虚拟仪器在木质材料无损检测中应用的开发与设计

论文摘要

在采用无损检测手段来测量木质材料物理力学性能的过程中,仪器是不可或缺的。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向,将会满足木质材料振动信号采集、实时处理与存储等多方面的需求。本文研究的主要内容是将LabVIEW软件与计算机相结合,开发可以实时采集与分析振动信号的软件系统,专门进行木质材料无损检测的虚拟仪器。系统应用的主要硬件是研华公司的PCI-1712采集卡与工程控制机。首先建立硬件与软件平台之间的联系,然后开发实时数据采集程序。主要依据LABVIEW的数据采集工具箱的编程规则编程,同时利用PCI-1712采集卡的先进先出的缓冲特点。将一定时间间隔的数据从缓冲区删除（这里需要保证删除掉的数据已经进行了保存）进而采集新的数据,以保证数据的实时性。其次,实现振动信号的实时处理,最后,利用LabVIEW的图形用户界面功能,开发出了友好的、功能强大的系统操作界面。本文利用虚拟仪器对木材的振动无损检测信号进行了分析处理,研究了木材的振动特性与其力学性能和缺陷之间的关系,对它们的动态弹性模量和缺陷的有无、缺陷的位置和缺陷程度进行了综合研究。在单板层积材的力学性能振动法无损检测研究中,考察了不同的边界条件对其动态弹性模量的影响。本研究结果归纳如下:虚拟仪器测得的木质复合材料动态弹性模量与静态弹性模量具有密切的相关性,木材的常规静态弹性模量可以通过线性回归方程用虚拟仪器测得的动态弹性模量来表征。虚拟仪器在木材缺陷的无损检测具有明显的优越性,虚拟仪器在理论和实践上具有广阔的应用前景,可以满足木质材料振动信号采集、实时处理与存储等多方面的需求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 木材无损检测国内外进程
• 1.2.1 木材无损检测国外进程及现状
• 1.2.2 国内木材无损检测技术的研究进展
• 1.3 木材无损检测的主要方式
• 1.3.1 超声波检测
• 1.3.2 微波检测
• 1.3.3 射线检测
• 1.3.4 机械应力检测
• 1.3.5 振动检测
• 1.3.6 冲击应力波检测
• 1.3.7 FFT分析检测
• 1.4 木材无损检测今后的发展和着重研究方向
• 1.4.1 总体方向
• 1.4.2 虚拟仪器在木材无损检测中的发展现状以及趋势
• 1.5 研究任务
• 1.5.1 系统研究内容的框架
• 1.5.2 具体研究内容
• 2 虚拟木材无损检测仪器基础理论概述
• 2.1 横向振动简介
• 2.1.1 振动概念
• 2.1.2 木质材料的声学性质
• 2.1.3 木质材料的振动特性
• 2.1.4 木材的快速傅里叶变换（FFT）频谱分析技术
• 2.2 虚拟仪器
• 2.2.1 虚拟仪器概念
• 2.2.2 硬件平台
• 2.2.3 软件部分
• 2.2.4 虚拟仪器与传统仪器比较
• 2.3 本章小结
• 3 无损检测虚拟仪器软硬件平台的构建
• 3.1 虚拟无损检测仪硬件平台
• 3.1.1 力锤
• 3.1.2 传感器
• 3.1.3 数据采集（DAQ）
• 3.1.4 工控机
• 3.2 Labview在木材无损检测中应用程序的开发
• 3.2.1 应用程序中数据采集卡的设计
• 3.2.2 数据采集的缓冲技术
• 3.2.3 Labview无损检测平台的界面设计
• 3.3 本章小结
• 4 木质复合材料振动无损检测试验
• 4.1 试验材料
• 4.2 试验设备
• 4.2.1 试件基本数据测量设备
• 4.2.2 试件动弹性模量的检测设备
• 4.2.3 试件静弹性模量的检测设备
• 4.3 试验方法
• 4.3.1 杨木振动无损检测方法
• 4.3.2 LVL试件的振动试验方法
• 4.3.3 常规静弹性模量测量
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 杨木无损检测结果
• 4.4.2 单板层积材试件力学性能无损检测结果与讨论
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢