一种基于雷达波的树木内部结构无损探测成像装置制造方法及图纸

一种基于雷达波的树木内部结构无损探测成像装置，包括雷达波收发器、可移动探测平台、通讯系统、数据处理系统，所述雷达波收发器、所述通讯系统安装在所述可移动探测平台上，与安装有所述数据处理系统的计算机通过有线或无线连接。所述雷达波收发器可以使用介质耦合式和空气耦合式探地雷达。该装置适应性强，属于无损探测，可移动探测平台沿树木圆周运动，每隔5mm发射一次雷达检测波，采集信息密度大，数据可以离线存储或者实时发送到计算机。所述通讯系统的连接方式包括有线（USB线和网线）和无线（蓝牙和WIFI）两种。使用现代信号处理技术和特征识别技术对接收到的雷达波信号进行处理，实现树木内部的层位识别，确定腐朽等异常的位置和形状大小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于树木躯干内部结构探测评价领域，具体涉及一种基于雷达波的能够对树木内部结构及异常情况进行无损探测、定位识别和截面成像的装置。
技术介绍
自然环境下生长的树木易受环境恶化和外界侵害而影响树木健康、稳固，破坏生态环境，补救防范措施不及时易造成经济损失；林区、林场的林木内部缺陷、病虫害影响生长质量；城市绿化树木受侵害在恶劣天气下折断倾倒，危及人员财产和生命安全；古树名木受真菌、虫蛀侵害给国家文化遗产带来不可挽回的损失。树木受到的侵害主要受生物因素（真菌、病虫害等）和非生物因素（水分、温度、化学污染和物理损伤等）的影响，导致树木内部结构组织密度、质量的损失和水分变化，表现为树木内部的开裂、结疤、腐朽和孔洞，从而危害树木健康，影响树木力学性能和稳固性。受侵害早期的活立木大多无法采用非破坏性的检测方法从外部对内部物理结构进行准确观测，但树木内部物理组织结构的变化会影响到木质体的电学特性（介电常数、电导率和磁导率等）、物理特性（成分含量、密度和含水率等）以及机械力学性能的分布变化。利用这些性能的变化采用准确有效的无损检测技术，可以在木质体内部发生腐朽的早期对树木的受到的侵害和树木损伤部位进行鉴定识别，从而阻止树木腐朽的传播和提高林分质量，最大限度的保护树木结构的健康和稳固。目前林业研究中普遍采用的无损检测技术和评估手段主要有：阻抗分析仪、超声波、X射线CT扫描、应力波以及雷达波等。阻抗测定仪利用树木内部腐朽中真菌、水分的增加导致电阻率的增加，采用相对阻抗的原位检测法检测内部缺陷，对树木具有一定的破坏性；超声波是研究弱散射条件下介质的不均匀性对声场的影响，从而建立介质参量与散射声场边界值的关系，重建介质参量分布，存在易受外界干扰、耦合以及信号发散等问题；计算机断层扫描（CT）技术应用X射线计算机断层扫描和核磁共振技术检测树木空洞，可有效识别树木或原木内部腐朽和孔洞，但成本高、便携性差且存在放射源辐射的问题是影响其在木材领域广泛应用的主要原因；应力波层析成像是目前相对应用较广、应用较为成熟的树木无损检测方法，以射线理论为基础的波速走时成像，基于介质的基本物理性质差异，影响应力波在其中的传播速度、吸收系数等参数，分析测定介质的物理特性和力学特性。而雷达波探测技术可以快速、高效地对树木表面进行整体扫描（横向、纵向以及螺旋移动），大幅增加采集点数和采集效率，同时操作方便，不易受外界干扰，能够实现真正的非介入式、无损、在线连续探测树木内部结构。
技术实现思路
本专利技术设计了一种基于雷达波的树木内部结构无损探测成像装置，能够适应不同被测对象的情况，为了对受侵害早期树木采用非破坏性的检测方法从外部对内部物理结构进行准确观测，使用雷达波并采集树木内部不同结构的回波响应，从而实现对树木内部结构及异常的无损探测；通过探测到的截面图像来确定被测对象内部异常的位置和形状大小。本专利技术使用雷达波收发器发射雷达波穿透树木内部并接收不同介质分层界面的响应回波，实时传送或离线存储雷达图像，进行数据分析并识别图像；雷达波收发器沿树木设定高度的截面切向运动，保持波形收发平面处于树木表皮的切线位置，探测树木平面不同位置的内部结构情况，上下移动雷达波收发器可以探测树木不同高度的内部结构情况。本专利技术所述的这种基于雷达波的树木内部结构无损探测成像装置，包括雷达波收发器、可移动探测平台、通讯系统、数据处理系统；所述雷达波收发器、所述通讯系统安装在所述可移动探测平台上，与安装有所述数据处理系统的计算机通过有线或无线连接。所述可移动探测平台包括平台主体、开关、指示灯、充电端口、保险丝、探测支架、传动电机及运动轨道、车载控制板、四轴驱动器、角度传感器、控制手柄，雷达波收发器以及导线接口安装在探测支架上，与平台主体通过导线连接，通讯系统安装在平台主体后部。所述平台主体前部安装有开关、指示灯、充电端口、保险丝；所述探测支架安装在平台主体中部，通过万向轮和锁紧装置连接，控制万向轮的活动角度可以使探测支架和平台主体的平面呈一定角度；探测支架上安装有传动电机及运动轨道，通过万向轮和锁紧装置与雷达波收发器相连，可以使雷达波收发器的探测平面贴紧被测对象的表面，也可以使雷达波收发器沿垂直地面方向移动，对不同平面进行探测；所述雷达波收发器通过接口单元和导线与车载控制板连接，通过有线（USB线或网线）或无线（蓝牙或WIFI）方式将探测到的数据发送给计算机上的数据处理系统；所述通讯系统安装在平台主体后部，包括蓝牙和WIFI等无线通讯模块及天线，以供可移动探测平台和计算机之间进行无线通讯；所述车载控制板和四轴驱动器安装在平台主体内部，可以通过计算机或控制手柄来控制平台的移动和探测支架的倾斜角度。所述雷达波收发器利用雷达波对介质的耦合作用对树木进行非侵入式扫描，具有雷达频率信号的发射和接收功能。所述雷达波收发器可以使用介质耦合式探地雷达，也可以使用空气耦合式探地雷达；在探测过程中，基于前者的雷达波收发器在平台运动时需要在设定高度贴紧树皮进行扫描，并沿着树木截面的切线方向移动，而基于后者的雷达波收发器可保持与树皮有一定距离进行扫描。所述平台主体的车轮上带有编码器，标记沿树木圆周运动的位置并控制雷达波的发射，每移动5mm就会产生脉冲信号。所述车载控制板用于控制可移动探测平台的运动轨迹、根据车轮编码器定时控制雷达波的发射、通过通讯系统接收来自计算机的控制信号、存储离线雷达波形数据；所述四轴驱动器、角度传感器与车载主控板连接，用于控制四个车轮和采集角度数据，控制平台主体的运动。所述通讯系统将可移动探测平台和计算机之间通过有线或无线的方式连接，有线方式包括USB线和网线，无线方式包括蓝牙和WIFI，将采集到的实时雷达波形数据发送到计算机。所述数据处理系统包括三个模块：数据存储模块，用于采集所述雷达波收发器测得的雷达波探测数据；数据预处理模块，用于对采集到的雷达波数据进行滤波、去噪等预处理；图像显示模块，用于对预处理后的数据进行分层信息特征提取、坐标变换等处理并显示树木内部的层位界面图。所述图像显示模块包括：数据输入窗口、可移动探测平台控制窗口、A-Scan显示窗口、B-Scan显示窗口、层位界面图显示窗口。本专利技术提供的这种基于雷达波的树木内部结构无损探测成像装置通过可移动探测平台携带雷达波收发器沿树木设定高度的截面圆周运动，发射雷达波并接收回波响应，分析数据得到树木内部的分层识别图像，通过分析雷达波在树木内部异常位置的传输特性、波速、振幅、散射、折射等变化规律实现对异常的准确定量和定位成像，滑动轨道可以使装置探测不同高度的树木内部截面情况，进而获取整个树木内部结构，并形成层位及异常分布图。附图说明图1为本专利技术所述装置的立体结构图。图2为本专利技术所述平台主体的内部结构图。图3为本专利技术具体实施方式例1的示意图。图4为本专利技术具体实施方式例2的示意图。图5为本专利技术雷达波发射到树木内部遇到异常产生反射回波的路径示意图。图6为本专利技术在一个圆周位置的截面上沿垂直树皮切线方法探测没有异常的树木内部结构的层位示意图。图7为本专利技术在一个圆周位置的截面上沿垂直树皮切线方法探测有异常的树木内部结构的层位示意图。附图标记说明：1.被测对象2.雷达波收发器3.可移动探测平台4.通讯系统5.数据处理系统6.平台主体7.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于雷达波的树木内部结构无损探测成像装置，主要用于探测树木躯干内部结构，包括心材、边材、树皮，以及可能出现的异常（腐朽、孔洞、结疤和开裂），探测结果可以呈现出树木内部异常的位置和形状大小，其特征在于，使用雷达波收发器发射雷达波穿透树木内部并接收不同结构的响应回波，实时传送或离线存储雷达图像，进行数据分析并识别成像；雷达波收发器沿树木设定高度的截面切向运动，保持波形收发平面处于树木表皮的切线位置，探测树木平面不同位置的内部结构情况，上下移动雷达波收发器可以探测树木不同高度的内部结构情况。

【技术特征摘要】
1.一种基于雷达波的树木内部结构无损探测成像装置，主要用于探测树木躯干内部结构，包括心材、边材、树皮，以及可能出现的异常（腐朽、孔洞、结疤和开裂），探测结果可以呈现出树木内部异常的位置和形状大小，其特征在于，使用雷达波收发器发射雷达波穿透树木内部并接收不同结构的响应回波，实时传送或离线存储雷达图像，进行数据分析并识别成像；雷达波收发器沿树木设定高度的截面切向运动，保持波形收发平面处于树木表皮的切线位置，探测树木平面不同位置的内部结构情况，上下移动雷达波收发器可以探测树木不同高度的内部结构情况。2.根据权利要求1所述的装置，包括雷达波收发器、可移动探测平台、通讯系统、数据处理系统；所述雷达波收发器、所述通讯系统安装在所述可移动探测平台上，与安装有所述数据处理系统的计算机通过有线或无线连接；所述可移动探测平台包括平台主体、开关、指示灯、充电端口、保险丝、探测支架、传动电机及运动轨道、车载控制板、四轴驱动器、角度传感器、控制手柄，雷达波收发器以及导线接口安装在探测支架上，与平台主体通过导线连接，通讯系统安装在平台主体后部；其特征在于：所述平台主体前部安装有开关、指示灯、充电端口、保险丝；所述探测支架安装在平台主体中部，通过万向轮和锁紧装置连接，控制万向轮的活动角度可以使探测支架和平台主体的平面呈一定角度；探测支架上安装有传动电机及运动轨道，通过万向轮和锁紧装置与雷达波收发器相连，可以使雷达波收发器的探测平面贴紧被测对象的表面，也可以使雷达波收发器沿垂直地面方向移动，对不同平面进行探测；所述雷达波收发器通过接口单元和导线与车载控制板连接，通过有线（USB线或网线）或无线（蓝牙或WIFI）方式将探测到的数据发送给计算机上的数据处理系统；所述通讯系统安装在平台主体后部，包括蓝牙和WIFI等无线通讯模...

【专利技术属性】
技术研发人员：文剑，李伟林，肖中亮，肖夏阳，高林，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11