Способ и устройство определения плотности древесины



Способ и устройство определения плотности древесины
Способ и устройство определения плотности древесины

 

G01N29/07 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

Владельцы патента RU 2449265:

Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Инновационная техника и технологии" (RU)

Использование: для определения плотности древесины. Сущность: заключается в том, что вычисляют коэффициенты, определяющие зависимость плотности древесины подлежащего измерению образца древесины от скорости распространения ультразвуковых колебаний для конкретной породы древесины с учетом ее влажности, осуществляют продольно-поперечное ультразвуковое прозвучивание измеряемого образца древесины, измеряют время прохождения ультразвуковых колебаний через подлежащий измерению образец древесины, при этом измерение времени прохождения ультразвуковых колебаний через подлежащий измерению образец древесины и протяженности подлежащего измерению образца древесины осуществляют в продольно-поперечном направлении с учетом постоянной базовой продольной длины измеряемого образца древесины и переменной величины торцевой части подлежащего измерению образца древесины, с учетом протяженности измеряемого образца древесины и времени прохождения ультразвуковых колебаний через подлежащий измерению образец древесины определяют скорость распространения ультразвуковых колебаний в подлежащем измерению образце древесины и определяют плотность древесины с учетом полученной скорости распространения ультразвуковых колебаний и предварительно полученных коэффициентов, определяющих зависимость плотности от скорости распространения ультразвуковых колебаний в конкретной породе древесины с учетом ее влажности. Технический результат: обеспечение возможности измерения с высокой точностью плотности древесины. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к ультразвуковым способам и устройствам измерения плотности древесины и может найти применение в отраслях промышленности, связанных с добычей, транспортировкой и переработкой лесоматериалов и пиломатериалов.

Известно, что в лесной и деревообрабатывающей промышленности возможность измерять плотность древесины без ее повреждения приобретает все большее значение. Определение плотности древесины становится важным фактором как на стадии вырубки леса, так и при определении цены древесины, которая в зарубежных странах устанавливается преимущественно на основании ее плотности. Дальнейшее использование древесины на лесопильных заводах также связано с определением ее плотности, так как правильное ее определение позволяет отбраковывать лесоматериалы и пиломатериалы (кругляк, брус, доски и т.д.), имеющие дефекты структуры.

Известен способ по патенту РФ №2282849, МПК G01N 29/00, G01N 33/46, опубликованному 27 августа 2006 года на изобретение: "Способ ультразвукового испытания древесины круглых лесоматериалов", который включает размещение датчиков ультразвукового прибора относительно параллельных боковых поверхностей без коры поперек бревна или бруса, при этом измерение ультразвуковых параметров древесины проводят несколько раз, переставляя датчики ультразвукового прибора вдоль бревна или бруса, а для оценки качества древесины используют среднее арифметическое значение из нескольких замеров.

Известное техническое решение основано на том, что ультразвуковое прозвучивание осуществляют лишь в отдельных точках, причем датчики ультразвукового прибора размещают поперек бревна, при этом не учитываются неоднородности структуры круглой древесины по всей ее длине, что приводит к значительным погрешностям в измерении и не обеспечивает необходимой точности измерения плотности круглых лесоматериалов.

Наиболее близким аналогом к заявляемым в качестве изобретения способу и устройству является техническое решение, описанное в патенте №2182703, МПК G01N 9/24, G01N 23/06, опубликованном 20 мая 2002 года и основанном на заявке PCT SE 97/00464 на изобретение: "Устройство и способ измерения плотности".

Известный способ измерения плотности включает распространение электромагнитных лучей через подлежащий измерению объект и измерение интенсивности излучения на стороне выхода лучей из подлежащего измерению объекта. Протяженность объекта измеряют вдоль пути прохождения излучения через подлежащий измерению объект, при этом излучение производится, по меньшей мере, на двух различных длинах волн.

Известное устройство измерения плотности содержит, по меньшей мере, один излучатель для испускания электромагнитного излучения и, по крайней мере, один приемник для измерения интенсивности излучения, расположенный так, чтобы поглощать излучение от источника излучения и подсоединенный к блоку вычисления. Устройство испускает излучение, по меньшей мере, на двух длинах волн и содержит средство измерения для определения протяженности объекта между излучателем и приемником.

Известные технические решения основаны на том, что излучатель и приемник размещают поперек бревна, при этом не учитываются неоднородности структуры древесины по всей ее длине, что приводит к значительным погрешностям в измерении и не обеспечивает необходимой точности измерения плотности лесоматериалов и пиломатериалов.

Задачей заявляемого изобретения является создание способа и устройства, обеспечивающих высокую точность измерения плотности древесины.

Технический результат достигается тем, что в способе определения плотности древесины, основанном на измерении протяженности подлежащего измерению образца древесины, согласно изобретению предварительно вычисляют коэффициенты, определяющие зависимость плотности древесины подлежащего измерению образца древесины от скорости распространения ультразвуковых колебаний для конкретной породы древесины с учетом ее влажности, осуществляют продольно-поперечное ультразвуковое прозвучивание измеряемого образца древесины, измеряют время прохождения ультразвуковых колебаний через подлежащий измерению образец древесины, при этом измерение протяженности подлежащего измерению образца древесины между излучателем и приемником, а также времени прохождения ультразвуковых колебаний через подлежащий измерению образец древесины осуществляют в продольно-поперечном направлении с учетом постоянной базовой продольной длины измеряемого образца древесины и переменной величины торцевой части подлежащего измерению образца древесины, с учетом протяженности измеряемого образца древесины и времени прохождения ультразвуковых колебаний через подлежащий измерению образец древесины определяют скорость распространения ультразвуковых колебаний в подлежащем измерению образце древесины и определяют плотность древесины с учетом полученной скорости распространения ультразвуковых колебаний и предварительно полученных коэффициентов, определяющих зависимость плотности от скорости распространения ультразвуковых колебаний в конкретной породе древесины с учетом ее влажности.

Технический результат достигается тем, что в устройстве определения плотности древесины, содержащем измеряемый образец древесины, излучатель, приемник, преобразователь и вычислительный блок, а также средство измерения для определения протяженности измеряемого образца древесины между излучателем и приемником, согласно изобретению, излучатель и приемник выполнены в виде ультразвуковых датчиков, оснащенных заостренными наконечниками, закрепленными в торцевой части датчиков, а средство измерения для определения протяженности измеряемого образца древесины выполнено в виде угольника, образованного жестко скрепленными между собой планками, расположенными перпендикулярно относительно друг друга, с установленными на них излучателем и приемником, при этом излучатель жестко закреплен на продольной планке угольника с учетом постоянной базовой продольной длины измеряемого образца древесины, а приемник установлен на поперечной планке угольника с возможностью перемещении по ней с учетом переменной величины торцевой части подлежащего измерению образца древесины.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

- на фигуре 1 представлена блок-схема устройства, реализующего заявленный способ,

- на фигуре 2 представлена схема, иллюстрирующая расположение излучателя и приемника при продольно-поперечном прозвучивании.

В соответствии со схемой, представленной на фигуре 1, устройство для определения плотности древесины содержит измеряемый образец древесины 1, излучатель 2, а также последовательно соединенные приемник 3, блок преобразования 4 и вычислительный блок 5, а также средство измерения для определения протяженности измеряемого образца древесины между излучателем 2 и приемником 3. Излучатель 2 и приемник 3 выполнены в виде ультразвуковых датчиков, оснащенных заостренными наконечниками 6, закрепленными в торцевой части датчиков, а средство измерения для определения протяженности измеряемого образца древесины между излучателем 2 и приемником 3 выполнено в виде угольника, образованного жестко скрепленными между собой планками 7, 8, расположенными перпендикулярно относительно друг друга, с установленными на них излучателем 2 и приемником 3, при этом излучатель 2 жестко закреплен на продольной планке 7 угольника с учетом постоянной базовой продольной длины измеряемого образца древесины, а приемник 3 установлен на поперечной планке 8 угольника с возможностью перемещении по ней с учетом переменной величины торцевой части подлежащего измерению образца древесины.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно вычисляют коэффициенты, определяющие зависимость плотности измеряемого образца породы древесины от скорости распространения ультразвуковых колебаний на основе прямых измерений плотности и скорости распространения ультразвуковых колебаний в этом образце. Затем устанавливают на измеряемый образец древесины 1 средство измерения для определения протяженности измеряемого объекта с закрепленными на нем излучателем 2 и приемником 3 ультразвуковых колебаний на измеряемый образец древесины (фиг.2), в качестве которого в приведенном примере используют круглый лесоматериал, таким образом, чтобы заостренные наконечники 6 углубились в древесину на 1-3 мм. Постоянную базу, равную в приведенном примере 50 сантиметрам, располагают вдоль волокон измеряемого образца древесины 1. Переменную базу выставляют в зависимости от диаметра торца измеряемого образца древесины 1, излучатель 2 и приемник 3 ориентируют перпендикулярно поверхностям измеряемого образца древесины 1. При выполнении измерений осуществляют сквозное прозвучивание в продольно-поперечном направлении. Расчет скорости производят в вычислительном блоке 5 по результатам измерения времени и протяженности измеряемого образца древесины между излучателем 2 и приемником 3. Результат измерения скорости переводят в значение плотности в соответствии с ранее полученными коэффициентами, определяющими зависимость плотности древесины подлежащего измерению образца древесины от скорости распространения ультразвуковых колебаний для конкретной породы древесины с учетом ее влажности. Так, в таблице приведены примеры расчета плотности для трех пород древесины (ели, сосны и ольхи), полученные с учетом влажности древесины, по формуле: ρ=аСугл+в, где а, в - коэффициенты, определяющие зависимость плотности измеряемого образца породы древесины от скорости распространения ультразвуковых колебаний на основе прямых измерений плотности и скорости распространения ультразвуковых колебаний в этом образце, Сугл - скорость ультразвуковых колебаний.

Таблица
Тип древесины влажность W, %
30-100
Ель ρ=аСугл ρ=0,0579Сугл+664,51
Сосна ρ=аСугл ρ=0,0450Сугл+803,84
Ольха ρ=аСугл ρ=0,0603Сугл+566,58

В соответствии с заявляемым способом определяли плотность древесины ели неокоренной при влажности, равной 40 процентам, с постоянной базой измерений, равной 50 сантиметрам, переменной базой, равной 30 сантиметрам, при этом время распространения ультразвуковых колебаний составило 92,2 мкс, скорость ультразвуковых колебаний Сугл составила 3350 м/с. При этом плотность древесины составила 748 кг/м3.

Преимущество заявляемых технических решений заключается в том, что они обеспечивают более высокую точность определения плотности с учетом влажности и породы древесины за счет продольно-поперечного прозвучивания.

Заявляемые в качестве изобретения технические решения могут быть реализованы при помощи серийно производимых технических средств.

1. Способ определения плотности древесины, основанный на измерении протяженности подлежащего измерению образца древесины, отличающийся тем, что предварительно вычисляют коэффициенты, определяющие зависимость плотности древесины подлежащего измерению образца древесины от скорости распространения ультразвуковых колебаний для конкретной породы древесины с учетом ее влажности, осуществляют продольно-поперечное ультразвуковое прозвучивание измеряемого образца древесины, измеряют время прохождения ультразвуковых колебаний через подлежащий измерению образец древесины, при этом измерение времени прохождения ультразвуковых колебаний через подлежащий измерению образец древесины и протяженности подлежащего измерению образца древесины осуществляют в продольно-поперечном направлении с учетом постоянной базовой продольной длины измеряемого образца древесины и переменной величины торцевой части подлежащего измерению образца древесины, с учетом протяженности измеряемого образца древесины и времени прохождения ультразвуковых колебаний через подлежащий измерению образец древесины определяют скорость распространения ультразвуковых колебаний в подлежащем измерению образце древесины и определяют плотность древесины с учетом полученной скорости распространения ультразвуковых колебаний и предварительно полученных коэффициентов, определяющих зависимость плотности от скорости распространения ультразвуковых колебаний в конкретной породе древесины с учетом ее влажности.

2. Устройство определения плотности древесины, содержащее измеряемый образец древесины, излучатель, а также последовательно соединенные приемник, блок преобразователя, вычислительный блок, а также средство измерения для определения протяженности измеряемого объекта между излучателем и приемником, отличающееся тем, что излучатель и приемник выполнены в виде ультразвуковых датчиков, оснащенных заостренными наконечниками, закрепленными в торцевой части датчиков, а средство измерения для определения протяженности измеряемого объекта между излучателем и приемником выполнено в виде угольника, образованного жестко скрепленными между собой планками, расположенными перпендикулярно относительно друг друга, при этом излучатель жестко закреплен на продольной планке угольника с учетом постоянной базовой продольной длины измеряемого образца древесины, а приемник установлен на поперечной планке угольника с возможностью перемещении по ней с учетом переменной величины торцевой части подлежащего измерению образца древесины.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицинской технике. .

Изобретение относится к способу, носителю записи и исследовательскому аппарату для определения оптического коэффициента, в частности коэффициента оптического поглощения, по меньшей мере на одном месте измерения внутри объекта.

Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для диагностики изоляции обмоток асинхронных электродвигателей. .

Изобретение относится к области электрооптики, а именно к спектроскопии конденсированных сред и фотоакустического анализа материалов, и может быть использовано в биомедицине для неинвазивного квазинепрерывного мониторинга компонентов крови, преимущественно глюкозы.

Изобретение относится к области акустических методов контроля свойств металлов. .

Изобретение относится к кампанологии (колоколоведению - науке о колоколах) и имеет целью определение возраста наиболее ценных для истории колоколов. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к способам обнаружения дефектов в трубопроводах, и может быть использовано как для трубопроводных систем водоснабжения, так и магистральных трубопроводов для транспортировки углеводородов, проложенных не только по суше, но и на дне водоемов

Изобретение относится к акустической дефектоскопии и предназначено для магистральных трубопроводов

Изобретение относится к акустической дефектоскопии и предназначено для магистральных трубопроводов

Изобретение относится к области неразрушающего контроля неповоротных цилиндрических деталей, в частности трубопроводов, и направлено на упрощение конструкции устройства, увеличение скорости сканирования при сохранении точности и надежности контроля, что обеспечивается за счет того, что устройство содержит блок контрольно-измерительной аппаратуры, дистанционного управления и обмена данными и механизм перемещения по винтовой траектории, обеспечивающий возможность изменения направления движения

Изобретение относится к технике связи, в частности к цифровым способам и устройствам измерения мощности акустических сигналов

Изобретение относится к области акустики и может быть использовано при конструировании ультразвуковой аппаратуры для промышленности или медицины, а также в разработке систем звукопоглощения в строительстве

Изобретение относится к области неразрушающего контроля строительных железобетонных конструкций и основано на определении несущей способности конструкции на основе определения изменения удлинения несущей арматуры

Изобретение относится к области неразрушающего контроля физических характеристик конструкционных материалов и может быть использовано для определения внутренних локальных механических напряжений в различных конструкциях

Изобретение относится к оптоакустическим способам и средствам для мониторинга и оценки ткани
Наверх