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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 樹木內(nèi)部缺陷無(wú)損檢測(cè)儀
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 如果人的心臟出了問(wèn)題，可以做個(gè)心電圖檢測(cè)，查清楚心臟的情況，從而對(duì)癥下藥實(shí)施治療。那么大樹要是“肚子”里生蟲子或者開裂了，除了把樹木鋸開檢查以外，還有沒(méi)有簡(jiǎn)單點(diǎn)的檢查方法呢？ 我們的團(tuán)隊(duì)花了3年時(shí)間研制了一個(gè)可以給樹木做“心電圖”的儀器——樹木內(nèi)部缺陷無(wú)損檢測(cè)儀。 該作品運(yùn)用樹木的應(yīng)力波傳播來(lái)測(cè)量其內(nèi)部是否存在缺陷，具有使用方便、不受木材尺寸和形狀的影響、對(duì)人體無(wú)危害等優(yōu)點(diǎn)，且成本較低，具有廣闊的市場(chǎng)前景，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的技術(shù)空白。
- 詳細(xì)介紹：
- 作品發(fā)明的目的：傳統(tǒng)的木材質(zhì)量檢測(cè)大多采用人工方法，甚至需要將木材試樣破壞后進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)效率和精度不高。目前，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在林業(yè)和木材加工行業(yè)受到了廣泛重視和應(yīng)用，木材無(wú)損檢測(cè)技術(shù)己有多種。與其它無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相比，應(yīng)力波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)突出，受到林業(yè)研究人員和業(yè)界的廣泛關(guān)注。國(guó)外已經(jīng)廣泛使用應(yīng)力波技術(shù)檢測(cè)木材性質(zhì)(如彈性模量等)。然而，我國(guó)對(duì)于這方面研究較少，木材無(wú)損檢測(cè)儀器主要依靠從國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格昂貴。因此，研究開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的木材應(yīng)力波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及其設(shè)備具有重要意義。本作品主要針對(duì)樹木內(nèi)部缺陷的無(wú)損檢測(cè)而設(shè)計(jì)，既可以應(yīng)用到古樹名木、古建筑木質(zhì)結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)，也可以應(yīng)用到木材加工企業(yè)的原木質(zhì)量檢測(cè)與等級(jí)劃分、木材科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的教學(xué)與科研。 基本思路：使用脈沖錘撞擊樹木，在樹木內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力波的傳播，然后利用智能電子設(shè)備測(cè)量應(yīng)力波在樹木中的傳播時(shí)間，自動(dòng)計(jì)算出應(yīng)力波在樹木中的傳播速度、木材的彈性模量等參數(shù)。通過(guò)將測(cè)量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)參考值進(jìn)行比較，確定樹木內(nèi)部是否存在腐朽、空洞等缺陷。 創(chuàng)新點(diǎn)：采用極低閥值的感應(yīng)信號(hào)方法，使得本系統(tǒng)和同類產(chǎn)品相比對(duì)應(yīng)力波感應(yīng)靈敏度提高，同時(shí)采用應(yīng)力波持續(xù)時(shí)間閾值法和時(shí)序檢測(cè)法，對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行智能識(shí)別，排除非正常檢測(cè)狀態(tài)下產(chǎn)生的應(yīng)力波信號(hào)，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的精度和正確率。 技術(shù)關(guān)鍵：應(yīng)力波檢測(cè)、智能識(shí)別、低功耗設(shè)計(jì)。 技術(shù)指標(biāo)：時(shí)間測(cè)量精度達(dá)到十微秒，工作電壓不超過(guò)9伏，連脈沖錘在內(nèi)的檢測(cè)系統(tǒng)總重量不超過(guò)4千克。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品發(fā)明的目的：傳統(tǒng)的木材質(zhì)量檢測(cè)大多采用人工方法，甚至需要將木材試樣破壞后進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)效率和精度不高。目前，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在林業(yè)和木材加工行業(yè)受到了廣泛重視和應(yīng)用，木材無(wú)損檢測(cè)技術(shù)己有多種。與其它無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相比，應(yīng)力波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)突出，受到林業(yè)研究人員和業(yè)界的廣泛關(guān)注。國(guó)外已經(jīng)廣泛使用應(yīng)力波技術(shù)檢測(cè)木材性質(zhì)(如彈性模量等)。然而，我國(guó)對(duì)于這方面研究較少，木材無(wú)損檢測(cè)儀器主要依靠從國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格昂貴。因此，研究開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的木材應(yīng)力波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及其設(shè)備具有重要意義。本作品主要針對(duì)樹木內(nèi)部缺陷的無(wú)損檢測(cè)而設(shè)計(jì)，既可以應(yīng)用到古樹名木、古建筑木質(zhì)結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)，也可以應(yīng)用到木材加工企業(yè)的原木質(zhì)量檢測(cè)與等級(jí)劃分、木材科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的教學(xué)與科研。 基本思路：使用脈沖錘撞擊樹木，在樹木內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力波的傳播，然后利用智能電子設(shè)備測(cè)量應(yīng)力波在樹木中的傳播時(shí)間，自動(dòng)計(jì)算出應(yīng)力波在樹木中的傳播速度、木材的彈性模量等參數(shù)。通過(guò)將測(cè)量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)參考值進(jìn)行比較，確定樹木內(nèi)部是否存在腐朽、空洞等缺陷。 創(chuàng)新點(diǎn)：采用極低閥值的感應(yīng)信號(hào)方法，使得本系統(tǒng)和同類產(chǎn)品相比對(duì)應(yīng)力波感應(yīng)靈敏度提高，同時(shí)采用應(yīng)力波持續(xù)時(shí)間閾值法和時(shí)序檢測(cè)法，對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行智能識(shí)別，排除非正常檢測(cè)狀態(tài)下產(chǎn)生的應(yīng)力波信號(hào)，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的精度和正確率。 技術(shù)關(guān)鍵：應(yīng)力波檢測(cè)、智能識(shí)別、低功耗設(shè)計(jì)。 技術(shù)指標(biāo)：時(shí)間測(cè)量精度達(dá)到十微秒，工作電壓不超過(guò)9伏，連脈沖錘在內(nèi)的檢測(cè)系統(tǒng)總重量不超過(guò)4千克。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 由于木材物理特性的各向異性，常導(dǎo)致應(yīng)力波信號(hào)不穩(wěn)定，影響檢測(cè)效果。本作品采用極低閥值的感應(yīng)信號(hào)方法，提高了應(yīng)力波感應(yīng)的靈敏度。此外，本作品采用應(yīng)力波持續(xù)時(shí)間閾值法和時(shí)序檢測(cè)法，對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行智能識(shí)別，排除非正常檢測(cè)狀態(tài)下產(chǎn)生的應(yīng)力波信號(hào)。 與德國(guó)IML公司生產(chǎn)的同類產(chǎn)品相比，本作品具有更高的靈敏度和可靠性，并且成本大為下降，具有廣闊的市場(chǎng)前景。 參考文獻(xiàn)： [1]SHANG Dajun, DUAN Xinfang, et al. Decay Detection of Ancient Wood Rafters in Tibet by Stress Wave Testing Method. Chinese Forestry Science and Technology. 2007, 6(4): 20-24. [2]馮海林，李光輝. 木材無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)力波建模與仿真. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào), 2008，第8期.
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2009年6月，在浙江省第11屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中榮獲特等獎(jiǎng)、公開答辯最佳創(chuàng)意獎(jiǎng)。本作品目前正在申請(qǐng)省級(jí)重點(diǎn)新產(chǎn)品鑒定。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- ■實(shí)物、產(chǎn)品 ■圖紙 ■現(xiàn)場(chǎng)演示 ■圖片 ■樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 作品為手持儀器，將發(fā)射端和接收端的傳感器固定在被測(cè)樹木上，然后利用脈沖錘擊打產(chǎn)生應(yīng)力波，儀器自動(dòng)檢測(cè)傳播時(shí)間。作品能夠在不破壞樹木的前提下準(zhǔn)確檢測(cè)物理、力學(xué)參數(shù)，由于使用了全新的設(shè)計(jì)思路，使其具有較高的靈敏度和可靠性，測(cè)量精度達(dá)到微秒級(jí)，成本只有國(guó)外同類產(chǎn)品的十分之一。 本作品專為木材加工企業(yè)、森林管理部門、林業(yè)教學(xué)與科研、古樹名木保護(hù)等單位設(shè)計(jì)。作品可檢測(cè)應(yīng)力波傳播時(shí)間，由此判斷外表正常的樹有無(wú)腐朽、中空、枯萎、蟲蛀等情況，同時(shí)計(jì)算得出的彈性模量和板材分級(jí)等，這使得科研機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)質(zhì)檢部門可使用該作品對(duì)樹木進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，解決科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐中的具體問(wèn)題。本作品已在天目山國(guó)家自然保護(hù)區(qū)管理局、杭州園林工程監(jiān)理有限公司、浙江德升木業(yè)有限公司等單位試用，受到用戶的一致好評(píng)。經(jīng)過(guò)科技查新部門檢索，本作品為國(guó)內(nèi)真正實(shí)用的首款具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的木材應(yīng)力波無(wú)損檢測(cè)儀。目前我國(guó)使用的無(wú)損檢測(cè)設(shè)備主要依靠進(jìn)口，價(jià)格昂貴，市場(chǎng)占有率不高，因此本作品具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和廣闊的應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 隨著電子、光學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前，國(guó)際上應(yīng)用于木材檢測(cè)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有多種，如射線檢測(cè)法、超聲波檢測(cè)法、核磁共振檢測(cè)法、應(yīng)力波檢測(cè)法等。由于應(yīng)力波技術(shù)比其它無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的成本低，使用方便、不受木材尺寸和形狀的影響，不損壞被測(cè)木材，在傳感器與被測(cè)木材之間不需任何的耦合劑，不對(duì)人體造成危害，所以深受研究者和工業(yè)界的關(guān)注，在實(shí)踐中也有了較好的應(yīng)用。 應(yīng)力波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的基本原理是，利用脈沖錘敲擊被測(cè)木材樣本，在其內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力波的傳播，用兩套較復(fù)雜的比較和觸發(fā)電路捕捉應(yīng)力波在木材內(nèi)部的傳播過(guò)程，并在計(jì)時(shí)器上顯示應(yīng)力波的傳播時(shí)間。根據(jù)應(yīng)力波在被測(cè)木材中傳播的時(shí)間計(jì)算其傳播速度和木材的彈性模量，由此判定木材的性質(zhì)(如是否存在內(nèi)部缺陷)。研究表明，各種健康樹種的應(yīng)力波傳播速度都有一定的范圍，當(dāng)木材內(nèi)部存在腐朽或空洞等缺陷時(shí)，垂直于木材紋理方向的傳播速度急速降低，由此判定該木材內(nèi)部存在腐朽或其他類型的缺陷。 由于應(yīng)力波技術(shù)使用方便的特點(diǎn)，已經(jīng)在木材無(wú)損檢測(cè)方面有了一定程度的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳感技術(shù)的快速發(fā)展，應(yīng)力波檢測(cè)儀器也隨之產(chǎn)生。目前，市場(chǎng)上主流的產(chǎn)品有美國(guó)的Metriguard公司生產(chǎn)的便攜式應(yīng)力波計(jì)時(shí)器Metriguard Model 239A Stress Wave Timer，德國(guó)IML公司生產(chǎn)的電子錘（Electronic Hammer）、瑞士Sandes SA公司生產(chǎn)的SylvaTest、德國(guó)Frank Rinn公司研制的ARBOTOM等。這類應(yīng)力波檢測(cè)儀器不同于CT探測(cè)器的主要特點(diǎn)是，使用對(duì)人體無(wú)害的應(yīng)力波，而且還能對(duì)野外樹木缺陷進(jìn)行檢測(cè)。但國(guó)內(nèi)關(guān)于應(yīng)力波木材無(wú)損檢測(cè)設(shè)備的研發(fā)尚處于起步階段，未見(jiàn)有實(shí)用產(chǎn)品。我國(guó)林業(yè)系統(tǒng)使用的應(yīng)力波檢測(cè)儀器主要依靠從國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格昂貴。 在木材質(zhì)量檢測(cè)方面，應(yīng)力波技術(shù)主要應(yīng)用在木材和人造板的力學(xué)性質(zhì)檢測(cè)上，而對(duì)木材腐朽，特別是原木內(nèi)部缺陷的檢測(cè)研究比較少。利用應(yīng)力波檢測(cè)木材內(nèi)部缺陷有進(jìn)一步改進(jìn)的地方。例如，應(yīng)力波在非均勻介質(zhì)原木中的傳播理論不成熟；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及小波分析技術(shù)在應(yīng)力波信號(hào)處理中的應(yīng)用問(wèn)題；基于應(yīng)力波技術(shù)的原木腐朽特征專家系統(tǒng)的建立問(wèn)題；適合于立木性質(zhì)檢測(cè)的便攜式檢測(cè)儀的研制。我們正在建立木材缺陷專家系統(tǒng)，完善應(yīng)力波木材內(nèi)部缺陷無(wú)損檢測(cè)法。
