基于近紅外光譜法檢測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)，實時無損準確的含水率檢測對提高木材加工生產(chǎn)效率具有重要的促進作用。針對目前烘干法和電測法存在的問題，本文提出基于近紅外光譜的木材含水率檢測方法。該技術(shù)是一種具有響應(yīng)時間短、測量精度高等特點的新型無損檢測技術(shù)。本課題的研究，對于木材含水率檢測方法的探究具有實踐指導(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)國際通用HITRAN光譜數(shù)據(jù)庫，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弱，對其吸收譜線進行分析，選定1899.703nm波長處作為特征吸收峰。利用直接吸收法進行木材含水率檢測，詳細分析了直接吸收法測量水分含量的基本原理;采用參比波長的方法消除被測物黑度系數(shù)、表面粗糙度等表面狀態(tài)，最終選擇1896.136nm和1902.686nm波長作為參比波段。設(shè)計并搭建基于近紅外光譜技術(shù)的木材含水率檢測系統(tǒng);采用DFB激光器和激光控制器，對激

3、光進行波長調(diào)制;針對激光器輸出光束發(fā)散且不規(guī)則這一問題，設(shè)計激光濾波準直光路，有效改善激光束輪廓;編寫基于STM32的下位機和LabVIEW平臺的上位機程序，完成信號采集、預(yù)處理，存儲及波形顯示等功能，實現(xiàn)檢測過程自動化。
　　本文在搭建基于近紅外光譜技術(shù)的木材含水率檢測系統(tǒng)基礎(chǔ)上，首先對系統(tǒng)的性能進行實驗測試。通過對可調(diào)諧激光器光功率及輸出波長進行穩(wěn)定性測試，證明激光器的穩(wěn)定性;對DFB激光器調(diào)諧特性進行測試，確定其工作特性。對

4、纖維飽和點附近的含水率范圍進行檢測，該含水率區(qū)間為電導(dǎo)法的盲區(qū)，依據(jù)實驗數(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系統(tǒng)對3組楊木試材含水率進行連續(xù)檢測，結(jié)果證明含水率測量值與含水率真值變化趨勢一致，二者絕對誤差在0.8％以內(nèi)。該方法還用于落葉松試材進行檢測