基於電阻斷層成像技術的立木無損探傷檢測系統技術應用案例

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基於電阻斷層成像技術的立木無損探傷檢測系統技術應用案例隨着我國經濟的快速發展，各種資源的消耗量也在日益增長。而木材作為一種不可或缺的材料，其可用量卻逐年降低。因此如何提高可用木材的利用率，是目前亟待解決的重要問題。

目錄

一、應用場景

通過木材檢測等手段合理分配木材去處，提高木材利用率，能夠在一定程度上緩解我國對於木材的需求。超聲波以及應力波和紅外成像等檢測手段在木材無損檢測領域中都有了一些嘗試和應用，然而這些技術在木材無損檢測中雖然各具特色，但也都明顯存在一些不足。電阻斷層成像技術是一種典型的無損檢測方法，受電阻斷層成像技術啟發，提出一種基於電阻斷層成像技術立木探傷方法並進行了系統設計，該技術在2017年4月份黑龍江省帶嶺林業實驗局建立試驗點，利用創新研製的立木內部腐朽電阻斷層成像設備對主要樹種立木樣本進行試驗檢測。

二、主要解決的問題

該技術有效的實現了無損檢測活立木內部早期腐朽的判斷情況，可以有效防止立木腐朽擴大、為減少木材損失提供依據。

三、技術要點

本案例受電阻斷層成像技術啟發，提出一種基於電阻斷層成像技術立木探傷方法並進行了系統設計。電阻斷層成像技術實際上是醫學工程中電阻抗斷層成像。電阻抗斷層成像在兩相流體成像方面的技術日趨成熟，在地質探測和醫學人體生理特徵的檢測成像上已得到很多應用。然而應用電阻斷層成像技術實現立木探傷檢測卻鮮有報道。電阻斷層成像技術是一種典型的無損檢測方法，其基本原理是當立木內部的電導率發生改變時，能夠造成立木表面區域邊界電壓的波動，並且這種影響是存在規律的。這一現象的存在為我們基於電阻抗成像技術的立木無損探傷系統的實現奠定了基礎。

該技術為活立木無損檢測。需要在待檢測的活力木檢測部位四周均勻地布置上檢測探針，需要現場收集數據，並進行軟件反演運算根據結果進行無損檢測判斷。現場需要攜帶檢測設備，筆記本等設備。為了實現檢測活立木內部早期腐朽的情況，案例中設計了基於電阻斷層成像技術的立木探傷檢測系統。

主要有以下３點創新：

１）該系統利用AD9850芯片產生恆流源信號，同其他以單片機和FPGA為核心芯片的系統比較而言，信號穩定性更強、運算速度更快。

２）該系統使用了AD820芯片、雙級放大模塊以及AD637模塊進行邊界有效電壓值的採集，具有放大倍數自動調節且採集精度高的特點。

３）文中提出的利用等位線反投影算法對邊界電壓值進行分析，能很好地完成立木內部電阻率成像顯示，試驗證明該方法的檢測準確度更高且便於實現。

主要技術指標：

（1）研發立木內部腐朽電阻斷層成像關鍵設備（樣機）1套；技術指標含：

①電阻傳感器8-12個；

②可便攜，質量小於12kg；

③測量立木徑級20-200cm。

（2）開發立木內部腐朽電阻二維斷層成像軟件包1個，申請軟件著作權1項；

四、應用成效

該技術通過檢測立木的腐朽變色，早期腐朽區域可視化實施，防止立木腐朽擴大、減少木材損失，有效地保護有限森林資源，提高森林資源質量，進而降低森林資源損失。該案例已得到國家林業局948項目項目號2014-4-78《便攜式立木腐朽電阻斷層成像關鍵技術引進》以及中央高校基本科研業務項目號為2572017EB02《基於群智能算法EIT木材內部腐朽檢測問題研究》的資助，並在所在單位的帽兒山實驗林場進行了現場測試，實驗效果很好。

此外，在黑龍江省帶嶺林業實驗局建立試驗點，利用創新研製的立木內部腐朽電阻斷層成像設備對主要樹種立木樣本進行試驗檢測，一方面建立並儲備電阻信息數據庫，一方面則指導森林經營實踐。同時，結合前期應用應力波、阻抗儀等成熟無損檢測技術，對東北地區的珍稀樹種，如紅松、水曲柳等，進行早期腐朽健康監測，為珍貴稀有樹種的保護和合理經營提供科學依據。在此期間，舉辦相關技術培訓充分發揮試驗點的輻射作用。

該技術通過檢測立木的腐朽變色，早期腐朽區域可視化實施，防止立木腐朽擴大、減少木材損失，有效地保護有限森林資源，提高森林資源質量，進而降低森林資源損失。該案例已得到國家林業局948項目項目號2014-4-78《便攜式立木腐朽電阻斷層成像關鍵技術引進》以及中央高校基本科研業務項目號為2572017EB02《基於群智能算法EIT木材內部腐朽檢測問題研究》的資助，並在所在單位的帽兒山實驗林場進行了現場測試，實驗效果很好。

五、適用範圍

該技術採用的是無損檢測技術，因此適用於各種樹木的立木腐朽檢測，特別是對東北地區的珍稀樹種，如紅松、水曲柳等，進行早期腐朽健康監測，為珍貴稀有樹種的保護和合理經營提供科學依據。