生物质材料干缩湿胀监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及生物质技术领域，尤其涉及一种生物质材料干缩湿胀监测装置。


背景技术：

2.近年来，随着人们对环境保护和生态建设的日益重视，可再生资源的开发和合理利用越显重要，木材、竹材、藤、麻、棕榈等生物质材料的有效利用备受关注。从组织水平上观察生物质材料时，具有维管束、管孔等组织结构，液体可在这些组织结构中快速流动，在植物体内运输水分和养分。
3.生物质材料具有干缩湿胀特性，在使用过程中容易产生变形，影响其使用。具体的，环境湿度的变化引起生物质材料含水率的变化，是其发生干缩湿胀的主要原因，同时也影响其强度、硬度、刚性、机械加工等物理力学特性。由于日常及季节性温湿度变化，生物质材料总是在不断地进行吸湿、解吸，发生含水率的变化，同时，其尺寸、形貌也会发生相应的改变，造成生物质材料在加工和使用时常出现翘曲、开裂等变形问题。因此，对生物质材料在干缩湿胀过程中发生的变化进行系统研究尤为重要。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种生物质材料干缩湿胀监测装置，可以实现在湿度变化过程中，对生物质材料样品表面宏观轮廓尺寸以及内部组织结构的变化进行实时观察，从而实现对整体结构变化的实时监测，对于掌握在干缩湿胀过程中生物质材料的结构与性能变化情况、评价其耐久性和使用寿命有着重要的实际意义，并为更好的利用生物质材料以及更有效的改善材料性能提供直接依据。
5.本实用新型提供一种生物质材料干缩湿胀监测装置，包括：干湿气体发生器；湿度箱，所述湿度箱与所述干湿气体发生器相连，所述湿度箱内设有承载生物质材料样品的样品台；摄像组件，所述摄像组件分别朝向所述生物质材料样品的三切面；控制箱，所述控制箱分别与所述干湿气体发生器和所述摄像组件相连；图像显示器，所述图像显示器与所述控制箱相连。
6.根据本实用新型提供的一种生物质材料干缩湿胀监测装置，所述摄像组件包括显微镜和相机，所述显微镜朝向所述生物质材料样品，所述相机分别与所述显微镜和所述控制箱相连。
7.根据本实用新型提供的一种生物质材料干缩湿胀监测装置，所述湿度箱的外部设有支撑架，所述相机设置于所述支撑架上，所述支撑架上设有连接杆，所述连接杆的部分位于所述湿度箱的内部且连接有所述显微镜。
8.根据本实用新型提供的一种生物质材料干缩湿胀监测装置，所述连接杆可伸缩移动，以调节所述显微镜与所述生物质材料样品的间距。
9.根据本实用新型提供的一种生物质材料干缩湿胀监测装置，所述连接杆上套设有伸缩套筒，所述伸缩套筒连接于所述湿度箱的外壁，所述连接杆通过所述伸缩套筒可伸缩
移动。
10.根据本实用新型提供的一种生物质材料干缩湿胀监测装置，所述相机为ccd相机，所述显微镜为光学显微镜。
11.根据本实用新型提供的一种生物质材料干缩湿胀监测装置，所述湿度箱内设有加热装置，所述加热装置与所述控制箱相连。
12.根据本实用新型提供的一种生物质材料干缩湿胀监测装置，所述湿度箱上设有温湿度计，所述温湿度计与所述控制箱相连。
13.根据本实用新型提供的一种生物质材料干缩湿胀监测装置，所述湿度箱的底部设有排水口。
14.根据本实用新型提供的一种生物质材料干缩湿胀监测装置，所述湿度箱设有箱门。
15.本实用新型提供的生物质材料干缩湿胀监测装置，通过控制箱控制干湿气体发生器调节湿度箱内的湿度，通过摄像组件可以连续获取不同湿度环境下的生物质材料样品的三切面的图像并通过图像显示器显示，进而准确收集到生物质材料样品的三维轮廓尺寸以及内部组织结构随环境湿度变化而产生的具体变化信息，从而更加明确外部环境湿度变化对不同生物质材料的影响，对于掌握在干缩湿胀过程中生物质材料的结构与性能变化情况、评价其耐久性和使用寿命有着重要的实际意义，并为更好的利用生物质材料以及更有效的改善材料性能提供直接依据。
16.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本实用新型提供的生物质材料干缩湿胀监测装置的结构示意图；
19.图2是本实用新型提供的伸缩套筒的装配示意图；
20.附图标记：
21.1：干湿气体发生器；2：湿度箱；3：生物质材料样品；
22.4：样品台；5：控制箱；6：图像显示器；7：显微镜；8：相机；
23.9：支撑架；10：连接杆；11：伸缩套筒；111：连接部；
24.112：伸缩部；12：加热装置；13：温湿度计；14：排水口；
25.15：箱门；16：导线；17：导气管。
具体实施方式
26.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人
员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。
28.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
29.在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
30.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
31.下面结合图1-图2描述本实用新型的生物质材料干缩湿胀监测装置。
32.根据本实用新型的实施例，如图1所示，本实用新型提供的生物质材料干缩湿胀监测装置，主要包括：干湿气体发生器1、湿度箱2、摄像组件、控制箱5和图像显示器6。其中，干湿气体发生器1通过导气管17与湿度箱2相连通，干湿气体发生器1用于为湿度箱2内提供干湿气，改变湿度箱2内的湿度，湿度箱2内设有样品台4，用于承载放置生物质材料样品3；摄像组件分别朝向生物质材料样品3的三切面，用于连续拍摄不同湿度环境下的生物质材料样品3的三切面的图像；控制箱5分别与干湿气体发生器1、摄像组件和图像显示器6相连，用于收发并处理数据指令，控制整个监测装置的运行；图像显示器6用于实时显示拍摄到的三切面的图像。
33.应当理解的是，三切面包括横切面、弦切面和径切面，本实用新型生物质材料样品3的横切面两侧、弦切面和径切面分别相对设有摄像组件，即本实用新型在生物质材料样品3的四个表面共设有四个摄像组件进行实时监测，具体的：弦切面、径切面和横切面一侧的三个摄像组件主要用于监测生物质材料样品3表面宏观的三维轮廓尺寸，横切面另一侧的摄像组件主要用于监测生物质材料样品3横切面上的组织结构，例如：竹材、藤材中的维管
束，木材中的管孔等，并通过控制箱5内的控制处理器对这些组织结构的形貌、尺寸、坐标等特征结构的变化进行处理统计，从而实现对生物质材料样品由内到外的整体结构变化的实时监测。
34.其中，通过摄像组件拍摄的图像可以收集到组织结构的形貌和尺寸等信息，对组织结构的坐标进行统计的方法可参见中国专利“cn201811474473.x，维管束的检测方法及装置”。可以理解的是，由于该中国专利针对的是维管植物的维管束，当为其他生物质材料时，只需将其训练的yolo模型的材料样本进行替换，实现对不同生物质材料组织结构的坐标进行标注统计。
35.本实用新型实施例通过控制箱5控制干湿气体发生器1调节湿度箱2内的湿度，通过摄像组件可以连续获取不同湿度环境下的生物质材料样品3的三切面的图像并通过图像显示器6显示，进而准确收集到生物质材料样品3表面宏观的三维轮廓尺寸以及内部组织结构随环境湿度变化而产生的具体变化信息，从而更加明确外部环境湿度变化对不同生物质材料的影响，对于掌握在干缩湿胀过程中生物质材料的结构与性能变化情况、评价其耐久性和使用寿命有着重要的实际意义，并为更好的利用生物质材料以及更有效的改善材料性能提供直接依据。
36.根据本实用新型的实施例，每个摄像组件包括相连的显微镜7和相机8，显微镜7朝向生物质材料样品3，相机8通过导线16与控制箱5相连，相机8通过显微镜7将拍摄到的图片信息发送至控制箱5的控制处理器处理后，再传输至图像显示器6显示。
37.根据本实用新型的实施例，每个摄像组件还包括支撑架9和连接杆10，支撑架9设置于湿度箱2的外部，相机8设置于支撑架9上，连接杆10设置于支撑架9上，连接杆10的部分位于湿度箱2的内部且连接有显微镜7。本实用新型通过支撑架9和连接杆10实现摄像组件的安装。
38.根据本实用新型的实施例，连接杆10可伸缩移动，以调节显微镜7与生物质材料样品3之间的距离，实现调焦，得到样品表面的清晰图像。
39.在一个实施例中，如图2所示，连接杆10上套设有伸缩套筒11，伸缩套筒11连接于湿度箱2的外壁，连接杆10通过伸缩套筒11可伸缩移动。具体的，伸缩套筒11包括一体成型的连接部111和伸缩部112，连接部111与连接杆10的中部相连，伸缩部112的端部与湿度箱2的外壁相连，通过伸缩部112的拉伸或压缩，带动连接杆10靠近或远离生物质材料样品3，进而带动显微镜7相应移动，实现调焦。
40.本实用新型伸缩套筒11的伸缩部112的具体种类不作特别限制，例如可用橡胶、塑料或防水帆布等柔性材料制成。
41.在一个实施例中，伸缩套筒11的伸缩部112与湿度箱2外壁的连接处设有密封件，用于保证湿度箱2的密封性能。
42.根据本实用新型的实施例，相机8为ccd相机，显微镜7为光学显微镜。本实用新型通过ccd相机和光学显微镜相配合可以得到生物质材料样品的三切面的清晰图像。
43.根据本实用新型的实施例，湿度箱2内设有加热装置12，加热装置12与控制箱5相连，通过控制箱5控制加热装置12的加热温度，以调节湿度箱2内的温度。在本示例中，加热装置12为加热管，且设有多个。
44.根据本实用新型的实施例，湿度箱2上设有温湿度计13，温湿度计13与控制箱5相
连，通过温湿度计13检测湿度箱2内的实时温湿度，当实时温湿度未达到设定温湿度时，控制箱5控制干湿气体发生器1和加热装置12进行调节，达到设定温湿度。因此，本实用新型可以准确获取不同温湿度环境下的生物质材料样品三切面的变化图像，从而更加明确温湿度环境变化对不同生物质材料的影响。
45.根据本实用新型的实施例，湿度箱2的底部设有排水口14，排水口14上设有阀门(图中未示出)，通过开闭阀门实现排水。本实用新型通过干湿气体发生器1及排水口14可以调整湿度箱2中的湿度以达到控制生物质材料样品干缩湿胀的目的。
46.根据本实用新型的实施例，湿度箱2的侧部设有箱门15，需要监测时，打开箱门15，将生物质材料样品3放置于样品台4上，随后关闭箱门15，使其处于密封状态。
47.下面对本实用新型提供的生物质材料干缩湿胀监测装置的使用方法进行描述，主要包括以下步骤：
48.s1、将待测试的生物质材料加工成预设尺寸后，对其横切面进行刨削、砂光以及超声波除尘处理，使横切面上的组织结构在显微镜下清晰可见，得到生物质材料样品。
49.在一个具体示例中，通过超薄切片机将生物质材料横切面进行刨削，通过砂光机将横切面进行砂光，然后通过超声波将材料表面的粉尘清理干净，使横切面上的维管束、管孔等组织结构形态完整且边界清晰可辨。
50.s2、将生物质材料样品置于湿度箱中的样品台上，放置时横切面朝左右两侧、弦切面朝后、径切面朝上。
51.s3、生物质材料样品放置妥当以后，通过ccd相机拍照，观察图像显示器，利用四个伸缩套筒分别调整显微镜与生物质材料样品之间的距离，进行焦距调整，实现聚焦，使生物质材料样品四个表面的图像在图像显示器上清晰可见；并参照中国专利“cn201811474473.x，维管束的检测方法及装置”，对生物质材料样品横切面上的组织结构(包括竹材、藤材中的维管束和木材中的管孔等)的坐标进行标注与记录，以便准确比较同一组织结构的前后变化情况。
52.在一个具体示例中，左侧ccd相机主要用于监测生物质材料样品横切面上的组织结构，因此，可采用infinity 1-2cb彩色相机，该相机的像素较大为2mp、传感器大小为1/2英寸，帧率为15，分辨率为1600
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1200，可获得清晰的组织结构图像。
53.s4、通过加热管和干湿气体发生器调整湿度箱内的温湿度，通过温湿度计实时监测湿度箱内的温湿度，通过控制箱控制温度恒定的情况下，改变湿度箱中的湿度，然后通过ccd相机连续获取生物质材料样品的三切面的图像，进而获得生物质材料样品表面宏观的三维轮廓尺寸以及内部组织结构随环境湿度变化而产生的具体变化信息，从而实现对样品由内到外的整体结构变化的实时监测。
54.在一个具体示例中，生物质材料为维管植物，由于维管植物的组织结构在一定长度范围内可以认为是固定不变的，也即通过观察材料横切面上的维管束的变化，进而可大致推断出一定长度范围内维管植物的整体结构变化，实现二维观察图像的三维化推导。
55.因此，本实用新型监测装置可以实现对生物质材料整体结构的变化进行实时监测，对于掌握在干缩湿胀过程中生物质材料的结构与性能变化情况、评价其耐久性和使用寿命有着重要的实际意义，并为更好的利用生物质材料以及更有效的改善材料性能提供直接依据。
56.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。