一种利用TDR测量树干含水率的标定方法技术

本发明专利技术提供一种利用TDR测量树干含水率的标定方法，该方法利用TDR和天平分别对树干段含水率（含水率测量值）和湿重进行连续测量，并采取烘干法得到树干段的干重，利用所测树干段的干重和湿重数据，可计算出每次利用TDR测量树干段含水率时对应的含水重量，按照木材含水率的定义可计算出相应的含水率（真实值），根据获得的树干段真实含水率和相应的含水率测量值数据，可确定二者的定量关系，从而获得利用TDR测量树干含水率的标定模型，依据该标定模型可利用TDR对活树树干的含水率进行原位动态监测，因而简化了树干含水率的测量过程并提高了测量精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及林业科技
，具体地讲是一种利用TDR测量树干含水率的标定方法。
技术介绍
因受到土壤水分状况、树木生长状态及气象因子等因素的多重影响，树干含水率呈现周期性的波动变化。树干含水率直接影响到树木的生长、发育和蒸发耗水过程，同时也是制定树木灌溉制度的适宜指标。美国材料试验协会制定了四种标准木材水分测定方法，一种是电测法，属于即时测定；其余三种是炉干法(烘干法)、蒸馏法、滴定法，都有一定程度的破坏性，并且比较费时。通常认为炉干法是标准方法，因为它比较准确，适用于任何木材的任何水分状态，限制较少。其它三种方法在一定范围内也是比较准确的，例如，电测法中的电阻法在木材水分在7%-20%时可精确到1%。近年来微波法和红外法也有所发展。电测法是根据木材的电学性质，例如电阻率、介电常数、高频功率损失等与木材含水率的关系测定含水率。木材水分电测仪操作使用方便，测量迅速，适用于工业上控制含水率的测定。木材水分电测仪主要分为直流电阻式和高频交流介电式两种。在植物学中，近年来也出现了把高密度电阻率成像法运用于树木内部电阻率监测的尝试，并取得了一定的效果。树木体内的水分中含有一定量的无机矿物成分，因而具有一定的导电性。通过在生长中的树木上圆形布置一周电极，徐速等分析了降雨前后树干电阻率的变化过程，认为水分在树干中的输运过程中存在优势通道，在树干拐角位置结构疏松，更利于水分的输运。但是，所得的结果并没有结合树干电阻率图像作进一步的综合分析。通过在砍伐后的树干上布置一圈电极，并利用一个二维迭代有限元反演算法进行反演， Hagrey对树干截面的电阻率进行了二维成像分析，观察到树干截面电阻率分布具有一系列同心圆形的结构和电阻率从核部沿径向向外有递减的趋势。吴华桥等运用高密度电阻率成像法对树干的内部结构、水分的径向分布状况和水分随时间的流失过程进行了分析，以便为更好的理解树木的内部结构和生长状态提供科学的依据。树干横截面上电阻率的空间分布呈现一系列的同心圆结构，且从核心部到外边缘的韧皮部电阻率有一个减小的趋势，说明截面内树木水分的含量沿径向向外有逐渐递增的趋势。时间变化过程中，各监测截面上的电阻率的分布和变化基本反映了截面水分的流逝过程，表明高密度电阻率成像法动态监测树干水分分布及变化是可行的。尽管高密度电阻率成像法在测量树木含水率上有着其他方法不具备的优势，但该技术存在着成本偏高、对树木结构破坏较大和受外界因素影响导致的不稳定性等缺点。TDR(Time Domain Ref lectometry，时域反射仪)法是近年来普遍采用的一种较精确测定土壤含水量的方法，其利用电磁波在不同介质中传播速度差异的原理来测定土壤含水率，与传统土壤水分测定法比较具有不破坏样本、快速和容易操作等优点，并可做到讯息转换而达到数据自动采集的目的，因而很快为人们所接受。Topp等使用TDR对不同类型土壤的介电常数进行大量测定，建立了土壤介电常数与土壤体积含水量的关系，证明介电常数与许多土壤类型的土壤含水量之间具有较好的相关性。这为通过TDR测定土壤含水量奠定了基础。从原理上来说，TDR也可用于树干含水率的测量，只是考虑到树干与土壤材质的差别，TDR测量值并不能代表树干的实际含水率，二者之间存在着一定的数量关系。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述已有技术的不足，而提供一种利用TDR测量树干含水率的标定方法，主要解决现有的测量树干含水率的方法破坏性较大、比较费时及利用TDR直接测量树干含水率的结果不能代表树干真实含水率等问题。为实现上述目的，本专利技术是这样实现的一种利用TDR测量树干含水率的标定方法，其特殊之处在于包括以下步骤(1)对试验树木进行充分的供水，使其树干含水率达到或接近自然状态下的最高值；(2)将试验树木的树干分割成若干树干段，树干段长度为20-30cm；(3)用工具在的树干段的侧面钻孔，钻孔的直径与深度和TDR的探针一致，探针能全部插入树干段并且接触紧密；(4)利用高精度天平测量树干段质量，并记录，此即树干段的湿重；随后利用TDR对其进行含水率测量，测量5次，取平均值作为此次测量结果并记录，此即树干段该时刻的含水率测量值；(5)将待测树干段放置于阴凉通风的房间，让其水分自然蒸发，按照先密后疏的原则每隔5小时-1天，重复步骤(4)的操作；(6 )当待测树干段含水率测量值在4 - 6天内没有明显变化时，即变幅小于5%，将其放入烘箱内，按照木材烘干的标准进行烘干处理；(7 )将烘干后的树干段从烘箱取出后，立即进行质量称量并记录，此即树干段的干重； (8 )利用所测树干段的干重和湿重数据，可计算出每次利用TDR测量树干含水率时对应的含水重量，按照木材含水率的定义可计算出相应的含水率，此即树干段该时刻的真实含水率；(9 )根据步骤(4)和(8)获得的树干段真实含水率和相应的含水率测量值数据对组， 利用数学软件可确定二者的定量关系，从而获得利用TDR测量树干含水率的标定模型，依据该标定模型可利用TDR对活树树干的含水率进行原位动态监测。本专利技术所述的一种利用TDR测量树干含水率的标定方法与已有技术相比具有突出的实质性特点和显著进步1、本标定方法利用一块树干段即可在树干含水率波动的可能范围内进行标定，减少了测量环节和试验材料，节约了测量时间和相应设备投入，极大提高了标定效率；2、本标定方法形式简单，计算方便，易于应用，有效减少了计算时长，极大提高了计算效率。附图说明图1是本专利技术的标定流程图。具体实施例方式为了更好地理解与实施，下面结合实施例详细说明本专利技术。实施例1，在待测区确定一棵在长势上有代表性的树，对其在根部充分供水直到其树干含水率达到或接近自然状态下的最高值；利用电锯或其他工具将该树的树干分割成长度为20-30cm的树干段若干；用电钻等工具在每个树干段的侧面钻孔，钻孔的个数、直径与深度和TDR的探针一致，确保探针能全部插入树干段并且接触紧密；利用高精度天平(感量小于1克)对树干段秤重，并记录，此即树干段的湿重，随后利用TDR对其进行含水率测量， 测量5次，取平均值作为此次测量结果并记录，此即树干段该时刻的含水率测量值；将待测树干段放置于阴凉通风的房间，让其水分自然蒸发，按照先密后疏的原则每隔一定时间 (5小时-1天)利用高精度天平(感量小于1克)对树干段秤重，随后利用TDR对其进行含水率测量；当待测树干段含水率测量值在较长时间内(4 一 6天)没有明显变化时(变幅小于5%)，将其放入烘箱内，按照木材烘干的标准进行烘干处理；将烘干后的树干段从烘箱取出后，立即用天平称重并记录，此即树干段的干重；利用所测树干段的干重和湿重数据，可计算出每次利用TDR测量树干含水率时对应的含水重量，按照木材含水率的定义可计算出相应的含水率，此即树干段该时刻的真实含水率；根据不同时段获得的树干段真实含水率和相应的含水率测量值数据对组，利用数学软件可确定二者的定量关系，从而获得利用TDR 测量树干含水率的标定模型，依据该标定模型可利用TDR对活树树干的含水率进行原位动态监测。权利要求1. 一种利用TDR测量树干含水率的标定方法，其特征在于包括以下步骤(1)对试验树木进行充分的供水，使其树干含水率达到或接近自然状态下的最高值；(2)将试验树木的树干分割成若干树干段；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨润亚，张振华，柏新富，潘英华，何福红，
申请(专利权)人：杨润亚，
类型：发明
国别省市：