CN117110436A - 一种胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备及方法，涉及绿色建材检测技术领域，其中在线检测设备包括输送装置，还包括：密度检测装置，密度检测装置为力传感器；频率测试装置，频率测试装置设置于输送装置侧面，且频率测试装置由电子组件和镜体组件组成；胶合木层板，胶合木层板设置于输送装置顶部；电子组件包括单频激光器、第一声光调制器、第二声光调制器和光电探测器，镜体组件包括第一偏振分光棱镜、反射镜、第二偏振分光棱镜、透镜和第三偏振分光棱镜。本发明采用激光多普勒测振技术，精准捕获胶合木层板纵向振动频率，计算其弹性模量，并最终确定胶合木层板强度等级，强度等级连续在线检测精度高。
Description
技术领域
本发明涉及绿色建材检测技术领域，具体涉及一种胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备及方法。
背景技术
我国现代木结构发展在近二十年取得了长足发展，目前从事相关的企业数量已有近300家，其中从事胶合木结构生产、制造加工的企业占比超过80％，胶合木结构已经成为我国现代木结构中最主要的结构形式之一。另外，据第九次全国森林资源清查结果显示，我国人工林的总面积和蓄积量均居世界首位，这些丰富的人工林资源可为胶合木结构的建造提供丰富的原材料且能显著提升人工林木材的附加值。胶合木结构主要采用的材料是胶合木，其由不同强度等级的胶合木层板组坯、胶合而成。因此，胶合木层板强度等级的确定是胶合木制造的最为关键技术。
在胶合木层板强度等级的连续在线检测方面，根据测量方式分为无损动态间接和力学直接检测方法2种，根据胶合木层板的输送方式分为纵向输送和横向输送2种。目前现有的力学直接检测方法采用纵向输送，由于不同强度等级层板的力学性能存在差异、纵向输送路径包含胶合木层板的整个长度，该方法检测速度普遍较慢且试样可能会出现预损伤缺陷。现有的无损动态间接检测方法采用横向输送，主要基于超声波、应力波在木材中的传播速度来推算胶合木层板的强度等级。这些方法测试过程中，超声波、应力波传递路径均包含胶合木层板的整个长度，另外仅反映木材表面局部的弹性模量，导致检测速度慢且强度等级预测精度低等问题。为解决胶合木层板强度等级连续在线检测的速度快和精度高要求，申请团队通过前期技术攻关，基于木材自身纵向振动特性和激光多普勒测振原理，研发了一种胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备及方法，攻克现有胶合木层板强度等级连续在线检测方法所存在的速度慢、精度差、预损伤缺陷等问题，进一步推动国内胶合木结构的高质量制造。
经过有关文献和资料检索，如中国标准GB 50005、GB/T 26899、GB/T 50708等标准仅规定了胶合木的通识性设计方法要求，以及不同强度等级胶合木所对应组坯胶合木层板的力学性能指标要求，胶合木层板弹性模量预测方法仅涉及静态检测方法；已公开的专利“一种应力波锯材分等装置及方法(申请号：202010337954.7)”、“一种结构用木材弯曲强度检测设备与方法(201210094608.6)”、“一种结构用胶合木及其制造方法(申请号：200910085638.9)”、“一种高强度胶合木的制造技术(申请号：202111473721.0)”，以及论文林业机械与木工设备2014年第42卷第2期第41-43,46页的“天然林落叶松锯材机械应力分等法与四点弯曲性能相关性研究”、林产工业第2013年第40卷第6期第41-43页的“FD1146结构用锯材应力分等设备的研制及应用”、林产工业2014年第41卷第1期第13-18页的“落叶松结构用胶合木层板指接工艺参数对力学性能的影响”，涉及的胶合木层板强度等级连续在线检测方法尚未解决胶合木层板强度等级检测速度快、精度高、不损伤等问题，严重制约了我国胶合木结构的高质量快速发展。
从上述文献公开内容可知，目前对于胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备及方法尚缺乏相应的技术，不能满足本领域制造与安全使用的需要。
因此，通过提出胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备及方法，结合木材自身纵向振动特性和激光多普勒测振原理，实现胶合木层板胶合木层板强度等级检测速度快、精度高、不损伤的连续在线检测，用于判定国产人工林木材制胶合木层板的强度等级，推进国产人工林木材在胶合木建筑结构中的应用，这对促进国产人工林木材作为结构材在现代木结构中的高附加值应用，推进我国建立自主知识产权的木结构体系，加快现代木结构的高质量发展，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备，包括输送装置，还包括：
密度检测装置，密度检测装置安装于输送装置上，且密度检测装置为力传感器；
频率测试装置，频率测试装置设置于输送装置侧面，且频率测试装置由电子组件和镜体组件组成；
胶合木层板，胶合木层板设置于输送装置顶部；
电子组件包括单频激光器、第一声光调制器、第二声光调制器和光电探测器，镜体组件包括第一偏振分光棱镜、反射镜、第二偏振分光棱镜、透镜和第三偏振分光棱镜；
第一偏振分光棱镜设置于单频激光器一侧，且第一声光调制器和反射镜设置于第一偏振分光棱镜相邻的两侧，第二偏振分光棱镜设置于第一声光调制器远离第一偏振分光棱镜的一侧，且第二声光调制器设置于反射镜一侧，第三偏振分光棱镜和透镜设置于第二偏振分光棱镜相邻的两侧，且第三偏振分光棱镜还位于第二声光调制器一侧，光电探测器设置于第三偏振分光棱镜远离第二偏振分光棱镜的一侧，且透镜远离第二偏振分光棱镜的一侧朝向胶合木层板；
振动装置，振动装置固定安装于频率测试装置一侧；
中控机，中控机安装于频率测试装置一侧。
作为本发明的进一步技术方案，输送装置由分割条、输送平台、传输带和电机组成，传输带有两个并分别水平转动设置于输送平台下方两侧，分割条有多个，且多个分割条分别等距离均匀固定于两个传输带表面；
每个传输带内部均设有多个等间距均匀分布的圆辊，每个圆辊端部均安装有电机，输送装置用于等间距横向输送胶合木层板。
作为本发明的进一步技术方案，力传感器有两个，且两个力传感器分别安装于输送平台对立的两侧，力传感器用于测试胶合木层板的重量，力传感器上连接有信号采集数据线，且信号采集数据线与中控机连接。
作为本发明的进一步技术方案，振动装置用于激发胶合木层板沿长度方向自由振动，胶合木层板沿长度方向自由振动，振动频率记为fD。
作为本发明的进一步技术方案，单频激光器用于发射频率为f0的激光，第一偏振分光棱镜用于将频率为f0的激光分成测量光束和参考光束，第一声光调制器用于将测量光束移频为频率为f1的测量光束，第二声光调制器用于将参考光束移频为频率为f2的参考光束，频率为f1的测量光束经过第二偏振分光棱镜、透镜照射至胶合木层板，胶合木层板反射频率为f1的测量光束生成频率为f1+fD的测量光束，频率为f1+fD的测量光束经过透镜、第二偏振分光棱镜照射并与频率为f2的参考光束汇聚经过第三偏振分光棱镜发生干涉，光电探测器用于捕获频率为f2的参考光束和频率为f1+fD的测量光束干涉产生的电压信号并将电压信号转化为频域信号，频域信号采集数据线和中控机连接。
作为本发明的进一步技术方案，频率测试装置用于测试胶合木层板沿长度方向的自由振动频率，中控机用于根据胶合木层板的密度和沿长度方向的自由振动频率来确定胶合木层板的强度等级。
作为本发明的进一步技术方案，传输带的传输速度V与分割条的相邻间距W和弹簧钢球敲击的等间隔时间t1的关系为：t1＝W/V。
作为本发明的进一步技术方案，传输带传输胶合木层板的最高速度为200根/分钟，胶合木层板长度为1.8m～8.0m。
一种胶合木层板强度等级的高速连续在线检测方法，包括胶合木层板的输送、力学参数捕获和强度等级确定步骤，其中，
胶合木层板的输送步骤包括：
A1：将每根胶合木层板试件放置于输送装置中的输送平台；
A2：通过输送装置中的传输带和电机将胶合木层板试件等间距横向输送；
胶合木层板的力学参数捕获步骤包括：
B1：将胶合木层板试件横向输送穿过密度检测装置区间，通过密度检测装置中的力传感器采集每根胶合木层板试件的重量，记为mi，i＝1,2,3,……，并计算得到每根胶合木层板试件的密度，记为ρi，其中，bi、ti、Li分别为每根胶合木层板试件的宽度、厚度和长度；
B2：将胶合木层板试件横向输送过振动装置区间，通过振动装置中的弹簧钢球以等间隔时间弹射敲击每根胶合木层板试件的端面，使得每根胶合木层板试件沿长度方向自由振动；
B3：将胶合木层板试件横向输送过频率测试装置区间，通过频率测试装置测试得到每根胶合木层板试件沿长度方向自由振动的电压信号，并将电压信号通过快速傅里叶变换转化成频域信号，获得每根胶合木层板试件沿长度方向自由振动的振动频率，记为fD,i，快速傅里叶变换转化成频域信号具体如下：
数据采集：
首先通过频率测试装置采集一个电压时间序列V(t)，其中t＝0,Δt,2Δt,…,(N-1)Δt,N是采样点数量，Δt是采样间隔；
选择窗函数W(t)并应用于V(t)：
V′(t)＝V(t)×W(t)
减少频谱泄漏；
执行FFT：
对V'(t)执行快速傅里叶变换，得到复数数组F(f)，其中f是频率；
计算幅度谱：
对于每一个f，计算其幅度A(f):
其中，Re(F(f))与Im(F(f))分别是为F(f)的实部和虚部；
识别主要频率分量:
在A(f)中找到最大幅度对应的频率fmax:
fmax＝argmaxfA(f)
fmax为胶合木层板沿长度方向自由振动的主要频率；
电压信号V(t)被转换为了频域信号，而fmax用于胶合木层板的强度等级确定；
胶合木层板的强度等级确定步骤包括：
C1：将每根胶合木层板试件的密度ρi和振动频率fD,i采集的数据传输至中控机，中控机计算得到每根胶合木层板试件的弹性模量，记为Ei，
C2：中控机根据每根胶合木层板试件的弹性模量Ei，对每根胶合木层板试件所属的强度等级进行划分分级。
由于采用了上述技术方案，本发明相对现有技术来说，取得的技术进步是：
1、本发明提供一种胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备及方法，基于胶合木层板纵向振动振幅低的特性，采用激光多普勒测振技术，精准捕获胶合木层板纵向振动频率，计算其弹性模量，并最终确定胶合木层板强度等级，强度等级连续在线检测精度高。
2、本发明提供一种胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备及方法，在线检测设备基于横向等间距输送和胶合木层板纵向振动频率高的特性研发，最高检测速度能达到200根/分钟，相对于传统在线检测设备速度提高5倍以上，自动化程度和效率能极大提升。
附图说明
图1为本发明的胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备的俯视图；
图2为本发明的胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备的正视图；
图3为本发明的胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备的侧视图；
图4为本发明频率测试装置的结构示意图；
图5为本发明胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备中频率测试装置中，胶合木层板试样沿长度方向纵向自由振动时，光电探测器监测电压随时间的变化曲线图；
图6为本发明胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备中频率测试装置中，胶合木层板试样沿长度方向纵向自由振动时，光电探测器监测电压转化成的频域信号曲线图；
图中：10、胶合木层板；20、输送装置；30、密度检测装置；40、频率测试装置；50、振动装置；60、中控机；
21、分割条；22、输送平台；23、传输带；24、电机；
41、单频激光器；42、第一偏振分光棱镜；43、反射镜；44、第一声光调制器；45、第二声光调制器；46、第二偏振分光棱镜；47、透镜；48、第三偏振分光棱镜；49、光电探测器；
401、频率为f0的激光；402、测量光束；403、参考光束；404、频率为f1的测量光束；405、频率为f2的参考光束；406、频率为f1+fD的测量光束。
具体实施方式
请参阅附图1-附图6，一种胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备，包括输送装置20，还包括：
密度检测装置30，密度检测装置30安装于输送装置20上，且密度检测装置30为力传感器；
频率测试装置40，频率测试装置40设置于输送装置20侧面，且频率测试装置40由电子组件和镜体组件组成；
胶合木层板10，胶合木层板10设置于输送装置20顶部；
电子组件包括单频激光器41、第一声光调制器44、第二声光调制器45和光电探测器49，镜体组件包括第一偏振分光棱镜42、反射镜43、第二偏振分光棱镜46、透镜47和第三偏振分光棱镜48；
第一偏振分光棱镜42设置于单频激光器41一侧，且第一声光调制器44和反射镜43设置于第一偏振分光棱镜42相邻的两侧，第二偏振分光棱镜46设置于第一声光调制器44远离第一偏振分光棱镜42的一侧，且第二声光调制器45设置于反射镜43一侧，第三偏振分光棱镜48和透镜47设置于第二偏振分光棱镜46相邻的两侧，且第三偏振分光棱镜48还位于第二声光调制器45一侧，光电探测器49设置于第三偏振分光棱镜48远离第二偏振分光棱镜46的一侧，且透镜47远离第二偏振分光棱镜46的一侧朝向胶合木层板10；
振动装置50，振动装置50固定安装于频率测试装置40一侧；
中控机60，中控机60安装于频率测试装置40一侧。
请参阅附图1-附图6，在一个优选的实施方式中，输送装置20由分割条21、输送平台22、传输带23和电机24组成，传输带23有两个并分别水平转动设置于输送平台22下方两侧，分割条21有多个，且多个分割条21分别等距离均匀固定于两个传输带23表面；
每个传输带23内部均设有多个等间距均匀分布的圆辊，每个圆辊端部均安装有电机24，输送装置20用于等间距横向输送胶合木层板10。
请参阅附图1-附图3，在一个优选的实施方式中，力传感器有两个，且两个力传感器分别安装于输送平台22对立的两侧，力传感器用于测试胶合木层板10的重量，力传感器上连接有信号采集数据线，且信号采集数据线与中控机60连接。
请参阅附图1-附图6，在一个优选的实施方式中，振动装置50用于激发胶合木层板10沿长度方向自由振动，胶合木层板10沿长度方向自由振动，振动频率记为fD；弹簧钢球等间隔时间进行弹射以敲击所述胶合木层板10的端面，产生一外部激励荷载，使所述胶合木层板10沿长度方向自由振动，振动频率记为fD。
请参阅附图1-附图6，在一个优选的实施方式中，单频激光器41用于发射频率为f0的激光401，第一偏振分光棱镜42用于将频率为f0的激光401分成测量光束402和参考光束403，第一声光调制器44用于将测量光束402移频为频率为f1的测量光束404，第二声光调制器45用于将参考光束403移频为频率为f2的参考光束405，频率为f1的测量光束404经过第二偏振分光棱镜46、透镜47照射至胶合木层板10，胶合木层板10反射频率为f1的测量光束404生成频率为f1+fD的测量光束406，频率为f1+fD的测量光束406经过透镜47、第二偏振分光棱镜46照射并与频率为f2的参考光束405汇聚经过第三偏振分光棱镜48发生干涉，光电探测器49用于捕获频率为f2的参考光束405和频率为f1+fD的测量光束406干涉产生的电压信号并将电压信号转化为频域信号，频域信号采集数据线和中控机60连接。
请参阅附图1-附图6，在一个优选的实施方式中，频率测试装置40用于测试胶合木层板10沿长度方向的自由振动频率，中控机60用于根据胶合木层板10的密度和沿长度方向的自由振动频率来确定胶合木层板10的强度等级。
请参阅附图1-附图3，在一个优选的实施方式中，传输带23的传输速度V与分割条21的相邻间距W和弹簧钢球敲击的等间隔时间t1的关系为：t1＝W/V。
请参阅附图1-附图3，在一个优选的实施方式中，传输带23传输胶合木层板10的最高速度为200根/分钟，胶合木层板10长度为1.8m～8.0m。
工作原理：首先把胶合木层板10置于相邻的分割条21之间，启动电机24带动传输带23转动分割条21移动，分割条21移动会推动胶合木层板10移动，从而可使胶合木层板10经过密度检测装置30检测重量，再通过振动装置50使胶合木层板10振动，最后由频率测试装置40测试胶合木层板10沿长度方向的自由振动频率，即可通过中控机60对胶合木层板10的强度等级进行检测。
一种胶合木层板强度等级的高速连续在线检测方法，包括胶合木层板的输送、力学参数捕获和强度等级确定步骤，其中，
胶合木层板的输送步骤包括：
A1：将每根胶合木层板10试件放置于输送装置20中的输送平台22；
A2：通过输送装置20中的传输带23和电机24将胶合木层板10试件等间距横向输送；
胶合木层板的力学参数捕获步骤包括：
B1：将胶合木层板10试件横向输送穿过密度检测装置30区间，通过密度检测装置30中的力传感器采集每根胶合木层板10试件的重量，记为mi，i＝1,2,3,……，并计算得到每根胶合木层板10试件的密度，记为ρi，其中，bi、ti、Li分别为每根胶合木层板10试件的宽度、厚度和长度；
B2：将胶合木层板10试件横向输送过振动装置50区间，通过振动装置50中的弹簧钢球以等间隔时间弹射敲击每根胶合木层板10试件的端面，使得每根胶合木层板10试件沿长度方向自由振动；
B3：将胶合木层板10试件横向输送过频率测试装置40区间，通过频率测试装置40测试得到每根胶合木层板10试件沿长度方向自由振动的电压信号，并将电压信号通过快速傅里叶变换转化成频域信号，获得每根胶合木层板10试件沿长度方向自由振动的振动频率，记为fD,i，所述快速傅里叶变换转化成频域信号具体如下：
数据采集：
首先通过频率测试装置采集一个电压时间序列V(t)，其中t＝0,Δt,2Δt,…,(N-1)Δt,N是采样点数量，Δt是采样间隔；
选择窗函数W(t)并应用于V(t)：
V′(t)＝V(t)×W(t)
减少频谱泄漏；
执行FFT：
对V'(t)执行快速傅里叶变换，得到复数数组F(f)，其中f是频率；
计算幅度谱：
对于每一个f，计算其幅度A(f):
其中，Re(F(f))与Im(F(f))分别是为F(f)的实部和虚部；
识别主要频率分量:
在A(f)中找到最大幅度对应的频率fmax:
fmax＝argmaxfA(f)
fmax为胶合木层板10沿长度方向自由振动的主要频率；
电压信号V(t)被转换为了频域信号，而fmax用于胶合木层板10的强度等级确定；
所述胶合木层板10的强度等级确定步骤包括：
C1：将每根胶合木层板10试件的密度ρi和振动频率fD,i采集的数据传输至中控机60，中控机60计算得到每根胶合木层板10试件的弹性模量，记为Ei，
C2：中控机60根据每根胶合木层板10试件的弹性模量Ei，对每根胶合木层板10试件所属的强度等级进行划分分级。
实施例
选取300根杉木胶合木层板试件，胶合木层板试件的宽度、厚度和长度分别为bi＝150mm、ti＝40mm、Li＝4000mm，采用上述胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备，按照上述胶合木层板强度等级的高速连续在线检测方法，确定胶合木层板试件强度等级，以传统力学直接检测方法预测的胶合木层板强度等级为基准，与传统应力波检测方法、超声波检测方法对比，结果见下表，结果表明，采用本发明胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备及方法可精确、快速预测胶合木层板强度等级。
表1胶合木层板强度等级的检测统计结果
本发明在线检测设备基于横向等间距输送和胶合木层板纵向振动频率高的特性研发，最高检测速度能达到200根/分钟，相对于传统在线检测设备速度提高5倍以上，自动化程度和效率能极大提升。
上文一般性的对本发明做了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对于技术领域的一般技术人员是显而易见的。因此，在不脱离本发明思想精神的修改或改进，均在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备，包括输送装置(20)，其特征在于，还包括：
密度检测装置(30)，所述密度检测装置(30)安装于输送装置(20)上，且密度检测装置(30)为力传感器；
频率测试装置(40)，所述频率测试装置(40)设置于输送装置(20)侧面，且频率测试装置(40)由电子组件和镜体组件组成；
胶合木层板(10)，所述胶合木层板(10)设置于输送装置(20)顶部；
所述电子组件包括单频激光器(41)、第一声光调制器(44)、第二声光调制器(45)和光电探测器(49)，所述镜体组件包括第一偏振分光棱镜(42)、反射镜(43)、第二偏振分光棱镜(46)、透镜(47)和第三偏振分光棱镜(48)；
所述第一偏振分光棱镜(42)设置于单频激光器(41)一侧，且第一声光调制器(44)和反射镜(43)设置于第一偏振分光棱镜(42)相邻的两侧，所述第二偏振分光棱镜(46)设置于第一声光调制器(44)远离第一偏振分光棱镜(42)的一侧，且第二声光调制器(45)设置于反射镜(43)一侧，所述第三偏振分光棱镜(48)和透镜(47)设置于第二偏振分光棱镜(46)相邻的两侧，且第三偏振分光棱镜(48)还位于第二声光调制器(45)一侧，所述光电探测器(49)设置于第三偏振分光棱镜(48)远离第二偏振分光棱镜(46)的一侧，且透镜(47)远离第二偏振分光棱镜(46)的一侧朝向胶合木层板(10)；
振动装置(50)，所述振动装置(50)固定安装于频率测试装置(40)一侧；
中控机(60)，所述中控机(60)安装于频率测试装置(40)一侧。
2.根据权利要求1所述的一种胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备，其特征在于，所述输送装置(20)由分割条(21)、输送平台(22)、传输带(23)和电机(24)组成，所述传输带(23)有两个并分别水平转动设置于输送平台(22)下方两侧，所述分割条(21)有多个，且多个分割条(21)分别等距离均匀固定于两个传输带(23)表面；
每个所述传输带(23)内部均设有多个等间距均匀分布的圆辊，每个所述圆辊端部均安装有电机(24)，所述输送装置(20)用于等间距横向输送胶合木层板(10)。
3.根据权利要求2所述的一种胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备，其特征在于，所述力传感器有两个，且两个力传感器分别安装于输送平台(22)对立的两侧，所述力传感器用于测试胶合木层板(10)的重量，所述力传感器上连接有信号采集数据线，且信号采集数据线与中控机(60)连接。
4.根据权利要求1所述的一种胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备，其特征在于，所述振动装置(50)用于激发胶合木层板(10)沿长度方向自由振动，所述胶合木层板(10)沿长度方向自由振动，其振动频率记为fD。
5.根据权利要求1所述的一种胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备，其特征在于，所述单频激光器(41)用于发射频率为f0的激光(401)，所述第一偏振分光棱镜(42)用于将频率为f0的激光(401)分成测量光束(402)和参考光束(403)，所述第一声光调制器(44)用于将测量光束(402)移频为频率为f1的测量光束(404)，所述第二声光调制器(45)用于将参考光束(403)移频为频率为f2的参考光束(405)，所述频率为f1的测量光束(404)经过第二偏振分光棱镜(46)、透镜(47)照射至胶合木层板(10)，所述胶合木层板(10)反射频率为f1的测量光束(404)生成频率为f1+fD的测量光束(406)，所述频率为f1+fD的测量光束(406)经过透镜(47)、第二偏振分光棱镜(46)照射并与频率为f2的参考光束(405)汇聚经过第三偏振分光棱镜(48)发生干涉，所述光电探测器(49)用于捕获频率为f2的参考光束(405)和频率为f1+fD的测量光束(406)干涉产生的电压信号并将电压信号转化为频域信号，所述频域信号采集数据线和中控机(60)连接。
6.根据权利要求1所述的一种胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备，其特征在于，所述频率测试装置(40)用于测试胶合木层板(10)沿长度方向的自由振动频率，所述中控机(60)用于根据胶合木层板(10)的密度和沿长度方向的自由振动频率来确定胶合木层板(10)的强度等级。
7.根据权利要求2所述的一种胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备，其特征在于，所述传输带(23)的传输速度V与分割条(21)的相邻间距W和弹簧钢球敲击的等间隔时间t1的关系为：t1＝W/V。
8.根据权利要求2所述的一种胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备，其特征在于，所述传输带(23)传输胶合木层板(10)的最高速度为200根/分钟，所述胶合木层板(10)长度为1.8m～8.0m。
9.一种胶合木层板强度等级的高速连续在线检测方法，其特征在于，采用上述权利要求1-8任一所述的一种胶合木层板强度等级的高速连续在线检测设备，所述的高速连续在线检测方法，包括胶合木层板的输送、力学参数捕获和强度等级确定步骤，其中，
胶合木层板的输送步骤包括：
A1：将每根胶合木层板(10)试件放置于输送装置(20)中的输送平台(22)；
A2：通过输送装置(20)中的传输带(23)和电机(24)将胶合木层板(10)试件等间距横向输送；
胶合木层板的力学参数捕获步骤包括：
B1：将胶合木层板(10)试件横向输送穿过密度检测装置(30)区间，通过密度检测装置(30)中的力传感器采集每根胶合木层板(10)试件的重量，记为mi，i＝1,2,3,……，并计算得到每根胶合木层板(10)试件的密度，记为ρi，其中，bi、ti、Li分别为每根胶合木层板(10)试件的宽度、厚度和长度；
B2：将胶合木层板(10)试件横向输送过振动装置(50)区间，通过振动装置(50)中的弹簧钢球以等间隔时间弹射敲击每根胶合木层板(10)试件的端面，使得每根胶合木层板(10)试件沿长度方向自由振动；
B3：将胶合木层板(10)试件横向输送过频率测试装置(40)区间，通过频率测试装置(40)测试得到每根胶合木层板(10)试件沿长度方向自由振动的电压信号，并将电压信号通过快速傅里叶变换转化成频域信号，获得每根胶合木层板(10)试件沿长度方向自由振动的振动频率，记为fD,i，所述快速傅里叶变换转化成频域信号具体如下：
数据采集：
首先通过频率测试装置采集一个电压时间序列V(t)，其中t＝0,Δt,2Δt,…,(N-1)Δt,N是采样点数量，Δt是采样间隔；
选择窗函数W(t)并应用于V(t)：
V′(t)＝V(t)×W(t)
减少频谱泄漏；
执行FFT：
对V'(t)执行快速傅里叶变换，得到复数数组F(f)，其中f是频率；
计算幅度谱：
对于每一个f，计算其幅度A(f):
其中，Re(F(f))与Im(F(f))分别是为F(f)的实部和虚部；
识别主要频率分量:
在A(f)中找到最大幅度对应的频率fmax:
fmax＝argmaxfA(f)
fmax为胶合木层板(10)沿长度方向自由振动的主要频率；
电压信号V(t)被转换为了频域信号，而fmax用于胶合木层板(10)的强度等级确定；
所述胶合木层板(10)的强度等级确定步骤包括：
C1：将每根胶合木层板(10)试件的密度ρi和振动频率fD,i采集的数据传输至中控机(60)，中控机(60)计算得到每根胶合木层板(10)试件的弹性模量，记为Ei，
C2：中控机(60)根据每根胶合木层板(10)试件的弹性模量Ei，对每根胶合木层板(10)试件所属的强度等级进行划分分级。
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|---|---|---|---|---|
| CN101403666A (zh) * | 2008-06-16 | 2009-04-08 | 南京林业大学 | 木材和木质复合材料的动态弹性模量E和阻尼比ξ测量法 |
| CN108168465A (zh) * | 2017-12-23 | 2018-06-15 | 西安交通大学 | 一种共光路激光外差干涉法滚转角高精度测量装置及方法 |
| CN116592985A (zh) * | 2023-04-14 | 2023-08-15 | 国科大杭州高等研究院 | 一种适用于0.1 mHz～10 kHz的激光测振装置 |
| CN116642785A (zh) * | 2023-05-30 | 2023-08-25 | 中国林业科学研究院木材工业研究所 | 一种胶合木层板弹性模量的无损检测系统 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101403666A (zh) * | 2008-06-16 | 2009-04-08 | 南京林业大学 | 木材和木质复合材料的动态弹性模量E和阻尼比ξ测量法 |
| CN108168465A (zh) * | 2017-12-23 | 2018-06-15 | 西安交通大学 | 一种共光路激光外差干涉法滚转角高精度测量装置及方法 |
| CN116592985A (zh) * | 2023-04-14 | 2023-08-15 | 国科大杭州高等研究院 | 一种适用于0.1 mHz～10 kHz的激光测振装置 |
| CN116642785A (zh) * | 2023-05-30 | 2023-08-25 | 中国林业科学研究院木材工业研究所 | 一种胶合木层板弹性模量的无损检测系统 |
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