CN110426379A - 一种旋转式木材单纤截面积测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转式木材单纤截面积测量装置以及测量方法，该测量装置，包括高度调节装置、位于所述高度调节装置上的水平距离调节装置、与所述水平距离调节装置一端连接的同步旋转块以及用于旋转所述同步旋转块的旋转调节装置，所述同步旋转块另一端面设有凹槽，所述凹槽用于插入装有待测木材单纤的窄形玻片。采用上述装置，可以实现装有待测木材单纤的玻片在立体方向的旋转测量，可以显著改善测量精度，且该装置结构简单、成本低廉、操作简单，对木材单纤截面积测量及力学性能的研究具有重要意义。

Description

一种旋转式木材单纤截面积测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种旋转式木材单纤截面积测量装置及方法，属于木材纤维测量技术领域。

背景技术

木材纤维是构成木材最重要的单元，木材纤维的特性直接决定木材及木材制品性能的优劣，对木材单纤的截面积进行测量，是非常必要的。不仅可以更准确地了解木材的微观形态，同时对木材单纤拉伸强度等微力学性能的测试具有十分重要的意义。

目前，对木材单纤截面积的测量，常采用的方法有：(1)显微镜观察法。将木材纤维包埋在树脂中，对其进行横切，随后放在显微镜下调整到一定的倍数进行观察。该方法操作过程琐碎、难度大且耗时多，测量结果并不理想；(2)使用激光共聚焦显微镜，该显微镜的工作原理是利用计算机进行图象处理得到细胞或组织内部微细结构的荧光图象，可以直接得到木材单纤的截面积，测量结果精确，但设备成本很高。此外，也有近似求解法、电子显微镜等得到单根纤维胞壁面积的方法。可见现有技术中对木材单纤截面积的测量，存在操作复杂、测量结果准确度不高、成本高等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种成本低廉且测量精度高的旋转式木材单纤截面积测量装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种旋转式木材单纤截面积测量装置，包括高度调节装置、位于所述高度调节装置上的水平距离调节装置、与所述水平距离调节装置一端连接的同步旋转块以及用于旋转所述同步旋转块的旋转调节装置，所述同步旋转块另一端面设有凹槽，所述凹槽用于插入装有待测木材单纤的窄形玻片。

进一步的，所述旋转调节装置采用与所述水平距离调节装置另一端固定连接且带有刻度盘的调节旋钮，所述调节旋钮上刻度盘分为360等分格。

进一步的，所述高度调节装置采用可升降支架，包括升降轴、升降控制旋钮以及安装座，所述升降轴与所述升降控制旋钮采用齿轮齿条传动结构，相对所述安装座进行上下移动。

进一步的，所述水平距离调节装置采用水平可伸缩支架，包括水平轴、水平控制旋钮以及水平安装管，所述水平轴与所述水平控制旋钮采用齿轮齿条传动结构，相对所述水平安装管左右移动，所述水平安装管可旋转安装在所述升降轴上，所述水平安装管另一端与所述旋转调节装置固定连接。

进一步的，所述水平距离调节装置两端为T形。

一种旋转式木材单纤截面积测量方法，基于上述一种旋转式木材单纤截面积测量装置，包括以下步骤：

(1)将待测木材单纤置于窄形玻片的载玻片上，盖上盖玻片后，将其一端插入所述同步旋转块的凹槽内；

(2)通过调节所述高度调节装置及所述水平距离调节装置，移动玻片直至在显微镜下可以清晰看到木材纤维；

(3)通过旋转所述旋转调节装置，带动所述同步旋转块旋转，直至在显微镜下木材单纤呈现最短的内外径为止，记录此时木材单纤的内径l₁、外径l₂；

(4)顺/逆时针旋转所述旋转调节装置转动90°，记录旋转后木材单纤的内径l₃、外径l₄，同时在旋转过程中观察木材单纤在显微镜下外径的变化，若外径无明显变化，则认为该木材单纤的截面近似为圆形，根据式(1)计算木材单纤的截面积：

若观察在旋转至90°的过程中木材纤维的外径发生了明显变化，则认为该木材单纤的截面积近似为长方形或正方形，根据式(2)计算木材单纤的截面积：

S＝l₄l₂-l₃l₁ (2)。

本发明所达到的有益效果：

(1)解决单根木材纤维截面积测量过程中误差大的问题。对于直径为微米级的木材纤维，在光学显微镜下观察时角度单一，即仅在平面观察，得到的截面积误差可能超过50％，通过在不同角度下旋转木材纤维进行观察，可以显著提高木材单纤截面积的测量精度。

(2)本发明通过在传统光学显微镜的载物台周围外加一个旋转装置，即可改变木材纤维在显微镜下只能呈二维平面观察的缺陷，无需购买额外设备，且旋转装置结构简单，成本低廉，操作方便，适合大规模推广应用。

附图说明

图1是本发明木材单纤截面积测量装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，以图中所示方位进行说明，本测量装置包括由升降轴、升降控制旋钮8以及安装座构成的可升降支架3、由水平轴、水平控制旋钮7以及水平安装管构成的水平可伸缩支架2(上述结构均为现有技术中已知结构，未在图中完整示意)、位于水平可伸缩支架2右端即与水平安装管固定连接的调节旋钮1、位于水平可伸缩支架2左端即与水平伸缩轴固定连接的同步旋转块4以及位于同步旋转块4左侧面的用于插入窄形玻片6的凹槽5，上述装置可以实现窄形玻片6在垂直方向以及水平方向上的移动以及立体方向上的转动调节。

其中升降旋钮8/移动旋钮7采用与升降轴/水平移动轴均采用齿轮齿条传动连接的结构，可以实现在一定精度范围内的位置调节，且操作便利，上述伸缩结构还可采用常见的丝杆调节结构，水平可伸缩支架2两端形成工字型结构，可保证与两端的调节旋钮1以及同步旋转块4旋转同步的稳定性，调节旋钮1上配置有360等分格的刻度盘，用于刻度指示，在同步旋转块4移动旋转到位后将指针归零指示，再根据要求旋转角度，对调节旋钮1进行旋转调节，使指针指向要求刻度，操作便利，不易出错，也可以直接根据当下指示刻度加减对应要求转动的角度对调节旋钮1进行旋转调节。上述装置可与一般的显微镜配合使用，无需另外配置装置或是对测量装置进行改造，有利于大规模推广应用。

具体的测量方法如下：

(1)将单根木材纤维置于窄形玻片的载玻片上，盖上盖玻片后，将其插入同步旋转块4的凹槽5内；

(2)通过调节可升降支架及可伸缩轴，移动玻片直至在显微镜下可以清晰看到木材纤维；

(3)通过旋转旋钮1调节，带动同步旋转块4旋转，直至在显微镜下木材单纤呈现最短的内外径为止，此时将刻度盘指针调节至0刻度。记录此时木材单纤的内径l₁、外径l₂(实施例中内径均指直径)；

(4)顺/逆时针旋转调节旋钮1，直至刻度盘指针对应±90°，记录旋转后木材单纤的内径l₃、外径l₄，同时在旋转过程中观察木材单纤在显微镜下外径的变化，若外径无明显变化，则该木材单纤的截面近似为圆形，根据式(1)计算木材单纤的截面积：

若观察在旋转至90°的过程中木材纤维的外径发生了明显变化，则认为该木材单纤的截面积近似为长方形或正方形，根据式(2)计算木材单纤的截面积：

S＝l₄l₂-l₃l₁ (2)。

实施例：测量杉木单根纤维的截面积

具体操作过程为：

(1)将单根杉木纤维置于窄形玻片的载玻片上，盖上盖玻片后，将其插入同步旋转块的凹槽内；

(2)调节可升降支架及可伸缩轴，移动玻片直至在显微镜下可以清晰看到木材纤维；

(3)旋转调节旋钮，带动同步旋转块旋转，直至在显微镜下木材单纤呈现最短的内外径为止，此时将刻度盘指针调节至0刻度。记录此时木材单纤的内径l₁为20.6μm、外径l₂为26.5μm，；

(4)顺/逆时针旋转调节旋钮，直至刻度盘指针对应±90°，记录旋转后木材单纤的内径l₃、外径l₄分别为25.0μm、33.5μm，同时在旋转过程中发现在显微镜下观察杉木单根纤维的外径发生了明显变化，木材纤维旋转90°后，，则杉木单纤的截面积为：S＝l₄·l₂-l₃·l₁＝372.8μm²。

采用背景技术中说明的激光共聚焦显微镜测量木材单纤截面积的方法对该木材单纤进行测量，得到该木材单纤外围截面积约881.4μm²，细胞腔面积约514.6μm²，因此该根木材纤维的截面积为366.8μm²，可以认为该结果比较精确。

将上述方法得到的木材单纤的截面积与本发明结果进行比较，发现采用本发明方法测量的木材单纤的截面积值与其误差仅为1.6％，由此可知使用本发明专利方法对木材单纤的截面积进行测量得到的结果准确性高，且本发明方法要求的装置、测量成本低，效率高，操作简便，可以实现广泛应用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种旋转式木材单纤截面积测量装置，其特征是，包括高度调节装置、位于所述高度调节装置上的水平距离调节装置、与所述水平距离调节装置一端连接的同步旋转块以及用于旋转所述同步旋转块的旋转调节装置，所述同步旋转块另一端面设有凹槽，所述凹槽用于插入装有待测木材单纤的窄形玻片。

2.根据权利要求1所述的一种旋转式木材单纤截面积测量装置，其特征是，所述旋转调节装置采用与所述水平距离调节装置另一端固定连接且带有刻度盘的调节旋钮，所述调节旋钮上刻度盘分为360等分格。

3.根据权利要求2所述的一种旋转式木材单纤截面积测量装置，其特征是，所述高度调节装置采用可升降支架，包括升降轴、升降控制旋钮以及安装座，所述升降轴与所述升降控制旋钮采用齿轮齿条传动结构，相对所述安装座进行上下移动。

4.根据权利要求3所述的一种旋转式木材单纤截面积测量装置，其特征是，所述水平距离调节装置采用水平可伸缩支架，包括水平轴、水平控制旋钮以及水平安装管，所述水平轴与所述水平控制旋钮采用齿轮齿条传动结构，相对所述水平安装管左右移动，所述水平安装管可旋转安装在所述升降轴上，所述水平安装管另一端与所述旋转调节装置固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种旋转式木材单纤截面积测量装置，其特征是，所述水平距离调节装置两端为T形。

6.一种旋转式木材单纤截面积测量方法，其特征是，基于如权利要求1-5任一项所述的一种旋转式木材单纤截面积测量装置，包括以下步骤：

(1)将待测木材单纤置于窄形玻片的载玻片上，盖上盖玻片后，将其一端插入所述同步旋转块的凹槽内；

(2)通过调节所述高度调节装置及所述水平距离调节装置，移动玻片直至在显微镜下可以清晰看到木材纤维；

(3)通过旋转所述旋转调节装置，带动所述同步旋转块旋转，直至在显微镜下木材单纤呈现最短的内外径为止，记录此时木材单纤的内径l₁、外径l₂；

(4)顺/逆时针旋转所述旋转调节装置转动90°，记录旋转后木材单纤的内径l₃、外径l₄，同时在旋转过程中观察木材单纤在显微镜下外径的变化，若外径无明显变化，则认为该木材单纤的截面近似为圆形，根据式(1)计算木材单纤的截面积：

若观察在旋转至90°的过程中木材纤维的外径发生了明显变化，则认为该木材单纤的截面积近似为长方形或正方形，根据式(2)计算木材单纤的截面积：

S＝l₄l₂-l₃l₁ (2)。