個終止端，安裝6個加速度傳感器，其中3個作為起始傳感器，3個作為終止傳感器，形成9條檢測線路；每條檢測線路采集到的應力波信號輸入到以單片機作為微控制器的處理電路；

2）使用脈沖錘敲擊木材一端的端面，使之產生應力波的傳播；當應力波到達“起始”端傳感器時，處理電路的計時器開始工作，當它到達“終止”端傳感器時，計時器停止工作，保存并顯示相應的時間；

3）微控制器采用滑動平均算法對所測得的數據序列進行處理，計算相應的彈性模量，直接與標準參考值進行比較，或供用戶在PC機上進一步分析與處理；其中：滑動平均算法的公式為：????????????????????????????????????????????????；上式中，表示第n個測量數據經過濾波處理后的輸出值，x_n-i表示沒有經過濾波處理的測量數據，N表示滑動平均的項數。

所述的兩個加速度傳感器分別通過螺釘與被測木材相連。

應力波木材無損檢測系統(tǒng)，包括依序電導通的信號采集、信號處理和微控制器三個部分；其中信號采集部分包括加速度傳感器、脈沖錘、計數器；信號處理部分由轉換處理?“起始”和“終止”兩個應力波脈沖波形的阻抗匹配模塊、信號放大電路模塊、濾波整形電路模塊依次連接而成；微控制器部分的輸入端與信號處理部分的輸出端接通，以計算應力波傳播時間以及被測木材的彈性模量。

所述的阻抗匹配模塊采用uA741芯片，加速度傳感器經過電阻后接入該芯片。

所述的信號放大電路模塊采用OP07芯片，阻抗匹配模塊的輸出端接入該芯片的輸入端。

所述的濾波整形電路模塊采用MAX7408芯片，信號放大電路模塊的輸出端接入該芯片的輸入端。

所述的微控制器采用ATmega16單片機。

實驗結果表明，本發(fā)明提出的無損檢測方法對于無缺陷的木材，通過測量應力波傳播時間換算得到的木材彈性模量接近或等于相關文獻公布的參考值；如果某些木材的應力波傳播速度明顯小于在正常木材中的傳播速度，換算獲得的彈性模量偏離正常的參考值，就可以確定這些木材內部存在缺陷。

本發(fā)明提出的木材無損檢測方法，能夠確定木材是否有內部缺陷或對被測試木材進行等級劃分；不但具有很高的可靠性、無輻射、測試方便的特點，而且能夠節(jié)省成本、提高檢測效率和精度；不僅可以應用在木材加工企業(yè)進行產品質量檢測，也可應用到古樹名木和古建筑木質結構的健康監(jiān)測，具有廣闊的應用前景。