[发明专利]古树/古建筑木结构内部腐朽应力波无损探测装置

说明书

技术领域

本发明涉及古树及古建筑木结构健康评价领域，尤其涉及一种基于应力波的能够对古树及古建筑木结构内部腐朽缺陷进行无损探测、断层成像的装置。

背景技术

古树名木是有生命的活着的文物，是国家的魂宝，既有生物学价值，又具有活的文物历史文化价值。根据2005年全国绿化委员会办公室公布的全国古树名木普查结果显示，全国现有古树名木285.3万株，其中国家一级古树5.1万株、国家二级古树104.3万株、国家三级古树175.3万株，国家级名木5700多株。古树名木多是树龄较大的过熟林木，在漫长岁月中饱经沧桑，长势已趋衰弱。大多古树名木都有不同程度的缺陷，主要有枯枝腐朽、空心、断裂等，这些缺陷侵蚀着古树名木。同时，我国现存大量的木结构古建筑，而它们经过长期的风吹雨淋，同样面临着各种损伤、缺陷的危害，这些缺陷严重影响木结构古建筑的使用寿命、承载能力和安全性能。因此，急需采取先进、无损的方法或手段对古树以及木结构古建筑的缺陷进行有效地诊断、治疗和补救，这对我国生物资源和历史文化遗产保护具有双重意义。

然而，在对古树以及木结构古建筑所存在的缺陷(尤其是内部腐朽)进行评估、判断时，目前作业人员仍主要采用肉眼观察、简单敲打或凭借经验等方式来进行初步判断，没有比较有效的探测方法与设备。在该领域，国外少数企业如德国RINNTECH公司和匈牙利FAKOPP公司进行了探索，分别开发了用于探测活立木内部腐朽的设备。但是，它们所开发的设备存在一个共同的缺点：必须在被测对象的外表面钉上一定数量的钢钉，用于悬挂传感器，这无疑会对被测对象造成损伤。由于古建筑木结构具有重要的历史文化价值，采用这种会产生新的损伤的测试设备无疑是不适宜的，因此需要研发一种能够适应不同测试对象要求的无损探测装置来评估古树以及木结构古建筑的内部腐朽等缺陷，进而为其安全性评估提供科学依据。

发明内容

基于上述现有技术所存在的问题，本发明的具体实施方式是提供一种基于应力波的古树及古建筑木结构内部腐朽无损探测装置。该装置能够适应不同被测对象的要求，对于不适宜在外表面钉钉子的古建筑木结构，凭借专用的传感器和传感器固定装置，能够实现对古建筑木结构内部腐朽的“完全无损式”探测；而对于像古树这种含有树皮的测试对象，则可以采用微损型针式连接器穿透树皮辅助探测其内部腐朽。最后，通过探测所构建的断层图像来确定被测对象内部腐朽的形状和位置。

本发明所提供的这种无损探测装置包括：多个传感器、传感器固定装置、力锤、微损型针式连接器、数据处理系统和木材内部腐朽断层成像软件。所述传感器、所述数据处理系统与安装有所述成像软件的计算机通过若干根导线连接。

所述传感器包括传感器壳体、  应力波传动杆、应力波传感器钢性连接头、传感器膜片、传感器调理电路、导线接口，所述应力波传动杆上刻有螺纹。

所述传感器主要技术指标：探测元件为压电陶瓷；直流供电为12V；输出为232接口；测向灵敏度＜2.5％；外形尺寸约为110mm×60mmm×32mm；过载为200％；传感器组阵连接正确时指示灯为绿色，连接错误时指示灯为红色。

所述传感器固定装置包括：传感器固定铝带、传感器夹具、弹簧、螺栓、螺母等。传感器固定铝带分为两条，一条铝带内表面(缠绕测试对象时的位置)刻有斜齿，另一条铝带外表面刻有斜齿，两条铝带能够相互啮合。铝带一端开有圆孔，中心均开有条形空槽，可供传感器应力波传动杆穿过或滑动。两条铝带连起来的长度可调，可用于测周长范围50cm～500cm的检测对象。传感器夹具包括可滑动式夹具连接板和自开型弹性夹。可滑动式夹具连接板开有圆孔，安装在传感器固定铝带上并可在传感器固定铝带上滑动。

所述传感器固定装置工作原理：首先在若干传感器的应力波传动杆上套上弹簧，将传感器和传感器夹具移动到传感器固定铝带的适宜位置，再将套了弹簧的应力波传动杆穿过可滑动式夹具连接板上的圆孔和传感器固定铝带上的空槽，把螺母拧到应力波传动杆上，同时将传感器插入自开型弹性夹，每一传感器的位置即可固定，最后将两条传感器固定铝带绕在被测对象外表面，在一端仅用螺栓和螺母固定，另一端则采用斜齿啮合和螺栓螺母双重紧固，即可将所有传感器固定在被测对象外表面。

所述微损型针式连接器，用于测试古树类测试对象时穿透树皮，并与应力波传感器钢性连接头相连接。

所述数据处理系统包括：

(1)数据采集模块，用于采集所述传感器测得的应力波传播时间数据；

(2)数据存储模块，用于存储所采集的应力波传播时间数据；