一种基于应力波的桉树活立木内部缺陷检测方法

技术领域

本发明涉及木材缺陷检测技术领域，具体涉及一种基于应力波的桉树活立木内部缺陷检测方法。

背景技术

活立木是一种生物体，它在刮伤、擦伤等外部条件刺激和内部机能降低的情况下，容易产生腐朽。活立木腐朽危害很大，影响林木健康，导致森林质量下降，及早发现腐朽能减少木材大量的损失，且对单一活立木来说，它还造成活立木材积损失。有研究表明，美国木材因腐朽产生的损失大约相当于当年木材生产量的15％，腐朽产生的损失相当于其他病害产生损失总和的2倍。若能及早发现活立木腐朽，并以此进行精准治疗，可有效降低木材因腐朽而造成的损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于应力波的桉树活立木内部缺陷检测方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于应力波的桉树活立木内部缺陷检测方法，包括以下步骤：

S1、设置多个标准样地，选取标准样地中多棵健康桉树作为活立木样本；

S2、基于应力波测量法计算每棵活立木样本在树径方向上的应力波波速；

S3、计算活立木样本的临界波速，具体计算公式为：

其中，V

S4、基于应力波测量法计算待测桉树活立木在树径方向上的应力波波速，若测得的应力波波速小于临界波速，则视为该桉树活立木内部存在缺陷；若测得的应力波波速大于或等于临界波速，则视为该桉树活立木内部健康。

优选地，步骤S1中所述标准样地的设置个数至少3个，标准样地的规格为20m×20m。

优选地，步骤S1中健康桉树的选取方法为：通过人员实地观测，用小锤子敲击、目视综合鉴别树干内部健康情况，选取实地观测健康的桉树作为活立木样本。

优选地，步骤S2和步骤S4中所述应力波测量法具体为：

A1：将桉树活立木两个预设高度的横截面分别作为检测位置，利用卷尺对要测量的桉树活立木横截面进行12等分，并用记号笔做好标记；

A2：采用Haglof测径仪测量标号1与标号1′、标号2与标号2′、标号3与标号3′、标号4与标号4′、标号5与标号5′、标号6与标号6′的距离并记录，其中每组标号分别位于桉树活立木相对的两侧；

A3：将Fakopp应力波微秒计的发射端探针插入标号为1的位置处，接收端探针插入标号为1′的位置处，至传感器与木质部连接稳固；再通过敲击位置1处的发射端探针，测得应力波在两个测量位置之间的传播时间并在应力波微秒计上显示出来，重复敲击三次记录平均值；

A4：分别在标号2与标号2′，标号3与标号3′，标号4与标号4′，标号5与标号5′，标号6与标号6′之间重复步骤A3，每个横截面测量得到6组数据，共12组数据；

A5：分别计算12组数据的应力波波速，具体计算公式为：

其中，V为应力波波速；D为传感器发射端与接收端间直线距离，即树径；T为各组标号的两点间应力波传播时间；

A6：计算12组数据的应力波波速的平均值，并将平均值作为该棵桉树活立木的应力波波速。

优选地，步骤A1中将桉树活立木胸高处作为检测位置1，将桉树活立木伐根处的作为检测位置2；所述检测位置1距离地面1.3m，检测位置2距离地面0-10cm。

优选地，步骤S3中数学期望取临界波速右侧概率为p＝95％，即μ＝1.645。

采用上述技术方案后，本发明具有如下有益效果：本发明首先选取一些健康桉树作为活立木样本，再基于应力波测量法计算每棵活立木样本在树径方向上的应力波波速，进而得到活立木样本的临界波速，并可以此临界波速作为评价标准，今后只需实地检测计算待测桉树活立木在树径方向上的应力波波速，即可快速判断出该待检测桉树活立木是否存在内部缺陷，检测速度快，准确率高，几乎不对桉树活立木造成损伤，可为桉树活立木的保护和监测提供数据支撑。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的应力波检测示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

以尾巨桉无性系(7年生)为检测对象，检测活立木内部存在腐朽或空洞为目标。

如图1至图2所示，一种基于应力波的桉树活立木内部缺陷检测方法，包括以下步骤：

S1、设置多个标准样地，选取标准样地中多棵健康桉树作为活立木样本；

步骤S1中所述标准样地的设置个数为3个，标准样地的规格为20m×20m；

步骤S1中健康桉树的选取方法为：通过经验丰富的人员实地观测，用小锤子敲击、目视综合鉴别树干内部健康情况，选取实地观测健康的桉树作为活立木样本；经实地观测，最终共获得94个活立木样本；

S2、基于应力波测量法计算每棵活立木样本在树径方向上的应力波波速；

所述应力波测量法具体为：

A1：将桉树活立木两个预设高度的横截面分别作为检测位置，利用卷尺对要测量的桉树活立木横截面进行12等分，并用记号笔做好标记；

步骤A1中将桉树活立木胸高处作为检测位置1，将桉树活立木伐根处的作为检测位置2；所述检测位置1距离地面1.3m，检测位置2距离地面0-10cm；

A2：采用Haglof测径仪测量标号1与标号1′、标号2与标号2′、标号3与标号3′、标号4与标号4′、标号5与标号5′、标号6与标号6′的距离并记录，其中每组标号分别位于桉树活立木相对的两侧；

A3：将Fakopp应力波微秒计的发射端探针插入标号为1的位置处，接收端探针插入标号为1′的位置处，至传感器与木质部连接稳固；再通过敲击位置1处的发射端探针，测得应力波在两个测量位置之间的传播时间并在应力波微秒计上显示出来，重复敲击三次记录平均值；

A4：分别在标号2与标号2′，标号3与标号3′，标号4与标号4′，标号5与标号5′，标号6与标号6′之间重复步骤A3，每个横截面测量得到6组数据，共12组数据；

A5：分别计算12组数据的应力波波速，具体计算公式为：

其中，V为应力波波速；D为传感器发射端与接收端间直线距离，即树径；T为各组标号的两点间应力波传播时间；

A6：计算12组数据的应力波波速的平均值，并将平均值作为该棵桉树活立木的应力波波速；

S3、计算活立木样本的临界波速，具体计算公式为：

其中，V

步骤S3中数学期望取临界波速右侧概率为p＝95％，即μ＝1.645；

其中，所测94棵桉树活立木样本的测量结果如表1所示；

表1

S4、基于应力波测量法计算待测桉树活立木在树径方向上的应力波波速，若测得的应力波波速小于临界波速，则视为该桉树活立木内部存在缺陷；若测得的应力波波速大于或等于临界波速，则视为该桉树活立木内部健康；

所述应力波测量法具体为：

A1：将桉树活立木两个预设高度的横截面分别作为检测位置，利用卷尺对要测量的桉树活立木横截面进行12等分，并用记号笔做好标记；

步骤A1中将桉树活立木胸高处作为检测位置1，将桉树活立木伐根处的作为检测位置2；所述检测位置1距离地面1.3m，检测位置2距离地面0-10cm；

A2：采用Haglof测径仪测量标号1与标号1′、标号2与标号2′、标号3与标号3′、标号4与标号4′、标号5与标号5′、标号6与标号6′的距离并记录，其中每组标号分别位于桉树活立木相对的两侧；

A3：将Fakopp应力波微秒计的发射端探针插入标号为1的位置处，接收端探针插入标号为1′的位置处，至传感器与木质部连接稳固；再通过敲击位置1处的发射端探针，测得应力波在两个测量位置之间的传播时间并在应力波微秒计上显示出来，重复敲击三次记录平均值；

A4：分别在标号2与标号2′，标号3与标号3′，标号4与标号4′，标号5与标号5′，标号6与标号6′之间重复步骤A3，每个横截面测量得到6组数据，共12组数据；

A5：分别计算12组数据的应力波波速，具体计算公式为：

其中，V为应力波波速；D为传感器发射端与接收端间直线距离，即树径；T为各组标号的两点间应力波传播时间；

A6：计算12组数据的应力波波速的平均值，并将平均值作为该棵桉树活立木的应力波波速；

检测验证：

在桉树林，随机选取179棵作为待测桉树活立木，先通过步骤S4的方法进行检测，然后再将其伐倒、剖开进行验证，其中，有171棵桉树活立木检测结果为准确，有8棵桉树活立木检测结果为不准确，由此可知，本发明基于应力波的桉树活立木内部缺陷检测方法的检测准确率可达95.53％，临界波速建立完成后，可以临界波速作为评价标准，今后只需实地检测计算待测桉树活立木在树径方向上的应力波波速，即可快速判断出该待检测桉树活立木是否存在内部缺陷，检测速度快，准确率高，几乎不对桉树活立木造成损伤，可为桉树活立木的保护和监测提供数据支撑。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。