CN103576719B - 木材超声波速度测量的温控装置 - Google Patents

Abstract

一种木材超声波速度测量的温控装置。本发明提供了木材超声波速度测量过程中的木材温度的自行设定、控制和稳定装置及方法，解决了木材声波传播测量中木材温度变化过快和平衡难的问题。本发明包括温度控制系统和超声波测速系统。温度控制系统由温控箱、温度控制装置和温度监测装置组成，超声波测速系统由超声波速度测量装置的探头和超声波速度测量装置的读数器相连接所组成。温控箱是封闭的双层温度循环系统，具有隔热、隔冷功效。其上层布有电动小风扇、电热棒、干冰和用来承载干冰的金属槽，其下层布有木材试样、木构架、电动小风扇、电热棒。其中木材试样的两个不同位置的热电偶与温度监测装置相连接，电动小风扇和电热棒与温度控制装置相连。

Description

木材超声波速度测量的温控装置

技术领域

本发明涉及一种的木材中超声波速度测量的温度可控装置及方法，能够准确控制木材试样测试温度。

背景技术

基于超声波传导技术的木材无损伤检测方法是一项相对成熟的木材质量评估方法。其主要应用原理是利用超声波在木材中传播速度与木材的力学性能的关系来判断木材的质量等级，以制定应用匹配计划和预测其经济价值。目前，超声波木材无损检测方法已经在板材和原木质量检测与评估应用中具有重要价值，并在逐步向活立木和原木的质量检测扩展。通过对活立木和原木的木材质量进行准确评估，能够为森林质量监测、经济价值评估、林分的合理经营，以及原木分等和合理早材提供重要依据，森林的方面扩展。

然而，无论是锯材厂的在线生产和野外立地检测，超声波技术对木材质量检测的研究和应用还面临一个关键的技术问题就是木材温度变化对木材声波（超声波）传播特性的影响，主要体现在声波传播速度的影响，该影响会引起木材质量等级判断上的偏差。因此，无论是科学研究还是实际应用，都需要建立一个科学、有效的分析模型对在不同温度条件下所测量波速进行温度补偿，修正温度变化所引起木材中声波波速测量的偏差，从而准确的预测木材的质量等级。

木材中超声波速度受温度影响研究的技术难点就是测试过程中测试温度的难于控制和不稳定性。现有的研究的木材温度控制温度范围有限，且取点不具有均衡性和连续性，使得木材温度与超声波测试速度对应不准确，该问题是木材质量准确评估一个瓶颈。

发明内容

本发明实现了一种木材超声波速度测量温度可控的装置及测试方法，解决了现有研究中木材超声波速度与测试温度对应关系定位难的问题，实现了超声波（声波）传导测试过程中的小试样木材温度的控制和稳定。本发明包括温度控制系统和超声波测速系统。温度控制系统由温控箱（6）、温度控制装置（7）和温度监测装置（8）组成，超声波测速系统由超声波速度测量装置的探头（1）和超声波速度测量装置的读数器（9）相连接所组成。温控箱（6）是封闭的双层温度循环系统，具有隔热、隔冷功效，其上、下两层可移动，且两层之间设有通风口（13），可使上、下两层内的空气往复循环流通。温控箱（6）的上层布有电动小风扇（5）、电热棒（10）、干冰（12）和用来承载干冰的金属槽（11），该层环境用来发起或者停止木材温度的升\降过程和控制箱内冷\热空气在两层之间的循环流通。温控箱的下层布有木材试样（3）、支撑木材试样（3）的木构架（2）、电动小风扇（5）、电热棒（10）和固定在木材试样两端（3）超声波速度测量装置的探头（1），该层环境通过上层的冷\热空气的循环流通来控制和稳定木材试样（3）的温度。温度控制装置（7）连接上、下两层中的电动小风扇（5）和电热棒（10），通过温度控制装置（7）来控制电动小风扇（5）的运转和电热棒（10）的工作来降低\升高温控箱（6）内的整体环境温度。（10）温控箱（6）的下层的木材试样（3）由两个的木构架（2）支撑，木材试样（3）的两个不同位置布有热电偶（4），该热电偶（4）与温度监测装置（8）相连接以监测木材不同位置的温度变化。

本发明工作时，是通过温度控制装置（7）控制电动小风扇（5）运转，使温控箱（6）上、下两层之间的冷\热的空气在木材试样（3）的周围不断地循环流通，而使得木材试样（3）降温\升温达到待测温度后，再通过控制电动风扇5或电热棒10的运行时间来维持木材温度，待木材温度即温度检测装置8的读数稳定15-20分钟后，即可开始超声波在木材中传播速度的测量。本温度控制装置可实现的最低测试温度可达-80℃，最高温度可达50℃。待测温度点间隔和维持时间可根据风扇的运行速度（功率）和开启频率进行调整。

本发明组装简单，方便操作，温度易于控制且测量准确，适用于规格尺寸的小试样木材的温度控制和稳定，解决了木材声波传播测量中木材温度变化过快和平衡难的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明

图1为本发明的温控式超声波速度测量装置的纵剖面结构示意图

图2为本发明的温控式超声波速度测量装置的侧视图

图3为本发明的温控箱的上层装置的俯视图

图4为本发明的温控箱的下层装置的俯视图

图中：1.超声波测速装置探头 2.木构架 3.木材试样 4.热电偶 5.电动小风扇 6.温控箱 7.温度控制装置 8.温度监测装置 9.超声波测速装置读数器 10.加热棒 11.金属槽 12.干冰 13.通风口

具体实施方式

下面结合说明书附图来说明本发明具体实施方式。本说明书主要以本发明在测量超声波在木材中传播速度的应用作为最佳实施例，当然，实际应用中也可以用于应力波在木材中传播速度测量的温度控制，或与木材试样接触的其他声波速度测量时的木材温度控制。本发明包括温度控制系统和超声波测速系统，如图1所示，温度控制系统由温控箱（6）、温度控制装置（7）和温度监测装置（8）组成，超声波测速系统由超声波速度测量装置的探头（1）和超声波速度测量装置的读数器（9）所组成。所述的温控箱（6）是由泡沫材料胶合而成的双层封闭式盒子装置，具有隔热、隔冷功效，其上、下两层可移动，且两层之间设有通风口（13）。温控箱（6）的上层布有电动小风扇（5）、电热棒（10）、干冰（12）和用来承载干冰的金属槽（11），电动小风扇（5）和电热棒与温度控制装置（7）相连接。温度控制装置（7）可预先设定一个温度值，环境温度达到预设温度时，电动小风扇（5）便会停止运转，当温度偏离该温度时，电动小风扇（5）便又开始运转。该层环境通过温度控制装置（7）控制电动小风扇（5）的运转，使箱内冷\热空气在两层之间的循环流，从而发起或者停止木材的升\降温过程。温控箱的下层布有木材试样（3）、支撑木材试样（3）的木构架（2）、电动小风扇（5）、电热棒（10）和固定在木材试样两端（3）超声波速度测量装置的探头（1），该层环境通过上层的冷\热空气的循环流通来控制和稳定木材试样（3）的温度，通过温度控制装置（7）来控制风扇的运转和开启电热棒来升高温控箱（6）内的环境温度。温控箱（6）每层的电动小风扇（5）和电热棒（10）分别固置在每层的角落，靠近通风口。（10）温控箱（6）的下层的木材试样（3）由两个的木构架（2）支撑，用以固定木材试样放置其移动。木材试样（3）的两个不同位置布有热电偶（4），一个在试样的中心位置处，另一个在1/4位置处，该热电偶（4）与温度监测装置（8）相连接以监测木材不同位置的温度变化。超声波测速装置的两个探头（1）分别紧紧的顶在木材试样（3）两个断面的中心位置，在整个测试过程中保持与木材接触不变。

该发明装置应用的具体操作方法是，在将木材试样3放入温控箱6下层后，将干冰快放入温控箱6上层，封闭温控箱6。开启温度控制装置7来使温控箱6上、下层内置的电动风扇5运转，使冷空气在木材试样周围不断循环，同时观察温度检测装置8的读数。当温度检测装置8的读数即木材温度达到目标测试温度时，通过温度控制装置7关闭电动小风扇5的运转，以避免木材持续降温，从而使木材温度维持在测量温度附近。当木材温度始终维持在待测温度附件，即可开始超声波在木材中传播速度的测量。待最低温度点测量完成后，可通过木材自然升温到下一个目标温度，待达到目标温度时，可通过开启电动小风扇5来使温度维持在目标温度左右，待温度稳定后进行超声波速度测量，测量完成后关闭电动小风扇，继续使木材升温。当木材待测温度为冰点（0℃）以上时，可通过减少干冰的量来控制木材温度。当待测温度超过室温或温控箱外部环境温度时，可移除干冰（若有剩余），同时通过温度控制装置（7）开启电热棒（10）来给上层的空气加温，保持风扇运转，从而使木材温度达到目标温度。本温度控制装置可实现的最低测试温度可达-80℃，最高温度可达50℃。待测温度间隔和维持时间可根据风扇的运行速度（功率）和开启频率进行调整。

值得说明的是，上述实施例中，所包括的系统只是按照功能模块进行划分的，但并不局限于上述的划分，仅为本发明较佳的具体实施方式只要能够实现相应的功能即可，各功能部件的布置位置指是为了实现相应功能，并不用于限制本发明的保护范围。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的权利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种木材超声波速度测量的温控装置，其特征在于，包括温度控制系统和超声波测速系统，所述的温度控制系统是由温控箱(6)、温度控制装置(7)和温度监测装置(8)组成，所述的超声波测速系统是由超声波速度测量装置的探头(1)和超声波速度测量装置的读数器(9)相连接所组成，通过调节木材试样所处环境的温度变化而控制木材温度；

所述的温控箱(6)是具有隔热、隔冷功效的双层封闭式盒子装置，其上、下两层可移动，且两层之间设有通风口(13)，其上层环境调节箱内环境空气的温度，其下层环境用来调节木材试样(3)的温度。

2.根据权利要求1所述的木材超声波速度测量的温控装置，其特征在于，上层布有电动小风扇(5)、电热棒(10)、干冰(12)和用来承载干冰的金属槽(11)，所述温控箱(6)的下层布有木材试样(3)、支撑木材试样(3)的木构架(2)、电动小风扇(5)、电热棒(10)和固定在木材试样两端(3)超声波速度测量装置的探头(1)，上层的电动小风扇(5)分别固置在两层之间的2个通风口(13)上。

3.根据权利要求1所述的木材超声波速度测量的温控装置，其特征在于，所述的温度控制装置(7)连接电动小风扇(5)和电热棒(10)，用来调节温控箱(6)内环境温度情况，所述的温度监测装置(7)由两根热电偶(4)相连接，检测木材试样温度变化。

4.根据权利要求3所述的木材超声波速度测量的温控装置，其特征在于，，当箱内空气温度达到预先设定好温度后，所述温度控制装置(7)自动停止电动小风扇(5)和电热棒(10)的工作，当箱内空气温度偏离预设的温度后，所述温度控制装置(7)自动开启电动小风扇(5)和电热棒(10)的工作。

5.根据权利要求1所述的木材超声波速度测量的温控装置，其特征在于，所述的温控箱(6)的下层的木材试样(3)由两个的木构架(2)支撑。

6.根据权利要求1所述的木材超声波速度测量的温控装置，其特征在于，木材试样(3)和超声波速度测量装置的探头(1)在整个超声波速度测量过程中始终保持接触，且接触位置固定不变。

7.根据权利要求1所述的木材超声波速度测量的温控装置，其特征在于，木材的升温过程是借助电热棒来实现的。

8.根据权利要求1所述的木材超声波速度测量的温控装置，其特征在于，所测的温度点和温度间隔可自由设定，但是为了温度控制的准确性，一般温度间隔不宜小于2℃，所测的温度一般为-80℃～50℃。