一种林木结构异常震波CT环式扫描装置及方法

摘要

本发明公开了一种林木结构异常震波CT环式扫描装置及方法，利用特制环式探头，采用针对树木树干外形结构研发的特殊测量装置与方法，对林木结构异常情况进行CT扫描检测，获得树木树干内部震波速度分布特征图像，对其内部结构特征进行评价，为树木的健康检查提供有效的技术参数。

说明书

技术领域

本发明涉及林木结构扫描装置领域，具体是一种林木结构异常震波CT环式 扫描装置及方法。

背景技术

树木由于各种原因造成伤口后形成树洞或树干中空，降低树干的坚固性，缩 短了树木的寿命，特别是名贵的古树的健康状况尤为重要；而且由于下雨刮风等 自然因素，树木倒塌而造成人员与财产的损失，树木健康状况检测越来越受到人 们关注。利用震波CT扫描检测技术系统可实现对树木内部结构及其异常的快速 检测，根据拾取弹性波穿透林木的初至时间，解析波场传播速度或频谐特征变化 图像，判断树干内部结构异常位置及其特征。目前，现有应力波检测通过健康树 干断面波速传播趋势及函数关系，对缺陷树干健康状况进行诊断，但对边部开裂 无法准确诊断，检测时的敲击会对树干造成一定的损伤；直流电法CT技术是通 过直流电法层析成像技术，运用并行电法进行数据采集，获得树干电阻率剖面， 根据同材质的树木电阻率值明显差异和树干断面电阻率分布特征来进行检测，但 此种检测会因树干的特殊构造造成检测结果准确性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种林木结构异常震波CT环式扫描装置及方法，以解 决现有技术因树干凹凸不平的外形结构而导致的空间定位结果不准确，检测工作 步骤繁琐复杂的问题，改进敲击震源结构，减少对树木造成不必要的损伤；以及 针对树干结构的特殊测量尺，进行测量点的空间准确定位，结合震波CT扫描技 术，清晰准确地获得树干内部结构波速分布特征，判断树木内部异常位置，为树 木的健康检测提供有效的技术参数。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种林木结构异常震波CT环式扫描装置，其特征在于：包括有两个半环对 接构成的圆环，两个半环一端相互铰接，两个半环另一端通过卡扣活动连接，圆 环环体中沿圆周等间距开有多个螺丝通孔，多个螺丝通孔依次编号，且每个螺丝 通孔中心轴线分别沿圆环环体径向设置，还包括有多个中空的探头棒，每个探头 棒外壁分别成型外螺纹，多个探头棒一一对应螺入并穿过圆环环体中的螺丝通 孔，且多个探头棒指向圆环圆心的内端分别安装有地震波速度检波探头，地震波 速度检波探头连接的导线分别从探头棒内穿过并从探头棒外端穿出，每个探头棒 外壁上还设置有长度刻度。

所述的一种林木结构异常震波CT环式扫描装置，其特征在于：所述圆环环 体中还沿圆周等间距开有多个定位通孔，每个定位通孔中心轴线分别沿圆环环体 径向设置，每个定位通孔中分别螺合安装有定位棒，定位棒的内端分别沿径向穿 过定位通孔并指向圆环圆心，且每个定位棒的内端分别设置有橡胶保护膜。

所述的一种林木结构异常震波CT环式扫描装置，其特征在于：所述探头棒 内端与地震波速度检波探头之间结合接触处设置有橡胶层。

所述的一种林木结构异常震波CT环式扫描装置，其特征在于：所述圆环环 壁上还设置有气泡水平校准仪。

一种林木结构异常震波CT扫描方法，其特征在于：首先将圆环打开，套在 树干上，然后通过卡扣把圆环封闭；拧动定位棒，将圆环固定在树干上，根据各 个测试面之间关系需要，调节圆环使水平校准气泡居中；

接着拧动探头棒，使地震波速度检波探头紧贴树木表皮；记录各个探头棒螺 丝旋入长度L和各对应螺丝通孔的序号n，在计算软件中根据公式(1)、(2)， 计算得出各个测试点处地震波速度检波探头的坐标，并根据各个地震波速度检波 探头的坐标计算得到探测面积，公式(1)、(2)如下：

Xn＝(R-L)sin(22.5n)         (1)，

Yn＝(R-L)cos(22.5n)         (2)，

公式(1)、(2)中，R为圆环半径，L为各个探头棒螺丝旋入长度，n为螺 丝通孔的序号，则地震波速度检波探头的坐标为(Xn,Yn)，地震波速度检波探头 坐标，以圆环圆心为坐标原点，以正东方向直线作为X轴，以正北方向直线作 为Y轴构建坐标系；

将地震波速度检波探头的导线连接到外部震波CT成像仪，用震波发生器依 次敲击紧邻检波探头处圆环所在位置树干激发震波，打开仪器设置参数接收各道 震波产生震波开始进行测试；

最后根据相关数据，将地震波速度检波探头的坐标数据输入计算软件，运用 震波CT扫描检测模块反演，获得探查区域震波速度分布图像，结合树木材质速 度差异对图像进行分析，确定树木结构特征及异常状态。

本发明通过对特制震波探头的设计与研制，有效地解决了因树干凹凸不平的 外形结构而导致的检测结果不准确、检测工作步骤繁琐复杂等状况；改进敲击震 源结构，减少对树木造成不必要的损伤；以及针对树干结构的特殊测量方法及软 件编制，对树干测试点的空间坐标确立及不规则探测区面积计算，获得探查区域 的精确定位图像。其利用价值高，可为树木健康体检提供重要技术参数。

本发明的优点：

1、解决了检测过程中步骤的繁琐，操作过程简单，加上专门设计的探头坐 标测定软件，方便统计坐标数据，更加节省了工作量。

2、运用特制的环式探头，大大缩小了因树干不规则而造成检测误差，解决 树木不规则引起的坐标难以计算的难题。且测量时简单、方便、易操作，数据测 量容易，再加上多通道接收震波，可将树干内部结构准确的展现出来。

3、结合CT扫描检测技术，科学清晰的展现树木内部结构的波速分布，对 木材内部生态异常位置及其特征进行准确判断。

附图说明

图1为本发明装置整体结构俯视图。

图2为本发明装置中探头棒结构主视图。

图3为本发明测量原理图。

图4为本发明装置坐标计算及面积计算示意图。

具体实施方式

如图1-图3所示，一种林木结构异常震波CT环式扫描装置，包括有两个半 环对接构成的圆环1，两个半环1一端相互铰接，两个半环1另一端通过卡扣活 动连接，圆环环体中沿圆周等间距开有多个螺丝通孔，多个螺丝通孔依次编号， 且每个螺丝通孔中心轴线分别沿圆环1环体径向设置，还包括有多个中空的探头 棒2，每个探头棒2外壁分别成型外螺纹，多个探头棒2一一对应螺入并穿过圆 环1环体中的螺丝通孔，且多个探头棒2指向圆环1圆心的内端分别安装有地震 波速度检波探头3，地震波速度检波探头3连接的导线分别从探头棒2内穿过并 从探头棒外端穿出，每个探头棒2外壁上还设置有长度刻度。

圆环1环体中还沿圆周等间距开有多个定位通孔，每个定位通孔中心轴线分 别沿圆环1环体径向设置，每个定位通孔中分别螺合安装有定位棒4，定位棒4 的内端分别沿径向穿过定位通孔并指向圆环1圆心，且每个定位棒4的内端分别 设置有橡胶保护膜。

探头棒2内端与地震波速度检波探头3之间结合接触处设置有橡胶层。

圆环1环壁上还设置有气泡水平校准仪。

一种林木结构异常震波CT扫描方法，首先将圆环打开，套在树干上，然后 通过卡扣把圆环封闭；拧动定位棒，将圆环固定在树干上，根据各个测试面之间 关系需要，调节圆环使水平校准气泡居中；

接着拧动探头棒，使地震波速度检波探头紧贴树木表皮；记录各个探头棒螺 丝旋入长度L和各对应螺丝通孔的序号n，在计算机中根据公式(1)、(2)，计 算得出各个测试点处地震波速度检波探头的坐标，并根据各个地震波速度检波探 头的坐标计算得到探测面积，公式(1)、(2)如下：

Xn＝(R-L)sin(22.5n)      (1)，

Yn＝(R-L)cos(22.5n)      (2)，

公式(1)、(2)中，R为圆环半径，L为各个探头棒螺丝旋入长度，n为螺 丝通孔的序号，则地震波速度检波探头的坐标为(Xn,Yn)，地震波速度检波探头 坐标，以圆环圆心为坐标原点，以正东方向直线作为X轴，以正北方向直线作 为Y轴构建坐标系；

将地震波速度检波探头的导线连接到外部震波CT成像仪，用震波发生器依 次敲击紧邻检波探头处圆环所在位置树干激发震波，打开仪器设置参数接收各道 震波进行测试；

最后根据相关数据，将地震波速度检波探头的坐标数据输入计算软件，运用 震波CT扫描检测模块反演，获得探查区域震波速度分布图像，结合树木材质速 度差异对图像进行分析，确定树木结构特征及异常状态。