一種基于x射線計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)的竹材含水率快速檢測方法
【專利說明】-種基于X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)的竹材含水率快速檢 測方法
[0001] 巧術(shù)領(lǐng)域: 本發(fā)明屬于一種基于X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)的竹材含水率快速檢測方法，主要是 對毛竹含水率的X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)檢測方法。
[0002]背景巧術(shù): 竹材是一種吸濕性材料，其含水率與密度密切相關(guān)，含水率變化直接影響竹材的強(qiáng)度、 剛性、硬度、耐腐朽W及機(jī)械加工性能、燃燒值、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性等，從而影響竹材的加工工 藝及利用。因此，在該地域內(nèi)或該批竹材進(jìn)行加工工藝及利用之前，均需對竹材進(jìn)含水率檢 巧。，并與檢測結(jié)果作為依據(jù)決定該地域內(nèi)或該批竹材進(jìn)行加工工藝及利用領(lǐng)域。
[0003] 目前測量竹材含水率常用的方法是稱重法，測定結(jié)果比較準(zhǔn)確，限制較少，適用于 任何水分狀態(tài)的任何竹材，但是比較費(fèi)時，操作繁瑣，檢測成本高，易對被檢物造成破壞，影 響工業(yè)生產(chǎn)速度。此外測量竹材含水率還有電阻法和電磁法，二者只能測定纖維飽和點(diǎn)W 下一定范圍內(nèi)的含水率，測定結(jié)果準(zhǔn)確性差，限制條件多，比較費(fèi)時，操作繁瑣，檢測成本 高，易對被檢物造成破壞，影響工業(yè)生產(chǎn)速度。
[0004] 因此，尋求一種環(huán)境友好和高效便捷的無損檢測方法來獲得竹材含水率是目前迫 切需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種基于X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)的竹材含水率快速檢 測方法，能環(huán)境友好和高效、便捷快速、無損地檢測獲得竹材的含水率，還具有檢測準(zhǔn)確， 環(huán)保，成本低和操作簡便的優(yōu)點(diǎn)。
[0006] 為此，本發(fā)明的方法包括如下步驟： (1) 待測竹材含水率測定標(biāo)準(zhǔn)試件的選定和要求， 從竹材離地約1.0m~1.6m整節(jié)處，向上截取1.8m~2. 2m長整節(jié)處截?cái)啵谄渲羞x 取無明顯缺陷及竹青無損傷、節(jié)間長度在200mm~210mmW上的整竹節(jié)，按東西南北方向 劈制15mm寬試條各一根，在每一試條上截取一個試件，試樣為近似矩形，尺寸為長10mm、寬 10mm及試樣的竹壁厚； (2) 將制作好的試件置于含不同飽和鹽溶液干燥器中，待試件含水率穩(wěn)定不再變化，參 照GB/T15780-1995《竹材物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)方法》稱量不同含水率梯度狀態(tài)下，試件質(zhì)量 與103±2°C條件下烘干的全干質(zhì)量，計(jì)算試件含水率，實(shí)驗(yàn)室室溫20±2°C; (3) 保持實(shí)驗(yàn)室室溫20±2°C，利用X射線計(jì)算機(jī)斷層CT掃描技術(shù)對由步驟（2)得到 的不同含水率狀態(tài)下的試件沿毛竹軸向方向進(jìn)行CT掃描，根據(jù)竹種不同選定適宜的掃描 參數(shù)，根據(jù)掃描層厚與層間距確定掃描斷層層數(shù)，求取試件每張斷層圖片的平均CT值，計(jì) 算出試件整體平均CT值，計(jì)算公式：
式中CT為平均CT值，CTi、CT2……CT。為不同斷層CT值，η為掃描斷層數(shù)； (4) 依據(jù)由步驟（2)得到的建立不同含水率梯度狀態(tài)下的含水率與由步驟（3)得到的 CT值的數(shù)據(jù)擬合曲線； (5) 利用CT掃描測定待測樣品CT值，根據(jù)上述擬合曲線，建立擬合方程，計(jì)算待測樣品 的含水率； 同時滿足下述條件的為毛竹相對含水率： 擬合方程為：Mc=0. 001Η+0. 2345,R2=0. 9884 ;式中Me為相對含水率，Η為CT值； 驗(yàn)證模型決定系數(shù)R2=〇. 9911 ; (6) 利用由步驟（5)得到的毛竹相對含水率，決定該批竹材或該地域內(nèi)的竹材的加工工 藝及利用領(lǐng)域。
[0007] 所述的試樣用飽水狀態(tài)下的濕材制作。
[0008] 所述的X射線計(jì)算機(jī)斷層CT掃描技術(shù)采用美國通用電氣化i曲tSpeedExcel4 層螺旋CT機(jī)，掃描參數(shù)設(shè)定為120kV、160mAs、層厚0. 625mm、層間距1. 25mm、FOV9. 6及重 建算法"std"，對每個試件掃描5張CT圖像，實(shí)驗(yàn)室室溫20 ± 2°C。
[0009] 所述的待測竹材含水率測定標(biāo)準(zhǔn)試件選定的竹材離地約1. 4m~1. 5m整節(jié)處，向 上截取1. 9m~2.Im長整節(jié)處截?cái)?，選取無明顯缺陷及竹青無損傷、節(jié)間長度在205mm~ 210mmW上的整竹節(jié)。
[0010] 所述的X射線計(jì)算機(jī)斷層CT掃描是在室溫20±2°C狀態(tài)下進(jìn)行。
[0011] 所述的不同飽和鹽溶液法，是將試件調(diào)整至不同穩(wěn)定含水率狀態(tài)。
[0012] 所述的步驟（4)中試件掃描方向?yàn)檠孛褫S向方向，并根據(jù)竹種不同選定適宜的 掃描參數(shù)，根據(jù)掃描層厚與層間距確定掃描斷層層數(shù)。
[0013] 本發(fā)明能環(huán)境友好和高效、便捷快速、無損地檢測獲得竹材的含水率，還具有檢測 準(zhǔn)確，環(huán)保，成本低和操作簡便的優(yōu)點(diǎn)。X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)的竹材含水率快速檢測 由于X射線波長比可見光短得多，用它來進(jìn)行成像時，在理論上分辨率要比可見光高2~4 個量級；且X射線的穿透性較強(qiáng)，可對厚樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測，從而可避免因制樣 帶來的人為干擾，運(yùn)是其他各種顯微術(shù)所不具備的。測試表明：本發(fā)明的方法較傳統(tǒng)的檢測 方法檢測準(zhǔn)確率得到大幅度的提高；節(jié)約檢測和用人量90% ;節(jié)約檢測時間90%。能快速準(zhǔn) 確決定該地域內(nèi)或該批竹材進(jìn)行加工工藝及利用領(lǐng)域。從根本上大幅度縮短了生產(chǎn)時間， 節(jié)約了生產(chǎn)成本。
[0014] 附圖說巧: 圖1 :本發(fā)明的竹材試件試條劈制部位的示意圖。
[001引圖2 :本發(fā)明的竹材試件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[001引圖3 :為竹材試件的Q-Q比較圖，圖中（1)為b值正態(tài)趨勢Q-Q圖與b值，（2)為去 掉4年生10年生正態(tài)趨勢Q-Q比較圖。
[0017] 圖4 :本發(fā)明的不同竹齡毛竹相對含水率與CT值擬合模型圖。
[0018] 圖5 :本發(fā)明的不同竹齡毛竹相對含水率與CT值驗(yàn)證模型圖。
[0019] 圖6為不同含水率狀態(tài)下毛竹CT值與實(shí)際測定相對含水率擬合曲線模型圖。
[0020] 圖7為實(shí)際測定相對含水率與預(yù)測相對含水率擬合曲線模型圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 如圖1至圖7所示，一種基于X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)的竹材含水率快速檢測 方法， 包括如下步驟： (1) 待測竹材含水率測定標(biāo)準(zhǔn)試件的選定和要求， 從竹材離地約1.0m~1.6m整節(jié)處，向上截取1.8m~2. 2m長整節(jié)處截?cái)?，在其?選取無明顯缺陷及竹青無損傷、節(jié)間長度在200mm~210mmW上的整竹節(jié)1，按東西南北 方向劈制15mm寬試條各一根，在每一試條上截取一個試件2,試樣為近似矩形，尺寸為長 10mm、寬10mm及試樣的竹壁厚； (2) 將制作好的試件置于含不同飽和鹽溶液干燥器中，待試件含水率穩(wěn)定不再變化，參 照GB/T15780-1995《竹材物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)方法》稱量不同含水率梯度狀態(tài)下，試件質(zhì)量 與103±2°C條件下烘干的全干質(zhì)量，計(jì)算試件含水率，實(shí)驗(yàn)室室溫20±2°C; (3) 保持實(shí)驗(yàn)室室溫20±2°C，利用X射線計(jì)算機(jī)斷層CT掃描技術(shù)對由步驟（2)得到 的不同含水率狀態(tài)下的試件沿毛竹軸向方向進(jìn)行CT掃描，根據(jù)竹種不同選定適宜的掃描 參數(shù)，根據(jù)掃描層厚與層間距確定掃描斷層層數(shù)，求取試件每張斷層圖片的平均CT值，計(jì) 算出試件整體平均CT值，計(jì)算公式：
式中CT為平均CT值，CTi、CT2……CT。為不同斷層CT值，η為掃描斷層數(shù)； (4) 依據(jù)由步驟（2)得到的建立不同含水率梯度狀態(tài)下的含水率與由步驟（3)得到的 CT值的數(shù)據(jù)擬合曲線； (5) 利用CT掃描測定待測樣品CT值，根據(jù)上述擬合曲線，建立擬合方程，計(jì)算待測樣品 的含水率； 同時滿足下述條件的為毛竹相對含水率： 擬合方程為：Mc=0. 001Η+0. 2345,R2=0. 9884 ;式中Me為相對含水率，Η為CT值； 驗(yàn)證模型決定系數(shù)R2=〇. 9911 ; (6) 利用由步驟（5)得到的毛竹相對含水率，決定該批竹材或該地域內(nèi)的竹材的加工工 藝及利用領(lǐng)域。
[0022] 所述的試樣用飽水狀態(tài)下的濕材制作。
[0023] 所述的X射線計(jì)算機(jī)斷層CT掃描技術(shù)采用美國通用電氣化i曲tSpeedExcel4 層螺旋CT機(jī)，掃描參數(shù)設(shè)定為120kV、leOmAs、層厚0. 625mm、層間距1. 25mm、FOV9. 6及重 建算法"std"，對每個試件掃描5張CT圖像，實(shí)驗(yàn)室室溫20 ± 2°C。
[0024] 所述的待測竹材含水率測定標(biāo)準(zhǔn)試件選定的竹材離地約1. 4m~1. 5m整節(jié)處，向 上截取1. 9m~2.Im長整節(jié)處截?cái)?，選取無明顯缺陷及竹青無損傷、節(jié)間長度在205mm~ 210mmW上的整竹節(jié)。
[00巧]所述的X射線計(jì)算機(jī)斷層CT掃描是在室溫20±2°C狀態(tài)下進(jìn)行。
[0026] 所述的不同飽和鹽溶液法，是將試件調(diào)整至不同穩(wěn)定含水率狀態(tài)。
[0027] 所述的步驟（4)中試件掃描方向?yàn)檠孛褫S向方向，并根據(jù)竹種不同選定適宜的 掃描參數(shù)，根據(jù)掃描層厚與