МЕТОДЫ ДЕФЕКТОСКОПИИ ДРЕВЕСИНЫ

Лесная промышленность была и остается одной из самых популярных видов деятельности человечества. В Финляндии, в России и других развитых странах данная сфера занимает одну из главных ниш в экономике. Такое интенсивное природопользование привело к быстрому обеднению лесных массивов.

Контроль качества древесины поможет не только на лесозаготовительных предприятиях, но может быть использован для выявления некачественных (сгнивших) образцов дерева в лесах, их вырубка будет способствовать росту и получению большего количества необходимых веществ с почвы молодым деревьям.

Контроль качества древесины можно осуществлять следующими методами:

1. Поверхностный осмотр:
   
   1. Наклон дерева
   2. Наличие паразитов (грибов)
   3. Трещины на стволе
   4. Сухость коры
   5. Гниль снаружи ствола
   6. Осмотр корневой системы. С помощью потока сжатого воздуха можно получить доступ к корням без их повреждения.
2. Дефектоскопия:
   
   1. Ультразвуковое исследование. Данный метод чаще используется для исследования предметов из металла (рельсы, трубопроводы и даже авиационные двигатели), бетона и других звукопроводящих материалов. Распространяясь в исследуемом объекте, звук отражается от преград, разитеьно отличающихся акустическим сопротивлением от изучаемого образца, эти сигналы принимаютсяспециальными сенсорами и анализируются.
   2. Гаммаскапия. Гамма-лучи, проникая через различные материалы, обладают различной интенсивностью, данное свойство фиксируется на рентгеновской пленке. Неаккуратное использование может навредить как дереву, так и человеку. Ионизационное исследование за счет простоты принципиальной схемы и применяемой аппаратуры может быть широко применен.
   3. Люминесцентный метод. Некоторые твердые и жидкие вещества при воздействии на них различных возбуждений способны люминесцировать. В большинстве случаев люминесценция вызывается ультрафиолетовыми лучами и коротковолновой частью видимого излучения. Данный способ используется для обнаружения дефектов немагнитных веществ. Исследование способно выявить только поверхностные пороки, помочь определить вид древесины. К недостаткам данного метода стоит отнести необходимость исследования в полной темноте.
   4. Ультразвуковой метод является одним из самых популярных методов неразрушающего контроля качества. Отражение, преломление, интерференция и дифракция звуковых волн – свойства, лежащие в основе ультразвукового анализа материалов.

Сущность способа заключается в прозвучивании материала пучком ультразвука и анализе принятого импульса. Ультразвуковую установку можно описать следующей схемой, Рисунок 1.

Рисунок 1. Блок-схема ультразвуковой установки для дефектоскопии древесины. 1 – пьезоэлектрический излучатель , 2 – приемник ультразвука , 3 – исследуемый образец, 4 – вычислительный блок.

Способы обнаружения дефектов: эхо-метод, теневой метод и резонансный.

Эхо-метод заключается в следующем. Звуковой импульс, пущенный в материал, отражается от преграды и принимается датчиком. Исследовав амплитуду полученного импульса и время приема, можно определить характер преграды и глубину нахождения дефекта.

Теневой метод. Вдоль образца пускаются ультразвуковые импульсы, встречая преграду, они отражаются обратно, и следовательно, за дефектом колебания не распространяются, что и фиксируется датчиком. Данный способ позволит определить размеры порока.

Основа резонансного метода исследования – изучение режима работы излучателя ультразвуквовых волн при возникновении стоячих волн.

Отражение ультразвука можно описать следующей формулой:

                                                                        (1)

R - коэффициент отражения;

Z₁ - акустическое сопротивление первой среды, Па·с/м;

Z₂ - акустическое сопротивление второй среды, Па·с/м;

Акустическое сопротивление прямо пропорционально скорости распространениязвука в среде и плотности среды.

Сравнивая амплитуды отраженных сигналов, можно сделать вывод о плотности среды распространения звука.

Основные акустические свойства древесины:

1. Скорость распространения звука в различных видах деревьев колеблется от 4500 м/с до 5500 м/с вдоль волокон. Поперек волокон скорость ниже в 3-4 раза [2, c. 135].
2. Логарифмический декремент затухания лежит в диапазоне от 0,017 до 0,03 для различных видов древесины [2, c. 135].
3. Акустическое сопротивление для древесины камерной сушки 30∙10⁵∙Па·с/м
4. Ультразвук с частотой 90 кГц распространяется практически без затуханий [1, c. 115].

Акустическое сопротивление воздуха составляет 400 Па∙с/м, что приводит к тому, что при переходе ультразвука из воздушной среды в дерево и наоборот отражается более 90 % энергии.

На данный момент приборов для ультразвукового исследования древесины на рынке практически нет. Единственным представителем данного направления является прибор “ARBOTOM” фирм RINNTECH. Он дает информацию о возможных гнилях и пустотах в исследуемом образце. Закрепив с внешней стороны ствола ультразвуковые сенсоры (от 8 до 24 штук), одним из сенсоров пускается импульс. Данный импульс фиксируется остальными сенсорами. Зная время распространения импульса по образцу и ширину образца можно определить скорость звука, которая будет зависеть от плотности материала. А так как гнили и пустоты имеют меньшее акустическое сопротивление, чем здоровая древесина, их можно будет легко выявить. Данные измерения будут отображены на графическом изображении. Все внутренние пустоты, пороки, зоны распада и нарушения целостности древесины, а также механически отделённые части материала, выделяются на изображении в красном цвете, здоровая и неповреждённая древесина имеет на изображении зелёный цвет.

Таким образом, я считаю, что ультразвуковая дефектоскопия является очень перспективным методом выявления дефектов у древесины. Ее акустические свойства говорят о том, что звук распространяется без значимого затухания. Отправив в образец уьтразвуковой импульс, мы сможем фиксировать четкий сигнал, а не ослабленные в миллионы раз колебания. Используя недорогой микроконтроллер с высокоскоростным АЦП, можно получить информацию о наличии дефектов внутри исследуемого образца.

Список литературы:

1. Лакатош, Б.К. Дефектоскопия древесины:учебник, доцент, канд.техн.наук/ Б.К. Лакатош, – издательство “Лесная промышленность”, Москва, 1966. – 182 с.
2. Уголев,Б.Н. Древесиноведение и лесное товароведение:учебник /Б.Н.Уголев. – М.:ГОУ ВПО МГУЛ, 2007. – 351 с.