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压阻式木材内部缺陷类无损检测理论与技术的研究

徐凯宏  
【摘要】:木材内部缺陷无损检测技术是近年来发展起来的一门崭新的检测技术,该技术在木材生产领域及环境保护等多方面取得了较好的应用。本文围绕木材内部缺陷无损检测技术,根据木材内部缺陷密度不同的特点,运用探针旋转推进木材内部,提取探针行进过程中不同位置的密度特征信息,运用小波理论对微弱信号的分辨能力对腐朽、虫眼和空洞等近似信号的提取进行分析,通过专家诊断系统和显示输出装置输出探测结果。 木材的种类很多,每种木材都有自己的密度特征,而内部缺陷部位的密度特征更是种类繁多,通过对木材内部密度及缺陷部位密度的实验研究,发现木材内部缺陷的密度与探针提取的压力信号有对应关系,由此建立了木材内部缺陷机械压阻式检测机理。 压阻式木材内部缺陷类无损检测技术要解决的技术难点是木材密度特征的提取方式,以及对信号的分析消噪和判断等技术手段,分为如下几个方面进行研究。首先,研究了压阻式木材内部缺陷类无损检测技术的理论依据——不同的木材密度反映不同的测试信号,说明应用压阻式木材内部缺陷类无损检测技术对木材内部缺陷检测的过程及手段是可行的,并设计了压阻式木材内部缺陷类无损检测装置;其次,针对木材对探针的密度压力很小,而探针推进过程中检测装置轨道的摩擦力、钻机的旋转振动力、细探针旋转的扭曲变形力等干扰非常大的特点,如何从强干扰噪声中提取特征信号是解决检测技术的关键环节,因此应用小波理论是分析处理特征信号的理论基础,并对其进行了工程解释,通过分析具体的性能指标,导出适合检测信号分析的小波母函数;第三,实验证明了通过小波分析可以成功地提取到检测的特征信息和捕捉到缺陷信息,这说明在微弱信号分析方面小波分析有着不可比拟的实际应用优势;第四,运用小波分析理论与技术对实际特征信号进行了小波消噪及小波包消噪处理,成功消除了干扰噪声,保证了测试信号的稳定良好不失真等特点,取得了较理想的消噪结果;第五,研究设计了压阻式木材内部缺陷类无损检测技术中的信号测试、机构控制及相关的通信系统软件;最后,应用智能专家诊断系统,对木材内部缺陷类无损检测装置检测到的特征信号进行分析研究,成功地判别出空洞、腐朽、虫眼和裂纹等较难区分的特征信息。通过设置预分析、特征量提取、特征量比较、理论判断和经验确认等过程可对缺陷木材进行专家诊断分析。 本论文全面系统地研究了压阻式木材内部缺陷类无损检测装置技术机理;首次将小波理论技术运用在木材检测中;在国内首次研制了带有专家诊断系统的压阻式木材内部缺陷类无损检测装置,试验结果表明该装置各项技术指标及检测性能均优于国际同类设备。


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