基于电阻断层成像技术的立木无损探伤检测系统技术应用案例

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基于电阻断层成像技术的立木无损探伤检测系统技术应用案例随着我国经济的快速发展，各种资源的消耗量也在日益增长。而木材作为一种不可或缺的材料，其可用量却逐年降低。因此如何提高可用木材的利用率，是目前亟待解决的重要问题。

目录

一、应用场景

通过木材检测等手段合理分配木材去处，提高木材利用率，能够在一定程度上缓解我国对于木材的需求。超声波以及应力波和红外成像等检测手段在木材无损检测领域中都有了一些尝试和应用，然而这些技术在木材无损检测中虽然各具特色，但也都明显存在一些不足。电阻断层成像技术是一种典型的无损检测方法，受电阻断层成像技术启发，提出一种基于电阻断层成像技术立木探伤方法并进行了系统设计，该技术在2017年4月份黑龙江省带岭林业实验局建立试验点，利用创新研制的立木内部腐朽电阻断层成像设备对主要树种立木样本进行试验检测。

二、主要解决的问题

该技术有效的实现了无损检测活立木内部早期腐朽的判断情况，可以有效防止立木腐朽扩大、为减少木材损失提供依据。

三、技术要点

本案例受电阻断层成像技术启发，提出一种基于电阻断层成像技术立木探伤方法并进行了系统设计。电阻断层成像技术实际上是医学工程中电阻抗断层成像。电阻抗断层成像在两相流体成像方面的技术日趋成熟，在地质探测和医学人体生理特征的检测成像上已得到很多应用。然而应用电阻断层成像技术实现立木探伤检测却鲜有报道。电阻断层成像技术是一种典型的无损检测方法，其基本原理是当立木内部的电导率发生改变时，能够造成立木表面区域边界电压的波动，并且这种影响是存在规律的。这一现象的存在为我们基于电阻抗成像技术的立木无损探伤系统的实现奠定了基础。

该技术为活立木无损检测。需要在待检测的活力木检测部位四周均匀地布置上检测探针，需要现场收集数据，并进行软件反演运算根据结果进行无损检测判断。现场需要携带检测设备，笔记本等设备。为了实现检测活立木内部早期腐朽的情况，案例中设计了基于电阻断层成像技术的立木探伤检测系统。

主要有以下３点创新：

１）该系统利用AD9850芯片产生恒流源信号，同其他以单片机和FPGA为核心芯片的系统比较而言，信号稳定性更强、运算速度更快。

２）该系统使用了AD820芯片、双级放大模块以及AD637模块进行边界有效电压值的采集，具有放大倍数自动调节且采集精度高的特点。

３）文中提出的利用等位线反投影算法对边界电压值进行分析，能很好地完成立木内部电阻率成像显示，试验证明该方法的检测准确度更高且便于实现。

主要技术指标：

（1）研发立木内部腐朽电阻断层成像关键设备（样机）1套；技术指标含：

①电阻传感器8-12个；

②可便携，质量小于12kg；

③测量立木径级20-200cm。

（2）开发立木内部腐朽电阻二维断层成像软件包1个，申请软件著作权1项；

四、应用成效

该技术通过检测立木的腐朽变色，早期腐朽区域可视化实施，防止立木腐朽扩大、减少木材损失，有效地保护有限森林资源，提高森林资源质量，进而降低森林资源损失。该案例已得到国家林业局948项目项目号2014-4-78《便携式立木腐朽电阻断层成像关键技术引进》以及中央高校基本科研业务项目号为2572017EB02《基于群智能算法EIT木材内部腐朽检测问题研究》的资助，并在所在单位的帽儿山实验林场进行了现场测试，实验效果很好。

此外，在黑龙江省带岭林业实验局建立试验点，利用创新研制的立木内部腐朽电阻断层成像设备对主要树种立木样本进行试验检测，一方面建立并储备电阻信息数据库，一方面则指导森林经营实践。同时，结合前期应用应力波、阻抗仪等成熟无损检测技术，对东北地区的珍稀树种，如红松、水曲柳等，进行早期腐朽健康监测，为珍贵稀有树种的保护和合理经营提供科学依据。在此期间，举办相关技术培训充分发挥试验点的辐射作用。

该技术通过检测立木的腐朽变色，早期腐朽区域可视化实施，防止立木腐朽扩大、减少木材损失，有效地保护有限森林资源，提高森林资源质量，进而降低森林资源损失。该案例已得到国家林业局948项目项目号2014-4-78《便携式立木腐朽电阻断层成像关键技术引进》以及中央高校基本科研业务项目号为2572017EB02《基于群智能算法EIT木材内部腐朽检测问题研究》的资助，并在所在单位的帽儿山实验林场进行了现场测试，实验效果很好。

五、适用范围

该技术采用的是无损检测技术，因此适用于各种树木的立木腐朽检测，特别是对东北地区的珍稀树种，如红松、水曲柳等，进行早期腐朽健康监测，为珍贵稀有树种的保护和合理经营提供科学依据。