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

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）

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

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超聲波測量裝置進(jìn)行木材質(zhì)量和缺陷檢測的精度，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)對木材中超聲波傳播速度和信號能量衰減幅度的影響，確定了測量過程中宜采用的最佳探針觸式和最佳計(jì)示壓強(qiáng)。以美國紅松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：不同的探針觸式對超聲波測量結(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”測量偏差小，檢測效果穩(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)行木材超聲波測量過程中，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)；美國紅松

超聲波技術(shù)是當(dāng)前國際上較為認(rèn)可的進(jìn)行木材質(zhì)量無損檢測與評估的技術(shù)之一［1-2］，尤其是在木材空洞和缺陷檢測方面，其研究和應(yīng)用已經(jīng)取得一定的進(jìn)展［3-5］。美國、日本、新西蘭以及一些歐洲發(fā)達(dá)國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)測與評估［8-10］。在應(yīng)用超聲波技術(shù)進(jìn)行木質(zhì)材料的檢測來驗(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。Sylvatest-Duo測量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的能量峰值。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，應(yīng)用Sylvatest-Duo測量木材中超聲波速度，可預(yù)測木材的質(zhì)量等級，實(shí)現(xiàn)木材分檢，應(yīng)用其對原木分揀精確率可達(dá)到80%以上，對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缺陷、裂紋等情況；超聲波信號傳遞過程中，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)可用來檢測木材的節(jié)疤等。張訓(xùn)亞等［11］通過應(yīng)用Sylvatest-Duo設(shè)備進(jìn)行木材中超聲波速度的測量，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)了對健康杉木Cunninghamia lanceolata材和含有不同孔洞缺陷尺寸的檢測，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)。希望通過本研究為同行們在利用Sylvatest-Duo超聲波測量設(shè)備進(jìn)行木材質(zhì)量等級和缺陷檢測時(shí)提供參考，以便獲得最優(yōu)檢測精度和最佳科研結(jié)果。值得說明的是，該試驗(yàn)研究為 “溫度對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）、取材位置和有無節(jié)子等缺陷對超聲波速度的影響。試驗(yàn)樹種為單一樹種美國紅松Pinus resinosa，取自位于美國威斯康辛州Arena（43°9′57″N，89°54′26″W）威斯康辛-麥迪遜大學(xué)45年生美國紅松試驗(yàn)林場。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，長度為順紋方向），測試完成后獲得的烘干含水率約為34%。

1.2Sylvatest-Duo工作原理及測試方法

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）超聲波測量裝置（圖1），是由法國的木結(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)裝置通過發(fā)射探針發(fā)射超聲脈沖信號，由接收探針接收，讀數(shù)器可讀取平均波傳播時(shí)間（tUPT）和聲波信號的能量吸收峰值。超聲波傳播平均速度（v）可由試樣長度（L）和tUPT計(jì)算出來：v=L/tUPT（m·s-1）。通過木材中的超聲波傳播速度的測量，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)測其力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)；通過超聲波信號的峰值能量（mV）的測量，檢測超聲波信號的能量衰減或損耗（energy loss，EL），以表示木材有無節(jié)點(diǎn)或痞點(diǎn)。

1.2.2測試方法該研究的主要內(nèi)容是測試Sylvatest-Duo裝置的探針觸式和計(jì)示壓強(qiáng)對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測量木材中超聲波速度的過程中，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，研究其對超聲波測量精度的影響，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的發(fā)射，待該次超聲波指標(biāo)測量完成后，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的發(fā)射，進(jìn)行超聲波測量，直至完成所有既定條件下的測量后，才斷開探針與木材試樣端面的接觸，即在整個(gè)測量過程中，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，待該次超聲波指標(biāo)測量完成后，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。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，研究其對超聲波測量精度的影響，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，但其測量值極不穩(wěn)定。經(jīng)過幾次的前期預(yù)測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)測計(jì)示壓強(qiáng)下，對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)的測量數(shù)據(jù)集。通過對80組測量結(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）和平均超聲波信號能量衰減結(jié)果（表2）。

2.2探針觸式和計(jì)示壓強(qiáng)對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，說明不同的探針觸式對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”的測量方式下，裝置所測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”的測量方式下所測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，說明測量值受計(jì)示壓強(qiáng)影響其偏移平均值程度較??；在 “非持續(xù)性接觸”測量方式，超聲波速度受計(jì)示壓強(qiáng)變化的影響相對較大，標(biāo)準(zhǔn)差為45.7 m·s-1，超聲波傳播速度測量的穩(wěn)定性相對較差。因此，在應(yīng)用Slyvatest-Duo進(jìn)行木材超聲波傳播速度測量，預(yù)測木材質(zhì)量等級時(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，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)果說明：即在應(yīng)用Slyvatest-Duo進(jìn)行木材超聲波速度測量過程中，無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量，預(yù)測木材質(zhì)量等級時(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)檢測精度。

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

2.3探針觸式和計(jì)示壓強(qiáng)對超聲波信號能量衰減的影響

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，來進(jìn)行不同探針觸式下超聲信號能量衰減差異性檢驗(yàn)。應(yīng)用SPSS軟件對2種探針觸式的40組超聲波信號能量衰減幅度試驗(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，說明不同的探針觸式對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”的測量方式下，裝置所測得的超聲波信號的能量衰減幅值為192.0 mV，比 “非持續(xù)性接觸”的測量方式下所測得的能量衰減幅值（157.0 mV）平均高35.0 mV（約提高22.3%）。在 “持續(xù)性接觸”的測量方式下，超聲波信號能量衰減幅度的標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，為43.1 mV，說明測量值受計(jì)示壓強(qiáng)影響其偏移平均值程度較??；在 “非持續(xù)性接觸”測量方式，超聲波速度受計(jì)示壓強(qiáng)變化的影響相對較大，標(biāo)準(zhǔn)偏差為54.6 mV，超聲波傳播速度測量的穩(wěn)定性相對較差，該結(jié)果與2.2中超聲波速度測量結(jié)果變化趨勢一致。因此，在應(yīng)用Slyvatest-Duo進(jìn)行木材超聲波信號能量衰減幅度測量，預(yù)測木材內(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能量衰減隨計(jì)示壓強(qiáng)的變化趨勢。同樣，計(jì)示壓強(qiáng)及探針觸式對超聲波傳播信號的能量衰減幅度的影響趨勢與對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種探針觸式的信號能量衰減幅度形成重疊。該結(jié)果說明：在應(yīng)用Slyvatest-Duo進(jìn)行木材超聲波信號能量檢測的過程中，無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)行木材超聲波信號能量衰減幅度的測量，預(yù)測木材內(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)，使檢測精度達(dá)到最優(yōu)。

圖4　超聲波信號能量衰減隨計(jì)示壓強(qiáng)變化趨勢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超聲波測量裝置的探針與木材接觸方式及其計(jì)示壓強(qiáng)對超聲波傳播速度和信號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超聲波測量過程中，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”的測量方式下，超聲波傳播速度和傳遞信號能量衰減幅度的標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，穩(wěn)定性較好。③超聲波測量過程中，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，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)行木材超聲波測量過程中，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)，可使檢測精度達(dá)到最優(yōu)。

［1］WANG Xiping，ROSS R J，CARTER P.Acoustic evaluation of wood quality in standing trees（part I）acoustic wave behavior［J］.Wood Fiber Sci，2007，39（1）：28-38.

［2］ROSS R J，WILLITS S W，von SEGEN W，et al.A stress wave based approach to NDE of logs for assessing potential veneer quality（part 1）small diameter ponderosa pine［J］.For Prod J，1999，49（11/12）：60-62.

［3］楊慧敏，王立海.超聲波功率譜技術(shù)在木材空洞缺陷無損檢測中應(yīng)用［J］.森林工程，2005，21（2）：8-9. YANG Huimin，WANG Lihai.Application of ultrasonic power spectrums in non-destructive testing hole defects in wood［J］.For Eng，2005，21（2）：8-9.

［4］于文勇，王立海，楊慧敏，等.超聲波木材缺陷檢測若干問題的探討［J］.森林工程，2006，22（6）：7-9. YU Wenyong，WANG Lihai，YANG Huimin，et al.The study of wood defects detection based on ultrasonic techniques ［J］.For Eng，2006，22（6）：7-9.

［5］AKIAN M，GAUBERT S，NINOVE L.Application of an ultrasonic wave propagation field in the quantitative identification of cavity defect of log disc［J］.Comput Electron Agric，2014，108（108）：123-129.

［6］BODIG J，GOODMAN J R.Prediction of elastic parameters for wood［J］.Wood Sci，1973，5（4）：249-264.

［7］HARRIS P D，PETHERICK R J，ANDREWS M K.Acoustic resonance tools［C］//Proceedings of the13th International Symposium on Nondestructive Testing of Wood.Berkely：University of California，2002：195-201.

［8］MORA C R，SCHIMLECK L R，ISIK F，et al.Relationship between acoustic varaibles and different measures of stiffness in standing Pinus taeda trees［J］.Can J For Res，2009，39（8）：1421-1429.

［9］GRABIANOWSKI M，MANLEY B，WALKER J C F.Acoustic measurements on standing trees，logs and green lumber ［J］.Wood Sci Technol，2006，40（3）：205-216.

［10］ZHANG Houjiang，WANG Xiaoping，SU Juan.Experimental investigation of stress wave propagation in standing trees ［J］.Holzforschung，2009，65（5）：743-748.

［11］張訓(xùn)亞，殷亞方，羅彬，等.超聲波預(yù)測落葉松規(guī)格材的抗彎性能［J］.木材工業(yè)，2010，24（3）：1-3. ZHANG Xunya，YIN Yafang，LUO Bin，et al.Predicting bending performance of larch dimensional lumber by an ultrasonic technique［J］.China Wood Ind，2010，24（3）：1-3.

［12］GAO Shan，WANG Xiping，WANG Lihai，et al.Effect of temperature on acoustic evaluation of standing trees and logs（part 1）laboratory investigation［J］.Wood Fiber Sci，2012，44（3）：286-297.

［13］張?zhí)穑绦∥?，陸偉東，等.超聲波法檢測木材內(nèi)部孔洞缺陷的研究［J］.西南林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，36（1）：121-125. ZHANG Tian，CHENG Xiaowu，LU Weidong，et al.Experimental study on testing internal hole defects of wood by ultrasonic method［J］.J Southwest For Univ，2016，36（1）：121-125.

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)量無損檢測與評估等研究。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