木材超聲波速度測量的溫控裝置製造方法

2023-04-29 08:56:06 1

木材超聲波速度測量的溫控裝置製造方法
【專利摘要】一種木材超聲波速度測量的溫控裝置。本發明提供了木材超聲波速度測量過程中的木材溫度的自行設定、控制和穩定裝置及方法，解決了木材聲波傳播測量中木材溫度變化過快和平衡難的問題。本發明包括溫度控制系統和超聲波測速系統。溫度控制系統由溫控箱、溫度控制裝置和溫度監測裝置組成，超聲波測速系統由超聲波速度測量裝置的探頭和超聲波速度測量裝置的讀數器相連接所組成。溫控箱是封閉的雙層溫度循環系統，具有隔熱、隔冷功效。其上層布有電動小風扇、電熱棒、乾冰和用來承載乾冰的金屬槽，其下層布有木材試樣、木構架、電動小風扇、電熱棒。其中木材試樣的兩個不同位置的熱電偶與溫度監測裝置相連接，電動小風扇和電熱棒與溫度控制裝置相連。
【專利說明】木材超聲波速度測量的溫控裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種的木材中超聲波速度測量的溫度可控裝置及方法，能夠準確控制木材試樣測試溫度。
【背景技術】
[0002]基於超聲波傳導技術的木材無損傷檢測方法是一項相對成熟的木材質量評估方法。其主要應用原理是利用超聲波在木材中傳播速度與木材的力學性能的關係來判斷木材的質量等級，以制定應用匹配計劃和預測其經濟價值。目前，超聲波木材無損檢測方法已經在板材和原木質量檢測與評估應用中具有重要價值，並在逐步向活立木和原木的質量檢測擴展。通過對活立木和原木的木材質量進行準確評估，能夠為森林質量監測、經濟價值評估、林分的合理經營，以及原木分等和合理早材提供重要依據，森林的方面擴展。
[0003]然而，無論是鋸材廠的在線生產和野外立地檢測，超聲波技術對木材質量檢測的研究和應用還面臨一個關鍵的技術問題就是木材溫度變化對木材聲波(超聲波)傳播特性的影響，主要體現在聲波傳播速度的影響，該影響會引起木材質量等級判斷上的偏差。因此，無論是科學研究還是實際應用，都需要建立一個科學、有效的分析模型對在不同溫度條件下所測量波速進行溫度補償，修正溫度變化所引起木材中聲波波速測量的偏差，從而準確的預測木材的質量等級。
[0004]木材中超聲波速度受溫度影響研究的技術難點就是測試過程中測試溫度的難於控制和不穩定性。現有的研究的木材溫度控制溫度範圍有限，且取點不具有均衡性和連續性，使得木材溫度與超聲波測試速度對應不準確，該問題是木材質量準確評估一個瓶頸。

【發明內容】

[0005]本發明實現了一種木材超聲波速度測量溫度可控的裝置及測試方法，解決了現有研究中木材超聲波速度與測試溫度對應關係定位難的問題，實現了超聲波(聲波)傳導測試過程中的小試樣木材溫度的控制和穩定。本發明包括溫度控制系統和超聲波測速系統。溫度控制系統由溫控箱(6)、溫度控制裝置(7)和溫度監測裝置(8)組成，超聲波測速系統由超聲波速度測量裝置的探頭(I)和超聲波速度測量裝置的讀數器(9)相連接所組成。溫控箱(6)是封閉的雙層溫度循環系統，具有隔熱、隔冷功效，其上、下兩層可移動，且兩層之間設有通風口(13)，可使上、下兩層內的空氣往復循環流通。溫控箱(6)的上層布有電動小風扇(5)、電熱棒(10)、乾冰(12)和用來承載乾冰的金屬槽(11 )，該層環境用來發起或者停止木材溫度的升\降過程和控制箱內冷\熱空氣在兩層之間的循環流通。溫控箱的下層布有木材試樣(3 )、支撐木材試樣(3 )的木構架(2 )、電動小風扇(5 )、電熱棒(10 )和固定在木材試樣兩端(3 )超聲波速度測量裝置的探頭(I)，該層環境通過上層的冷\熱空氣的循環流通來控制和穩定木材試樣(3 )的溫度。溫度控制裝置(7 )連接上、下兩層中的電動小風扇(5 )和電熱棒(10)，通過溫度控制裝置(7)來控制電動小風扇(5)的運轉和電熱棒(10)的工作來降低\升高溫控箱(6)內的整體環境溫度。(10)溫控箱(6)的下層的木材試樣(3)由兩個的木構架(2)支撐，木材試樣(3)的兩個不同位置布有熱電偶(4)，該熱電偶(4)與溫度監測裝置(8)相連接以監測木材不同位置的溫度變化。
[0006]本發明工作時，是通過溫度控制裝置(7 )控制電動小風扇(5 )運轉，使溫控箱(6 )上、下兩層之間的冷\熱的空氣在木材試樣(3)的周圍不斷地循環流通，而使得木材試樣
(3)降溫\升溫達到待測溫度後，再通過控制電動風扇5或電熱棒10的運行時間來維持木材溫度，待木材溫度即溫度檢測裝置8的讀數穩定15-20分鐘後，即可開始超聲波在木材中傳播速度的測量。本溫度控制裝置可實現的最低測試溫度可達_80°C，最高溫度可達50°C。待測溫度點間隔和維持時間可根據風扇的運行速度(功率)和開啟頻率進行調整。
[0007]本發明組裝簡單，方便操作，溫度易於控制且測量準確，適用於規格尺寸的小試樣木材的溫度控制和穩定，解決了木材聲波傳播測量中木材溫度變化過快和平衡難的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明
[0009]圖1為本發明的溫控式超聲波速度測量裝置的縱剖面結構示意圖
[0010]圖2為本發明的溫控式超聲波速度測量裝置的側視圖
[0011]圖3為本發明的溫控箱的上層裝置的俯視圖
[0012]圖4為本發明的溫控箱的下層裝置的俯視圖
[0013]圖中:1.超聲波測速裝置探頭2.木構架3.木材試樣4.熱電偶5.電動小風扇6.溫控箱7.溫度控制裝置8.溫度監測裝置9.超聲波測速裝置讀數器10.加熱棒
11.金屬槽12.乾冰13.通風口
【具體實施方式】
[0014]下面結合說明書附圖來說明本發明【具體實施方式】。本說明書主要以本發明在測量超聲波在木材中傳播速度的應用作為最佳實施例，當然，實際應用中也可以用於應力波在木材中傳播速度測量的溫度控制，或與木材試樣接觸的其他聲波速度測量時的木材溫度控制。本發明包括溫度控制系統和超聲波測速系統，如圖1所示，溫度控制系統由溫控箱(6)、溫度控制裝置(7)和溫度監測裝置(8)組成，超聲波測速系統由超聲波速度測量裝置的探頭(I)和超聲波速度測量裝置的讀數器(9)所組成。所述的溫控箱(6)是由泡沫材料膠合而成的雙層封閉式盒子裝置，具有隔熱、隔冷功效，其上、下兩層可移動，且兩層之間設有通風口(13)。溫控箱(6)的上層布有電動小風扇(5)、電熱棒(10)、乾冰(12)和用來承載乾冰的金屬槽(11)，電動小風扇(5 )和電熱棒與溫度控制裝置(7 )相連接。溫度控制裝置(7 )可預先設定一個溫度值，環境溫度達到預設溫度時，電動小風扇(5)便會停止運轉，當溫度偏離該溫度時，電動小風扇(5)便又開始運轉。該層環境通過溫度控制裝置(7)控制電動小風扇(5)的運轉，使箱內冷\熱空氣在兩層之間的循環流，從而發起或者停止木材的升\降溫過程。溫控箱的下層布有木材試樣(3 )、支撐木材試樣(3 )的木構架(2 )、電動小風扇(5 )、電熱棒(10)和固定在木材試樣兩端(3)超聲波速度測量裝置的探頭(I )，該層環境通過上層的冷\熱空氣的循環流通來控制和穩定木材試樣(3)的溫度，通過溫度控制裝置(7)來控制風扇的運轉和開啟電熱棒來升高溫控箱(6)內的環境溫度。溫控箱(6)每層的電動小風扇
(5)和電熱棒(10)分別固置在每層的角落，靠近通風口。(10)溫控箱(6)的下層的木材試樣(3)由兩個的木構架(2)支撐，用以固定木材試樣放置其移動。木材試樣(3)的兩個不同位置布有熱電偶(4)，一個在試樣的中心位置處，另一個在1/4位置處，該熱電偶(4)與溫度監測裝置(8)相連接以監測木材不同位置的溫度變化。超聲波測速裝置的兩個探頭(I)分別緊緊的頂在木材試樣(3)兩個斷面的中心位置，在整個測試過程中保持與木材接觸不變。
[0015]該發明裝置應用的具體操作方法是，在將木材試樣3放入溫控箱6下層後，將乾冰快放入溫控箱6上層，封閉溫控箱6。開啟溫度控制裝置7來使溫控箱6上、下層內置的電動風扇5運轉，使冷空氣在木材試樣周圍不斷循環，同時觀察溫度檢測裝置8的讀數。當溫度檢測裝置8的讀數即木材溫度達到目標測試溫度時，通過溫度控制裝置7關閉電動小風扇5的運轉，以避免木材持續降溫，從而使木材溫度維持在測量溫度附近。當木材溫度始終維持在待測溫度附件，即可開始超聲波在木材中傳播速度的測量。待最低溫度點測量完成後，可通過木材自然升溫到下一個目標溫度，待達到目標溫度時，可通過開啟電動小風扇5來使溫度維持在目標溫度左右，待溫度穩定後進行超聲波速度測量，測量完成後關閉電動小風扇，繼續使木材升溫。當木材待測溫度為冰點((TC)以上時，可通過減少乾冰的量來控制木材溫度。當待測溫度超過室溫或溫控箱外部環境溫度時，可移除乾冰(若有剩餘)，同時通過溫度控制裝置(7)開啟電熱棒(10)來給上層的空氣加溫，保持風扇運轉，從而使木材溫度達到目標溫度。本溫度控制裝置可實現的最低測試溫度可達_80°C，最高溫度可達50°C。待測溫度間隔和維持時間可根據風扇的運行速度(功率)和開啟頻率進行調整。
[0016]值得說明的是，上述實施例中，所包括的系統只是按照功能模塊進行劃分的，但並不局限於上述的劃分，僅為本發明較佳的【具體實施方式】只要能夠實現相應的功能即可，各功能部件的布置位置指是為了實現相應功能，並不用於限制本發明的保護範圍。任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明實施例揭露的技術範圍內可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的權利保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種木材超聲波速度測量的溫控裝置，包括溫度控制系統和超聲波測速系統，其特徵在於所述的溫度控制系統是由溫控箱(6)、溫度控制裝置(7)和溫度監測裝置(8)組成，所述的超聲波測速系統是由超聲波速度測量裝置的探頭(I)和超聲波速度測量裝置的讀數器(9)相連接所組成，在其特徵在於通過調節木材試樣所處環境的溫度變化而控制木材溫度，且彎曲彈性模量測量過程中不需要移動試樣。
2.根據權利要求1所述的木材超聲波速度測量溫控式裝置，其特徵在於所述的溫控箱(6)是具有隔熱、隔冷功效的雙層封閉式盒子裝置，其上、下兩層可移動，且兩層之間設有通風口(13)，其上層環境調節箱內環境空氣的溫度，其下層環境用來調節木材試樣(3)的溫度。
3.根據權利要求2所述的溫控箱(6)，其特徵在於上層布有電動小風扇(5)、電熱棒(10)、乾冰(12)和用來承載乾冰的金屬槽(11)，所述溫控箱(6)的下層布有木材試樣(3)、支撐木材試樣(3)的木構架(2)、電動小風扇(5)、電熱棒(10)和固定在木材試樣兩端(3)超聲波速度測量裝置的探頭(1)，上層的電動小風扇(5)分別固置在兩層之間的2個通風口(13)上。
4.根據權利要求1所述的溫度控制系統，其特徵在於所述的溫度控制裝置(7)連接電動小風扇(5)和電熱棒(10)，用來調節溫控箱(6)內環境溫度情況，所述的溫度監測裝置(7)由兩根熱電偶(4)相連接，檢測木材試樣溫度變化。
5.根據權利要求4所述的溫度控制裝置(7)，其特徵在於:當箱內空氣溫度達到預先設定好溫度後，該裝置自動停止電動小風扇(5)和電熱棒(10)的工作，當箱內空氣溫度偏離預設的溫度後，該裝置自動開啟電動小風扇(5)和電熱棒(10)的工作。
6.根據權利要求2所述的溫控箱(6)，其特徵在於所述的溫控箱(6)的下層的木材試樣(3)由兩個的木構架(2)支撐。
7.根據權利要求1所述的溫控式超聲波測量裝置，其特徵在於木材試樣(3)和超聲波速度測量裝置的探頭(I)在整個超聲波速度測量過程中始終保持接觸，且接觸位置固定不變。
8.根據權利要求1所述的溫控式超聲波測量的溫控裝置，其特徵在於木材的升溫過程是藉助電熱棒來實現的。
9.根據權利要求1所述的超聲波速度測量溫控式裝置，其特徵在於所測的溫度點和溫度間隔可自由設定，但是為了溫度控制的準確性，一般溫度間隔不宜小於2°C，所測的溫度一般為 _80°C?50°C。
【文檔編號】G01N29/07GK103576719SQ201210252227
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月20日 優先權日:2012年7月20日
【發明者】高珊, 王立海, 徐華東 申請人:東北林業大學