本发明专利技术涉及一种利用空气耦合式超声波检测树木年轮参数的方法，同时还涉及实现该方法的装置，属于检测技术领域。该方法包括将待测树木圆盘放置在超声波发射探头和接收探头之间、控制待测树木圆盘按预定的步幅步进移动并接收超声波信号、将发射与接收到的超声波信号进行脉冲压缩并判断是否已超出待测树木圆盘边界、分析接收到的超声波信号幅度变化趋势、计算平均年轮宽度与晚材率等参数。本发明专利技术的显著优点是：不需要人眼观察，避免人眼疲劳，提高了检测效率和精度；检测结果不受待测树木圆盘的加工精度以及表面颜色的影响；采用了调频信号脉冲压缩技术，能够显著提高接收到超声波信号信噪比，进一步提高检测精度。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种利用空气耦合式超声波检测树木年轮参数的方法，同时还涉及实现该方法的装置，属于检测
。该方法包括将待测树木圆盘放置在超声波发射探头和接收探头之间、控制待测树木圆盘按预定的步幅步进移动并接收超声波信号、将发射与接收到的超声波信号进行脉冲压缩并判断是否已超出待测树木圆盘边界、分析接收到的超声波信号幅度变化趋势、计算平均年轮宽度与晚材率等参数。本专利技术的显著优点是：不需要人眼观察，避免人眼疲劳，提高了检测效率和精度；检测结果不受待测树木圆盘的加工精度以及表面颜色的影响；采用了调频信号脉冲压缩技术，能够显著提高接收到超声波信号信噪比，进一步提高检测精度。【专利说明】
本专利技术涉及一种树木年轮的检测方法，尤其是一种利用空气耦合式超声波检测树 木年轮参数的方法，同时还涉及实现该方法的装置，属于检测
。 一种树木年轮的空气耦合式超声波检测方法及装置
技术介绍
树木年轮具有定年准确、连续性强、分辨率高和地域分布广泛、易于获取复本等特 点，是研究全球气候与环境变化的重要手段之一。年轮中蕴含的晚材率等信息可以作为衡 量木材强度的标准，对林木选种、木材识别与合理利用等都有重要的指导意义。 传统的年轮检测主要依靠人工操作显微镜读取年轮宽度值，效率低、处理方法繁 琐、费时费力。在判读年轮、测量年轮宽度时，需要长时间注视显微镜，极易陷入视力疲劳， 降低检测精度。 近年来，很多学者提出了利用图像处理技术检测年轮参数，首先利用数码相机或 摄像头对经过加工的树木圆盘拍照，再通过灰度转换、图像增强、分割等运算，得到年轮参 数。这种测定方法减少了检测过程中的人工参与，提高了检测精度和效率，但其实质是通过 颜色差异对早材、晚材进行区分，但树木横截面上的色斑、边材心材的颜色差异等都会导致 检测结果出现较大误差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对上述现有技术存在的缺点，提出一种无需人工干预、不受 待测树木色斑、颜色差异影响，可以精确检测树木年轮的空气耦合式超声波检测方法，同时 给出相应的检测装置。 研究表明，空气耦合式超声波检测中，接收到的超声波信号幅度主要受两个因素 影响：材料的声阻抗与材料表面透射率。 超声波在介质中传播时，声阻抗Z等于密度p与传播速度￥的乘积，S卩= 介 质的密度#越大，则声阻抗Z越大，穿透介质后的声压就越低。 空气耦合式超声波从空气进入待测材料时时，会出现明显的折射与反射现象，只 有极少数能量的超声波能透射过待测木材，透射率Γ为： 【权利要求】1. 一种树木年轮的空气耦合式超声波检测方法，其特征在于包括以下基本步骤： 第一步、将待测树木圆盘放置在超声波发射探头和超声波接收探头之间，并调整超声 波发射探头，使超声波束的焦点位于待测树木圆盘的中心； 第二步、控制待测树木圆盘按预定的步幅步进移动，并由超声波接收探头接收超声波 发射探头发射的超声波信号； 第三步、根据接收到的超声波信号幅度判断是否已超出待测树木圆盘边界，如否则反 馈第二步，如是则进行下一步； 第四步、以接收到的超声波信号一个完整的峰-谷-峰变化过程对应一个年轮，统计出 待测树木圆盘的年轮数。2. 根据权利要求1所述树木年轮的空气耦合式超声波检测方法，其特征在于：还包括 第五步，计算平均年轮宽度和晚材率。3. 根据权利要求1或2所述树木年轮的空气耦合式超声波检测方法，其特征在于：所 述超声波发射探头发出的超声波信号为带汉明窗的Chirp脉冲信号，所述Chirp脉冲信号式中，Γ是信号持续时间，单位微秒是起始频率，单位千赫；是带宽，单位兆赫Μ 是时间变量，单位微秒。4. 根据权利要求3所述树木年轮的空气耦合式超声波检测方法，其特征在于：所述第 三步中，工控机将所述脉冲信号进行脉冲压缩运算后再进行比较。5. 根据权利要求4所述树木年轮的空气耦合式超声波检测方法，其特征在于：所述脉 冲压缩运算按下式进行式中，iepCO是压缩后脉冲信号幅度，〇C/)是发射的脉冲信号C(i)的频谱；l^C/)是 接收到的超声波脉冲信号汽0频谱的共轭；为傅里叶逆变换；Re〇为复数的实部。6. 实现权利要求1所述树木年轮的空气耦合式超声波检测方法的检测装置，其特征在 于：包括工控机； 所述工控机通过信号发生器控制的发射探头，用以受控向树木圆盘发射超声波信号； 所述发射探头相对位置安置的接收探头，用以接收超声波发射探头发射的超声波信 号； 所述工控机通过驱动电路控制的步进直线滑台，所述直线滑台位于所述发射探头和接 收探头之间，用以安置树木圆盘并带动其按预定步幅步进； 所述接收探头通过前置放大器和数据采集卡接工控机的检测信号接收端，用以将接 收到的超声波信号放大并转换为幅度数字信号后传输给工控机记录存储，并由工控机根据 接收到的超声波信号幅度数字信号判断是否已超出待测树木圆盘边界，如否则控制继续检 测，如是则以一个完整的峰-谷-峰变化过程对应一个年轮，统计出待测树木圆盘的年轮 数。7.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于：所述信号发生器由用以与工控机通 讯连接的USB接口电路、用以生成带汉明窗Chirp脉冲信号的信号发生电路、用以将生成信 号放大输出的功率放大电路构成。【文档编号】G01N29/09GK104101650SQ201410353275【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日 【专利技术者】方益明, 鲁植雄, 刘奕贯 申请人:南京农业大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种树木年轮的空气耦合式超声波检测方法，其特征在于包括以下基本步骤：第一步、将待测树木圆盘放置在超声波发射探头和超声波接收探头之间，并调整超声波发射探头，使超声波束的焦点位于待测树木圆盘的中心；第二步、控制待测树木圆盘按预定的步幅步进移动，并由超声波接收探头接收超声波发射探头发射的超声波信号；第三步、根据接收到的超声波信号幅度判断是否已超出待测树木圆盘边界，如否则反馈第二步，如是则进行下一步；第四步、以接收到的超声波信号一个完整的峰‑谷‑峰变化过程对应一个年轮，统计出待测树木圆盘的年轮数。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：方益明，鲁植雄，刘奕贯，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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