一种活立木强度的无损检测方法

1.一种活立木强度的无损检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：选择待测活立木，在待测区域测定机械波的传播速度V；
步骤2：在上述待测区域内沿径向通过一取芯装置取直径为3～12mm的连续且完整的树芯；该取芯装置包括：柱状空心钻头和取芯器，该钻头的内径小于或等于12mm，钻头的前端部分开始有外螺纹刀刃，取芯器设置在所述钻头的内部，取芯器上标有刻度；
步骤3：现场通过天平称量该树芯的质量并通过预先制定的取芯器刻度与体积对应的表，得到树芯的密度ρ；
2
步骤4：根据公式E＝Vρ计算出弹性模量Ed；其中，所述Ed为活立木的弹性模量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械波的传播速度通过第一传感器和第二传感器进行测量，所述树芯的取芯位置位于该第一传感器和第二传感器之间。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所取得的所述树芯的长度与所述第一传感器和第二传感器插入到所述活立木树干的深度一致。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所取得的所述树芯的长度为所述活立木的树干径向方向的长度。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述钻头的后端还设置有用于旋转所述钻头的旋转手柄。

一种活立木强度的无损检测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种活立木强度的无损检测方法。
背景技术
[0002] 活立木强度的检测主要是要利用敲击、电流脉冲等手段在活立木的木质部区域产
生机械波，并根据材料弹性模量E与机械波传播速度V及材料密度ρ之间存在的关系E＝
2
Vρ来计算弹性模量Ed，其中，所述Ed为活立木的弹性模量，最终实现对活立木强度的检
测。
[0003] 目前，在活立木检测过程中，密度测定的方法是：将活立木伐倒，然后使用刀、锯等工具截取原木段、圆盘或木块进行传统方式测定，即根据公式：密度等于质量与体积的比
值。这种方法存在的缺点包括如下几点：
[0004] (1)需要将活立木伐倒后才能测定密度，活立木在测定后即停止了生长，造成林木
资源的浪费；
[0005] (2)伐倒活立木和截取原木段、圆盘或木块的过程劳动强度大，持续时间长，并且
需要采取一定的防护措施，以保障人员的安全；
[0006] (3)需要携带油锯等笨重工具，且操作过程要考虑天气及环境条件，故野外作业能
力弱。
[0007] (4)因要伐倒活立木才能测定其密度，所以测量的样木株数不能太多，故不能真实
反映所检测对象的整体信息。
[0008] (5)需要伐倒活立木的前提决定了不可能开展经常性的检测，使得活立木检测对
树木生长过程中木材性质的长期连续监测能力低。
[0009] (6)整个检测过程繁琐，检测速度慢。
发明内容
[0010] 本发明要解决的技术问题是提供一种活立木强度的无损检测方法，该方法在不伐
倒活立木的情况下就可以实现对活立木强度的直接检测，最大程度上减少了对活立木的破
坏，既保证了检测结果的准确，又保证了活立木的正常生长。
[0011] 为了解决上述问题，本发明提供了一种活立木强度的无损检测方法包括如下步
骤：
[0012] 步骤1：选择待测活立木，在待测区域测定机械波的传播速度V；
[0013] 步骤2：在上述待测区域内沿径向通过一取芯装置取直径为3～12mm的连续且完
整的树芯；该取芯装置包括：柱状空心钻头和取芯器，该钻头的内径小于或等于12mm，钻头
的前端部分开始有外螺纹刀刃，取芯器设置在所述钻头的内部，取芯器上标有刻度；
[0014] 步骤3：现场通过天平称量树芯的质量并通过预先制定的取芯器刻度与
[0015] 体积对应的表，得到树芯的密度ρ；
[0016] 步骤4：根据公式E＝V2ρ计算出弹性模量Ed；其中，所述Ed为活立木的弹性模
量。
[0017] 优选地，所述步骤1中机械波的传播速度通过第一传感器和第二传感器测量，所
述步骤2中树芯的取芯位置位于该第一传感器和第二传感器之间。
[0018] 优选地，所述步骤2中取得的所述树芯的长度与所述第一传感器和第二传感器插
入到所述活立木的树干的深度一致。
[0019] 优选地，所述步骤2中所取得的所述树芯的长度为所述活立木的树干径向方向的
长度。
[0020] 优选地，所述钻头的后端还设置有用于旋转所述钻头的旋转手柄。
[0021] 本发明具有如下优点：
[0022] (1)因为不需要伐倒活立木，而且所钻的孔径小(3～12mm)，且树木在钻孔后会通
过愈伤组织迅速恢复孔洞微创，上述测定对活立木的健康生长 无影响，有利于培育大径级
的活立木和避免林木资源的浪费；
[0023] (2)测量密度工作的劳动强度小，所需设备简单，一人即可完成；
[0024] (3)本发明采用的取芯装置体积小，携带方便，且操作过程不需要考虑天气及环境
条件，故野外作业能力强；
[0025] (4)可以实现对大样本的活立木资源进行强度性质评估，且检测速度快，检测精度
和可靠度高，能真实反映所检测对象的整体信息。
[0026] (5)就某一活立木而言，可以实现多次、多部位的测定，实现“精细检测”；
[0027] (6)采用本发明的检测方法，能够对活立木开展经常性的检测，大大提高了活立木
检测对树木生长过程中木材性质的长期连续监测能力，更好的实现林木资源定向培育和合
理利用目标；
[0028] (7)采用本种测定密度的方法后，整个无损检测过程简单、易于操作，并且在现场
就能获得结果，大大方便了检测后的其它后续工作；
[0029] (8)检测速度快，较以往方式节省80％的时间；
[0030] (9)就同一活立木(材料)而言，采用本发明的检测方法，所测得的Ed与采用标准
试样在实验室力学试验机测得的静态弹性模量两者之间的平均误差较采用以往方法减小
约15％；两者之间的相关系数R提高约13％。
附图说明
[0031] 图1A为在树干上取芯的位置示意图，图1B为图1A的右视图；
[0032] 图2为本发明采用的取芯装置的结构示意图；
[0033] 图3为图2的左视图；
[0034] 图4为取芯器的结构示意图。
具体实施方式
[0035] 本发明的活立木强度的无损检测方法具体包括如下步骤：
[0036] 步骤1：如图1A、B所示，选择待测活立木1，在待测区域内通过第一 传感器2和第
二传感器3测定机械波在第一传感器2和第二传感器3之间的传播速度V；
[0037] 步骤2：在活立木1上述的待测区域内，并在第一、二传感器2、3连线之间的位置
4上，通过如图2、3、4所述的取芯装置5沿径向取直径3～12mm的连续且完整的树芯。所
取的树芯可如图1B所示，在位置4上取与第一、二传感器2、3插入到树干的深度一致的一
段连续且完整的树芯，这样可针对活立木1特定部分的强度进行精细的检测；也可以是穿
透活立木1的整个树干，这样可以针对活立木1的整体强度进行检测。沿树高方向上的树
芯取样数量可以是2个或2个以上，各取样点位置应均匀分布，取样的数量越多，则获得的
结果越精确。上述取芯装置5包括：柱状空心钻头6和取芯器8，该钻头6的内径小于或等
于12mm，钻头6内径的选择可以如下表二。钻头6的前端部分开始有外螺纹刀刃9，通过外
螺纹刀刃9使钻头6钻入树干，取芯器8设置在钻头6的内部，当钻取下树芯后，通过该取
芯器8将旋入钻头6内的树芯取出。为了读取体积方便，如图4所示，取芯器8上标有刻度
10，刻度所对应的体积如下表一所示，这样能够现场读取树芯的体积，因此检测的速度也更
快。此外，可以如图2、3所示在钻头6的后端设置旋转手柄7，通过旋转旋转手柄7将钻头
6旋入树干中；
[0038] 步骤3：采用一天平现场立即称量该树芯的质量并测量该树芯的体积，得到树芯
的密度ρ，现场称量树芯的质量可确保计算得到的树芯密度能够更准确地反映活立木生材
密度的真实值；当然，也可以是将获取的树芯现场密封保存后在适当的时间内(越快越好)
称量树芯的质量，并测量树芯的体积，得到树芯的密度ρ；
[0039] 步骤4：根据公式E＝V2ρ计算出活立木的弹性模量Ed。
[0040] 表一取芯器的刻度与对应体积表
[0041]
长度(cm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ...
对 应 的 体 积 cm3 ＝ 0.07 0.14 0.21 0.28 0.35 0.42 0.49 0.57 0.64 0.71 ...
3mm
＝4mm 0.13 0.25 0.38 0.50 0.63 0.75 0.88 1.00 1.13 1.26 ... ＝6mm 0.28 0.57 0.85 1.13 1.41 1.70 1.98 2.26 2.54 2.83 ... ＝8mm 0.50 1.00 1.51 2.01 2.51 3.01 3.52 4.02 4.52 5.02 ... ＝10mm 0.79 1.57 2.36 3.14 3.93 4.71 5.50 6.28 7.07 7.85 ... ＝12mm 1.12 2.23 3.39 4.52 5.65 6.78 7.91 9.04 10.17 11.30 ... [0042] 注： 为钻头内径
[0043] 表二钻头选择表
[0044]
针 叶 树 种 针叶树种 胸径(cm) ＜3 3～10 10～15 15～20 20～25 ＞25
钻头内径 (mm) ＝3 3～5 5～6 6～8 8～10 10～12
阔 叶 树 种 胸径(cm) ＜3 3～10 10～15 15～20 20～25 ＞25
钻头内径 (mm) ＝3 3～6 6～7 7～9 9～11 11～12
注：钻取深度为1cm-dmax(贯穿树干)
[0045] 本发明的活立木强度无损检测方法与传统的检测方法相比，具有如下表三的优
点：
[0046] 表三传统方法与本发明方法的简单比较
[0047]
比较的项目 传统方法 本发明方法
人员的配置 (现场) 机械波测定仪器操作：2人；伐工 和木工：3 机械波测定仪器操 作：2人；取芯装置人；记录：1人；安全 保障：1人。共计7人 使 用：1人；记录：1人。 共计4人
工具的配置 (现场) 机械波测定仪器、油锯、手工锯、 刀、斧头、 机械波测定仪器、取 芯装置、封口袋、封口袋、安全防护装备、 天平 天 平
检测的用时 单株至少耗时75分钟，其中现场 用时45分 单株共耗时15分钟， 单株现场用时15钟，实验室用时30分钟 分 钟，无需实验室工作
现场可否获 得Ed 不能 可以
Ed与按 GB1927～19 43-91测得 木 R＝0.75 R＝0.86
材静态弹 性模量之间 的相关系数
[0048] 对采用传统方法及本方法的检测进行实践性的比较，使用应力波分析仪检测设
备，检测对象为20株长白落叶松活立木。
[0049] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，
因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发
明的保护范围之内。