摘要CT在木质材料无损检测中应用日趋广泛,其密度检测是这一应用的关键技术之一。本文用CT对 木材、竹材气干材密度进行广研究。通过分析气干材密度(0.303〜1.061 g’em 3)与相应CT值的相互关 系,获得24种木材气干材密度与相应CT值之间的线性模型,以及25种木质材料(24种木材及1种竹材)气 干材密度与其CT值的混合数学线性模相关系数R均达0."以t,实现了木质材料密度的卨效连续精 确无损检测,是木质材料CT技术量化检测的突破,为CT技术更好应用于木竹材科学研究与生产加工提供 了技术支持和参考依据。

关键词木材;竹材;气干密度;计算机断M扫描;无损检测

中图分类号:0557.3 文献标识码:A DOI: 10.3964/j. issn. 1000-0593(2012)07-1935-04
引言

CT(X射线计算机断层扫描,X-ray computed tomo-graphy)是一种先进的无损检测技术,自20世纪70年代被发 明后得到迅速发展,目前巳经成为眹疗影像诊断中不可缺少 的检查手段.其应用也逐步推广到工业、农业等领域a2]。20 世纪80年代CT技术即被用于木材无损检测,经近30年的 发展,加拿大、瑞典等林产工业较发达国家立足于大径级木 材的合理下锯以及树木的牛.长发营机理研究,采用CT技术 在检测木材构造、材性等方面已做f大量工作>9];目前我 国重点是建立成熟的CT技术检测平台,为珍贵木材如红木 的合理下锯,以及研究树木生长规律提供科学依据fl0"13]。

密度是木材和竹材一项氧要的材性指标,通常可以根据 木材和竹材密度的大小估计其重量,判断其工艺性质和其他 物理性质。密度的大小与木材竹材的强度、硬度、耐磨性和 发热值等均相关,是加工利用的重要参考因子。此外,密度 也可反映出树木生长规律、干物质积累动态过程通过 CT扫描可以实现木质材料内部组织结构信息的获取,同时 若能得到材料较为详细精确的密度倍息,将利于对其材性评 价和科学利用。本研究以木材、竹材为试验材料,系统研究
其气干密度(airdry density)与相应CT值之间关系,以期为 CT最化分析木材竹材材质,完善CT技术在木材科学中的 应用提供技术支持。

1实验部分

1.1试样准备与试验设计

取毛泡 fr1 ( Pauknvnia tomentosa )、杉木(Cunninghamm /anceo/cia)等25种木材气干材(表1),试件尺寸40 mmX20 mrnX20nim(长X宽X厚),各树种均取6块试样,气干密度 测试参照国家标准《木材物理力学性质试验方法》(GB1933— 91)。竹材为毛竹气干材,制成30 mmX30 mmXK厚度)大小的试样,共120个试件,称重,计 算试件体积及其气千密度。

CT值测量在室温(20〜22 *C)条件下进行。各树种试件 均取一半分别用于建立密度与CT值的校止模型和验证模 型。数据分析采用Excel和SPSS17.0软件。

1.2 CT检测原理与方法

大并且转换成电子流,得到模拟信号输人计算机进行处理, 重建图像。X射线通过均匀物质后的强度^与入射强度^ 的关系为:其中,M为X射线在物质中传 播的距离,^为该物质对X射线的衰减系数。检测器接受信 号的强弱反映所检测材料的不同;《值。为增强各种类型扫描 对象之间的细微差别,重建CT图像中采用强度刻度(称为 CT值),即该物质的衰减系数与水的衰减系数之差,再与水 的衰减系数之比后乘以1 000。CT值体现X线穿过组织被吸 收后的衰减值,能体现被检对象内部辐射密度的微小变 化[气

L 2.2 CT检测

对木块和竹块试样进行CT扫描。检测仪器为美国通用 电气(General Electric, GE)BrightSpeed Excel 4 媒旋 CT(通 用电气(中国)医疗集团研发中心提供),参数为80 mAs、80 kV和“detail”重建算法^用(^工作站所配有的专业软件测 定试样体积与其对应平均CT值。

2结果与分析

2.1木材CT值与密度

注:A为中国林业科学研究院木材工业研究所材性室,B为国家人造板质量监 督检验中心,C为北京善缘红木家具厂》
CT值,气干密度在()• 303〜1. 289 g • mT3之间,见表1。图 1为25种木材气千密度与CT值的校正模塑,呈现明显线性 相关,同时也不难发现,因试件密度最高的紫檀(1.289 g* cnT3)影响了其线性相关程度。

图2为剔除紫檀后,24种木材气干密度(0.303〜1.061 g- cnT3)与相应CT值的校正模墦,相关系数(1?)为a 998, 决定系数0?2)达0. 995以上。方差分析表明,这24种木材密 度(£)>与CT值(H)之间存在食线关系,回归方程为 1.086 061+0.001 051H,其常数项和回归系数经t检验,P 值均小于0.01,表明常数项和回归系数宥极M著性意义。

为进一步检验模型的有效性,建立验证模型,进而比较 预测值与实测值的关系,图3为24种木材72个试样利用 CT值通过囡归模型预测得到的气干材密度与实测值的相关 分析。经预测值与实测值的差异性柃验,得出P值>0.05, 故两样本均值差异无统计意义,表明两者之间无显著差异, 验了回归模型0=1,086 061+0.001 051H的有效性。