一种用于检测木材内部缺陷的测量装置及其处理方法
阅读说明：本技术 一种用于检测木材内部缺陷的测量装置及其处理方法 (Measuring device for detecting internal defects of wood and processing method thereof ) 是由 王曙新 于 2019-11-28 设计创作，主要内容包括：一种用于检测木材内部缺陷的测量装置及其处理方法,包括电极传感器、数据采集处理平台；所述电极传感器为16个,16个电极传感器等距离围绕着被测木材设置；所述数据采集处理平台包括PXI控制器、数据采集板卡、多路复用器矩阵开关板卡、激励电源；16个所述电极传感器分别与多路复用器矩阵开关板卡的r0~r15端子连接；所述多路复用器矩阵开关板卡分别与数据采集板卡、激励电源连接；所述多路复用器矩阵开关板卡、数据采集板卡、激励电源分别通过PXI总线连接到PXI控制器。本发明所述的用于检测木材内部缺陷的测量装置及其处理方法,结构简单,处理方法便捷、快速,测量结果精确,有效地提高了木材的利用率,节约森林资源,应用前景广泛。(A measuring device for detecting internal defects of wood and a processing method thereof comprise an electrode sensor and a data acquisition and processing platform; 16 electrode sensors are arranged around the wood to be measured at equal intervals; the data acquisition and processing platform comprises a PXI controller, a data acquisition board card, a multiplexer matrix switch board card and an excitation power supply; the 16 electrode sensors are respectively connected with r 0-r 15 terminals of a multiplexer matrix switch board card; the multiplexer matrix switch board card is respectively connected with the data acquisition board card and the excitation power supply; the multiplexer matrix switch board card, the data acquisition board card and the excitation power supply are respectively connected to the PXI controller through the PXI bus. The measuring device and the processing method for detecting the internal defects of the wood have the advantages of simple structure, convenient and fast processing method, accurate measuring result, effectively improved wood utilization rate, forest resource saving and wide application prospect.)
技术领域
本发明属于缺陷测量技术领域，具体涉及一种用于检测木材内部缺陷的测量装置及其处理方法。
背景技术
随着我国经济高速发展，带来的是对各种资源需求量的剧增，我国对木料及木材制品的消耗量巨大，合理使用林木资源是可持续性发展的关键。我国森林资源的结构较为特别，森林资源总量占据世界的前列，但是作为人口大国，我国森林资源的人均占比要远低于世界平均水平。森林作为一种宝贵的可再生资源，其特点就是再生的周期较长，在短时间内难以大量的恢复。由于技术水平的限制，许多森林资源的使用效率并不高，在合理使用林木资源的同时保持高效率的使用木材资源，一直都是我国林业研究邻域科研人员急迫需要解决的难题之一。
传统的方法里，一般使用检测仪器对木材的物理和力学性质进行检测，对木材缺陷的检测通常使用人工方法进行。这种方法有以下的缺点：外界环境条件严格、检测周期过长、稳定性较低而且精确度较差，有的方法还会对木材造成严重破坏。传统检测方式不能满足非破坏、快速、持续检测的要求。因此，需要研发出一种用于检测木材内部缺陷的测量装置及其处理方法，通过非破坏性的方法对木材进行缺陷检测，给出木材内部情况的准确评价，进而提高木材的利用率。
中国专利申请号为CN201510397975.7公开了一种基于Top-k反距离加权的木材内部缺陷三维成像方法，是通过对木材内部缺陷进行三维成像，以来快速知道木材内部腐朽情况，没有设计到对测量装置的改进，同时其效率、准确度还需要进一步提高。
发明内容
发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种用于检测木材内部缺陷的测量装置及其处理方法，测量装置结构简单，处理方法便捷、快速，解决了传统检测木材内部缺陷带来的时间消耗、木材样本的破坏和检测的误差的问题，测量结果精确，有效地提高了木材的利用率，节约森林资源，应用前景广泛。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于检测木材内部缺陷的测量装置，其特征在于，包括电极传感器、数据采集处理平台；所述电极传感器为16个，16个电极传感器等距离围绕着被测木材设置；所述数据采集处理平台包括PXI控制器、数据采集板卡、多路复用器矩阵开关板卡、激励电源；16个所述电极传感器分别与多路复用器矩阵开关板卡的r0~r15端子连接；所述多路复用器矩阵开关板卡分别与数据采集板卡、激励电源连接；所述多路复用器矩阵开关板卡、数据采集板卡、激励电源分别通过PXI总线连接到PXI控制器。
本发明还涉及所述用于检测木材内部缺陷的测量装置的处理方法， 所述处理方法，依次包括数据采集、木材内部缺陷图像重建、图像处理与显示；所述数据采集，包括如下步骤：
（1）将16个电极传感器分别与多路复用器矩阵开关板卡的r0、r1、……、r15端子连接后，通过PXI总线连接到PXI控制器；
（2）在激励电源与多路复用器矩阵开关板卡的r0、r1端子接通的前提下，由PXI控制器驱动激励电源进行激励；数据采集板卡依次对多路复用器矩阵开关板卡的r2和r3、r3和r4、…、r14和r15这些相邻电极上的电压进行采集；
（3）数据采集板卡采集完上述的除r0和r1激励电极外的相邻电极上的电压后，再依次切换下一组相邻电极r2、r3作为激励电极，施加激励并采集除上述激励电极外的其他相邻电极上的电压，重复至所有相邻电极都充当激励电极为止，采集完成。
进一步的，上述的用于检测木材内部缺陷的测量装置的处理方法，所述激励电源施加的是10kHz、0.5mA的交变、正弦波激励信号。
进一步的，上述的用于检测木材内部缺陷的测量装置的处理方法，所述16个电极传感器可以采集到208个电压数据。
进一步的，上述的用于检测木材内部缺陷的测量装置的处理方法，所述木材内部缺陷图像重建，包括如下步骤：
（1）数据采集板卡采集的所有独立测量的木材内部电压数据，通过PXI总线传输给PXI控制器；
（2）PXI控制器进行PSO-Landweber迭代算法，重建出的二维木材断层缺陷图。
进一步的，上述的用于检测木材内部缺陷的测量装置的处理方法，所述图像处理与显示，依次包括预处理、图像处理、图像膨胀与填充、显示；所述预处理，包括如下步骤：将PSO-Landweber迭代算法重建后的二维断层缺陷图组成序列图，将各个断层图像读取到PXI控制器中，进行二维木材断层缺陷图像的预处理。
预处理是为了消除断层缺陷图的噪声、增强边缘和图像分割等，使处理后的断层缺陷图像质量更有利于后续的层间插值，立木孔洞缺陷的三维图像重建速度更快，且能够很好的提高层间插值和图像分割的准确性，能正确反映立木孔洞的缺陷具***置情况。
进一步的，上述的用于检测木材内部缺陷的测量装置的处理方法，所述图像处理，是对预处理后的二维木材断层缺陷图像进行图像灰度转换、图像增强、图像滤波、图像分割、图像膨胀与填充。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果： 测量装置结构简单，成本低；处理方法便捷、快速，采用电阻层析成像技术，准确测量出木材内部生长状况，解决了传统检测木材内部缺陷带来的时间消耗、木材样本的破坏和检测的误差的问题，测量结果精确，有效地提高了木材的利用率，节约森林资源，应用前景广泛。
附图说明
图1为本发明所述一种用于检测木材内部缺陷的测量装置的构架图；
图中：电极传感器1、数据采集处理平台2、PXI控制器21、PXI总线211、数据采集板卡22、多路复用器矩阵开关板卡23、激励电源24、a木材。
具体实施方式
下面将结合实施例和附图1，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，以下实施例提供了一种用于检测木材内部缺陷的测量装置，包括电极传感器1、数据采集处理平台2；所述电极传感器1为16个，16个电极传感器1等距离围绕着被测木材设置；所述数据采集处理平台2包括PXI控制器21、数据采集板卡22、多路复用器矩阵开关板卡23、激励电源24；16个所述电极传感器1分别与多路复用器矩阵开关板卡23的r0~r15端子连接；所述多路复用器矩阵开关板卡23分别与数据采集板卡22、激励电源24连接；所述多路复用器矩阵开关板卡23、数据采集板卡22、激励电源24分别通过PXI总线211连接到PXI控制器21。
实施例
本发明所述的用于检测木材内部缺陷的测量装置，结构简单，由电极传感器、数据采集处理平台组成，数据采集处理平台包括PXI控制器、数据采集板卡、多路复用器矩阵开关板卡、激励电源。
所述处理方法，依次包括数据采集、木材内部缺陷图像重建、图像处理与显示；所述数据采集，包括如下步骤：
（1）将16个电极传感器1分别与多路复用器矩阵开关板卡的r0、r1、……、r15端子连接后，通过PXI总线211连接到PXI控制器21；
（2）在激励电源24与多路复用器矩阵开关板卡23的r0、r1端子接通的前提下，由PXI控制器21驱动激励电源24进行激励；数据采集板卡22依次对多路复用器矩阵开关板卡23的r2和r3、r3和r4、…、r14和r15这些相邻电极上的电压进行采集；
（3）数据采集板卡22采集完上述的除r0和r1激励电极外的相邻电极上的电压后，再依次切换下一组相邻电极r2、r3作为激励电极，施加激励并采集除上述激励电极外的其他相邻电极上的电压，重复至所有相邻电极都充当激励电极为止，采集完成。
并且，所述激励电源24施加的是10kHz、0.5mA的交变、正弦波激励信号。所述16个电极传感器1可以采集到208个电压数据。
所述木材内部缺陷图像重建，包括如下步骤：
（1） 数据采集板卡22采集的所有独立测量的木材内部电压数据，通过PXI总线211传输给PXI控制器21；
（2） PXI控制器21进行PSO-Landweber迭代算法，重建出的二维木材断层缺陷图。
所述图像处理与显示，依次包括预处理、图像处理、图像膨胀与填充、显示；所述预处理，包括如下步骤：将PSO-Landweber迭代算法重建后的二维断层缺陷图组成序列图，将各个断层图像读取到PXI控制器21中，进行二维木材断层缺陷图像的预处理。
预处理是为了消除断层缺陷图的噪声、增强边缘和图像分割等，使处理后的断层缺陷图像质量更有利于后续的层间插值，立木孔洞缺陷的三维图像重建速度更快，且能够很好的提高层间插值和图像分割的准确性，能正确反映立木孔洞的缺陷具***置情况。
所述图像处理，是对预处理后的二维木材断层缺陷图像进行图像灰度转换、图像增强、图像滤波、图像分割、图像膨胀与填充。
本发明具体处理方法途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。