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標(biāo)題: 木材應(yīng)力波斷層成像 [打印本頁]
          

          
作者: 強天鵬    時間: 2014-4-8 07:59
          
標(biāo)題: 木材應(yīng)力波斷層成像
          浙江農(nóng)林大學(xué)研發(fā)了木材應(yīng)力波斷層成像儀在第十三屆“挑戰(zhàn)杯”交通銀行全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽決賽中獲獎。該項技術(shù)接軌國際，采用二維顯像，能讓人一眼看到木材內(nèi)部的圖像。
          
　　
          
　　應(yīng)力波傳播可對樹木進行無損檢測
          
　　
          
　　采用應(yīng)力波傳播時間為原理對樹木內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行無損檢測，可以獲得樹木橫切面內(nèi)部的二維或三維圖像，從圖像中發(fā)現(xiàn)木材內(nèi)部健康與腐朽情況以及腐朽的程度大小，從而獲取古樹或其他測量對象的健康狀態(tài)。
          
　　
          
　　木材中應(yīng)力波傳播是直接與木材物理和力學(xué)性能有關(guān)的動態(tài)過程。應(yīng)力波法檢測木質(zhì)材料的原理是利用木質(zhì)材料受撞擊后，在其內(nèi)部產(chǎn)生機械波的傳播，并根據(jù)木質(zhì)材料的彈性模量E、應(yīng)力波速度C和木質(zhì)材料密度P之間存在的關(guān)系：E=C2p，通過測量應(yīng)力波傳播速度確定木質(zhì)材料的彈性模量,最終估算出木質(zhì)材料的力學(xué)強度。
          
　　
          
　　應(yīng)力波檢測內(nèi)窺鏡法屬于機械波行為,對人體無危害,該工業(yè)內(nèi)窺鏡不受被測木材形狀和尺寸的限制，在傳感器和被測木材之間不須用耦合劑，且攜帶方便，被廣泛應(yīng)用于立木品質(zhì)評價、木結(jié)構(gòu)建筑部件現(xiàn)場內(nèi)窺鏡檢測及各種木制品的力學(xué)性能評估。
          
　　
          
　　不用砍樹就知道樹木好壞
          
　　
          
　　一棵生長的大樹，樹干里有沒有空，有經(jīng)驗的師傅用手敲敲聽聽聲音，或許能夠鑒別出來。但還是會存在失策的情況。就像林場砍樹下來做材料，就時常碰到砍下來的樹空洞無用，白砍了。
          
　　
          
　　負(fù)責(zé)研發(fā)木材應(yīng)力波斷層成像儀的李光輝教授介紹說，該儀器主要利用脈沖錘撞擊樹木，使其內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力波的傳播，在此期間，與脈沖錘聯(lián)結(jié)在一起的木材應(yīng)力波斷層成像儀中，會自動利用傳感器輸出信號，經(jīng)過模擬電路處理后輸出至數(shù)字處理電路，然后數(shù)字處理電路對前級輸出的信號進行處理，得到應(yīng)力波傳播時間的波形圖，并通過木材應(yīng)力波斷層成像儀的顯示器顯示。使用者可以通過測量應(yīng)力波的傳播時間和傳播速度的變化，并計算木材彈性模量等參數(shù)，通過比正常的同類樹種相關(guān)數(shù)據(jù)，來判斷木材內(nèi)部有無缺陷。
          
　　
          
　　“用我們的儀器，砍樹前測一測就知道了。”浙江農(nóng)林大學(xué)信息工程學(xué)院學(xué)生王麗霞說，只需要在樹上釘一些釘子支撐傳感器，就可能通過敲擊后產(chǎn)生的應(yīng)力波，洞悉樹木里的情況。“根據(jù)傳感器傳回來的速度，電腦上能夠顯示圖像。傳回來的速度越慢，電腦上顯示紅色、黃色的可能性就越大，因為這兩種顏色是代表樹木都有問題，其中紅色表示問題最嚴(yán)重，如果顯示綠色就表明樹木內(nèi)部是好的。”
          
　　
          
　　一代儀器曾在故宮使用過
          
　　
          
　　“我們的儀器，不僅可以用在還在生長的樹木身上，還能夠用在古建筑的木材檢測中。兩三年前的一代儀器，還在北京故宮檢測過立柱，幫助管理單位發(fā)現(xiàn)問題，提前保養(yǎng)。”說起自己參與研發(fā)的儀器，王麗霞一臉自豪。
          
　　
          
　　這份自豪不是沒有理由的。“在此之前，木材研究領(lǐng)域雖然也有紅外線檢測法、超聲波檢測法、核磁共振檢測法等，但是因為設(shè)備昂貴、復(fù)雜而難以推廣，我們開發(fā)的產(chǎn)品最大特點是既不破壞材料的原有特性，又能在短時間內(nèi)連續(xù)獲得檢測結(jié)果。此外，我們的儀器還有在傳感器與被測木材之間不需任何的耦合劑；使用方便，不受木材尺寸和形狀的影響；不對人體造成危害等優(yōu)點，和國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比成本低得多。”
          
　　
          
　　新一代的木材應(yīng)力波斷層成像儀，技術(shù)上面已經(jīng)與國際接軌了，都是采用二維顯像，能讓人一眼看到木材內(nèi)部的圖像。但是，價格卻是國外產(chǎn)品的零頭。“德國產(chǎn)的儀器售價20多萬，匈牙利的儀器售價達到30萬，我們的價格才3萬左右，功效都差不多。”現(xiàn)在，省林業(yè)廳已經(jīng)使用浙農(nóng)林大學(xué)研發(fā)的木材應(yīng)力波斷層成像儀。
          
　　
          
　　國內(nèi)外進展
          
　　
          
　　早在1950年,國際上就開始研究利用應(yīng)力波技術(shù)評價木材性質(zhì)。20世紀(jì)60年代，國外科研者發(fā)現(xiàn)由于木材缺陷的存在影響到木材強度,沖擊波的傳播時間會受到影響，通過檢測時間的差別可以判斷材料的性質(zhì)。但內(nèi)窺鏡由于受材料尺寸和當(dāng)時度量技術(shù)條件的限制，這個時間差值很難檢測。此外，彈性模量值與速度的具體關(guān)系也無法得知。直到1988年，在Ross和Pellerin的研究中，木材的彈性模量、應(yīng)力波速度和木質(zhì)材料密度三者之間的關(guān)系才被明確為E=C2p／g。從此，通過測量應(yīng)力波速度確定木材的彈性模量。進而對木材性質(zhì)的評價得以實現(xiàn)。
          
　　
          
　　此后的數(shù)年,國外學(xué)者利用統(tǒng)計分析的方法，通過對大量的木材進行無損檢測試驗，統(tǒng)計和分析各種測量參數(shù)，評價木材彈性模量、拉伸強度等物理力學(xué)性質(zhì)。北京德朗研究人員進一步驗證了應(yīng)力波方法在木材缺陷檢測的可行性，并探索了其在木材無損檢測領(lǐng)域的應(yīng)用風(fēng)潮。
          
　　
          
　　1995年,王志同志利用應(yīng)力波無損檢測技術(shù)檢測中密度纖維板的彈性模量，這是國內(nèi)首次報道采用應(yīng)力波方法檢測木質(zhì)材料。結(jié)果表明，應(yīng)力波無損檢測法測定的中密度纖維板彎曲彈性模量有足夠精確的保證，測試數(shù)據(jù)具有較高的精度與重復(fù)精度，從而為實現(xiàn)中國中密度纖維板生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量的在線自動化控制奠定了基礎(chǔ)。
          
　　
          
　　近年來，許多學(xué)者進行了大量基于應(yīng)力波法的木材無損檢測研究，在應(yīng)力波傳播模型建立和應(yīng)力波信號采集系統(tǒng)的開發(fā)等方面取得了一定的成果，在實際應(yīng)用方面更為突出。尚大軍等閻基于應(yīng)力波檢測方法，利用Pilodyn內(nèi)窺鏡檢測設(shè)備對西藏部分古建筑腐朽和蟲蛀木構(gòu)件進行了現(xiàn)場無損檢測．通過對木構(gòu)件腐朽和蟲蛀程度的定量、定性對比，論證了應(yīng)力波內(nèi)窺鏡檢測法用于古建筑木構(gòu)件的腐朽和蟲蛀程度檢測的可行性。同年,段新芳等圓就應(yīng)力波技術(shù)檢測古建筑木構(gòu)件殘余彈性模量進行了初步研究,結(jié)果表明應(yīng)力波無損檢測可以有效地測定殘余木構(gòu)件的力學(xué)強度,且不同種類木構(gòu)件彈性模量保持率與其承重作用大小相關(guān)。朱景樂等概述了，應(yīng)力波設(shè)備Pilodyn內(nèi)窺鏡在林木遺傳改良應(yīng)用中的研究進展，肯定了應(yīng)力波無損檢測在林木材性改良選擇中的重要作用。李華等人創(chuàng)新地將三維應(yīng)力波斷層掃描儀和阻力儀聯(lián)合應(yīng)用于古建筑木結(jié)構(gòu)的勘查中，得到了更為準(zhǔn)確的評價結(jié)果。
          

          

          

          
作者: gqking1982    時間: 2014-4-8 13:09
          
多少年的老傳統(tǒng)，如今有心之士變成科技創(chuàng)新，真是應(yīng)了那句老話：“實踐出真知，功夫不負(fù)有心人”。




          

          

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