一种树木虫蛀孔洞检测装置及方法与流程

本发明涉及树木虫蛀孔洞领域，更具体地，涉及一种树木虫蛀孔洞检测装置及方法。

背景技术：

虫蛀孔洞的城市绿化树木在大风天气下是重要安全隐患之一，由于孔洞的存在，树干局部强度变弱，在风力作用下极易断裂倾倒，形成事故。虫蛀也是珍贵绿化树木的首要敌人，维护人员通常需要及时获知虫蛀具体位置，并及时采取修复措施。

目前，已公开的树木虫蛀孔洞检测方法主要是“声表面波检测法”。实际上，声表面波技术在上世纪70年代就已诞生，目前已广泛应用于各行业。但是，这种技术需要专用声表面波检测仪器，操作复杂，检测过程耗时长；另外有人提出“基于应力波的缺陷图像重构法”，该方法基于应力波在木材径切面上的传播规律，将应力波速度转换为径切面上的若干个预估点的值，使用一种vci计算方法进行了木材径切面缺陷的二维成像。该方法依赖传感器数量多，安装复杂，检测过程耗时长。

目前还没有仪器结构较为简单，操作方便，测试效率高的检测装置用于树木虫蛀孔洞检测。

技术实现要素：

本发明为克服上述背景技术所述的目前还没有仪器结构较为简单，操作方便，测试效率高的检测装置用于树木虫蛀孔洞检测的问题，提供一种树木虫蛀孔洞检测装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种树木虫蛀孔洞检测装置，包括锤子、声音传感器和频谱分析仪，所述声音传感器接收所述锤子敲击树木时的声音信号，所述声音传感器与所述频谱分析仪通信连接。这样，参考啄木鸟寻找虫洞的生物学原理，利用锤子敲击树干，通过声音传感器采集树干被敲击时发出的声音信号，当树干中有孔洞和无孔洞时，发出的声音信号不一致，声音传感器采集声音信号后通过频谱分析仪接收并分析声音信号特征判断是否有孔洞及孔洞位置；本装置结构简单，操作使用方便，检测树干孔洞效率明显提高。

进一步的，所述锤子包括锤头、锤柄和力传感器，所述锤头的一端与所述锤柄垂直连接，所述力传感器设于锤头远离所述锤柄的一端，所述力传感器与所述频谱分析仪通信连接。这样，锤子的锤头上面设置力传感器，力传感器采集到被敲击点反馈的压力脉冲信号并发送给频谱分析仪，频谱分析仪同时接收声音传感器采集的声音频谱信号和力传感器发出的压力脉冲频谱信号，并验算频谱特征和压力波在树干中的传递特征，通过频谱特征比对验算，将结果输出至频谱分析仪上的显示屏显示出来；声音信号结合了敲击点的压力脉冲信号，能够使得测量到的数据比对性更强，结果更准确。

进一步的，所述锤子的锤头为锥形结构，所述锤头大径端的侧壁与所述锤柄连接。这样，锤子的锤子前端设置得稍尖一点，能够在敲击时发出振幅更高的声音，在声音传感器采集到信号时，有更高的区分度，在频谱分析仪显示的波形上能够有一个很明显的波形，可视化程度更高。

进一步的，所述锤子的锤头由金属材质制成，所述锤柄由木头材质制成。这样，金属材质的锤头同样能够敲击出振幅更高的声音，当树干内有孔洞时，反映出来的波形对比度更高，数据处理起来更加方便。

进一步的，所述频谱分析仪为即时频谱分析仪。这样，即时频谱分析仪的功能为在同一瞬间显示频域的信号振幅，其工作原理是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器与检知器，再经由同步的多工扫描器将信号传送到crt或液晶等显示仪器上进行显示，其优点是能显示周期性杂散波的瞬间反应，在测量树木虫蛀孔洞时效率更高。

进一步的，所述声音传感器的测量频率大小范围为100hz～4000hz。这样，声音传感器为能够测量波形的声音传感器，其工作电压范围为0-5v，能够用于采集波形信号进行研究。

还提供了一种利用上述的树木虫蛀孔洞检测装置的树木虫蛀孔洞检测方法，包括以下步骤：

s1.用锤子敲击待测树木树干的任意位置若干下；

s2.利用声音传感器在被敲击位置的外围采集声音信号；

s3.利用频谱分析仪接收所述声音传感器采集的声音信号，并做波形处理，根据所述波形变化，判断所述被敲击位置的树干内是否有虫蛀孔洞。这样，通过上述的树木虫蛀孔洞检测装置进行孔洞检测，沿树干从上至下等间距选取位置按同等力度各敲击一次，每次敲击过程中采集声音脉冲信号，根据啄木鸟寻找虫洞的生物学原理，树干带孔洞局部声音反馈信号与无孔洞区域会在频率上有所差异，利用频谱分析仪快速辨识这种频率差异，从而判断相应位置孔洞的存在与否；从结构振动学角度来看，形成这种声音差异的原因主要有两个：第一，树木中空导致树木局部结构几何发生改变，树木局部振动模态发生变化，其振动发声频率也发生变化，这种变化在声音信号比较强时甚至连人耳都能清晰分辨；第二，孔洞作为树木内部封闭或半封闭空腔，根据谐振腔原理，空气在体积和构造不同的空腔内震荡频率不同，造成发声的频率变化。

与现有技术相比，有益效果是：

1.本发明利用锤子敲击树干，通过声压计采集树干被敲击时发出的声音信号和敲击锤头反馈的力信号，并通过频谱分析仪接收并分析声音信号和力信号的特征判断是否有孔洞及孔洞位置；本装置结构简单，操作使用方便，检测树干孔洞效率明显提高。

附图说明

图1是本发明中树木虫蛀孔洞检测装置的使用状态结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

实施例1

本实施例提供一种树木虫蛀孔洞检测装置。如图1所示，为一种树木虫蛀孔洞检测装置，包括锤子1、声音传感器2和频谱分析仪3，声音传感器2接收锤子1敲击树木时的声音信号，声音传感器2与频谱分析仪3通信连接；该锤子1包括锤头、锤柄和力传感器，锤头的一端与锤柄垂直连接，力传感器设于锤头远离锤柄的一端，力传感器与频谱分析仪3通信连接；锤子1的锤头为锥形结构，锤头大径端的侧壁与锤柄连接；锤子1的锤头由金属材质制成，锤柄由木头材质制成；频谱分析仪3为即时频谱分析仪3；声音传感器2的测量频率大小范围为100hz～4000hz。

在测试时，用锤头的小径端敲击树干4的待测位置若干下，通过声音传感器2采集树干4被敲击时发出的声音信号，并通过即时频谱分析仪3接收并分析声音信号，即时频谱分析仪3的功能为在同一瞬间显示频域的信号振幅，其工作原理是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器与检知器，再经由同步的多工扫描器将信号传送到crt或液晶等显示仪器上进行显示，其优点是能显示周期性杂散波的瞬间反应，在测量树木虫蛀孔洞时效率更高；声音传感器2为能够测量波形的声音传感器2，其工作电压范围为0-5v，能够用于采集波形信号进行研究。

本实施例中，锤子1的锤头上面设置力传感器，力传感器采集到被敲击点反馈的压力脉冲信号并发送给即时频谱分析仪3，即时频谱分析仪3同时接收声音传感器2采集的声音频谱信号和力传感器发出的压力脉冲频谱信号，并验算频谱特征和压力波在树干4中的传递特征，通过频谱特征比对验算，将结果输出至即时频谱分析仪3上的显示屏显示出来；声音信号结合了敲击点的压力脉冲信号，能够使得测量到的数据比对性更强，结果更准确；锤子1的锤子1前端设置得稍尖一点，能够在敲击时发出振幅更高的声音，在声音传感器2采集到信号时，有更高的区分度，在即时频谱分析仪3显示的波形上能够有一个很明显的波形，可视化程度更高；而金属材质的锤头更能够敲击出振幅更高的声音，当树干4内有孔洞时，反映出来的波形对比度更高，数据处理起来更加方便。本装置结构简单，操作使用方便，检测树干4孔洞效率明显提高。

实施例2

本实施例提供一种利用实施例1中的树木虫蛀孔洞检测装置的树木虫蛀孔洞检测方法，包括以下步骤：

s1.用锤子敲击待测树木树干的任意位置若干下；

s2.利用声音传感器在被敲击位置的外围采集声音信号；

s3.利用频谱分析仪接收声音传感器采集的声音信号，并做波形处理，根据波形变化，判断被敲击位置的树干内是否有虫蛀孔洞。

通过实施例1的树木虫蛀孔洞检测装置进行孔洞检测，沿树干从上至下等间距选取位置按同等力度各敲击一次，每次敲击过程中采集声音脉冲信号，根据啄木鸟寻找虫洞的生物学原理，树干带孔洞局部声音反馈信号与无孔洞区域会在频率上有所差异，利用频谱分析仪快速辨识这种频率差异，从而判断相应位置孔洞的存在与否；从结构振动学角度来看，形成这种声音差异的原因主要有两个：第一，树木中空导致树木局部结构几何发生改变，树木局部振动模态发生变化，其振动发声频率也发生变化，这种变化在声音信号比较强时甚至连人耳都能清晰分辨；第二，孔洞作为树木内部封闭或半封闭空腔，根据谐振腔原理，空气在体积和构造不同的空腔内震荡频率不同，造成发声的频率变化。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。