专利名称：一种活立木木材密度准无损检测方法
技术领域：
本发明涉及活立木材性评价领域，尤其涉及一种基于阻抗曲线的能够快速地、准无损地对活立木木材基本密度进行检测的方法。
背景技术：
木材密度是木材重要的物理性质，与木材力学性质和木材利 用有着密切的关系。它是评价木材质量、等级、強度等特性的ー个重要指标。长期以来，在测量活立木的木材密度时，林业工作者常采用的传统方法是排水法即利用生长锥在活立木胸高位置处取锥芯，然后在实验室再采用排水法来測量木材的基本密度。这种方法所存在的不足有①测试过程繁琐、费时，通常试样浸泡至饱水状态约需7-10天；②对活立木会造成创伤，一般会在活立木表皮留下4-12mm的孔洞。因此，需要探讨快速无损的方法来替代这种传统的活立木木材密度检测方法。近年来，部分研究者采用Pilodyn方法对活立木的木材密度进行了检测研究，该方法工作原理是以预先设定好的能量，将具有一定直径的探针射入到活立木内部，根据钢针射入深度与木材性质之间的相关性，来预测活立木的木材密度。该方法具有快速測定和对活立木损伤较小等优点，但存在的不足是，探针的射入深度有限，对于直径较大的活立木，探针仅停留在活立木边材部位，因而对于活立木的外侧密度具有较好预测效果，而对活立木整个径向的密度预测并不理想。另外，树皮对测试具有较大的影响，有时需要剥去树皮进行测试才能得到比较理想的結果，这样则会对活立木带来新的创伤。因此，仍然需要探讨新型的能够快速的、准确的、对活立木损伤比较小的活立木木材基本密度的检测方法。

发明内容
基于上述现有技术所存在的问题，本发明的具体实施方式
是提供ー种基于阻抗曲线的能够快速地、准无损地对活立木木材基本密度进行检测的方法。该方法克服了排水法所存在的检测过程繁杂、测试费时等缺点，能够在不伐倒活立木的条件下对其木材密度进行快速地现场检测，对活立木损伤非常小，接近于无损伤。该方法还克服了探针刺入活立木内部较浅，难以准确反映活立木整个径向木材密度的缺点，能够依据活立木胸径大小，选取长度适合的探针，获取活立木整个径向或者至少超过径向长度一半的阻抗曲线，并据此对活立木的木材密度进行计算。本发明所提供的这种活立木木材密度准无损检测方法的步骤如下(I)选取活立木样本若干棵(一般大于30),对其进行标号；(2)针对每ー棵活立木样本，量取其胸径，并在胸高位置处，由南向北，采用树木针式阻抗仪进行测试，采集活立木样本胸高处横断面内整个径向或者至少超过径向长度一半的阻抗曲线；(3)在树木针式阻抗仪测试位置附近，采用生长锥采集锥芯，并制成标准试样，利用排水法測定试样饱水时的体积，利用烘干法測定试样的绝干质量，计算木材试样的基本密度；(4)对上述步骤(2)采集到的阻抗曲线，进行处理，去掉阻抗曲线中反映树皮的那一部分，对反映活立木样本内木质部分的阻抗曲线进行分析；(5)对上述阻抗曲线进行基线校正、均值化处理、一阶导数处理等数学处理，得到反映活立木样本胸高位置处径向上木质部的阻抗值；(6)采用最小二乗法对上述阻抗值和上述步骤(3)测试得到的木材基本密度进行回归分析，构建活立木木材密度预测模型；(7)依据所构建模型的相关系数、标准差、变异系数等指标，采用数学方法，对上述所构建的活立木木材密度预测模型进行校正和优化；

(8)利用上述优化后的模型，分析未知活立木的木材密度。所述步骤(I)中活立木样本包括阔叶树和针叶树样本。所述步骤(2)中树木针式阻抗仪测试在活立木表皮留下的孔洞直径< 2mm，对活立木损伤非常小，接近于无损。所述步骤(2)中树木针式阻抗仪在活立木上的测试方向并不仅限于由南向北，需根据活立木形状来具体确定。所述步骤(5)中处理的阻抗曲线分为两种情况当活立木样本胸径较小时，采用贯穿活立木胸高处横断面内整个径向木质部的阻抗曲线；当活立木样本胸径较大时，根据胸径大小，计算从样本边材到髓心的长度，即胸径的一半，采用反映这ー长度的阻抗曲线。


图I为本发明所提供方法依据的阻抗曲线图。图2为本发明所提供方法建立的活立木木材密度预测模型图。
具体实施例方式本发明的典型实施例测量活立木木材密度准无损检测方法的步骤如下(I)活立木样本选取。选取样本活立木若干棵(一般大于30),对其进行标号；(2)活立木样本测试。针对每ー棵活立木样本，量取其胸径，并在胸高位置(距地面130cm)处，由南向北，采用树木针式阻抗仪进行测试，采集活立木样本胸高处横断面内整个径向或者至少超过径向长度一半的阻抗曲线；(3)木材基本密度测试及计算。在树木针式阻抗仪测试位置附近，采用生长锥采集锥芯，并制成标准试样，利用排水法測定试样饱水时的体积，利用烘干法测定试样的绝干质量，计算木材试样的基本密度；(4)阻抗曲线预处理。对上述采集到的阻抗曲线，进行处理，去掉阻抗曲线中反映树皮的那一部分，对反映活立木样本内木质部分的阻抗曲线进行分析；(5)阻抗值获取。对上述预处理后的阻抗曲线进行基线校正、均值化处理、一阶导数处理等数学处理，得到反映活立木样本胸高位置处径向上木质部的阻抗值；(6)活立木木材密度预测模型构建。采用最小二乗法对上述阻抗值和上述(3)测试得到的木材基本密度进行回归分析，建立活立木木材密度预测模型；
(7)活立木木材密度预测模型优化。依据所建立模型的相关系数、标准差、变异系数等指标，釆用数学方法，对上述所构建的活立木木材密度预测模型进行校正和优化；(8)活立木木材密度判定。利用上述优化后的模型，分析未知活立木的木材密度。以上所述，为本发明较佳的具体实施方式
，本发明的保护范围并不局限于所列具体实施方式
，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。本发明实施例测试结果见表I。表1阻抗法测定密度与排水法测定密度比较
权利要求
1.一种活立木木材密度准无损检测方法，其特征在于包括以下步骤 (1)选取活立木样本若干棵(一般大于30),对其进行标号； (2)针对每一棵活立木样本，量取其胸径，并在胸高位置处，由南向北，采用树木针式阻抗仪进行测试，采集活立木样本胸高处横断面内整个径向或者至少超过径向长度一半的阻抗曲线； (3)在树木针式阻抗仪测试位置附近，采用生长锥采集锥芯，并制成标准试样，利用排水法测定试样饱水时的体积，利用烘干法测定试样的绝干质量，计算木材试样的基本密度； (4)对上述步骤(2)采集到的阻抗曲线，进行处理，去掉阻抗曲线中反映树皮的那一部分，对反映活立木样本内木质部分的阻抗曲线进行分析； (5)对上述阻抗曲线进行基线校正、均值化处理、一阶导数处理等数学处理，得到反映活立木样本胸高位置处径向上木质部的阻抗值； (6)采用最小二乘法对上述阻抗值和上述步骤(3)测试得到的木材基本密度进行回归分析，构建活立木木材密度预测模型； (7)依据所构建模型的相关系数、标准差、变异系数等指标，采用数学方法，对上述所构建的活立木木材密度预测模型进行校正和优化； (8)利用上述优化后的模型，分析未知活立木的木材密度。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述步骤(I)中活立木样本包括阔叶树和针叶树样本。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述步骤(2)中树木针式阻抗仪测试在活立木表皮留下的孔洞直径< 2mm，对活立木损伤非常小，接近于无损。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述步骤(2)中树木针式阻抗仪在活立木上的测试方向并不仅限于由南向北，需根据活立木形状来具体确定。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述步骤(5)中处理的阻抗曲线分为两种情况当活立木样本胸径较小时，采用贯穿活立木胸高处横断面内整个径向木质部的阻抗曲线；当活立木样本胸径较大时，根据胸径大小，计算从样本边材到髓心的长度，即胸径的一半，采用反映这一长度的阻抗曲线。
全文摘要
一种活立木木材密度检测方法，该方法克服了传统方法存在的检测过程繁杂、费时、对活立木损伤大等缺点，能够基于阻抗曲线快速、准无损地检测活立木的木材基本密度。其步骤是a.活立木样本选取并采用树木针式阻抗仪进行测试，采集样本胸高处的阻抗曲线；b.利用排水法测定木材试样的基本密度；c.对采集的阻抗曲线进行预处理和分析，得到木材阻抗值；d.采用最小二乘法对阻抗值和木材基本密度进行回归分析，建立活立木木材密度预测模型；e.对模型进行校正和优化，利用构建模型分析未知活立木的木材密度。
文档编号G01N9/02GK102735580SQ201210244058
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月16日 优先权日2012年7月16日
发明者徐华东, 杨学春, 王立海, 高珊 申请人:东北林业大学