基本信息
- 項目名稱：
- 樹木內部缺陷無損檢測儀
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 如果人的心臟出了問題，可以做個心電圖檢測，查清楚心臟的情況，從而對癥下藥實施治療。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，還有沒有簡單點的檢查方法呢？ 我們的團隊花了3年時間研制了一個可以給樹木做“心電圖”的儀器——樹木內部缺陷無損檢測儀。 該作品運用樹木的應力波傳播來測量其內部是否存在缺陷，具有使用方便、不受木材尺寸和形狀的影響、對人體無危害等優(yōu)點，且成本較低，具有廣闊的市場前景，填補了國內的技術空白。
- 詳細介紹：
- 作品發(fā)明的目的：傳統(tǒng)的木材質量檢測大多采用人工方法，甚至需要將木材試樣破壞后進行檢測，檢測效率和精度不高。目前，無損檢測技術在林業(yè)和木材加工行業(yè)受到了廣泛重視和應用，木材無損檢測技術己有多種。與其它無損檢測技術相比，應力波無損檢測技術優(yōu)點突出，受到林業(yè)研究人員和業(yè)界的廣泛關注。國外已經廣泛使用應力波技術檢測木材性質(如彈性模量等)。然而，我國對于這方面研究較少，木材無損檢測儀器主要依靠從國外進口，價格昂貴。因此，研究開發(fā)具有自主知識產權的木材應力波無損檢測技術及其設備具有重要意義。本作品主要針對樹木內部缺陷的無損檢測而設計，既可以應用到古樹名木、古建筑木質結構的健康監(jiān)測，也可以應用到木材加工企業(yè)的原木質量檢測與等級劃分、木材科學與技術領域的教學與科研。 基本思路：使用脈沖錘撞擊樹木，在樹木內部產生應力波的傳播，然后利用智能電子設備測量應力波在樹木中的傳播時間，自動計算出應力波在樹木中的傳播速度、木材的彈性模量等參數。通過將測量結果與標準參考值進行比較，確定樹木內部是否存在腐朽、空洞等缺陷。 創(chuàng)新點：采用極低閥值的感應信號方法，使得本系統(tǒng)和同類產品相比對應力波感應靈敏度提高，同時采用應力波持續(xù)時間閾值法和時序檢測法，對采集信號進行智能識別，排除非正常檢測狀態(tài)下產生的應力波信號，從而提高整個系統(tǒng)的精度和正確率。 技術關鍵：應力波檢測、智能識別、低功耗設計。 技術指標：時間測量精度達到十微秒，工作電壓不超過9伏，連脈沖錘在內的檢測系統(tǒng)總重量不超過4千克。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 作品發(fā)明的目的：傳統(tǒng)的木材質量檢測大多采用人工方法，甚至需要將木材試樣破壞后進行檢測，檢測效率和精度不高。目前，無損檢測技術在林業(yè)和木材加工行業(yè)受到了廣泛重視和應用，木材無損檢測技術己有多種。與其它無損檢測技術相比，應力波無損檢測技術優(yōu)點突出，受到林業(yè)研究人員和業(yè)界的廣泛關注。國外已經廣泛使用應力波技術檢測木材性質(如彈性模量等)。然而，我國對于這方面研究較少，木材無損檢測儀器主要依靠從國外進口，價格昂貴。因此，研究開發(fā)具有自主知識產權的木材應力波無損檢測技術及其設備具有重要意義。本作品主要針對樹木內部缺陷的無損檢測而設計，既可以應用到古樹名木、古建筑木質結構的健康監(jiān)測，也可以應用到木材加工企業(yè)的原木質量檢測與等級劃分、木材科學與技術領域的教學與科研。 基本思路：使用脈沖錘撞擊樹木，在樹木內部產生應力波的傳播，然后利用智能電子設備測量應力波在樹木中的傳播時間，自動計算出應力波在樹木中的傳播速度、木材的彈性模量等參數。通過將測量結果與標準參考值進行比較，確定樹木內部是否存在腐朽、空洞等缺陷。 創(chuàng)新點：采用極低閥值的感應信號方法，使得本系統(tǒng)和同類產品相比對應力波感應靈敏度提高，同時采用應力波持續(xù)時間閾值法和時序檢測法，對采集信號進行智能識別，排除非正常檢測狀態(tài)下產生的應力波信號，從而提高整個系統(tǒng)的精度和正確率。 技術關鍵：應力波檢測、智能識別、低功耗設計。 技術指標：時間測量精度達到十微秒，工作電壓不超過9伏，連脈沖錘在內的檢測系統(tǒng)總重量不超過4千克。
科學性、先進性
- 由于木材物理特性的各向異性，常導致應力波信號不穩(wěn)定，影響檢測效果。本作品采用極低閥值的感應信號方法，提高了應力波感應的靈敏度。此外，本作品采用應力波持續(xù)時間閾值法和時序檢測法，對采集信號進行智能識別，排除非正常檢測狀態(tài)下產生的應力波信號。 與德國IML公司生產的同類產品相比，本作品具有更高的靈敏度和可靠性，并且成本大為下降，具有廣闊的市場前景。 參考文獻： [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. 木材無損檢測中的應力波建模與仿真. 系統(tǒng)仿真學報, 2008，第8期.
獲獎情況及鑒定結果
- 2009年6月，在浙江省第11屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽中榮獲特等獎、公開答辯最佳創(chuàng)意獎。本作品目前正在申請省級重點新產品鑒定。
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
- 技術轉讓
作品可展示的形式
- ■實物、產品 ■圖紙 ■現(xiàn)場演示 ■圖片 ■樣品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 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樹木上，然后利用脈沖錘擊打產生應力波，儀器自動檢測傳播時間。作品能夠在不破壞樹木的前提下準確檢測物理、力學參數，由于使用了全新的設計思路，使其具有較高的靈敏度和可靠性，測量精度達到微秒級，成本只有國外同類產品的十分之一。 本作品專為木材加工企業(yè)、森林管理部門、林業(yè)教學與科研、古樹名木保護等單位設計。作品可檢測應力波傳播時間，由此判斷外表正常的樹有無腐朽、中空、枯萎、蟲蛀等情況，同時計算得出的彈性模量和板材分級等，這使得科研機構和生產質檢部門可使用該作品對樹木進行無損檢測，解決科學實驗和生產實踐中的具體問題。本作品已在天目山國家自然保護區(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。經過科技查新部門檢索，本作品為國內真正實用的首款具有自主知識產權的木材應力波無損檢測儀。目前我國使用的無損檢測設備主要依靠進口，價格昂貴，市場占有率不高，因此本作品具有很強的市場競爭力和廣闊的應用前景。
同類課題研究水平概述
- 隨著電子、光學和計算機技術的發(fā)展，目前，國際上應用于木材檢測的無損檢測技術有多種，如射線檢測法、超聲波檢測法、核磁共振檢測法、應力波檢測法等。由于應力波技術比其它無損檢測技術的成本低，使用方便、不受木材尺寸和形狀的影響，不損壞被測木材，在傳感器與被測木材之間不需任何的耦合劑，不對人體造成危害，所以深受研究者和工業(yè)界的關注，在實踐中也有了較好的應用。 應力波無損檢測技術的基本原理是，利用脈沖錘敲擊被測木材樣本，在其內部產生應力波的傳播，用兩套較復雜的比較和觸發(fā)電路捕捉應力波在木材內部的傳播過程，并在計時器上顯示應力波的傳播時間。根據應力波在被測木材中傳播的時間計算其傳播速度和木材的彈性模量，由此判定木材的性質(如是否存在內部缺陷)。研究表明，各種健康樹種的應力波傳播速度都有一定的范圍，當木材內部存在腐朽或空洞等缺陷時，垂直于木材紋理方向的傳播速度急速降低，由此判定該木材內部存在腐朽或其他類型的缺陷。 由于應力波技術使用方便的特點，已經在木材無損檢測方面有了一定程度的應用。隨著計算機技術與傳感技術的快速發(fā)展，應力波檢測儀器也隨之產生。目前，市場上主流的產品有美國的Metriguard公司生產的便攜式應力波計時器Metriguard Model 239A Stress Wave Timer，德國IML公司生產的電子錘（Electronic Hammer）、瑞士Sandes SA公司生產的SylvaTest、德國Frank Rinn公司研制的ARBOTOM等。這類應力波檢測儀器不同于CT探測器的主要特點是，使用對人體無害的應力波，而且還能對野外樹木缺陷進行檢測。但國內關于應力波木材無損檢測設備的研發(fā)尚處于起步階段，未見有實用產品。我國林業(yè)系統(tǒng)使用的應力波檢測儀器主要依靠從國外進口，價格昂貴。 在木材質量檢測方面，應力波技術主要應用在木材和人造板的力學性質檢測上，而對木材腐朽，特別是原木內部缺陷的檢測研究比較少。利用應力波檢測木材內部缺陷有進一步改進的地方。例如，應力波在非均勻介質原木中的傳播理論不成熟；神經網絡技術以及小波分析技術在應力波信號處理中的應用問題；基于應力波技術的原木腐朽特征專家系統(tǒng)的建立問題；適合于立木性質檢測的便攜式檢測儀的研制。我們正在建立木材缺陷專家系統(tǒng)，完善應力波木材內部缺陷無損檢測法。
