单板层积材弹性模量在线检测系统研究

论文摘要

单板层积材是一种重要的木质工程材料,在国外已经开始广泛应用。针对目前国内单板层积材生产厂家没有有效的检测手段和检测设备,使得产品的质量无法保证的现状,通过分析单板层积材动态弹性模量检测的原理,深入研究国家“948”引进国外先进技术项目的关键技术,在消化吸收的基础上完成了适合我国国情的设备研究和改造。同时将电子技术、计算机技术和无损检测技术应用于单板层积材强度在线检测系统,自行开发与研制了单板层积材动态弹性模量在线无损检测系统。本文主要的研究内容和结论包括:采用加速度传感器作为应力波信号采集和接收装置,设计实现了以单片机为核心的单板层积材应力波波速检测系统,在板材运动中检测并自动计算出应力波波速C;在可编程控制器PLC的控制下,采用β射线检测法实现了单板层积材的密度值ρ的在线测量;利用串行通讯接口和工控机组成系统工作站,从工控机中根据公式E=c2ρ得出木材的动态弹性模量;编制系统软件和检测控制界面,组成单板层积材动态弹性模量的自动检测系统,该系统对整个检测过程的进行监控并对所检测到的数据实现读取、处理、存储、显示和输出打印的功能。将本系统所测得的数据在力学试验机上进行重复性的静态抗弯弹性模量的对比试验,得出木材的静态抗弯弹性模量。通过对两组数据应用统计原理做多角度多方面的对比分析,得出检测系统所测动态弹性模量略大于静态抗弯弹性模量;动态弹性模量与静态抗弯弹性模量、以及与抗弯强度均存在高度线性相关性,求得出线性回归方程和相关系数。从而得出结论:在单板层积材生产线上,应用本研究开发的在线检测系统实现对单板层积材的弹性模量的检测是可行的。该系统具有实时性、准确性,能快速地测出单板层积材的弹性模量并预测出单板层积材的力学强度,据此对单板层积材实现应力分等,为单板层积材的合理应用提供必要的理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 国内外木材弹性模量检测技术发展状况
• 1.1.1 国外木材及人造板弹性模量检测技术的现状
• 1.1.2 国内木材及人造板弹性模量检测技术的现状及发展状况
• 1.1.3 国内外木材弹性模量检测设备的现状分析
• 1.2 应力波法木材检测的研究现状
• 1.2.1 国外研究状况
• 1.2.2 国内研究状况
• 1.3 板材密度射线检测法的研究现状
• 1.4 单板层积材及其相关性质
• 1.4.1 单板层积材的主要特点及用途
• 1.4.1.1 LVL 的主要特点
• 1.4.1.2 单板层积材的用途
• 1.4.2 单板层积材抗弯强度指标的研究现状
• 1.4.3 单板层积材的强度检测现状
• 1.4.4 单板层积材的发展前景
• 1.5 课题背景和来源
• 1.6 本文研究的目的意义和主要内容
• 1.6.1 检测系统研发的目的和意义
• 1.6.2 本研究的主要内容
• 2 单板层积材弹性模量在线检测方法和检测系统总体方案
• 2.1 单板层积材弹性模量检测方法
• 2.1.1 静态弯曲测量法
• 2.1.2 动态测量法
• 2.2 单板层积材动态检测法的比较
• 2.2.1 振动法
• 2.2.2 超声波检测法
• 2.2.3 射线法
• 2.2.4 微波法
• 2.3 本研究采用的单板层积材弹性模量在线检测方法
• 2.3.1 单板层积材β射线密度检测方法
• 2.3.2 冲击应力波检测法
• 2.4 单板层积材动态弹性模量在线检测系统组成
• 2.4.1 系统硬件结构及工作原理
• 2.4.2 在线检测系统的总体设计原则
• 2.4.3 检测统的功能要求
• 2.4.4 系统的性能参数
• 2.5 系统软件设计方案
• 2.5.1 软件功能
• 2.5.1.1 实时检测传感器的状态、读取数据
• 2.5.1.2 灵活控制开关量、确定检测线的状态
• 2.5.1.3 及时的分析数据，并快速计算板材等级
• 2.5.1.4 软件应完成后续控制工作
• 2.5.1.5 软件的抗干扰编程
• 2.5.2 软件界面
• 2.5.3 软件编程语言
• 3 基于PLC 的单板层积材密度β射线在线检测系统
• 3.1 β射线密度检测的基本原理和方法
• 3.2 检测系统组成及其功能
• 3.2.1 系统组成
• 3.2.2 可编程PLC 控制器
• 3.2.2.1 主控单元PLC
• 3.2.2.2 PLC 扩展模块
• 3.2.3 系统外围硬件组成及功能
• 3.3 单板层积材密度检测单元组成
• 3.3.1 β射线源选型
• 3.3.1.1 放射源选择的基本原则
• 3.3.1.2 放射源源强的计算
• 3.3.2 辐射探测器
• 3.3.3 单板层积材密度射线检测电路
• 3.3.3.1 G-M 计数管工作原理
• 3.3.3.2 G-M 计数管坪特性
• 3.3.3.3 辐射探测器相关电路
• 3.4 单板层积材厚度检测及到达单元
• 3.4.1 厚度检测传感器选型
• 3.4.2 厚度检测单元硬件电路
• 3.4.2.1 PLC 模拟量输入扩展模块
• 3.4.2.2 厚度值的A/D 转换
• 3.4.2.3 A/D 转换数据
• 3.4.3 单板层积材到达检测传感器选型及电路
• 3.5 PLC 检测系统软件
• 3.6 检测系统的验证
• 3.6.1 试验材料和方法
• 3.6.1.1 试验材料
• 3.6.1.2 试验方法
• 3.6.2 试验结果与分析
• 3.6.2.1 应用直接测量法检测结果
• 3.6.2.2 应用检测系统检测结果
• 3.6.2.3 两种密度检测方法的对比分析
• 3.6.2.4 检测系统参数对密度检测的影响
• 3.7 本章小结
• 4 基于单片机的单板层积材应力波波速在线检测系统
• 4.1 应力波波速检测法的理论基础
• 4.2 基于单片机的单板层积材应力波波速检测方法
• 4.2.2 检测方法
• 4.3 单片机应力波波速检测系统的硬件组成与原理
• 4.3.1 单片机应力波波速检测系统的硬件组成
• 4.3.2 单片机应力波波速检测系统的硬件工作原理
• 4.3.2.1 检测系统主控单片机的选型
• 4.3.2.2 冲击应力波波源
• 4.3.2.3 加速度传感器
• 4.3.2.4 传感器及信号调理电路
• 4.3.2.5 峰值检测和锁峰电路
• 4.3.2.6 逻辑控制电路
• 4.3.2.7 计时/计数与显示电路
• 4.3.2.8 单板层积材长度键盘输入电路
• 4.3.2.9 复位电路
• 4.3.2.10 数据处理与接口
• 4.4 硬件抗干扰措施
• 4.4.1 地线系统的抗干扰
• 4.4.2 电源滤波抗干扰
• 4.4.2.1 直流稳压电源采用交流进线滤波器
• 4.4.2.2 直流稳压电源采用输出滤波器
• 4.4.3 传输线的抗干扰
• 4.4.4 硬件“看门狗”电路
• 4.4.4.1 复位功能
• 4.4.4.2 电压监控功能
• 4.4.4.3 看门狗功能
• 4.5 单片机应力波波速检测软件结构
• 4.5.1 中断处理程序
• 4.5.2 数字滤波子程序
• 4.5.3 软件抗干扰
• 4.5.3.1 指令冗余
• 4.5.3.2 软件陷阱
• 4.6 应力波波速检测系统的验证
• 4.6.1 实验材料
• 4.6.2 测试方法
• 4.6.2.1 单片机检测系统测波速
• 4.6.2.2 德产电锤式应力波仪测波速
• 4.6.3 试验结果及数据分析
• 4.6.3.1 波速检测对比实验数据及分析
• 4.6.3.2 两种检测方法差异性分析
• 4.6.3.3 不同检测方法检测结果相关性的对比
• 4.7 本章小结
• 5 工控机与PLC 和单片机的串行通信
• 5.1 通信协议
• 5.1.1 通信方式
• 5.1.2 通信接口
• 5.1.2.1 工控机与PLC 的接口电路及连接
• 5.1.2.2 工控机与单片机的接口电路
• 5.1.3 通信参数设置
• 5.2 系统通信方式与过程
• 5.2.1 PLC 的通信方式与过程
• 5.2.1.1 通信方式
• 5.2.1.2 通信过程
• 5.2.2 单片机的通信方式与过程
• 5.2.2.1 通讯方式
• 5.2.2.2 数据帧格式
• 5.2.2.3 通信过程
• 5.3 通信程序设计
• 5.3.1 VC++6.0 中的串口通信控件MSComm
• 5.3.2 应用MSComm 控件进行串口通信的一般步骤
• 5.3.3 工控机与PLC 的串口通信编程
• 5.3.3.1 工控机通信程序流程图
• 5.3.3.2 串口初始化
• 5.3.3.3 串口读写
• 5.3.4 工控机与单片机的串口通信编程
• 5.3.4.1 工控机通信编程
• 5.3.4.2 单片机通信程序
• 5.4 用户界面设计
• 5.5 本章小结
• 6 单板层积材强度检测系统试验数据分析及验证
• 6.1 试验方案的确定
• 6.2 静曲强度和静弹性模量试验
• 6.2.1 试验材料和试验方法
• 6.2.2 试验数据
• 6.3 动态弹性模量的检测
• 6.4 结果对比分析
• 6.4.1 试验数据
• 6.4.2 动态抗弯弹性模量与静态弹性模量的相关关系分析
• 6.4.3 动态弹性模量MOE 和静曲强度MOR 相关关系分析
• 6.4.4 两种测量方法检测结果的差异分析
• 6.5 系统检测结果的精度分析
• 6.5.1 检测系统的精密度分析
• 6.5.2 检测系统的可重复性准确度分析
• 6.5.3 置信度分析
• 6.6 本章小结
• 7 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 本文创新点
• 7.3 建议
• 参考文献
• 个人简介
• 在读期间发表论文
• 导师简介
• 致谢