CN108168622A - 木材质量检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开木材质量检测系统，设置测速模块，测量超声波在木材中的传输速度，设置称重模块测量木材重量，测试宽度检测模块和长度检测模块分别检测木材的宽度和长度，通过重量、长度、宽度可获取木材的平均密度，结合超声波在木材中的传输速度，可获得木材的强度，通过检测伽玛射线在木材中的传播速度，可获得木材的含水率，本发明提供检测模块，为强度和含水率的计算提供数据基础，能从强度和含水率来判断木材质量，提高质量检测准确度。
Description
技术领域
本发明涉及木材无损检测领域，具体涉及木材质量检测系统。
背景技术
我国木材需求量大，腐朽、空洞、树结、裂纹等会影响木材的强度和含水率，继而影响木材的使用，为有效利用木材资源，有必要对木材的质量进行检测，使其产生最大的经济效益。
现有技术的相关检测方法为应力波检测法，应力波通过被测木材的速度与被测材料密度和弹性模量的物力关系有关，检测应力波在被测木材的传输速度，建立相应关系，可判断木材质量，其缺点在于：应力波由人为敲击产生，该应力波的产生具有随机性，与操作人员的敲击力量、角度、接触面积等有关，这些不确定性因素会影响检测结果，影响对木材质量的判断。
发明内容
本发明提供木材质量检测系统，解决现有技术存在的检测准确度低问题。
本发明通过以下技术方案解决上述问题：
木材质量检测系统，包括测速模块、称重模块、宽度检测模块、长度检测模块、含水量检测模块以及控制器模块；所述测速模块主要包括超声波发射器和超声波接收器；所述超声波发射器在控制器模块的控制下发出超声波信号，所述超声波信号穿过待测木材的宽之后，传输至超声波接收器；所述超声波接收器接收到的信号输入至控制器模块中；所述称重模块包含至少4个称重传感器，各称重传感器安装在外部称台的4个脚，检测到的压力信号输入至控制器模块中；所述宽度检测模块主要包括2个旋转编码器，所述编码器安装在外部测宽器上，待测木材经过外部测宽器时，撑开2个旋转编码器，2个旋转编码器感应出各自的转动角度，这2个转动角度信号分别输入至控制器模块中；所述长度检测模块为光电式位移传感器，所述光电式位移传感器的输出信号输入至控制器模块中；所述含水量检测模块主要包括伽玛射线发射器和伽玛射线探测头；所述伽玛射线发射器在控制器模块的控制下发出伽玛射线，所述伽玛射线穿过待测木材的长后，传输至伽玛射线探测头；所述伽玛射线探测头的输出信号输入至控制器模块中。
进一步地，所述超声波发射器包括有至少4个发射端换能器，所述超声波接收器包括有至少4个接收端换能器；所述发射端换能器与接收端换能器的数量相同，所述各发射端换能器排列在外部履带的一侧，所述各接收端换能器排列在外部履带的另一侧，所述发射端换能器与之接收端换能器的连线与待测木材的长垂直。
进一步地，所述超声波接收器还包括放大电路、带通滤波电路、自动增益放大电路、包络检波电路、门限比较电路；所述各接收端换能器的输出端经前置放大电路、带通滤波的线路、自动增益放大电路后连接至控制器模块；所述自动增益放大电路的输出端还经包络检波电路、门限比较电路后连接至控制器模块中。
进一步地，所述含水量检测模块还包括放大电路和积分电路；所述伽玛射线探测头的输出信号经放大电路、积分电路之后，输入至控制器模块中。
进一步地，还包括键盘设置模块；所述键盘设置模块的输出端与控制器模块连接。
进一步地，还包括显示模块；所述显示模块与控制器模块连接。
与现有技术相比，具有如下特点：
1、设置测速模块，测量超声波在木材中的传输速度，设置称重模块测量木材重量，测试宽度检测模块和长度检测模块分别检测木材的宽度和长度，通过重量、长度、宽度可获取木材的平均密度，结合超声波在木材中的传输速度，可获得木材的强度，通过检测伽玛射线在木材中的传播速度，可获得木材的含水率，本发明提供检测模块，为强度和含水率的计算提供数据基础，能从强度和含水率来判断木材质量，提高质量检测准确度；
2、伽玛射线探测头接收到的信号经放大、积分之后再输入至控制器模块中，获取更准确的速度信号，能获得更准确的含水率，对质量的判断会更准确；
3、用户可通过键盘设置模块设置木材的形状，如圆形还是方形，还可设置含水率和强度的参照值，便于将实际值与参照值进行对比，为木材的质量划分等级提供方便；
附图说明
图1为本发明结构原理框图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
木材质量检测系统，包括测速模块、称重模块、宽度检测模块、长度检测模块、含水量检测模块以及控制器模块；所述测速模块主要包括超声波发射器和超声波接收器；所述超声波发射器在控制器模块的控制下发出超声波信号，所述超声波信号穿过待测木材的宽之后，传输至超声波接收器；所述超声波接收器接收到的信号输入至控制器模块中；所述称重模块包含至少4个称重传感器，各称重传感器安装在外部称台的4个脚，检测到的压力信号输入至控制器模块中；所述宽度检测模块主要包括2个旋转编码器，所述编码器安装在外部测宽器上，待测木材经过外部测宽器时，撑开2个旋转编码器，2个旋转编码器感应出各自的转动角度，这2个转动角度信号分别输入至控制器模块中；所述长度检测模块为光电式位移传感器，所述光电式位移传感器的输出信号输入至控制器模块中；所述含水量检测模块主要包括伽玛射线发射器和伽玛射线探测头；所述伽玛射线发射器在控制器模块的控制下发出伽玛射线，所述伽玛射线穿过待测木材的长后，传输至伽玛射线探测头；所述伽玛射线探测头的输出信号输入至控制器模块中。
本发明的电路结构依赖于外部机械结构实现，该外部机械结构主要包括履带、电机、称台、测宽器。电机带动履带运动，履带将待测木材送至称台进行测速、称重、测宽、测长、测含水量，检测完毕后将待测木材带离称台。在检测过程中，需通过测宽器对待测木材进行宽度测量，该宽度器设有供待测木材通过的通道，通道上悬挂有2个测量杆，测量杆的一端通过活动件悬挂在通道上，测量杆的另一端固定有旋转编码器，待测木材经过通道时，撑开测量杆，旋转编码器也随着测量杆的撑开而发生偏离，2个旋转编码器感应出的偏离角度对应的宽度，即为木材的宽度，木材完全通过测宽器时，在重力作用下，测量杆和旋转编码器回到原垂直于地面的状态。如木材是圆柱状，该宽度对应木材横截面的直径。
测速模块主要包括超声波发射器和超声波接收器，所述超声波发射器包括有至少4个发射端换能器，所述超声波接收器包括有至少4个接收端换能器；所述发射端换能器与接收端换能器的数量相同，所述各发射端换能器排列在外部履带的一侧，所述各接收端换能器排列在外部履带的另一侧，所述发射端换能器与之接收端换能器的连线与待测木材的长垂直。控制器模块产生方波，发射端换能器产生不同频率的超声波，不同频率的超声波在同一介质中的传播速度相同，如待测木材有腐朽、空洞、树结、裂纹等质量问题，各接收端换能器获得的信号会有所差异，即测速能在一定程度上反映出待测木材的质量。
进一步地，所述超声波接收器还包括放大电路、带通滤波电路、自动增益放大电路、包络检波电路、门限比较电路；所述各接收端换能器的输出端经前置放大电路、带通滤波的线路、自动增益放大电路后连接至控制器模块；所述自动增益放大电路的输出端还经包络检波电路、门限比较电路后连接至控制器模块中。
将接收换能器的接收信号进行调理后再输入至控制器模块中，有助于在进行下一步运算和判断时提供更为准确的信号。超声波在待测木材中的衰减很大，不同长度的待测木板接收到的信号会不同，因此，以最长的待测木材设定放大电路的放大倍数，本发明主要通过三极管和运算放大器实现，放大倍数可达2000倍。带通滤波电路为4阶有源滤波器，可通过有效频率的信号，抑制无用频率信号，根据接收端换能器对应的频率，调节电路中的电阻、电容值，可相应实现滤波。自动增益放大电路为级联放大器，在控制器模块的控制下，放大倍数可达8000，相当于将衰减的超声波信号进行二次放大。包络检波电路主要利用二极管的单向导电特性和检波负载的RC充电过程来完成信号提取。门限比较电路主要为门限比较器。
称重模块包含至少4个称重传感器，各称重传感器安装在称台的4个脚，将称台撑起。用户可根据需求增加称重传感器，以便获取更为准确的重量数据。
所述长度检测模块为光电式位移传感器，所述光电式位移传感器的输出信号输入至控制器模块中。在称台的中间位置，设置光电式位移传感器，有木材经过时，没有光通量，通过光通量获取木材的位移，该位移对应为木材的长度。
所述含水量检测模块包括伽玛射线发射器、伽玛射线探测头、放大电路、积分电路；伽玛射线发射器发出伽玛射线后，穿过待测木材的长后，传输至伽玛射线探测头，伽玛射线探测头的接收信号经放大电路、积分电路之后，输入至控制器模块中。伽玛射线穿过待测木材时，木材中的水会吸收伽玛射线，导致透过木材的射线强度发生变化，伽玛射线探测头接收到的信号能体现出待测木材的含水量信息，接收到的信号经放大、积分之后再输入至控制器模块中，经处理的信号更能准确地反映出含水量。
还包括键盘设置模块；所述键盘设置模块的输出端与控制器模块连接。用户可在键盘模块设置木材形状、强度参考值、含水率参考值等。
还包括显示模块；所述显示模块与控制器模块连接。用于显示木材形状、强度的参考值和实际值、含水率的参考值和实际值等。
Claims (6)
1.木材质量检测系统，其特征在于：
包括测速模块、称重模块、宽度检测模块、长度检测模块、含水量检测模块以及控制器模块；
所述测速模块主要包括超声波发射器和超声波接收器；所述超声波发射器在控制器模块的控制下发出超声波信号，所述超声波信号穿过待测木材的宽之后，传输至超声波接收器；所述超声波接收器接收到的信号输入至控制器模块中；
所述称重模块包含至少4个称重传感器，各称重传感器安装在外部称台的4个脚，检测到的压力信号输入至控制器模块中；
所述宽度检测模块主要包括2个旋转编码器，所述编码器安装在外部测宽器上，待测木材经过外部测宽器时，撑开2个旋转编码器，2个旋转编码器感应出各自的转动角度，这2个转动角度信号分别输入至控制器模块中；
所述长度检测模块为光电式位移传感器，所述光电式位移传感器的输出信号输入至控制器模块中；
所述含水量检测模块主要包括伽玛射线发射器和伽玛射线探测头；所述伽玛射线发射器在控制器模块的控制下发出伽玛射线，所述伽玛射线穿过待测木材的长后，传输至伽玛射线探测头；所述伽玛射线探测头的输出信号输入至控制器模块中。
2.根据权利要求1所述的木材质量检测系统，其特征在于：
所述超声波发射器包括有至少4个发射端换能器，所述超声波接收器包括有至少4个接收端换能器；所述发射端换能器与接收端换能器的数量相同，所述各发射端换能器排列在外部履带的一侧，所述各接收端换能器排列在外部履带的另一侧，所述发射端换能器与之接收端换能器的连线与待测木材的长垂直。
3.根据权利要求2所述的木材质量检测系统，其特征在于：
所述超声波接收器还包括放大电路、带通滤波电路、自动增益放大电路、包络检波电路、门限比较电路；所述各接收端换能器的输出端经前置放大电路、带通滤波的线路、自动增益放大电路后连接至控制器模块；所述自动增益放大电路的输出端还经包络检波电路、门限比较电路后连接至控制器模块中。
4.根据权利要求1所述的木材质量检测系统，其特征在于：
所述含水量检测模块还包括放大电路和积分电路；所述伽玛射线探测头的输出信号经放大电路、积分电路之后，输入至控制器模块中。
5.根据权利要求1所述的木材质量检测系统，其特征在于：还包括键盘设置模块；所述键盘设置模块的输出端与控制器模块连接。
6.根据权利要求1所述的木材质量检测系统，其特征在于：还包括显示模块；所述显示模块与控制器模块连接。
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