结构用材应力波无损评价研究现状与展望

在介绍结构用材使用及发展状况的同时,对国内外应力波无损评价技术在木结构及结构用材领域的研究进行阐述,具体介绍应力波技术在木结构、结构用原木、锯材和胶合材方面的应用,最后对结构用材应力波无损评价的进一步发展进行展望。     

应力波木材无损检测信号采集系统

应力波木材无损检测技术可在不破坏木材使用性能的前提下,快速的检测出木材的尺寸、规格和基本物理性质等,基于此优点,应力波无损检测技术近几年越来越受到青睐。应力波在木材中传播时,如遇到裂缝、孔洞、裂纹等界面不连续处,就会发生反射、折射、散射和模式转换,对缺陷有很高的敏感性。基于应力波的这种敏感性,本文对应力波在木材中传输时的信号进行采集,通过对采集信号进行频谱分析、小波变换等处理,可进一步得到应力波在木材中的传播速度等参数,从而为鉴别木材的缺陷提供更多的信息。     

应力波无损检测技术及其在木结构古建筑保护中的应用

介绍了应力波无损检测技术的基本原理, 回顾了应力波技术在古建筑保护中的应用进展及存在的问题, 最后对发展前景进行了展望, 并给出进一步研究的建议。     

3种无损检测方法评估巨尾桉木材抗弯和抗压强度性质

为探讨不同无损检测方法评估木材强度性质的可行性及可靠性,该文分别运用纵向基频振动、超声波和应力波3种无损检测方法,对由广西东门林场采集的34株14年生巨尾桉人工林加工的191个无疵小试样进行了抗弯和抗压强度性质预测。首先采用3种无损检测设备获得无疵小试样的动态弹性模量,然后进行抗弯弹性模量（MOE）、抗弯强度（MOR）和顺纹抗压强度（σc）的测定,并分析3种无损检测结果与木材强度性质的关系。结果表明:纵向基频振动法、超声波法和应力波法获得的动态弹性模量Efr、Eus和Esw与静态MOE的相关系数分别为0.816 6、0.788 9和0.634 7,均在0.001水平上显著相关;与MOR的相关系数分别为0.694 0、0.683 0和0.567 3,均在0.001水平上显著相关;与σc的相关系数分别为0.810 3、0.809 3和0.648 9,均在0.001水平上显著相关;其中应力波法测得的动态弹性模量Esw与木材强度性质的相关系数均为最低。可见,纵向基频振动法和超声波法能够比较精准地预测国标无疵小试样的MOE、MOR和σc,但应力波方法对无疵小试样进行测定时具有一定局限性。      

基于近红外高光谱图像技术的栗果品质无损检测

提出一种基于近红外高光谱图像技术的板栗果实品质快速无损检测方法。分别选取3个不同品种栗果、1个品种的霉变栗果和1个品种的虫害栗果各30个样品,采集供试样品的近红外高光谱数据;采用偏最小二乘法(PLS)建立栗果中总糖和淀粉含量预测模型,预测值与实际值的相关系数为0.9313～0.9587,均方根误差为0.062 4～0.225 0;结合主成分分析法(PCA),建立不同品种栗果鉴别以及识别霉变、虫害、正常栗果的判别分析(DA)模型,模型的识别率分别为96.7%和98.6%。结果表明,近红外高光谱图像技术可用于栗果总糖和淀粉的定量预测,以及不同品种栗果和霉变、虫害果的快速定性识别。     

颗粒饲料介电特性研究及含水率模型建立

为了探究颗粒饲料的介电特性,实现颗粒饲料含水率快速检测,以畜禽、水产颗粒饲料为研究对象,采用同心轴圆筒式电容器,研究了信号频率(1～200 k Hz)、温度(10～30℃)和含水率(8.8%～19.1%)对颗粒饲料相对介电常数的影响,建立了相应的含水率预测模型。结果表明,颗粒饲料的相对介电常数随着含水率和温度的增加而增加,随着测量信号频率的增加而减小;以决定系数R2和标准差SE为评价指标,通过比较,在10 k Hz下猪、禽颗粒饲料含水率模型最佳,其决定系数R2分别为0.996 6、0.998 4;在200 k Hz下,水产颗粒饲料含水率模型最佳,其决定系数R2为0.999 2。经过实验验证,预测颗粒饲料含水率的绝对误差范围在±1.1%,说明基于介电特性预测颗粒饲料含水率是可行的,为基于介电特性颗粒饲料水分检测仪的开发提供了指导意义。     

计算机断层扫描技术在木材科学中应用研究进展

计算机断层扫描（CT）技术作为一种高质、高效的无损检测技术,具有重建图像分辨率高、速度快等优点。鉴于该技术在医学领域取得的重大成就,国内外学者基于CT技术对木材做了大量研究,并将其应用于木材科学研究领域,验证了CT技术在木材检测和木材加工领域的可行性,同时取得了良好的使用效果。文中综述了CT技术在木材缺陷检测、木材宏观构造检测和木材切割中应用的研究进展,分析了现有技术存在的问题,展望了CT技术在木材科学领域的应用前景。     

基于光纤探头的洋葱近红外光谱检测的数值模拟

利用Monte Carlo方法模拟光在洋葱组织内部的传输特性,并结合采用光纤探头的接触式测量条件,对漫反射检测信号进行仿真计算,分析表皮厚度和光学性质对测量的影响。结果表明,表皮对信号强度有明显的衰减作用,但对平均穿透深度影响不大。在波长800nm处,探测点到入射点的距离(源探距)为0.9~2.0cm时,在保证信号强度的同时可达到0.5~0.8cm的平均穿透深度,并可检测到此深度的颈腐病害(Botrytis allii Munn.);使用直径和数值孔径较大的光纤探头可以在保证测量精度的同时提高探测灵敏度。     

基于改进惯性矩算法的冷鲜猪肉新鲜度激光散斑图像检测

为了探究激光散斑技术检测冷鲜猪肉新鲜度的可行性,用660和465 nm 2种波长的激光对宰后24 h的猪肉样本在7 d内的激光散斑图像进行采集。以时间序列散斑(time history of speckle pattern,THSP)图像的惯性矩(inertia moment,IM)作为散斑活性,研究冷鲜猪肉散斑活性随货架期的变化规律。通过分析2种波长不同行的选取对IM值的影响,发现不同波长其奇偶行IM的规律不同,并针对传统IM算法容易出现异常值、稳定性差等缺点提出3点改进:设计排序算法动态选择散斑活性最高峰及周围2个相邻行,依此计算样本IM值;改进共生矩阵的修正矩阵计算方法;改进非零元素偏离对角线距离的计算方法。结果显示,改进方法可以有效地抑制异常值干扰,冷鲜猪肉散斑活性随货架期呈现先上升后下降的变化趋势。根据测得的挥发性盐基氮值(total volatile basic nitrogen,TVB-N)和散斑活性IM值建立猪肉新鲜度等级预测模型,结果显示465 nm波长的激光判别效果要好于660 nm激光,其训练集和预测集的识别率能达到87.5%和89.29%。试验结果表明利用激光散斑技术检测冷鲜猪肉新鲜度的具有可行性。     

小麦分蘖形态学特征X射线-CT无损检测

针对传统小麦分蘖形态学特征需采用人工接触或有损方法获取,不仅过程繁琐、主观性强而且会影响小麦后续生长。为实现小麦分蘖性状快速、准确、无损测量,该文提出一种基于X射线断层成像的小麦分蘖形态学特征提取方法。首先构建了小麦分蘖X-ray CT断层扫描成像系统,采用滤波反投影(filtered back projection,FBP)断层重建算法和图形处理单元(graphics processing unit,GPU)加速算法快速获取小麦分蘖茎秆断层图像,设计了专门的分蘖图像分析算法实现对小麦分蘖形态学特征参数(分蘖数、分蘖角度、分蘖茎粗和分蘖壁厚)的无损检测。该研究对107株小麦植株测量结果表明:分蘖数测量准确率可达100%,分蘖角度、茎粗和壁厚的平均测量误差分别为3.65%,4.84%和7.86%。该技术相较于人工测量方法和石蜡切片方法,能够对小麦分蘖形态学特征进行较为精准无损检测,实现单株测量效率约200 s,对于小麦功能基因组和抗倒伏能力品种的筛选具有重要的研究意义。