基于超声波活立木内部腐朽衰减成像的研究

摘要

木材无损检测技术是在20世纪60年代后逐步兴起的、对木材生长特性、木材及木材构件的物理性质、木材及木材构件的力学性质、木材及木材构件的缺陷进行的一种非破坏性检测技术。
　　 本文针对目前活立木质量的检测方法大多数仍处于定性或半定量水平,难以给出定量的结果,检测方法本身存在局限性这一特点。将超声波衰减成像技术,引入到原木质量检测中,它可以用图像的方式精确、完整地反映层析面上原木内部结构,较传统方法有明显的优点。为了使CT技术在原木无损检测中有更好的应用,本文在射线追踪、反演算法、速度反演及衰减反演的缺陷判别方面进行了试验研究。
　　 本文先用Arbotom应力波测试系统对样本树进行横断面检测,观察应力波测试系统所成二维图像,找到满足要求的实验样本树断面。然后,把符合要求的样本树断面近似看作标准圆形,并在圆周上均匀的选取6个测试点,采用武汉岩土力学研究所生产的RSM-SYS型智能超声波检测仪进行超声波横向检测。获得了三十个超声波信号数,由于超声波检测系统自带软件自身的数据处理能力有限,为了提高对数据判读的准确性,采用MATLAB软件小波分析中wthcoef函数的对已转化格式的信号文件进行消噪处理。然后,进行衰减成像数据提取。
　　 本文主要研究了应用超声CT对活立木内部进行层析的算法。针对超声在活立木中传播时存在折射、绕射等现象,将射线追踪算法引入到层析算法中,在分析射直线追踪算法的基础上,运用C计算机语言编写程序,求得了超声波射线的距离阵。并以距离阵为基础,通过MATLAB的矩阵计算求出了时间域方法衰减成像所需要的系数矩阵c和走时矩阵t。
　　 针对活立木超声检测中,获取的数据不完全、干扰因素多、误差大等特点,本文采用SIRT算法进行图像重建,获得的振幅衰减法,上升衰减法及走时成像法的成像方程。
　　 最后,本文通过数值仿真,获得了衰减成像以及走时成像的二维图像。并与Arbotom应力波测试系统所成二维图像进行比较,其结果表明:应用本文所提出的检测方法、重建算法在活立木进行超声波衰减层析成像是可行的,并得到了较好图像重建效果。