RU2439561C2 - Способ ранней диагностики резонансных свойств древесины на корню - Google Patents

Способ ранней диагностики резонансных свойств древесины на корню Download PDF

Info

Publication number
RU2439561C2
RU2439561C2 RU2009111148/13A RU2009111148A RU2439561C2 RU 2439561 C2 RU2439561 C2 RU 2439561C2 RU 2009111148/13 A RU2009111148/13 A RU 2009111148/13A RU 2009111148 A RU2009111148 A RU 2009111148A RU 2439561 C2 RU2439561 C2 RU 2439561C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
undergrowth
properties
frequency
cuttings
resonance
Prior art date
Application number
RU2009111148/13A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2009111148A (ru
Inventor
Владимир Ильич Федюков (RU)
Владимир Ильич Федюков
Екатерина Юрьевна Салдаева (RU)
Екатерина Юрьевна Салдаева
Александр Леонидович Васенев (RU)
Александр Леонидович Васенев
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет
Priority to RU2009111148/13A priority Critical patent/RU2439561C2/ru
Publication of RU2009111148A publication Critical patent/RU2009111148A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2439561C2 publication Critical patent/RU2439561C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Способ ранней диагностики резонансных свойств древесины на корню, преимущественно подроста, путем определения дендроакустических свойств исследуемого образца заключается в том, что у елового подроста с южной стороны от серединных боковых веток, исключая последние трехлетние приросты, берут образцы в виде черенков. Определяют собственную частоту колебаний отобранных черенков резонансным методом. Посредством персонального компьютера с полнодуплексной звуковой платой и программой в автоматическом режиме получают частотно-амплитудную гистограмму. Частотно-амплитудную гистограмму идентифицируют с ранее полученной эталонной гистограммой с учетом плотности и фактической толщины черенка. По результатам идентифицирования с заданной степенью вероятности не ниже 0,95 определяют наличие резонансных свойств подроста. Способ повышает точность диагностики резонансных свойств древесины на корню. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области диагностики резонансных свойств древесины у молодых деревьев в возрасте подроста и старше и может быть использовано в плантационном лесовыращивании в целях получения качественного материала с предсказуемыми техническими характеристиками для изготовления музыкальных инструментов.
Качество резонансной древесины определяется несколькими категориями, включая ее макроструктуру - ширину годичных слоев и процентное содержание в них так называемой поздней древесины, а также акустическую константу излучения звука - Ku, которая является комплексным показателем и определяется из следующего соотношения динамического модуля Юнга Един и плотности материала ρ:
Figure 00000001
Для определения макроструктуры древесины применяются оптические или лучевые устройства (Федюков В.И. Ель резонансная: Отбор на корню, выращивание, сертификация: Научное издание. - Йошкар-Ола, 1998.), а также новые способ и устройство для его осуществления путем определения поверхностей микротвердости по образцу в виде радиального керна, взятого от ствола взрослого дерева (Федюков В.И., Веселов Л.Н., Веселов В.Л. Способ диагностики резонансных свойств древесины и устройство для его осуществления: патент на изобретение №2130611).
Теория строения древесины и достигнутые результаты говорят о том, что такой способ по своим возможностям не отвечают требованиям ранней диагностики резонансных свойств древесины на корню из-за малого диаметра молодых деревьев и преобладания в них мягкой ткани из ювенильных клеток.
Известен способ диагностики качества древесины на корню путем измерения модуля Юнга через величину прогиба, создаваемого изгибающим моментом на стволе с помощью рычажного приспособления и силы тяжести человека (Koizumi Akio. «Хоккайдо дайгану ногакубу энсюрин кэнкю хококу. Res, Bull, Coll. Exp, Forest Hokkaido Univ», 1987, 44, №4, 1329-1346, в реферате журнала «Технология и оборудование лесозаготовительного, деревообрабатывающего и целлюлозно-бумажного производства», 1988, №3).
Недостатком данного способа помимо большой трудоемкости, сложности и низкой производительности является то, что он применим только для деревьев со стволами диаметром 10-25 см. Тогда как для ранней диагностики подроста оптимальной его толщиной является 3-5 мм.
Главное: таким способом можно выявить только статический модуль упругости Ест, а для определения динамического модуля упругости Юнга Един и в дальнейшем акустической константы звука Ku по формуле (1) требуются частотно-акустические характеристики, особенно собственная резонансная частота колебаний fo.
Известен метод звукового резонанса, конкретнее частотно-амплитудный метод для определения Един на малых образцах древесины с помощью специальных акустических анализаторов, которые позволяют создавать электромагнитное поле с помощью громкоговорителя (либо обычного, либо пьезокерамического), соответствующего весу (т.е. плотности) и участку поперечного сечения образца, одновременно обнаруживая и фиксируя результирующую вибрацию внутри образца. Спектральные характеристики образца определяются напрямую от резонансных режимов (Lindstrom, H.; Harris, P.; Nakada, R. 2002: Methods for measuring stiffness of young trees. Holz als Roh-und Werkstoff 60: 165-167).
Недостатком способа является то, что он основан на возбуждении и анализе продольных вибраций относительно волокон древесины, и для акустического анализа требуется изготовление цилиндрических образцов путем их выпиливания из стволовой части дерева по междоузлиям, что лишает возможности диагностировать подрост на корню сохранением его жизнеспособности.
Главный недостаток: этот способ позволяет выявить только один показатель древесины, динамический модуль упругости, а резонансные свойства при этом вообще не определяются.
Прототипом является способ определения собственной резонансной частоты колебаний образца древесины в виде поперечно-радиальных кернов длиной от 70 до 150 мм и диаметром 4 мм, путем определения дендроакустических свойств исследуемого образца (Федюков В.И. Ель резонансная: Отбор на корню, выращивание, сертификация: Научное издание. - Йошкар-Ола, 1998 стр.71-75).
Способ, позволяющий определить дендроакустические свойства исследуемого образца, заключается в следующем:
- из ствола растущих деревьев ели с помощью возрастного бурава (полового) на высоте 1,3 м берут поперечно-радиальный керн; его диаметр строго соответствует внутреннему диаметру используемого бурава, что составляет 4,0 мм;
- керн после достижения комнатно-сухого состояния подвергается дендроакустическим испытаниям с помощью специального прибора, состоящего из станины консольного типа крепления образца, генератора звуковых частот ГЗ-117, милливольтметра ВЗ-56 и осциллографа.
Данный прибор в таком комплексе представляет собой систему электромагнитного вибратора, возбуждающего колебания вертикально установленного образца; один торец жестко закреплен в держатель станины, а на верхний его торец надет «колпачек» из мягкого железа. Гармонический сигнал от генератора звуковых частот подается на вибратор, а в дальнейшем сигнал с датчика поступает на милливольтметр и осциллограф.
Суть дендроакустических испытаний заключается в том, что путем плавного вращения ручки настройки генератора выполняют развертку по частоте, и одновременно контролируя с помощью осциллографа развернутый вид сигнала колебания, то есть гистограммы, находят резонансную частоту по максимальному отклонению стрелки милливольтметра.
Недостатком является то, что данный способ применим только для технически спелых деревьев с твердой древесиной по всему диаметру ствола. К тому же, процесс взятия керна и его камеральных измерений требует сложной аппаратуры и в целом отличается высокой трудоемкостью. При этом ввиду анизотропности древесины радиальный керн после высыхания эллипсовидный в поперечном срезе, поэтому требуется проводить измерения по двум взаимоперпендикулярным направлениям, что способствует появлению систематических погрешностей и снижению точности результатов измерений.
Главным недостатком известного способа является невозможность брать керны из молодых деревцев и установить частотно-амплитудные показатели подроста с малым, но неодинаковым диаметром слабоодревеснившихся черенков, к тому же с коротким приростом боковых веток и, как следствие, метод кернов невозможно использовать в прогнозировании принадлежности исследуемых экземпляров к категории «источник резонансного сырья».
Технический результат - повышение точности диагностики резонансных свойств древесины на корню.
Технический результат достигается тем, что способ ранней диагностики резонансных свойств древесины на корню, преимущественно подроста, осуществляют путем определения дендроакустических свойств исследуемого образца, согласно изобретения у елового подроста с южной стороны от серединных боковых веток, исключая последние трехлетние приросты, берут образцы в виде черенков, определяют собственную частоту колебаний отобранных черенков резонансным методом, в результате чего, посредством персонального компьютера с полнодуплексной звуковой платой и программой в автоматическом режиме, получают частотно-амплитудную гистограмму с дальнейшим ее идентифицированием с ранее полученной эталонной гистограммой с учетом плотности и фактической толщины черенка, по результатам идентифицирования с заданной степенью вероятности не ниже 0,95 определяют наличие резонансных свойств подроста.
На чертеже представлено устройство, иллюстрирующее осуществление предлагаемого способа ранней диагностики резонансных свойств древесины на корню.
Устройство для ранней диагностики резонансных свойств древесины на корню представляет собой комплекс взаимосвязанных в определенной последовательности приборов и работает следующим образом.
Сигнал, по диапазону частот и амплитуде заданный оператором исходя из эталонных частотно-амплитудных данных резонансной древесины с близкими размерами и плотностью, поступает от полнодуплексной звуковой платы системного блока компьютера 1 на электромагнитный вибратор 2, возбуждающий поперечные колебания исследуемого образца 3 посредством «колпачка» 4 из мягкого железа с внутренним диаметром, подогнанным по диаметру образца. После фиксации снятый электромагнитным датчиком 2 сигнал поступает на «вход» полнодуплексной звуковой платы 1 и проводится обработка данных по специальной программе ПК, а на экран монитора 5 выводится соответствующая гистограмма с заданной степенью вероятности, подтверждающая или отрицающая резонансные свойства подроста ели.
ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ СПОСОБА
1. Берем образец 3 в виде черенка у елового подроста с южной стороны от серединных боковых веток, исключая последние трехлетние приросты.
2. Образцы очищаем от коры с помощью ножа.
3. Определяем геометрические размеры образца с точностью до±0,1 мм: длину, диаметр с помощью штангенциркуля ШЦ по ГОСТ 166;
4. Определяем массу образца путем взвешивания на весах с точностью до ±0,01 г.
5. Рассчитываем плотность образца по формуле:
Figure 00000002
где l - длина образца, м;
r - диаметр образца, м;
m - масса образца, кг.
6. Закрепляем колпачок 4 на верхний торец образца.
7. Плотно устанавливаем образец с закрепленным колпачком вертикально в держатель прибора.
8. Подаем на электромагнитный вибратор 2 сигнал с выхода полнодуплексной звуковой платы, по диапазону и частоте заданный оператором исходя из эталонных частотно-амплитудных данных резонансной древесины с близкими размерами и плотностью. В результате чего возбуждаются поперечные колебания исследуемого образца.
9. В автоматическом режиме электромагнитный датчик фиксирует сигнал, создаваемый колебаниями образца, и передает его на вход полнодуплексной звуковой платы. В результате преобразований, выполняемых специальной программой, на экран монитора 5 выводится соответствующая частотно-амплитудная гистограмма, которая идентифицируется с ранее полученной эталонной гистограммой подтверждающая или отрицающая резонансные свойства подроста с учетом формулы:
Figure 00000003
исходя из следующих соотношении:
Figure 00000004
Figure 00000005
где Един - динамический модуль упругости Юнга, м4/кг·с;
ρ - плотность образца, кг/м3;
f - собственная (резонансная) частота образца, Гц;
l - длина образца, м;
r - диаметр образца, м.
Иными словами, сравнение происходит как по величине акустической константы, так и по частотно-амплитудной гистограмме.

Claims (1)

  1. Способ ранней диагностики резонансных свойств древесины на корню, преимущественно подроста путем определения дендроакустических свойств исследуемого образца, отличающийся тем, что у елового подроста с южной стороны от серединных боковых веток, исключая последние трехлетние приросты, берут образцы в виде черенков, определяют собственную частоту колебаний отобранных черенков резонансным методом, в результате чего посредством персонального компьютера с полнодуплексной звуковой платой и программой в автоматическом режиме получают частотно-амплитудную гистограмму с дальнейшим ее идентифицированием с ранее полученной эталонной гистограммой с учетом плотности и фактической толщины черенка, по результатам идентифицирования с заданной степенью вероятности не ниже 0,95 определяют наличие резонансных свойств подроста.
RU2009111148/13A 2009-03-26 2009-03-26 Способ ранней диагностики резонансных свойств древесины на корню RU2439561C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009111148/13A RU2439561C2 (ru) 2009-03-26 2009-03-26 Способ ранней диагностики резонансных свойств древесины на корню

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009111148/13A RU2439561C2 (ru) 2009-03-26 2009-03-26 Способ ранней диагностики резонансных свойств древесины на корню

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009111148A RU2009111148A (ru) 2010-10-10
RU2439561C2 true RU2439561C2 (ru) 2012-01-10

Family

ID=44024475

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009111148/13A RU2439561C2 (ru) 2009-03-26 2009-03-26 Способ ранней диагностики резонансных свойств древесины на корню

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2439561C2 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2523033C2 (ru) * 2012-03-21 2014-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет Устройство для фиксации образца при дендроакустических испытаниях по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню
RU2577886C2 (ru) * 2014-05-05 2016-03-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный технологический университет" Устройство для экспресс-диагностики резонансных свойств древесины на корню
RU2644585C2 (ru) * 2016-05-04 2018-02-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова" Способ формирования резонансной древесины ели европейской
RU2665149C1 (ru) * 2017-08-07 2018-08-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" Способ для экспресс-диагностики резонансных свойств выдержанной в старых сооружениях древесины

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ФЕДЮКОВ В.И. Ель резонансная: отбор на корню, выращивание, сертификация, Йошкар-Ола, 1998, с.71-75. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2523033C2 (ru) * 2012-03-21 2014-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет Устройство для фиксации образца при дендроакустических испытаниях по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню
RU2577886C2 (ru) * 2014-05-05 2016-03-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный технологический университет" Устройство для экспресс-диагностики резонансных свойств древесины на корню
RU2644585C2 (ru) * 2016-05-04 2018-02-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова" Способ формирования резонансной древесины ели европейской
RU2665149C1 (ru) * 2017-08-07 2018-08-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" Способ для экспресс-диагностики резонансных свойств выдержанной в старых сооружениях древесины

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009111148A (ru) 2010-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Grabianowski et al. Acoustic measurements on standing trees, logs and green lumber
Ilic Dynamic MOE of 55 species using small wood beams
Brémaud et al. Characterisation and categorisation of the diversity in viscoelastic vibrational properties between 98 wood types
Legg et al. Measurement of stiffness of standing trees and felled logs using acoustics: A review
Wessels et al. A review of measurement methods used on standing trees for the prediction of some mechanical properties of timber
Evans et al. Rapid prediction of wood stiffness from microfibril angle and density.
Hassan et al. Evaluation of Stiffness and Strength of Scots Pine Wood Using Resonance Frequency and Ultrasonic Techniques.
RU2439561C2 (ru) Способ ранней диагностики резонансных свойств древесины на корню
Roohnia et al. Assessing wood in sounding boards considering the ratio of acoustical anisotropy
Zauer et al. Thermal modification of European beech at relatively mild temperatures for the use in electric bass guitars
Leite et al. Estimation of the dynamic elastic properties of wood from Copaifera langsdorffii Desf using resonance analysis
Kazemi-Najafi et al. Internal decay assessment in standing beech trees using ultrasonic velocity measurement
Gallego et al. Modulus of elasticity of I-214 young poplar wood from standing trees to sawn timber: Influence of the age and stand density
Bucur A Review on Acoustics of Wood as a Tool for Quality Assessment
Traoré et al. Acoustic quality of vène wood (Pterocarpus erinaceus Poir.) for xylophone instrument manufacture in Mali
Straže et al. Structural and acoustic properties of African padouk (Pterocarpus soyauxii) wood for xylophones
Baar et al. The relation of fibre length and ray dimensions to sound propagation velocity in wood of selected tropical hardwoods
Krajnc et al. The use of ultrasound velocity and damping for the detection of internal structural defects in standing trees of European beech and Norway spruce
Fedyukov et al. Different ways of elastic modulus comparative study to predict resonant properties of standing spruce wood
Hein et al. Resonance of scantlings indicates the stiffness even of small specimens of Eucalyptus from plantations
Fukui et al. Estimations of the moisture content above the fiber saturation point in sugi wood using the correlation between the specific dynamic Young’s modulus and tangent loss
Gonçalves et al. Selecting Eucalyptus clones using ultrasound test on standing trees
Fukui et al. Moisture content estimation of green softwood logs of three species based on measurements of flexural vibration
Yang et al. A new method of determining growth stress and relationships between associated wood properties of Eucalyptus globulus Labill
Tippner et al. The role of geometry precision in frequency-resonance method for non-destructive wood assessment–numerical case study on sugar maple

Legal Events

Date Code Title Description
FA92 Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted)

Effective date: 20101207

FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20110616

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120327