２０１１年７月 第２４卷第４期 黑龙江生态工程职业学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｕ１．２０１ｌ Ｖｏ１．２４ Ｎｏ．４ 木材无损检测技术的应用研究综述 王凤清徐利龙 （绥阳林业局，黑龙江绥阳１５７２１２） 摘要：介绍了木材无损检测中的几种常用方法，指出了当下木材检测中存在的主要问题及未来木材检测技术 的发展趋势。 关键词：木材性质；缺陷；无损检测 中图分类号：￥７８１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４—６３４１（２０１１）０４—００３０—０３ 木材无损检测技术是指通过当今先进的电子、光学和计 算机等技术结合木材本身的特性对木材性质进行非破坏性 检测的技术。木材无损检测技术最初于２０世纪６０年代后 期在欧美、日本等发达国家兴起，用于原木的分等及木制品 的质量评价，现代科学技术的迅速发展为木材无损检测技术 提供了新的理论和物质基础，使木材检测技术得到了飞速发 展，运用于木材元损检测的方法也由最初的几种增加到几十 刨花板和纤维板厚度方向的密度分布值。吴海军 应用ｘ 射线检测技术对细木工板缺陷进行研究，并对缺陷进行了成 像处理，研究表明ｘ射线成像方法能够将细木工板胶接处的 情况清晰呈现。李永生 对ｘ射线检测木材缺陷成像技术 进行了研究，运用模糊分析对图像进行去噪处理，处理后的 图像清晰度明显增加，对木材内部缺陷的检测效果明显。 １．２应力波检测 种，而且可检测范围也涵盖了原木、木制品及活立木的物理 力学性质、化学性质、内部缺陷和生长特性等，在众多的木材 检测方法中，发展最成熟，应用最广泛的方法主要有：ｘ射线 检测、应力波检测、超声检测等。 １木材无损检测的国内外研究进展 １．１ Ｘ射线检测 １．２．１基本原理 应力波检测技术的基本原理是给木材或木制品施加一 定的机械应力，被测物体在受应力作用时就会在内部产生相 应的应力波传播，由于木材内部的缺陷或品质的变化，波的 传播时间就会不同，通过一定的装置或手段收集波的传播时 间及根据木材动弹性模量 、应力波传播速度 及木材的密 度Ｐ之间的关系Ｅ＝ｐ俨就能对被测物的相关性质进行预 测。 １．１．１基本原理 ｘ射线的特点是具有很强的穿透性，能够穿透可见光不 能穿透的物体，而且在穿透物体的同时将和被检测物体发生 复杂的物理和化学作用，如果被检测物体的组成不均匀或存 在缺陷，就会引起透射射线强度的变化，那么利用感光胶片来 体现出射线强度的变化，就可以对被测物体性质进行检测。 １．１．２国内外研究现状 １．２．２国内外研究现状 Ｒｏｓｓ 等于１９６２年最早利用应力波检测技术对红橡树 立木腐朽部位进行检测。１９９４年ｗａｒｄ¨ 等人用应力波技术 对厚度为３０ｍｍ、长度为１５０～２３０ｍｍ的板材进行检测，结果 表明应力波在有缺陷的板材中的传播时间比在正常板材中 早在上世纪６Ｏ年代木材检测技术刚刚兴起时，法国林 业科学家就利用ｘ射线检测技术对木材的密度进行了预测， Ｓｃｈａｊｅｒ…于２００１年使用ｘ射线对木材的弯曲强度及内部的 节子和位置进行了研究，研究表明，利用ｘ射线检测技术能 够对内部节子和位置进行准确定位，同时能够预测木材的弯 曲强度，相关系数可达０．８２；日本东京大学应用ｘ射线检测 技术结合ＣＴ成像技术研制出一种便携式检测木材年轮的装 的传播时间要长，通过传播时间的不同就可以判断木材内部 是否有缺陷，检测准确率高达９３％。２００４年Ｂｒａｓｈａｗ 采用 应力波检测技术和信号分析方法对干、湿两种状态下板材应 力波传播速度进行研究，结果表明，应力波在生板材中的传 播速度与板材干燥后的传播速度具有较强的线性关系。 １９９６年钟建友 等人研究了人造孔洞对应力波传播速 度的影响，实验中选用花旗松、美国西部铁杉、中密度纤维板 作为试样，研究表明木材钻孑Ｌ后，应力波传播速度有所降低， 但与钻孔位置关系不明显。２００４年王立海 等人系统地对 置，利用该装置可以快速、准确地检测木材的密度、年轮数及 年轮宽度。 许文台 于１９７９年应用ｘ射线检测技术对落叶松、杉 木、水曲柳等树种的密度进行了研究，同时研究了木材密度、 晚材率与年轮宽度之间的联系。冯星球等 利用ｘ射线检 测技术研制出一套木制品在线检测装置，利用该装置可测量 收稿日期：２０１１一Ｏ５—１８ 作者简介：王凤清（１９５８一），女，工程师。研究方向：木 材检验。 一应力波在原木中的传播理论进行了初步研究，并对部分原木 内部腐朽严重的试件进行了应力波二维图像成像研究。 ２００７年张希栋 等研究了在应力波检测技术中不同传感器 数量、不同树种不同含水率及不同敲击力度等对应力波传播 速度及成像的影响。２００８年王洋¨ 等人研究了应力波在冻 结状态白桦活立木中传播速度，研究表明，冻结状态下的径 向传播速度明显高于常温情况，同时含水率对纵向传播速度 ３０一 有较大影响，二者成负相关。２０１０年游翔飞 对应力波检 测木材缺陷中实现的二维图像进行处理及信息提取，最终实 现了原木内部腐朽三维结构形状的重现。 １．３超声波检测 １．３．１基本原理 大批量检测、野外检测及在线检测等特点，这也是未来木材 检测发展趋势所在。 ２．２木材无损检测技术的发展方向 ２．２．１便携式木材性质检测系统 超声波检测木材的原理主要是超声波在介质传播过程 中会发生衰减和散射，而当木材中存在缺陷或木制品品质发 由于木材分布及木材生产的特殊性，经常需要进行实地 检测及野外检测等，所以要求木材元损检测系统具有携带方 便、操作简单、检测简单快速、成本低廉的优点。 ２．２．２木材联合化检测 生变化时超声波的传播就将产生反射、折射和波型转换，通 过接收反射的超声波在仪器内部的电路处理，根据波形的变 化特征就能判断木材内部的缺陷位置、形状及品质变化。 由于目前应用于木材无损检测技术比较多，都各具特点 又各有局限陛，而在今后的木材检测技术研究中应结合各自 的优点，采用多种方法联合检测，根据被检测木材的形式及 特性采用不同的联合检测方式，这样能够提高检测系统精度 １．３．２国内外研究现状 １９８４年Ｂｕｃｕｒ ｔ４］等利用超声波测量了北美６个树种木 质材料的弹性性能及刚度；Ｉｓｔｖａｎ＿ 】等人运用了超声波波形 的傅立叶变换和频谱分析技术，对超声波在阿伯拉橡胶树木 棒中的传播做了研究；Ｗｉｌｃｏｘ－ｌ 等利用超声波检测对木材结 构中的腐朽缺陷做了准确的预测；Ｓａｎｄｏｚ。¨ 等在野外实地利 用超声波对木梁强度做了精确的评估；Ｎｉｅｍｚ 等研究了刨 花板的超声波传播速度，认为抗弯弹性模量与超声波传播速 度之间有着密切相关性，同时在研究中发现胶粘剂的含量和 刨花板密度对超声波传播速度有着重要影响。 戴澄月¨ 等采用超声波脉冲首波等幅法，测试了红松、 兴安落叶松、水曲柳和紫椴４种干材的顺纹和横纹超声速度 及超声弹性模量，并分析了超声参数与木材顺纹抗压强度和 抗弯强度的相关性。嵇伟兵【加 等以杉木板材为样品，利用 超声波测试仪对其动态弹性模量进行无损检测，其相关系数 达到０．９５；于文勇 通过一发多收超声波检测法，分别对无 任何缺陷的木材试样和孔洞直径大小不同的木材试样进行 检测结果的对比，找出有利于木材横纹方向孔洞检测的参 数，实现了在木材横纹方向上的孔洞检测；林文树 等通过 超声波传播参数和木材弹性模量的相应变化来确定木材内 部是否存在缺陷，并得出在孔洞较小时，无孔洞波形图与带 有孔洞波形图相差不大，但随着木材内部缺陷程度的增加， 波形的变化非常明显；江京辉 等利用超声波元损检测法 获得人工林杉木足尺规格材的动态弹性模量；刘铁男 应 用计算机层析算法对木材超声波进行处理，获得了木材内部 缺陷的超声波二维图像。 ２木材无损检测技术存在的问题及发展方向 ２．１ 木材无损检测技术中存在的问题 对于现代林业来说，对木材及木制品实施必要的检测技 术可以提高木材利用率、繁荣木材交易市场，使木材能够材 尽其用，适材适用。而从国内外林业研究人员的研究成果发 现，虽然检测方法多种多样，而且结合了当今科技的最新研 究成果，但是对于木材检测这一特殊的问题上，还存在诸多 问题，如：对于ｘ射线检测技术来说，检测结果需要通过胶片 成像来体现，这无疑就增加了检测时间和检测成本，不适用 于大批量检测，而且由于仪器的原因，不适合于在线检测与 野外检测；对于应力波检测技术来说，虽然具有操作简单、方 便的优点，但是施加机械应力的大小和位置，被测物的状态 等都会对最后的检测结果的准确性造成影响；对于超声波检 测技术来说，在检测过程中需要用到耦合剂，这就增加了检 测成本及检测时间，不适合野外检测。对于木材检测的特殊 性，需要检测方法具有快速、方便、准确、低成本、元损、适合 和识别的准确性，在一定程度上还能够降低成本。 ２．２．３活立木检测 对活立木进行检测，可以对活立木的各项指标进行逐项 检测，实时监控，从而掌握木材材性的变异性，为制定或修改 林木培育和改良的手段提供理论依据，进而实现对人工林林 木种植的高效培育。同时活立木检测技术的发展，在珍贵古 树、重要木质古建筑的保护上也有重要的指导意义。 参考文献： ［１］ＳＣＨＡＪＥＲＧ Ｓ．Ｌｕｍｂｅｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｇｒａｄｉｎｇ ｕｓｉｎｇＸ—ｒａｙ ｓｅａｌ２一 ｎｉｎｇ［Ｊ］．Ｆｏｒｅｓｔ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｊｏｕｒｎａｌ，２００１，５１（１）：４３－５０． ［２］许文台．ｘ射线检测木材实验报告［Ｊ］．森林工业通讯， １９７９，（２）：１５～１７． 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Ｊｕ１．２０１１ Ｖｏ１．２４ Ｎｏ．４ 基于杏花煤矿安全 生产信息系 统的设计 李晓艳 （鸡西大学电气与信息工程系，黑龙江鸡西１５８１００） 摘要：结合杏花煤矿的实际情况，设计了煤矿安全生产综合信息系统。它是采用信息化的手段，主要利用计 算机技术、通讯技术和网络技术来对煤矿的安全生产进行实时监控，强化监控管理，进而减少煤矿事故频发的状况。 通过对系统总体功能结构和网络结构的描述论述了杏花煤矿安全生产信息系统的设计。 关键词：煤矿；安全生产；信息系统 中图分类号：ＴＰ３９ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４—６３４１（２０１１）０４—００３２—０２ 发煤矿安全生产综合信息系统并在实际中应用是很有必要 的。 １概述 目前，煤矿安全事故不断发生，其中重要原因之一是企 业的安全生产“长效机制”还没有真正建立起来，企业安全生 ２系统总体功能结构 产信息手段落后，矿井安全监测监控体系不健全，除瓦斯监 控设备外，井下生产监测监控系统，比如温度、电力、压力、提 升、运输等监测设备也是不能令人满意。另外，对于煤矿来 杏花煤矿安全生产信息系统是一个以各级安全生产监 管单位为主体，实现对分布在管辖范围内的井区生产实时数 据的采集、存储和监控，通过安全生产数据的统计分析，为监 管部门进行科学决策提供依据，最大程度地排除事故隐患， 杜绝突发性安全事故的发生。 说，信息快速、实时的收集非常重要，但当前很多煤矿，特别 是有些偏远的、小型的煤矿，信息化装备十分落后，多数还是 传统的人工管理，有些煤矿甚至根本不具备计算机报送数据 的能力。因此，在管理难度大、地域广、人员少、任务重的情 况下，除了安装适用的监控主机、井下监控分站、瓦斯断点仪 及各种传感器实现矿井瓦斯的连续检测监控外，采用信息化 的手段利用计算机技术、通讯技术和网络技术来对煤矿的安 全生产监控系统信息进行实时监控，强化监控管理利用，开 收稿日期：２０１１—０７一ｏ２ 其系统总体功能结构如图１。 数据采集系统：由专用的接口程序组成，安装在井下监 控系统的上位机Ｐｃ上，主要负责从井下监控系统中读取数 据，并通过网络向安全生产监控中心实时发送数据。可以灵 活设置实时数据上传的周期。 网络通讯接口：本系统的实时数据传输可采取多种方 式，对于有条件的地方可通过宽带和专线的方式接入Ｉｎｔｅｒ－ ｎｅｔ，对于距离较远，不方便用有线方式连接的可采用ＧＰＲＳ／ ＣＤＭＡ或微波方式远程无线通讯。 作者简介：李晓艳（１９７１一），女，辽宁宽甸人，副教授，研 究生。研究方向：数据库。 实时数据平台：采用ＨＩＲＩＳ存储从井下监控系统中采集 ［１９］戴澄月，等．木材强度超声波检测的研究［Ｊ］．东北林业 大学学报，１９８７，１５（２）：８２～９６． ［２Ｏ］嵇伟兵，马灵飞．利用超声波检测杉木抗弯弹性模量 ［Ｊ］．浙江林业科技，２００６，２６（３）：２１～２４． ［２１］于文勇，王立海，杨慧敏，等．超声波木材缺陷检测若干 问题的探讨［Ｊ］．森林工程，２００６，２２（６）：７—９． ［２２］林文树，杨慧敏，王立海．超声波与应力波在木材内部缺 ［１４］ＢＵＣＵＲ Ｒ Ｓ．Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ ｐｏｌｅｓ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ａｃｏｕｓｉｔｃ ｐ１１１ｓｅ ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．Ｗｏｏｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９８４，１５（４）： ３０１—３１０． ［１５］ＩＳＴｖＡＮ Ｃ Ｌ．Ｕｈｒａｓｏｎｉｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ｗｏｏｄ［Ｊ］．Ｍａｔｅ． ｒｉｌａｓ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，１９９６，５４（４）：５１４—５１７． 『１６］ＷＩＬＣＯＸ Ｌ Ｌ，ＢＩＥＲＮＡＣＫＩ Ｊ Ｍ．Ｃｌａｓｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｓｔｕｄｙ ｆｏｒ ｕｓｉｎｇ ａｃｏｕｓｔｉｃ——ｕｈｒａｓｏｎｉｃｓ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｄｅｃａｙ ｉｎ ｇｉｎ・－ ｌａｍ ｂｅａｍｓ［Ｊ］．ｗ０ｏｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００１，３５ （２）：８５—９６． 陷检测中的对比研究［Ｊ］．林业科技，２００５，３０（２）：３９— ４１． ［１７］ＳＡＮＤＯＺ Ｋ Ｊ．Ｎａｔｕｒａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｌｅａｒ ｗｏｏｄｅｎ ｂｅａｍｓ，ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｗｏｏｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈ． ｎｄｏｇｙ，２００２，３６（３）：３４７—３６５． ［２３］江京辉，吕建雄，任海青．动态弹性模量用于评估不同等 级规格材的研究［Ｊ］．南京林业大学学报，２００８，３２（２）： ６３～６６． ［１８］ＮＩＥＭＺ Ａ Ｌ ｗＡＮＧ Ｊ，ＢＩＥＲＮＡｃｌ（Ｉ Ｊ Ｍ．Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｎｅｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｕｓｉｎｇ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｍｅａｓｕｒｅ— ［２４］刘铁男．基于超声波活立木内部腐朽衰减成像的研究 ［Ｄ］．哈尔滨：东北林业大学学位论文，２０１０． 责任编辑：王桂荣 ｍｅｍｓ［Ｊ］．ｗｏｏｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００１，３４（６）： ５０５ ５】６． 一３２一