高　珊，王立海，楊冬輝，徐文豪

（東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150040）

Sylvatest-Duo裝置的探針觸式與計(jì)示壓強(qiáng)對(duì)木材超聲波測(cè)量精度的影響

高珊，王立海，楊冬輝，徐文豪

（東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150040）

為了提高應(yīng)用Sylvatest-Duo超聲波測(cè)量裝置進(jìn)行木材質(zhì)量和缺陷檢測(cè)的精度，研究了該裝置的探針與木材接觸方式（探針觸式）及其計(jì)示壓強(qiáng)對(duì)木材中超聲波傳播速度和信號(hào)能量衰減幅度的影響，確定了測(cè)量過(guò)程中宜采用的最佳探針觸式和最佳計(jì)示壓強(qiáng)。以美國(guó)紅松Pinus resinosa的小規(guī)格試樣材（25.4 mm×25.4 mm×407.0 mm）為研究對(duì)象，采用單因素重復(fù)試驗(yàn)，經(jīng)SPSS統(tǒng)計(jì)分析中多元檢驗(yàn)的研究結(jié)果表明：不同的探針觸式對(duì)超聲波測(cè)量結(jié)果影響顯著（P值為0.000），探針-木材的 “持續(xù)性接觸”比 “非持續(xù)性接觸”測(cè)量偏差小，檢測(cè)效果穩(wěn)定；在探針“持續(xù)性接觸”方式下，超聲波的傳播速度和信號(hào)能量衰減幅度隨著計(jì)示壓強(qiáng)增大而增加，在計(jì)示壓強(qiáng)為275.8 kPa （40 psi）時(shí)，兩者趨于穩(wěn)定。因此，建議在應(yīng)用Slyvatest-Duo進(jìn)行木材超聲波測(cè)量過(guò)程中，宜保持探針與木材持續(xù)性接觸，同時(shí)采用275.8 kPa的計(jì)示壓強(qiáng)，可達(dá)到最優(yōu)檢測(cè)精度。圖4表4參13

木材科學(xué)與技術(shù)；Sylvatest-Duo；超聲波速度；能量衰減；探針觸式；計(jì)示壓強(qiáng)；美國(guó)紅松

超聲波技術(shù)是當(dāng)前國(guó)際上較為認(rèn)可的進(jìn)行木材質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)與評(píng)估的技術(shù)之一［1-2］，尤其是在木材空洞和缺陷檢測(cè)方面，其研究和應(yīng)用已經(jīng)取得一定的進(jìn)展［3-5］。美國(guó)、日本、新西蘭以及一些歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家率先將超聲波理論與技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)木材加工過(guò)程的質(zhì)量監(jiān)控中［6-7］，隨后逐步擴(kuò)展到原木和人工林的材質(zhì)預(yù)測(cè)與評(píng)估［8-10］。在應(yīng)用超聲波技術(shù)進(jìn)行木質(zhì)材料的檢測(cè)來(lái)驗(yàn)證理論或應(yīng)用的科研試驗(yàn)中，Sylvatest-Duo（CBS-CBT，Les Ecorces）設(shè)備具有一定的優(yōu)勢(shì)。Sylvatest-Duo測(cè)量2種物理參數(shù)，一是超聲波的傳播速度，二是木材中超聲波傳播信號(hào)的能量峰值。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，應(yīng)用Sylvatest-Duo測(cè)量木材中超聲波速度，可預(yù)測(cè)木材的質(zhì)量等級(jí)，實(shí)現(xiàn)木材分檢，應(yīng)用其對(duì)原木分揀精確率可達(dá)到80%以上，對(duì)板材分揀的精確率達(dá)90%～95%。在科學(xué)研究中，應(yīng)用該設(shè)備測(cè)量木材的超聲波傳播速度和傳遞能量衰減幅度的變化，可反映木材應(yīng)力性能的變化和檢測(cè)缺陷、裂紋等情況；超聲波信號(hào)傳遞過(guò)程中，如遇上木材節(jié)點(diǎn)或痞點(diǎn)，則致使超聲波能量會(huì)被大量吸收，導(dǎo)致能量衰減，形成能量井，該指標(biāo)可用來(lái)檢測(cè)木材的節(jié)疤等。張訓(xùn)亞等［11］通過(guò)應(yīng)用Sylvatest-Duo設(shè)備進(jìn)行木材中超聲波速度的測(cè)量，建立落葉松Larix gmelinii規(guī)格材的動(dòng)態(tài)彈性模量（DMOE），預(yù)測(cè)了落葉松規(guī)格材的抗彎性能；高珊等［12］應(yīng)用Sylvatest-Duo設(shè)備構(gòu)建了溫度控制測(cè)試裝置，利用該裝置完成了溫度尤其是低溫及含水率的變化對(duì)木材中超聲波速度的影響的研究，揭示了溫度及水分狀態(tài)變化對(duì)木材力學(xué)性能影響的規(guī)律；張?zhí)鸬龋?3］利用Sylvatest-Duo設(shè)備實(shí)現(xiàn)了對(duì)健康杉木Cunninghamia lanceolata材和含有不同孔洞缺陷尺寸的檢測(cè)，獲得超聲波傳播速度與不同孔洞直徑的關(guān)系。應(yīng)用Sylvatest-Duo設(shè)備在野外和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行超聲波測(cè)量時(shí)，所采用的脈沖波發(fā)射壓強(qiáng)一般為137.9～275.8 kPa（20～40 psi），這個(gè)計(jì)示壓強(qiáng)范圍雖為常用范圍，但用于木材的測(cè)量的最佳計(jì)示壓強(qiáng)值還未見報(bào)道。本研究的主要目的是通過(guò)單因素重復(fù)試驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研究Sylvatest-Duo的2個(gè)探針與木材端部接觸方式（探針觸式）以及不同的計(jì)示壓強(qiáng)條件下木材中的超聲波傳播速度及能量衰減幅度變化，確定最佳探針觸式和最佳計(jì)示壓強(qiáng)。希望通過(guò)本研究為同行們?cè)诶肧ylvatest-Duo超聲波測(cè)量設(shè)備進(jìn)行木材質(zhì)量等級(jí)和缺陷檢測(cè)時(shí)提供參考，以便獲得最優(yōu)檢測(cè)精度和最佳科研結(jié)果。值得說(shuō)明的是，該試驗(yàn)研究為 “溫度對(duì)活立木及原木聲波傳播速度影響研究第一部分”的前期試驗(yàn)部分［12］，不足之處是試驗(yàn)規(guī)模有限，樹種單一，樣本的數(shù)量少，但筆者考慮到本研究的結(jié)果具有一定的代表性和參考價(jià)值，故整理發(fā)表，以供同仁們參考。

1　試驗(yàn)的材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

根據(jù)該研究的試驗(yàn)?zāi)康?，試?yàn)采用單因素重復(fù)試驗(yàn)，因此不涉及木材含水率變化、水分分布、材質(zhì)紋理（徑、弦向）、取材位置和有無(wú)節(jié)子等缺陷對(duì)超聲波速度的影響。試驗(yàn)樹種為單一樹種美國(guó)紅松Pinus resinosa，取自位于美國(guó)威斯康辛州Arena（43°9′57″N，89°54′26″W）威斯康辛-麥迪遜大學(xué)45年生美國(guó)紅松試驗(yàn)林場(chǎng)。試樣為鮮原木段的邊材部分，制取尺寸規(guī)格為24.5 mm×24.5 mm×407.0 mm（1.0 inch×1.0 inch×16.0 inch，長(zhǎng)度為順紋方向），測(cè)試完成后獲得的烘干含水率約為34%。

1.2Sylvatest-Duo工作原理及測(cè)試方法

圖1　Sylvatest-Duo裝置示意圖Figure 1　Schematic setup used for uyltrasonic measurements

1.2.1工作原理Sylvatest-Duo（CBS-CBT，Les Ecorces）超聲波測(cè)量裝置（圖1），是由法國(guó)的木結(jié)構(gòu)中心和瑞士木結(jié)構(gòu)技術(shù)公司聯(lián)合生產(chǎn)，工作發(fā)射波頻率為20～30 kHz。該儀器由超聲脈沖信號(hào)發(fā)射端（transmitter）（發(fā)射探針）、接收端（receiver，接收探針）、讀數(shù)器和啟動(dòng)裝置組成。該裝置2個(gè)探針與材料端面的接觸，啟動(dòng)裝置通過(guò)發(fā)射探針發(fā)射超聲脈沖信號(hào)，由接收探針接收，讀數(shù)器可讀取平均波傳播時(shí)間（tUPT）和聲波信號(hào)的能量吸收峰值。超聲波傳播平均速度（v）可由試樣長(zhǎng)度（L）和tUPT計(jì)算出來(lái)：v=L/tUPT（m·s-1）。通過(guò)木材中的超聲波傳播速度的測(cè)量，結(jié)合木材質(zhì)量密度可得出相應(yīng)的木材彈性模量—?jiǎng)討B(tài)彈性模量，進(jìn)而預(yù)測(cè)其力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)；通過(guò)超聲波信號(hào)的峰值能量（mV）的測(cè)量，檢測(cè)超聲波信號(hào)的能量衰減或損耗（energy loss，EL），以表示木材有無(wú)節(jié)點(diǎn)或痞點(diǎn)。

1.2.2測(cè)試方法該研究的主要內(nèi)容是測(cè)試Sylvatest-Duo裝置的探針觸式和計(jì)示壓強(qiáng)對(duì)其超聲波傳播速度及能量衰減的影響，目的在于提高Sylvatest-Duo裝置的木材質(zhì)量檢測(cè)精度，屬于系統(tǒng)因素影響研究，因此采用單因素重復(fù)性試驗(yàn)。①探針-木材接觸方式。如圖1所示：應(yīng)用Sylvatest-Duo測(cè)量木材中超聲波速度的過(guò)程中，其裝置的探針與木材試樣端部的接觸方式可分為 “持續(xù)性接觸”和 “非持續(xù)性接觸”2種。通過(guò)采用不同探針觸式，觀察超聲波傳播的時(shí)間及能量衰減幅度的變化，研究其對(duì)超聲波測(cè)量精度的影響，從中確定最佳接觸方式?！俺掷m(xù)性接觸”的測(cè)量方式是指將Sylvatest-Duo的探針與木材試樣端面的接觸，進(jìn)行超聲波的脈沖信號(hào)的發(fā)射，待該次超聲波指標(biāo)測(cè)量完成后，依舊保持探針與木材試樣端面的接觸，同時(shí)開啟下一次超聲波的脈沖信號(hào)的發(fā)射，進(jìn)行超聲波測(cè)量，直至完成所有既定條件下的測(cè)量后，才斷開探針與木材試樣端面的接觸，即在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中，始終保持探針與木材試樣端面的持續(xù)性接觸?！胺浅掷m(xù)性接觸”的測(cè)量方式是指將Sylvatest-Duo的探針與木材試樣的端面接觸同時(shí)發(fā)送超聲波脈沖信號(hào)，待該次超聲波指標(biāo)測(cè)量完成后，斷開探針與木材試樣端面的接觸，待進(jìn)行下一個(gè)既定條件下的超聲波測(cè)量時(shí)，重新使探針與木材再次接觸，開啟并發(fā)送超聲波脈沖信號(hào)。②計(jì)示壓強(qiáng)的設(shè)定。Sylvatest-Duo的計(jì)示壓強(qiáng)（gauge pressure，GP）是發(fā)射超聲波脈沖信號(hào)的量表壓力，這里稱 “計(jì)示壓強(qiáng)”，單位為 “psi，lbs.·inch-1（1.0 psi=6.894 757 kPa）”。通過(guò)設(shè)定不同的量表壓力發(fā)射超聲波脈沖，觀察超聲波傳播的時(shí)間及能量衰減幅度的變化，研究其對(duì)超聲波測(cè)量精度的影響，從而確定最佳計(jì)示壓強(qiáng)。應(yīng)用Sylvatest-Duo裝置進(jìn)行超聲波測(cè)量時(shí)，所采用的計(jì)示壓強(qiáng)范圍一般為137.9～275.8 kPa（20.0～40.0 psi），通常不會(huì)超過(guò)275.8 kPa（40.0 psi）。本試驗(yàn)中曾嘗試采用310.3 kPa（45.0 psi）的計(jì)示壓強(qiáng)發(fā)送脈沖波，但其測(cè)量值極不穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)幾次的前期預(yù)測(cè)量和木材試樣的尺寸規(guī)格，本實(shí)驗(yàn)最終選擇137.9 kPa（20.0 psi），172.4 kPa（25.0 psi），206.9 kPa（30.0 psi）和275.8 kPa（40.0 psi）這4個(gè)等級(jí)作為衡量計(jì)示壓強(qiáng)影響的指標(biāo)。在外界環(huán)境條件相同時(shí)，試驗(yàn)分別在這4個(gè)等級(jí)的計(jì)示壓強(qiáng)下，交替采用探針-木材 “持續(xù)接觸”和“非持續(xù)接觸”的方式，測(cè)量超聲波在木材中的傳播速度和能量衰減幅度。

2　結(jié)果與討論

2.1試驗(yàn)基本數(shù)據(jù)集

2.1.1試樣端面負(fù)載與計(jì)示壓強(qiáng)關(guān)系根據(jù)設(shè)定的4個(gè)等級(jí)的計(jì)示壓強(qiáng)137.9 kPa（20.0 psi），172.4 kPa（25.0 psi），206.9 kPa（30.0 psi）和275.8 kPa（40.0 psi），試驗(yàn)中探針施加于木材試樣端面的載荷分別為1.724 kg（3.8 lbs.），2.767 kg（6.1 lbs.），3.583 kg（7.9 lbs.）和5.670 kg （12.5 lbs.），整理獲得對(duì)應(yīng)的實(shí)際計(jì)示壓強(qiáng)分別為137.9 kPa（20.0 psi），172.4 kPa（25.0 psi），206.9 kPa（30.0 psi）和275.8 kPa（40.0 psi），滿足試驗(yàn)要求的等級(jí)條件。兩者之間關(guān)系如圖2所示。

圖2　木材試樣端面的負(fù)載與計(jì)示壓強(qiáng)的關(guān)系Figure 2　Relationship between gauge pressure and load force on the end of the wood sample

2.1.2初步測(cè)量結(jié)果本試驗(yàn)分別在探針與木材 “持續(xù)性接觸”和 “非持續(xù)性接觸”2種方式和4個(gè)實(shí)測(cè)計(jì)示壓強(qiáng)下，對(duì)木材中超聲波傳播速度和能量衰減進(jìn)行10次重復(fù)性測(cè)量，共獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)80組，其中40組為在各計(jì)示壓強(qiáng)下、探針與木材 “持續(xù)性接觸”時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)集；另40組為在各計(jì)示壓強(qiáng)下、探針與木材 “非持續(xù)性接觸”時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)集。通過(guò)對(duì)80組測(cè)量結(jié)果進(jìn)行整理后，可獲得不同探針觸式的各計(jì)示壓強(qiáng)下的平均超聲波傳播時(shí)間和傳播速度結(jié)果（表1）和平均超聲波信號(hào)能量衰減結(jié)果（表2）。

2.2探針觸式和計(jì)示壓強(qiáng)對(duì)超聲波傳播速度的影響

2.2.1探針觸式影響分析首先，由于本研究屬于單因素重復(fù)試驗(yàn)，因此，采用統(tǒng)計(jì)分析中的GLM檢驗(yàn)重復(fù)性方差分析（repeated measures），來(lái)進(jìn)行不同探針觸式下超聲波傳播速度的差異性檢驗(yàn)。應(yīng)用SPSS軟件對(duì)2種探針觸式的40組超聲波傳播速度試驗(yàn)數(shù)據(jù)的進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，其輸出結(jié)果見表3。由表3可見：4種統(tǒng)計(jì)方法的F檢驗(yàn)概率P值（顯著性概率P=0.000）均小于0.001，說(shuō)明不同的探針觸式對(duì)超聲波傳播速度的影響顯著。其次，從表1中可以看出：在 “非持續(xù)性接觸”的測(cè)量方式下，裝置所測(cè)得的平均超聲波傳播速度為3 691.0 m·s-1，比 “持續(xù)性接觸”的測(cè)量方式下所測(cè)得的平均超聲波傳播速度（3 132.0 m·s-1），平均高為560.0 m·s-1左右 （約提高17.8%）。在 “持續(xù)性接觸”的測(cè)量方式下，超聲波傳播速度的標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，為34.4 m·s-1，說(shuō)明測(cè)量值受計(jì)示壓強(qiáng)影響其偏移平均值程度較??；在 “非持續(xù)性接觸”測(cè)量方式，超聲波速度受計(jì)示壓強(qiáng)變化的影響相對(duì)較大，標(biāo)準(zhǔn)差為45.7 m·s-1，超聲波傳播速度測(cè)量的穩(wěn)定性相對(duì)較差。因此，在應(yīng)用Slyvatest-Duo進(jìn)行木材超聲波傳播速度測(cè)量，預(yù)測(cè)木材質(zhì)量等級(jí)時(shí)，可確定 “持續(xù)性接觸”為探針與木材的最佳接觸方式，使檢測(cè)精度達(dá)到最優(yōu)。

表1　不同探針觸式和計(jì)示壓強(qiáng)條件下的超聲波傳播時(shí)間和傳播速度Table 1　Mean UPT and velocity of ultrasonic wave at each gauge pressure scale under both probe-wood contacts

表2　不同探針觸式和計(jì)示壓強(qiáng)條件下超聲波信號(hào)能量衰減Table 2　Mean EL of ultrasonic wave at each gauge pressure scale under both probe-wood contacts

表3　不同探針觸式的超聲波傳播速度多元檢驗(yàn)結(jié)果Table 3　Multivariate tests results of ultrasonic velocity at different probe-wood contacts

2.2.2計(jì)示壓強(qiáng)影響分析圖3顯示：在探針與木材保持“持續(xù)性接觸”的測(cè)量方式下，超聲波傳播速度隨著計(jì)示壓強(qiáng)的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在計(jì)示壓強(qiáng)為206.9 kPa（30.0 psi）時(shí)，達(dá)到最大為3 766.0 m·s-1（表1）；在探針與木材保持 “非持續(xù)性接觸”的測(cè)量方式下，超聲波傳播速度隨著計(jì)示壓強(qiáng)的增加而逐漸增大，在275.8 kPa （40.0 psi）時(shí)超聲波的傳播速度為3 738.0 m·s-1，與 “非持續(xù)性接觸”方式的獲得的超聲波速度值相同。該結(jié)果說(shuō)明：即在應(yīng)用Slyvatest-Duo進(jìn)行木材超聲波速度測(cè)量過(guò)程中，無(wú)論是探針在與木材保持 “持續(xù)性接觸”還是 “非持續(xù)性接觸”，在計(jì)示壓強(qiáng)為275.8 kPa（40.0 psi）時(shí)，超聲波的傳播速度最為穩(wěn)定。因此，在應(yīng)用Slyvatest-Duo進(jìn)行木材超聲波傳播速度測(cè)量，預(yù)測(cè)木材質(zhì)量等級(jí)時(shí)，可確定275.8 kPa（40.0 psi）的計(jì)示壓強(qiáng)為最佳計(jì)示壓強(qiáng)，以達(dá)到最優(yōu)檢測(cè)精度。

圖3　超聲波傳播速度隨計(jì)示壓強(qiáng)變化趨勢(shì)Figure 3　Changing trend of ultrasonic velocity with changing gauge pressure

2.3探針觸式和計(jì)示壓強(qiáng)對(duì)超聲波信號(hào)能量衰減的影響

2.3.1探針觸式影響分析首先，采用統(tǒng)計(jì)分析中的GLM檢驗(yàn)重復(fù)性方差分析，來(lái)進(jìn)行不同探針觸式下超聲信號(hào)能量衰減差異性檢驗(yàn)。應(yīng)用SPSS軟件對(duì)2種探針觸式的40組超聲波信號(hào)能量衰減幅度試驗(yàn)數(shù)據(jù)的進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，其輸出結(jié)果見表4。

表4　不同探針觸式的超聲波能量衰減多元檢驗(yàn)結(jié)果Table 4　Multivariate Tests results of energy loss of ultrasonic wave at different of probe-wood contacts

由表4可見：4種統(tǒng)計(jì)方法（Pillai’s Trace，Wilks’lambda，Hoteling’s Trace和Roy’s Largest Root）的F檢驗(yàn)的概率P值（顯著性概率P＝0.000）均小于0.001，說(shuō)明不同的探針觸式對(duì)超聲波能量衰減幅度的影響顯著。其次，從表1中可以看出：在 “持續(xù)性接觸”的測(cè)量方式下，裝置所測(cè)得的超聲波信號(hào)的能量衰減幅值為192.0 mV，比 “非持續(xù)性接觸”的測(cè)量方式下所測(cè)得的能量衰減幅值（157.0 mV）平均高35.0 mV（約提高22.3%）。在 “持續(xù)性接觸”的測(cè)量方式下，超聲波信號(hào)能量衰減幅度的標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，為43.1 mV，說(shuō)明測(cè)量值受計(jì)示壓強(qiáng)影響其偏移平均值程度較?。辉?“非持續(xù)性接觸”測(cè)量方式，超聲波速度受計(jì)示壓強(qiáng)變化的影響相對(duì)較大，標(biāo)準(zhǔn)偏差為54.6 mV，超聲波傳播速度測(cè)量的穩(wěn)定性相對(duì)較差，該結(jié)果與2.2中超聲波速度測(cè)量結(jié)果變化趨勢(shì)一致。因此，在應(yīng)用Slyvatest-Duo進(jìn)行木材超聲波信號(hào)能量衰減幅度測(cè)量，預(yù)測(cè)木材內(nèi)部節(jié)點(diǎn)和缺陷時(shí)，可確定 “持續(xù)性接觸”為探針與木材的最佳接觸方式，以達(dá)到最優(yōu)檢測(cè)精度。

2.3.2計(jì)示壓強(qiáng)影響分析圖4顯示了2種不同的探針觸式下的超聲波信號(hào)能量衰減隨計(jì)示壓強(qiáng)的變化趨勢(shì)。同樣，計(jì)示壓強(qiáng)及探針觸式對(duì)超聲波傳播信號(hào)的能量衰減幅度的影響趨勢(shì)與對(duì)超聲波傳播速度的影響類同：在2種探針觸式下，超聲波信號(hào)能量的衰減幅值均隨著計(jì)示壓強(qiáng)的增加而增大；在275.8 kPa（40.0 psi）時(shí)，2種探針觸式的信號(hào)能量衰減幅度形成重疊。該結(jié)果說(shuō)明：在應(yīng)用Slyvatest-Duo進(jìn)行木材超聲波信號(hào)能量檢測(cè)的過(guò)程中，無(wú)論是探針與木材保持 “持續(xù)性接觸”還是 “非持續(xù)性接觸”，在計(jì)示壓強(qiáng)為275.8 kPa（40.0 psi）時(shí)，超聲波的信號(hào)能量衰減幅度最為穩(wěn)定。因此，在應(yīng)用Slyvatest-Duo進(jìn)行木材超聲波信號(hào)能量衰減幅度的測(cè)量，預(yù)測(cè)木材內(nèi)部節(jié)點(diǎn)和缺陷時(shí)，可確定275.8 kPa（40.0 psi）的計(jì)示壓強(qiáng)為最佳計(jì)示壓強(qiáng)，使檢測(cè)精度達(dá)到最優(yōu)。

圖4　超聲波信號(hào)能量衰減隨計(jì)示壓強(qiáng)變化趨勢(shì)Figure 4　Changing trend of EL of ultrasonic wave with changing gauge pressure

3　結(jié)論

本試驗(yàn)研究了Sylvates-Duo超聲波測(cè)量裝置的探針與木材接觸方式及其計(jì)示壓強(qiáng)對(duì)超聲波傳播速度和信號(hào)能量衰減幅度的影響，確定了應(yīng)用該裝置進(jìn)行木材質(zhì)量檢測(cè)時(shí)的最佳探針觸式和最佳計(jì)示壓強(qiáng)。研究所得主要結(jié)論如下：①不同探針觸式對(duì)木材超聲波傳播速度和能量衰減幅度影響顯著。②超聲波測(cè)量過(guò)程中，宜采用探針與木材的 “持續(xù)性接觸”作為最佳探針觸式。在 “持續(xù)性接觸”的測(cè)量方式下，超聲波傳播速度和傳遞信號(hào)能量衰減幅度的標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，穩(wěn)定性較好。③超聲波測(cè)量過(guò)程中，宜采用275.8 kPa（40.0 psi）的計(jì)示壓強(qiáng)作為最佳計(jì)示壓強(qiáng)。在2種探針-木材接觸方式下，超聲波傳播速度和傳遞信號(hào)能量衰減幅度均隨著計(jì)示壓強(qiáng)的增大而呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，在計(jì)示壓強(qiáng)為275.8 kPa（40.0 psi）時(shí)，兩者的變化趨于穩(wěn)定。因此，在應(yīng)用Slyvatest-Duo進(jìn)行木材超聲波測(cè)量過(guò)程中，宜保持探針與木材持續(xù)性接觸，同時(shí)采用275.8 kPa（40.0 psi）的計(jì)示壓強(qiáng)，可使檢測(cè)精度達(dá)到最優(yōu)。

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Probe-wood contact and gauge pressure with Sylvatest-Duo for precision ultrasonic measurements of wood

GAO Shan，WANG Lihai，YANG Donghui，XU Wenhao
（College of Engineering&Technology，Northeast Forestry University，Harbin 150040，Heilongjiang，China）

To improve precision testing for wood quality and defects when applying the Sylvatest-Duo ultrasound device，the effects of probe-wood contacts and gauge pressure on ultrasonic wave velocity and energy loss with wood were tested.The most optimal mode for probe-wood contact and gauge pressure was determined for wood ultrasonic measurements.A small clean wood sample（25.4 mm×25.4 mm×407.0 mm）of American red pine，Pinus resinosa was used as the research object.The effects of different probe-wood contacts and gauge pressures on wood testing performance were examined by employing single factor repeated tests.Multivariate Tests results from SPSS statistical analysis showed that the effect of differences in probe-wood contacts on ultrasonic measurements is significant（P=0.000）.The experimental results using sustainable probe-wood contact was more stable-than the continuous probe-wood mode.With sustainable probe-wood contact，ultrasonic wave velocity and energy loss increased as gauge pressure increased，but stabilized at a gauge pressure of 40 psi （275.8 kPa）meaning it was the optimal gauge pressure.Therefore，40 psi（275.8 kPa）gauge pressure for sustainable probe-wood contact should be used for optimal measurement precision when applying the Sylvatest-Duo device to conduct ultrasonic measurements on wood.［Ch，4 fig.4 tab.13 ref.］

wood science and technology；Sylvatest-Duo；ultrasonic wave velocity；energy loss；probe-wood contact；gauge pressure；Pinus resinosas

S781

A

2095-0756（2016）05-0875-06

10.11833/j.issn.2095-0756.2016.05.021

2015-11-02；

2016-03-29

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目（2572015CA02）；黑龍江省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（C201403）

高珊，講師，博士，從事木材質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)與評(píng)估等研究。E-mail：gaoshan_2000@126.com

浙 江 農(nóng) 林 大 學(xué) 學(xué) 報(bào)，2016，33（5）：875-880

Journal of Zhejiang A＆F University