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基本信息
- 項目名稱：
- 樹木內(nèi)部缺陷無損檢測儀
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 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(tuán)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(nèi)部缺陷無損檢測儀。 該作品運用樹木的應(yīng)力波傳播來測量其內(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(bǔ)了國內(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，檢測效率和精度不高。目前，無損檢測技術(shù)在林業(yè)和木材加工行業(yè)受到了廣泛重視和應(yīng)用，木材無損檢測技術(shù)己有多種。與其它無損檢測技術(shù)相比，應(yīng)力波無損檢測技術(shù)優(yōu)點突出，受到林業(yè)研究人員和業(yè)界的廣泛關(guān)注。國外已經(jīng)廣泛使用應(yīng)力波技術(shù)檢測木材性質(zhì)(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(jìn)口，價格昂貴。因此，研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的木材應(yīng)力波無損檢測技術(shù)及其設(shè)備具有重要意義。本作品主要針對樹木內(nèi)部缺陷的無損檢測而設(shè)計，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，也可以應(yīng)用到木材加工企業(yè)的原木質(zhì)量檢測與等級劃分、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)備測量應(yīng)力波在樹木中的傳播時間，自動計算出應(yīng)力波在樹木中的傳播速度、木材的彈性模量等參數(shù)。通過將測量結(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：采用極低閥值的感應(yīng)信號方法，使得本系統(tǒng)和同類產(chǎn)品相比對應(yīng)力波感應(yīng)靈敏度提高，同時采用應(yīng)力波持續(xù)時間閾值法和時序檢測法，對采集信號進(jìn)行智能識別，排除非正常檢測狀態(tài)下產(chǎn)生的應(yīng)力波信號，從而提高整個系統(tǒng)的精度和正確率。 技術(shù)關(guān)鍵：應(yīng)力波檢測、智能識別、低功耗設(shè)計。 技術(shù)指標(biāo)：時間測量精度達(dá)到十微秒，工作電壓不超過9伏，連脈沖錘在內(nèi)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(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、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，檢測效率和精度不高。目前，無損檢測技術(shù)在林業(yè)和木材加工行業(yè)受到了廣泛重視和應(yīng)用，木材無損檢測技術(shù)己有多種。與其它無損檢測技術(shù)相比，應(yīng)力波無損檢測技術(shù)優(yōu)點突出，受到林業(yè)研究人員和業(yè)界的廣泛關(guān)注。國外已經(jīng)廣泛使用應(yīng)力波技術(shù)檢測木材性質(zhì)(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(jìn)口，價格昂貴。因此，研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的木材應(yīng)力波無損檢測技術(shù)及其設(shè)備具有重要意義。本作品主要針對樹木內(nèi)部缺陷的無損檢測而設(shè)計，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，也可以應(yīng)用到木材加工企業(yè)的原木質(zhì)量檢測與等級劃分、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)備測量應(yīng)力波在樹木中的傳播時間，自動計算出應(yīng)力波在樹木中的傳播速度、木材的彈性模量等參數(shù)。通過將測量結(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：采用極低閥值的感應(yīng)信號方法，使得本系統(tǒng)和同類產(chǎn)品相比對應(yīng)力波感應(yīng)靈敏度提高，同時采用應(yīng)力波持續(xù)時間閾值法和時序檢測法，對采集信號進(jìn)行智能識別，排除非正常檢測狀態(tài)下產(chǎn)生的應(yīng)力波信號，從而提高整個系統(tǒng)的精度和正確率。 技術(shù)關(guān)鍵：應(yīng)力波檢測、智能識別、低功耗設(shè)計。 技術(shù)指標(biāo)：時間測量精度達(dá)到十微秒，工作電壓不超過9伏，連脈沖錘在內(nèi)的檢測系統(tǒng)總重量不超過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)力波信號不穩(wěn)定，影響檢測效果。本作品采用極低閥值的感應(yīng)信號方法，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)時間閾值法和時序檢測法，對采集信號進(jìn)行智能識別，排除非正常檢測狀態(tài)下產(chǎn)生的應(yīng)力波信號。 與德國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. 木材無損檢測中的應(yīng)力波建模與仿真. 系統(tǒng)仿真學(xué)報, 2008，第8期.
獲獎情況及鑒定結(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(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
- ■實物、產(chǎn)品 ■圖紙 ■現(xiàn)場演示 ■圖片 ■樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)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(chǎn)生應(yīng)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(zhǔn)確檢測物理、力學(xué)參數(shù)，由于使用了全新的設(shè)計思路，使其具有較高的靈敏度和可靠性，測量精度達(dá)到微秒級，成本只有國外同類產(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。作品可檢測應(yīng)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(jī)構(gòu)和生產(chǎn)質(zhì)檢部門可使用該作品對樹木進(jìn)行無損檢測，解決科學(xué)實驗和生產(chǎn)實踐中的具體問題。本作品已在天目山國家自然保護(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。經(jīng)過科技查新部門檢索，本作品為國內(nèi)真正實用的首款具有自主知識產(chǎn)權(quán)的木材應(yīng)力波無損檢測儀。目前我國使用的無損檢測設(shè)備主要依靠進(jìn)口，價格昂貴，市場占有率不高，因此本作品具有很強(qiáng)的市場競爭力和廣闊的應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 隨著電子、光學(xué)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前，國際上應(yīng)用于木材檢測的無損檢測技術(shù)有多種，如射線檢測法、超聲波檢測法、核磁共振檢測法、應(yīng)力波檢測法等。由于應(yīng)力波技術(shù)比其它無損檢測技術(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(guān)注，在實踐中也有了較好的應(yīng)用。 應(yīng)力波無損檢測技術(shù)的基本原理是，利用脈沖錘敲擊被測木材樣本，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)部的傳播過程，并在計時器上顯示應(yīng)力波的傳播時間。根據(jù)應(yīng)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(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，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，已經(jīng)在木材無損檢測方面有了一定程度的應(yīng)用。隨著計算機(jī)技術(shù)與傳感技術(shù)的快速發(fā)展，應(yīng)力波檢測儀器也隨之產(chǎn)生。目前，市場上主流的產(chǎn)品有美國的Metriguard公司生產(chǎn)的便攜式應(yīng)力波計時器Metriguard Model 239A Stress Wave Timer，德國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Frank Rinn公司研制的ARBOTOM等。這類應(yīng)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(yīng)力波，而且還能對野外樹木缺陷進(jìn)行檢測。但國內(nèi)關(guān)于應(yīng)力波木材無損檢測設(shè)備的研發(fā)尚處于起步階段，未見有實用產(chǎn)品。我國林業(yè)系統(tǒng)使用的應(yīng)力波檢測儀器主要依靠從國外進(jìn)口，價格昂貴。 在木材質(zhì)量檢測方面，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)檢測上，而對木材腐朽，特別是原木內(nèi)部缺陷的檢測研究比較少。利用應(yīng)力波檢測木材內(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)力波信號處理中的應(yīng)用問題；基于應(yīng)力波技術(shù)的原木腐朽特征專家系統(tǒng)的建立問題；適合于立木性質(zhì)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(yīng)力波木材內(nèi)部缺陷無損檢測法。
