【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及树木年轮测量领域，特别是涉及一种树木年轮微损测量系统及方法。
技术介绍
1、目前，测量树木年轮一般使用生长锥法。尽管生长锥法不采伐树木，不会导致树木立即死亡，但是生长锥钻孔直径较大，对树木生长以及以后木材加工使用都有一定的负面影响，且生长锥钻入树木速度慢、费时费力(toole et al.,1959；grissino，2003；gao etal.，2012；park et al.,2010；wunder et al.,2011；tsen et al.,2016)。因此，人们一直试图研究一种无损、快速的测量树木年轮方法来代替生长锥法。其中，以德国rinntech公司生产的resistograph系列钻孔阻力仪(又称针刺仪、阻抗仪)的应用较多(rinn，2012)。但是钻孔阻力仪机械振动较大，阻力信号中含有大量的噪声信号，年轮识别困难，年轮测量精度较低。目前很少学者研究钻孔阻力仪的工作原理，更没有几个厂家能够自主生产钻孔阻力仪，钻孔阻力仪还没有得到广泛的应用。所以，急需进一步地深入研究钻孔阻力仪，突破钻孔阻力仪研制方面的核心技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种树木年轮微损测量系统及方法，可实现树木年轮准确、快速、微损的测量。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种树木年轮微损测量系统，所述系统包括：钻针、主控模块、旋转电机、直线驱动电机和传感模块。
4、主控模块的信号输出端分别与旋转电机的控制端和直线驱
5、在钻针从树干外部钻探至树木中心过程中，所述旋转电机用于在主控模块的调控下，恒速带动钻针在树木内部径向旋转；所述直线驱动电机用于在主控模块的控制下，匀速带动钻针在树木内部水平运动。
6、所述传感模块用于实时生成旋转电机旋转圈数相应的脉冲信号，同时实时产生旋转电机的电压信号，将所述脉冲信号和所述电压信号均传输至主控模块。
7、所述主控模块用于根据所述脉冲信号确定旋转电机的实时转速，根据所述电压信号确定旋转电机的实时电枢电流，并依据旋转电机的实时转速和实时电枢电流，采用速度环-电流环双闭环控制算法获得pwm信号的占空比，按照所述pwm信号的占空比对旋转电机进行调速，使旋转电机保持恒速。
8、所述主控模块还用于将从树干外部钻探至树木中心过程中旋转电机的实时电枢电流绘制成电枢电流变化曲线，从所述电枢电流变化曲线中确定树木年轮。
9、一种树木年轮微损测量方法，所述方法应用于上述的树木年轮微损测量系统，所述方法包括：
10、在旋转电机驱动钻针从树干外部钻探至树木中心过程中，获取旋转电机的实时转速和实时电枢电流；根据旋转电机的实时转速和实时电枢电流，采用速度环-电流环双闭环控制算法获得pwm信号的占空比；按照所述pwm信号的占空比对旋转电机进行调速，使旋转电机保持恒速；将从树干外部钻探至树木中心过程中旋转电机的实时电枢电流绘制成电枢电流变化曲线；从所述电枢电流变化曲线中确定树木年轮。
11、根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
12、本专利技术实施例在钻针从树干外部钻探至树木中心过程中，主控模块依据旋转电机的实时转速和实时电枢电流，采用速度环-电流环双闭环控制算法对旋转电机进行调速，使旋转电机保持恒速，同时控制直线驱动电机匀速带动钻针在树木内部水平运动，消除了电机速度的影响，使得电枢电流与负载转矩成正比例关系，电枢电流变化曲线能够反映树木年轮的分布，实现树木年轮准确、快速的测量。钻探所使用的钻针的钻孔直径小于预设直径阈值，钻孔肉眼不易分辨，对树木输送养分的韧皮部分和筛管部分基本不会造成损伤，可认定为树木年轮的微损检测。
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1.一种树木年轮微损测量系统，其特征在于，所述系统包括：钻针、主控模块、旋转电机、直线驱动电机和传感模块；
2.根据权利要求1所述的树木年轮微损测量系统，其特征在于，所述系统还包括：H桥驱动电路；
3.根据权利要求2所述的树木年轮微损测量系统，其特征在于，所述传感模块包括：线性编码器、第一采样电阻和第二采样电阻；
4.根据权利要求3所述的树木年轮微损测量系统，其特征在于，所述系统还包括：信号采集模块；
5.根据权利要求4所述的树木年轮微损测量系统，其特征在于，所述信号采集模块包括：第一放大芯片、第二放大芯片、钳位电路和滤波电路；
6.根据权利要求1所述的树木年轮微损测量系统，其特征在于，所述系统还包括：人机交互模块；
7.根据权利要求1所述的树木年轮微损测量系统，其特征在于，所述系统还包括：电源管理模块、数据存储管理模块和数据通讯模块；
8.一种树木年轮微损测量方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-7任一项所述的树木年轮微损测量系统，所述方法包括：
9.根据权利要求8所述的树木年
10.根据权利要求8所述的树木年轮微损测量方法，其特征在于，从所述电枢电流变化曲线中确定树木年轮，具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种树木年轮微损测量系统，其特征在于，所述系统包括：钻针、主控模块、旋转电机、直线驱动电机和传感模块；
2.根据权利要求1所述的树木年轮微损测量系统，其特征在于，所述系统还包括：h桥驱动电路；
3.根据权利要求2所述的树木年轮微损测量系统，其特征在于，所述传感模块包括：线性编码器、第一采样电阻和第二采样电阻；
4.根据权利要求3所述的树木年轮微损测量系统，其特征在于，所述系统还包括：信号采集模块；
5.根据权利要求4所述的树木年轮微损测量系统，其特征在于，所述信号采集模块包括：第一放大芯片、第二放大芯片、钳位电路和滤波电路；
【专利技术属性】
技术研发人员：卢军，张乃静，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院资源信息研究所，
类型：发明
国别省市：
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