本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種利用空氣耦合式超聲波檢測樹木年輪參數(shù)的方法，同時還涉及實現(xiàn)該方法的裝置，屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括將待測樹木圓盤放置在超聲波發(fā)射探頭和接收探頭之間、控制待測樹木圓盤按預(yù)定的步幅步進移動并接收超聲波信號、將發(fā)射與接收到的超聲波信號進行脈沖壓縮并判斷是否已超出待測樹木圓盤邊界、分析接收到的超聲波信號幅度變化趨勢、計算平均年輪寬度與晚材率等參數(shù)。本發(fā)明專利技術(shù)的顯著優(yōu)點是：不需要人眼觀察，避免人眼疲勞，提高了檢測效率和精度；檢測結(jié)果不受待測樹木圓盤的加工精度以及表面顏色的影響；采用了調(diào)頻信號脈沖壓縮技術(shù)，能夠顯著提高接收到超聲波信號信噪比，進一步提高檢測精度。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術(shù)涉及一種利用空氣耦合式超聲波檢測樹木年輪參數(shù)的方法，同時還涉及實現(xiàn)該方法的裝置，屬于檢測
。該方法包括將待測樹木圓盤放置在超聲波發(fā)射探頭和接收探頭之間、控制待測樹木圓盤按預(yù)定的步幅步進移動并接收超聲波信號、將發(fā)射與接收到的超聲波信號進行脈沖壓縮并判斷是否已超出待測樹木圓盤邊界、分析接收到的超聲波信號幅度變化趨勢、計算平均年輪寬度與晚材率等參數(shù)。本專利技術(shù)的顯著優(yōu)點是：不需要人眼觀察，避免人眼疲勞，提高了檢測效率和精度；檢測結(jié)果不受待測樹木圓盤的加工精度以及表面顏色的影響；采用了調(diào)頻信號脈沖壓縮技術(shù)，能夠顯著提高接收到超聲波信號信噪比，進一步提高檢測精度。【專利說明】
本專利技術(shù)涉及一種樹木年輪的檢測方法，尤其是一種利用空氣耦合式超聲波檢測樹 木年輪參數(shù)的方法，同時還涉及實現(xiàn)該方法的裝置，屬于檢測
。 一種樹木年輪的空氣耦合式超聲波檢測方法及裝置
技術(shù)介紹
樹木年輪具有定年準確、連續(xù)性強、分辨率高和地域分布廣泛、易于獲取復(fù)本等特 點，是研究全球氣候與環(huán)境變化的重要手段之一。年輪中蘊含的晚材率等信息可以作為衡 量木材強度的標準，對林木選種、木材識別與合理利用等都有重要的指導意義。 傳統(tǒng)的年輪檢測主要依靠人工操作顯微鏡讀取年輪寬度值，效率低、處理方法繁 瑣、費時費力。在判讀年輪、測量年輪寬度時，需要長時間注視顯微鏡，極易陷入視力疲勞， 降低檢測精度。 近年來，很多學者提出了利用圖像處理技術(shù)檢測年輪參數(shù)，首先利用數(shù)碼相機或 攝像頭對經(jīng)過加工的樹木圓盤拍照，再通過灰度轉(zhuǎn)換、圖像增強、分割等運算，得到年輪參 數(shù)。這種測定方法減少了檢測過程中的人工參與，提高了檢測精度和效率，但其實質(zhì)是通過 顏色差異對早材、晚材進行區(qū)分，但樹木橫截面上的色斑、邊材心材的顏色差異等都會導致 檢測結(jié)果出現(xiàn)較大誤差。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于：針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，提出一種無需人工干預(yù)、不受 待測樹木色斑、顏色差異影響，可以精確檢測樹木年輪的空氣耦合式超聲波檢測方法，同時 給出相應(yīng)的檢測裝置。 研究表明，空氣耦合式超聲波檢測中，接收到的超聲波信號幅度主要受兩個因素 影響：材料的聲阻抗與材料表面透射率。 超聲波在介質(zhì)中傳播時，聲阻抗Z等于密度p與傳播速度￥的乘積，S卩= 介 質(zhì)的密度#越大，則聲阻抗Z越大，穿透介質(zhì)后的聲壓就越低。 空氣耦合式超聲波從空氣進入待測材料時時，會出現(xiàn)明顯的折射與反射現(xiàn)象，只 有極少數(shù)能量的超聲波能透射過待測木材，透射率Γ為： 【權(quán)利要求】1. 一種樹木年輪的空氣耦合式超聲波檢測方法，其特征在于包括以下基本步驟： 第一步、將待測樹木圓盤放置在超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭之間，并調(diào)整超聲 波發(fā)射探頭，使超聲波束的焦點位于待測樹木圓盤的中心； 第二步、控制待測樹木圓盤按預(yù)定的步幅步進移動，并由超聲波接收探頭接收超聲波 發(fā)射探頭發(fā)射的超聲波信號； 第三步、根據(jù)接收到的超聲波信號幅度判斷是否已超出待測樹木圓盤邊界，如否則反 饋第二步，如是則進行下一步； 第四步、以接收到的超聲波信號一個完整的峰-谷-峰變化過程對應(yīng)一個年輪，統(tǒng)計出 待測樹木圓盤的年輪數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述樹木年輪的空氣耦合式超聲波檢測方法，其特征在于：還包括 第五步，計算平均年輪寬度和晚材率。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述樹木年輪的空氣耦合式超聲波檢測方法，其特征在于：所 述超聲波發(fā)射探頭發(fā)出的超聲波信號為帶漢明窗的Chirp脈沖信號，所述Chirp脈沖信號式中，Γ是信號持續(xù)時間，單位微秒是起始頻率，單位千赫；是帶寬，單位兆赫Μ 是時間變量，單位微秒。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述樹木年輪的空氣耦合式超聲波檢測方法，其特征在于：所述第 三步中，工控機將所述脈沖信號進行脈沖壓縮運算后再進行比較。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述樹木年輪的空氣耦合式超聲波檢測方法，其特征在于：所述脈 沖壓縮運算按下式進行式中，iepCO是壓縮后脈沖信號幅度，〇C/)是發(fā)射的脈沖信號C(i)的頻譜；l^C/)是 接收到的超聲波脈沖信號汽0頻譜的共軛；為傅里葉逆變換；Re〇為復(fù)數(shù)的實部。6. 實現(xiàn)權(quán)利要求1所述樹木年輪的空氣耦合式超聲波檢測方法的檢測裝置，其特征在 于：包括工控機； 所述工控機通過信號發(fā)生器控制的發(fā)射探頭，用以受控向樹木圓盤發(fā)射超聲波信號； 所述發(fā)射探頭相對位置安置的接收探頭，用以接收超聲波發(fā)射探頭發(fā)射的超聲波信 號； 所述工控機通過驅(qū)動電路控制的步進直線滑臺，所述直線滑臺位于所述發(fā)射探頭和接 收探頭之間，用以安置樹木圓盤并帶動其按預(yù)定步幅步進； 所述接收探頭通過前置放大器和數(shù)據(jù)采集卡接工控機的檢測信號接收端，用以將接 收到的超聲波信號放大并轉(zhuǎn)換為幅度數(shù)字信號后傳輸給工控機記錄存儲，并由工控機根據(jù) 接收到的超聲波信號幅度數(shù)字信號判斷是否已超出待測樹木圓盤邊界，如否則控制繼續(xù)檢 測，如是則以一個完整的峰-谷-峰變化過程對應(yīng)一個年輪，統(tǒng)計出待測樹木圓盤的年輪 數(shù)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的檢測裝置，其特征在于：所述信號發(fā)生器由用以與工控機通 訊連接的USB接口電路、用以生成帶漢明窗Chirp脈沖信號的信號發(fā)生電路、用以將生成信 號放大輸出的功率放大電路構(gòu)成。【文檔編號】G01N29/09GK104101650SQ201410353275【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日 【專利技術(shù)者】方益明, 魯植雄, 劉奕貫 申請人:南京農(nóng)業(yè)大學本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種樹木年輪的空氣耦合式超聲波檢測方法，其特征在于包括以下基本步驟：第一步、將待測樹木圓盤放置在超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭之間，并調(diào)整超聲波發(fā)射探頭，使超聲波束的焦點位于待測樹木圓盤的中心；第二步、控制待測樹木圓盤按預(yù)定的步幅步進移動，并由超聲波接收探頭接收超聲波發(fā)射探頭發(fā)射的超聲波信號；第三步、根據(jù)接收到的超聲波信號幅度判斷是否已超出待測樹木圓盤邊界，如否則反饋第二步，如是則進行下一步；第四步、以接收到的超聲波信號一個完整的峰?谷?峰變化過程對應(yīng)一個年輪，統(tǒng)計出待測樹木圓盤的年輪數(shù)。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：方益明，魯植雄，劉奕貫，
申請(專利權(quán))人：南京農(nóng)業(yè)大學，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32
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