基于近紅外光譜法檢測(cè)木材含水率的方法研究.pdf

1、木材含水率是木材重要的特性參數(shù)，實(shí)時(shí)無(wú)損準(zhǔn)確的含水率檢測(cè)對(duì)提高木材加工生產(chǎn)效率具有重要的促進(jìn)作用。針對(duì)目前烘干法和電測(cè)法存在的問(wèn)題，本文提出基于近紅外光譜的木材含水率檢測(cè)方法。該技術(shù)是一種具有響應(yīng)時(shí)間短、測(cè)量精度高等特點(diǎn)的新型無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。本課題的研究，對(duì)于木材含水率檢測(cè)方法的探究具有實(shí)踐指導(dǎo)意義。
　　本文首先闡述近紅外微觀吸收特性理論及水的近紅外光譜特性，介紹了朗博-比爾定律和漫反射定律，依據(jù)國(guó)際通用HITRAN光譜數(shù)據(jù)庫(kù)，確

2、定H2O吸收譜線圖及其他干擾氣體的譜線圖，考慮到激光器的性能及背景氣體的干擾強(qiáng)弱，對(duì)其吸收譜線進(jìn)行分析，選定1899.703nm波長(zhǎng)處作為特征吸收峰。利用直接吸收法進(jìn)行木材含水率檢測(cè)，詳細(xì)分析了直接吸收法測(cè)量水分含量的基本原理;采用參比波長(zhǎng)的方法消除被測(cè)物黑度系數(shù)、表面粗糙度等表面狀態(tài)，最終選擇1896.136nm和1902.686nm波長(zhǎng)作為參比波段。設(shè)計(jì)并搭建基于近紅外光譜技術(shù)的木材含水率檢測(cè)系統(tǒng);采用DFB激光器和激光控制器，對(duì)激

3、光進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)制;針對(duì)激光器輸出光束發(fā)散且不規(guī)則這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)激光濾波準(zhǔn)直光路，有效改善激光束輪廓;編寫(xiě)基于STM32的下位機(jī)和LabVIEW平臺(tái)的上位機(jī)程序，完成信號(hào)采集、預(yù)處理，存儲(chǔ)及波形顯示等功能，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程自動(dòng)化。
　　本文在搭建基于近紅外光譜技術(shù)的木材含水率檢測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，首先對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。通過(guò)對(duì)可調(diào)諧激光器光功率及輸出波長(zhǎng)進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試，證明激光器的穩(wěn)定性;對(duì)DFB激光器調(diào)諧特性進(jìn)行測(cè)試，確定其工作特性。對(duì)

4、纖維飽和點(diǎn)附近的含水率范圍進(jìn)行檢測(cè)，該含水率區(qū)間為電導(dǎo)法的盲區(qū)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，比較最小二乘法的一次線性擬合、二次線性擬合以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)擬合方法，選取人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得到信號(hào)幅值比值與木材含水率的線性關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為R-squared=0.9841，RMSE=0.0167。用近紅外木材含水率檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)3組楊木試材含水率進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，結(jié)果證明含水率測(cè)量值與含水率真值變化趨勢(shì)一致，二者絕對(duì)誤差在0.8％以內(nèi)。該方法還用于落葉松試材進(jìn)行檢測(cè)