CN105403578A - 一种基于x射线计算机断层扫描技术的竹材含水率快速检测方法 - Google Patents
一种基于x射线计算机断层扫描技术的竹材含水率快速检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于一种基于X射线计算机断层扫描技术的竹材含水率快速检测方法，方法包括：待测竹材含水率测定标准试件的选定和要求，将制作好的试件置于含不同饱和盐溶液干燥器中，待试件含水率稳定不再变化，参照GB/T？15780-1995《竹材物理力学性质试验方法》称量不同含水率梯度状态下，试件质量与烘干的全干质量，利用X射线计算机断层CT扫描技术对得到的不同含水率状态下的试件沿毛竹轴向方向进行CT扫描，根据竹种不同选定适宜的扫描参数，根据扫描层厚与层间距确定扫描断层层数，根据拟合曲线，建立拟合方程，计算待测样品的含水率。本发明能环境友好和高效、便捷快速、无损地检测获得竹材的含水率，还具有检测准确，环保，成本低和操作简便的优点。
Description
技术领域：
本发明属于一种基于X射线计算机断层扫描技术的竹材含水率快速检测方法，主要是对毛竹含水率的X射线计算机断层扫描技术检测方法。
背景技术：
竹材是一种吸湿性材料，其含水率与密度密切相关，含水率变化直接影响竹材的强度、刚性、硬度、耐腐朽以及机械加工性能、燃烧值、导热性、导电性等，从而影响竹材的加工工艺及利用。因此，在该地域内或该批竹材进行加工工艺及利用之前，均需对竹材进含水率检测，并与检测结果作为依据决定该地域内或该批竹材进行加工工艺及利用领域。
目前测量竹材含水率常用的方法是称重法，测定结果比较准确，限制较少，适用于任何水分状态的任何竹材，但是比较费时，操作繁琐，检测成本高，易对被检物造成破坏，影响工业生产速度。此外测量竹材含水率还有电阻法和电磁法，二者只能测定纤维饱和点以下一定范围内的含水率，测定结果准确性差，限制条件多，比较费时，操作繁琐，检测成本高，易对被检物造成破坏，影响工业生产速度。
因此，寻求一种环境友好和高效便捷的无损检测方法来获得竹材含水率是目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于X射线计算机断层扫描技术的竹材含水率快速检测方法,能环境友好和高效、便捷快速、无损地检测获得竹材的含水率，还具有检测准确，环保，成本低和操作简便的优点。
为此,本发明的方法包括如下步骤:
（1）待测竹材含水率测定标准试件的选定和要求，
从竹材离地约1.0m～1.6m整节处，向上截取1.8m～2.2m长整节处截断，在其中选取无明显缺陷及竹青无损伤、节间长度在200mm～210mm以上的整竹节，按东西南北方向劈制15mm宽试条各一根，在每一试条上截取一个试件，试样为近似矩形，尺寸为长10mm、宽10mm及试样的竹壁厚；
（2）将制作好的试件置于含不同饱和盐溶液干燥器中，待试件含水率稳定不再变化，参照GB/T15780-1995《竹材物理力学性质试验方法》称量不同含水率梯度状态下，试件质量与103±2℃条件下烘干的全干质量，计算试件含水率，实验室室温20±2℃；
（3）保持实验室室温20±2℃，利用X射线计算机断层CT扫描技术对由步骤（2）得到的不同含水率状态下的试件沿毛竹轴向方向进行CT扫描，根据竹种不同选定适宜的扫描参数，根据扫描层厚与层间距确定扫描断层层数，求取试件每张断层图片的平均CT值，计算出试件整体平均CT值，计算公式：
CT，
式中CT为平均CT值，CT1、CT2……CTn为不同断层CT值，n为扫描断层数；
（4）依据由步骤（2）得到的建立不同含水率梯度状态下的含水率与由步骤（3）得到的CT值的数据拟合曲线；
（5）利用CT扫描测定待测样品CT值，根据上述拟合曲线，建立拟合方程，计算待测样品的含水率；
同时满足下述条件的为毛竹相对含水率：
拟合方程为：Mc=0.001H+0.2345，R2=0.9884；式中Mc为相对含水率，H为CT值；
验证模型决定系数R2=0.9911；
（6）利用由步骤（5）得到的毛竹相对含水率，决定该批竹材或该地域内的竹材的加工工艺及利用领域。
所述的试样用饱水状态下的湿材制作。
所述的X射线计算机断层CT扫描技术采用美国通用电气BrightSpeedExcel4层螺旋CT机，扫描参数设定为120kV、160mAs、层厚0.625mm、层间距1.25mm、FOV9.6及重建算法“std”，对每个试件扫描5张CT图像，实验室室温20±2℃。
所述的待测竹材含水率测定标准试件选定的竹材离地约1.4m～1.5m整节处，向上截取1.9m～2.1m长整节处截断，选取无明显缺陷及竹青无损伤、节间长度在205mm～210mm以上的整竹节。
所述的X射线计算机断层CT扫描是在室温20±2℃状态下进行。
所述的不同饱和盐溶液法，是将试件调整至不同稳定含水率状态。
所述的步骤（4）中试件扫描方向为沿毛竹轴向方向，并根据竹种不同选定适宜的扫描参数，根据扫描层厚与层间距确定扫描断层层数。
本发明能环境友好和高效、便捷快速、无损地检测获得竹材的含水率，还具有检测准确，环保，成本低和操作简便的优点。X射线计算机断层扫描技术的竹材含水率快速检测由于X射线波长比可见光短得多，用它来进行成像时，在理论上分辨率要比可见光高2～4个量级；且X射线的穿透性较强，可对厚样品的内部结构进行无损检测，从而可避免因制样带来的人为干扰，这是其他各种显微术所不具备的。测试表明：本发明的方法较传统的检测方法检测准确率得到大幅度的提高；节约检测和用人量90%；节约检测时间90%。能快速准确决定该地域内或该批竹材进行加工工艺及利用领域。从根本上大幅度缩短了生产时间，节约了生产成本。
附图说明：
图1：本发明的竹材试件试条劈制部位的示意图。
图2：本发明的竹材试件的结构示意图。
图3：为竹材试件的Q-Q比较图，图中（1）为b值正态趋势Q-Q图与b值，（2）为去掉4年生10年生正态趋势Q-Q比较图。
图4：本发明的不同竹龄毛竹相对含水率与CT值拟合模型图。
图5：本发明的不同竹龄毛竹相对含水率与CT值验证模型图。
图6为不同含水率状态下毛竹CT值与实际测定相对含水率拟合曲线模型图。
图7为实际测定相对含水率与预测相对含水率拟合曲线模型图。
具体实施方式
如图1至图7所示,一种基于X射线计算机断层扫描技术的竹材含水率快速检测方法，
包括如下步骤:
（1）待测竹材含水率测定标准试件的选定和要求，
从竹材离地约1.0m～1.6m整节处，向上截取1.8m～2.2m长整节处截断，在其中选取无明显缺陷及竹青无损伤、节间长度在200mm～210mm以上的整竹节1，按东西南北方向劈制15mm宽试条各一根，在每一试条上截取一个试件2，试样为近似矩形，尺寸为长10mm、宽10mm及试样的竹壁厚；
（2）将制作好的试件置于含不同饱和盐溶液干燥器中，待试件含水率稳定不再变化，参照GB/T15780-1995《竹材物理力学性质试验方法》称量不同含水率梯度状态下，试件质量与103±2℃条件下烘干的全干质量，计算试件含水率，实验室室温20±2℃；
（3）保持实验室室温20±2℃，利用X射线计算机断层CT扫描技术对由步骤（2）得到的不同含水率状态下的试件沿毛竹轴向方向进行CT扫描，根据竹种不同选定适宜的扫描参数，根据扫描层厚与层间距确定扫描断层层数，求取试件每张断层图片的平均CT值，计算出试件整体平均CT值，计算公式：
CT，
式中CT为平均CT值，CT1、CT2……CTn为不同断层CT值，n为扫描断层数；
（4）依据由步骤（2）得到的建立不同含水率梯度状态下的含水率与由步骤（3）得到的CT值的数据拟合曲线；
（5）利用CT扫描测定待测样品CT值，根据上述拟合曲线，建立拟合方程，计算待测样品的含水率；
同时满足下述条件的为毛竹相对含水率：
拟合方程为：Mc=0.001H+0.2345，R2=0.9884；式中Mc为相对含水率，H为CT值；
验证模型决定系数R2=0.9911；
（6）利用由步骤（5）得到的毛竹相对含水率，决定该批竹材或该地域内的竹材的加工工艺及利用领域。
所述的试样用饱水状态下的湿材制作。
所述的X射线计算机断层CT扫描技术采用美国通用电气BrightSpeedExcel4层螺旋CT机，扫描参数设定为120kV、160mAs、层厚0.625mm、层间距1.25mm、FOV9.6及重建算法“std”，对每个试件扫描5张CT图像，实验室室温20±2℃。
所述的待测竹材含水率测定标准试件选定的竹材离地约1.4m～1.5m整节处，向上截取1.9m～2.1m长整节处截断，选取无明显缺陷及竹青无损伤、节间长度在205mm～210mm以上的整竹节。
所述的X射线计算机断层CT扫描是在室温20±2℃状态下进行。
所述的不同饱和盐溶液法，是将试件调整至不同稳定含水率状态。
所述的步骤（4）中试件扫描方向为沿毛竹轴向方向，并根据竹种不同选定适宜的扫描参数，根据扫描层厚与层间距确定扫描断层层数。因竹材具有典型梯度材料特征，本方法测定的含水率值为其平均含水率。
实施例1：基于X射线计算机断层扫描(CT)技术检测毛竹相对含水率
（1）实验中毛竹采集于安徽黄山林场，2-14年生7个竹龄，胸径9～11.3cm（直径8.4～10.9cm）。参照GB/T15780-1995《竹材物理力学性质试验方法》制成2组规格为10mm×10mm×tmm(竹壁厚)的试件，每组不少于10个试件。
（2）将上述制作好的试件置于含不同饱和盐溶液干燥器中，待试件含水率稳定不再变化，参照GB/T15780-1995《竹材物理力学性质试验方法》称量不同含水率梯度状态下试件质量与全干质量（103±2℃条件下烘干），计算试件含水率，实验室室温20±2℃。
（3）采用美国通用电气（GeneralElectric，GE）BrightSpeedExcel4层螺旋CT，考虑到扫描时间对CT测量值的影响(含水率变化)，并参考前人研究成果，本试验扫描参数设定为120kV、160mAs、层厚0.625mm、层间距1.25mm、FOV9.6及重建算法“std”，对每个试件扫描5张CT图像，实验室室温20±2℃。
对上述不同含水率状态下的试件沿毛竹轴向方向进行CT扫描，根据竹种不同选定适宜的扫描参数，根据扫描层厚与层间距确定扫描断层层数，求取试件每张断层图片的平均CT值，计算试件整体平均CT值（竹材具有典型梯度材料特征，本方法测定的含水率值为其平均含水率），计算公式：
CT
CT：平均CT值；CT1、CT2……CTn：不同断层CT值；n：扫描断层数。
（4）建立不同竹龄毛竹不同含水率梯度状态下的含水率（由步骤（2）得到）与CT值（由步骤（3）得到）的数据拟合曲线，表1为拟合方程，考虑到4年生和10年生b值（Mc=kH+b，Mc为相对含水率，H为CT值）为负偏态分布（采用SPSS描述性统计分析）。因毛竹密度呈正态分布，故去掉4年生和10年生，对b值正态化修正。拟合得到回归方程：Mc=0.001H+0.2345，R2=0.9884(Mc为相对含水率，H为CT值)；验证模型决定系数R2=0.9911。
表1为7个竹龄毛竹相对含水率与CT值回归方程
实施例2：快速检测不同含水率状态下毛竹相对含水率：
（1）试验中毛竹采集于安徽黄山林场。参照GB/T15780-1995《竹材物理力学性质试验方法》制成规格为10mm×10mm×tmm(竹壁厚)的试件。
（2）将上述制作好的试件置于含不同饱和盐溶液干燥器中，待试件含水率稳定不再变化，参照GB/T15780-1995《竹材物理力学性质试验方法》称量不同含水率状态下试件质量与全干质量（103±2℃条件下烘干），计算试件含水率，实验室室温20±2℃。
（3）采用美国通用电气（GeneralElectric，GE）BrightSpeedExcel4层螺旋CT，扫描参数设定为120kV、160mAs、层厚0.625mm、层间距1.25mm、FOV9.6及重建算法“std”，沿毛竹轴向方向对每个试件扫描5张CT图像，实验室室温20±2℃。
（4）根据公式①计算试件整体平均CT值：
CT①
CT：平均CT值；CT1、CT2……CTn：不同断层CT值；n：扫描断层数；
根据公式②计算试件相对含水率值：
Mc=0.001H+0.2345②
Mc：相对含水率；H：CT值。
（5）图6为不同含水率状态下毛竹CT值与实际测定相对含水率拟合曲线，相关系数R2=0.9206，表明CT值与相对含水率高度相关。图7为实际测定相对含水率与预测相对含水率拟合曲线，相关系数R2=0.9206，表明预测结果可信度良好。
表2
表2为不同含水率状态下CT值、实际测定结果与预测结果。
总之，本发明能环境友好和高效、便捷快速、无损地检测获得竹材的含水率，还具有检测准确，环保，成本低和操作简便的优点。可推广使用。
Claims (7)
1.一种基于X射线计算机断层扫描技术的竹材含水率快速检测方法，其特征在于：包括如下步骤，
（1）待测竹材含水率测定标准试件的选定和要求，
从竹材离地约1.0m～1.6m整节处，向上截取1.8m～2.2m长整节处截断，在其中选取无明显缺陷及竹青无损伤、节间长度在200mm～210mm以上的整竹节，按东西南北方向劈制15mm宽试条各一根，在每一试条上截取一个试件，试样为近似矩形，尺寸为长10mm、宽10mm及试样的竹壁厚；
（2）将制作好的试件置于含不同饱和盐溶液干燥器中，待试件含水率稳定不再变化，参照GB/T15780-1995《竹材物理力学性质试验方法》称量不同含水率梯度状态下，试件质量与103±2℃条件下烘干的全干质量，计算试件含水率，实验室室温20±2℃；
（3）保持实验室室温20±2℃，利用X射线计算机断层CT扫描技术对由步骤（2）得到的不同含水率状态下的试件沿毛竹轴向方向进行CT扫描，根据竹种不同选定适宜的扫描参数，根据扫描层厚与层间距确定扫描断层层数，求取试件每张断层图片的平均CT值，计算出试件整体平均CT值，计算公式：
CT，
式中CT为平均CT值，CT1、CT2……CTn为不同断层CT值，n为扫描断层数；
（4）依据由步骤（2）得到的建立不同含水率梯度状态下的含水率与由步骤（3）得到的CT值的数据拟合曲线；
（5）利用CT扫描测定待测样品CT值，根据上述拟合曲线，建立拟合方程，计算待测样品的含水率；
同时满足下述条件的为毛竹相对含水率：
拟合方程为：Mc=0.001H+0.2345，R2=0.9884；式中Mc为相对含水率，H为CT值；
验证模型决定系数R2=0.9911；
（6）利用由步骤（5）得到的毛竹相对含水率，决定该批竹材或该地域内的竹材的加工工艺及利用领域。
2.按权利要求1所述的一种基于X射线计算机断层扫描技术的竹材含水率快速检测方法，其特征在于：所述的试样用饱水状态下的湿材制作。
3.按权利要求1所述的一种基于X射线计算机断层扫描技术的竹材含水率快速检测方法，其特征在于：所述的X射线计算机断层CT扫描技术采用美国通用电气BrightSpeedExcel4层螺旋CT机，扫描参数设定为120kV、160mAs、层厚0.625mm、层间距1.25mm、FOV9.6及重建算法“std”，对每个试件扫描5张CT图像，实验室室温20±2℃。
4.按权利要求1所述的一种基于X射线计算机断层扫描技术的竹材含水率快速检测方法，其特征在于：所述的待测竹材含水率测定标准试件选定的竹材离地约1.4m～1.5m整节处，向上截取1.9m～2.1m长整节处截断，选取无明显缺陷及竹青无损伤、节间长度在205mm～210mm以上的整竹节。
5.按权利要求1所述的一种基于X射线计算机断层扫描技术的竹材含水率快速检测方法，其特征在于：所述的X射线计算机断层CT扫描是在室温20±2℃状态下进行。
6.按权利要求1所述的一种基于X射线计算机断层扫描技术的竹材含水率快速检测方法，其特征在于：所述的不同饱和盐溶液法，是将试件调整至不同稳定含水率状态。
7.按权利要求1所述的一种基于X射线计算机断层扫描技术的竹材含水率快速检测方法，其特征在于：所述的步骤（4）中试件扫描方向为沿毛竹轴向方向，并根据竹种不同选定适宜的扫描参数，根据扫描层厚与层间距确定扫描断层层数。
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105403578A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107486410A (zh) * | 2017-08-03 | 2017-12-19 | 国际竹藤中心 | 一种圆竹分级方法 |
| CN111595726A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-08-28 | 陈华锋 | 一种饱水木质文物含水率的无损检测方法 |
| CN111638231A (zh) * | 2020-06-10 | 2020-09-08 | 益阳市产商品质量监督检验研究院 | 一种用于制作凉席的竹块的双面检测方法 |
| CN112213455A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-12 | 新疆农业科学院园艺作物研究所 | 一种干果的含水率的测定方法 |
| WO2021164363A1 (zh) * | 2020-02-17 | 2021-08-26 | 青岛理工大学 | 一种ect传感器标定方法 |
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Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| 单海斌 等: "计算机断层扫描技术（CT）在木材无损检测中的应用与发展", 《浙江农林大学学报》 * |
| 国家技术监督局: "《GB/T 15780-1995 竹材物理力学性质试验方法》", 8 December 1995 * |
| 彭冠云 等: "基于CT技术检测竹材密度特征的研究", 《木材加工机械》 * |
| 徐兆军 等: "基于断层扫描技术的木材含水率检测技术研究", 《木材加工机械》 * |
| 江泽慧 等: "毛竹及其组成单元的水分吸着特性", 《南京林业大学学报（自然科学版）》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107486410A (zh) * | 2017-08-03 | 2017-12-19 | 国际竹藤中心 | 一种圆竹分级方法 |
| CN107486410B (zh) * | 2017-08-03 | 2019-04-30 | 国际竹藤中心 | 一种圆竹分级方法 |
| WO2021164363A1 (zh) * | 2020-02-17 | 2021-08-26 | 青岛理工大学 | 一种ect传感器标定方法 |
| CN111595726A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-08-28 | 陈华锋 | 一种饱水木质文物含水率的无损检测方法 |
| CN111595726B (zh) * | 2020-05-12 | 2023-02-10 | 陈华锋 | 一种饱水木质文物含水率的无损检测方法 |
| CN111638231A (zh) * | 2020-06-10 | 2020-09-08 | 益阳市产商品质量监督检验研究院 | 一种用于制作凉席的竹块的双面检测方法 |
| CN112213455A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-12 | 新疆农业科学院园艺作物研究所 | 一种干果的含水率的测定方法 |
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