基于介电谱的介电常数与木材含水率的相关性

摘要

【目的】研究木材含水率与介电常数的关系,构建含水率介电模型,为精准监测活立木的含水率提供基础数据和依据。【方法】以白桦、椴树、冷杉、水曲柳为研究对象,使用宽频介电谱仪测得不同含水率下木材介电谱,分析频率/含水率变化对木材介电常数的影响规律。在1 Hz~10 MHz频段内运用多种回归模型分析含水率与介电常数的关系,优选适合用于木材含水率检测的频段和频率点,在优选频率下利用线性、二次多项式与三次多项式函数构建含水率与介电常数的关系模型,评价并验证模型。研究不同树种含水率预测模型的差异与机理。【结果】在1 Hz~10 MHz频段内,1.3~10 MHz频段为测量木材介电常数的较理想频段,10 MHz是研究木材介电常数与含水率关系的最佳频率点。在最佳频率点上(10 MHz)采用二次多项式数据拟合构建的木材含水率介电模型,拟合优度高。模型验证得到4种木材含水率实测值和拟合值的决定系数R^(2)均高于0.95,均方根误差RMSE均低于0.14,相对分析误差RPD均高于2.5。不同树种有不同的介电模型,这主要与木材密度有关。【结论】介电谱可直观反映不同频率和含水率下木材的介电特性,在特定频率下,木材介电常数随含水率的增大而增大。木材含水率介电模型具有较高的稳定性和良好的预测能力,在对测量精度要求不高时密度相近的树种可采用相同的含水率介电模型。