專利名稱：一種利用tdr測量樹干含水率的標定方法
技術領域：
本發(fā)明涉及林業(yè)科技技術領域，具體地講是一種利用TDR測量樹干含水率的標定方法。
背景技術：
因受到土壤水分狀況、樹木生長狀態(tài)及氣象因子等因素的多重影響，樹干含水率呈現(xiàn)周期性的波動變化。樹干含水率直接影響到樹木的生長、發(fā)育和蒸發(fā)耗水過程，同時也是制定樹木灌溉制度的適宜指標。美國材料試驗協(xié)會制定了四種標準木材水分測定方法，一種是電測法，屬于即時測定；其余三種是爐干法(烘干法)、蒸餾法、滴定法，都有一定程度的破壞性，并且比較費時。通常認為爐干法是標準方法，因為它比較準確，適用于任何木材的任何水分狀態(tài)，限制較少。其它三種方法在一定范圍內(nèi)也是比較準確的，例如，電測法中的電阻法在木材水分在7%-20%時可精確到1%。近年來微波法和紅外法也有所發(fā)展。電測法是根據(jù)木材的電學性質(zhì)，例如電阻率、介電常數(shù)、高頻功率損失等與木材含水率的關系測定含水率。木材水分電測儀操作使用方便，測量迅速，適用于工業(yè)上控制含水率的測定。木材水分電測儀主要分為直流電阻式和高頻交流介電式兩種。
在植物學中，近年來也出現(xiàn)了把高密度電阻率成像法運用于樹木內(nèi)部電阻率監(jiān)測的嘗試，并取得了一定的效果。樹木體內(nèi)的水分中含有一定量的無機礦物成分，因而具有一定的導電性。通過在生長中的樹木上圓形布置一周電極，徐速等分析了降雨前后樹干電阻率的變化過程，認為水分在樹干中的輸運過程中存在優(yōu)勢通道，在樹干拐角位置結(jié)構(gòu)疏松，更利于水分的輸運。但是，所得的結(jié)果并沒有結(jié)合樹干電阻率圖像作進一步的綜合分析。通過在砍伐后的樹干上布置一圈電極，并利用一個二維迭代有限元反演算法進行反演， Hagrey對樹干截面的電阻率進行了二維成像分析，觀察到樹干截面電阻率分布具有一系列同心圓形的結(jié)構(gòu)和電阻率從核部沿徑向向外有遞減的趨勢。吳華橋等運用高密度電阻率成像法對樹干的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、水分的徑向分布狀況和水分隨時間的流失過程進行了分析，以便為更好的理解樹木的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和生長狀態(tài)提供科學的依據(jù)。樹干橫截面上電阻率的空間分布呈現(xiàn)一系列的同心圓結(jié)構(gòu)，且從核心部到外邊緣的韌皮部電阻率有一個減小的趨勢，說明截面內(nèi)樹木水分的含量沿徑向向外有逐漸遞增的趨勢。時間變化過程中，各監(jiān)測截面上的電阻率的分布和變化基本反映了截面水分的流逝過程，表明高密度電阻率成像法動態(tài)監(jiān)測樹干水分分布及變化是可行的。盡管高密度電阻率成像法在測量樹木含水率上有著其他方法不具備的優(yōu)勢，但該技術存在著成本偏高、對樹木結(jié)構(gòu)破壞較大和受外界因素影響導致的不穩(wěn)定性等缺點。
TDR(Time Domain Ref lectometry，時域反射儀)法是近年來普遍采用的一種較精確測定土壤含水量的方法，其利用電磁波在不同介質(zhì)中傳播速度差異的原理來測定土壤含水率，與傳統(tǒng)土壤水分測定法比較具有不破壞樣本、快速和容易操作等優(yōu)點，并可做到訊息轉(zhuǎn)換而達到數(shù)據(jù)自動采集的目的，因而很快為人們所接受。Topp等使用TDR對不同類型土壤的介電常數(shù)進行大量測定，建立了土壤介電常數(shù)與土壤體積含水量的關系，證明介電常數(shù)與許多土壤類型的土壤含水量之間具有較好的相關性。這為通過TDR測定土壤含水量奠定了基礎。從原理上來說，TDR也可用于樹干含水率的測量，只是考慮到樹干與土壤材質(zhì)的差別，TDR測量值并不能代表樹干的實際含水率，二者之間存在著一定的數(shù)量關系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述已有技術的不足，而提供一種利用TDR測量樹干含水率的標定方法，主要解決現(xiàn)有的測量樹干含水率的方法破壞性較大、比較費時及利用TDR直接測量樹干含水率的結(jié)果不能代表樹干真實含水率等問題。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種利用TDR測量樹干含水率的標定方法，其特殊之處在于包括以下步驟(1)對試驗樹木進行充分的供水，使其樹干含水率達到或接近自然狀態(tài)下的最高值；(2)將試驗樹木的樹干分割成若干樹干段，樹干段長度為20-30cm；(3)用工具在的樹干段的側(cè)面鉆孔，鉆孔的直徑與深度和TDR的探針一致，探針能全部插入樹干段并且接觸緊密；(4)利用高精度天平測量樹干段質(zhì)量，并記錄，此即樹干段的濕重；隨后利用TDR對其進行含水率測量，測量5次，取平均值作為此次測量結(jié)果并記錄，此即樹干段該時刻的含水率測量值；(5)將待測樹干段放置于陰涼通風的房間，讓其水分自然蒸發(fā)，按照先密后疏的原則每隔5小時-1天，重復步驟(4)的操作；(6 )當待測樹干段含水率測量值在4 - 6天內(nèi)沒有明顯變化時，即變幅小于5%，將其放入烘箱內(nèi)，按照木材烘干的標準進行烘干處理；(7 )將烘干后的樹干段從烘箱取出后，立即進行質(zhì)量稱量并記錄，此即樹干段的干重； (8 )利用所測樹干段的干重和濕重數(shù)據(jù)，可計算出每次利用TDR測量樹干含水率時對應的含水重量，按照木材含水率的定義可計算出相應的含水率，此即樹干段該時刻的真實含水率；(9 )根據(jù)步驟(4)和(8)獲得的樹干段真實含水率和相應的含水率測量值數(shù)據(jù)對組， 利用數(shù)學軟件可確定二者的定量關系，從而獲得利用TDR測量樹干含水率的標定模型，依據(jù)該標定模型可利用TDR對活樹樹干的含水率進行原位動態(tài)監(jiān)測。
本發(fā)明所述的一種利用TDR測量樹干含水率的標定方法與已有技術相比具有突出的實質(zhì)性特點和顯著進步1、本標定方法利用一塊樹干段即可在樹干含水率波動的可能范圍內(nèi)進行標定，減少了測量環(huán)節(jié)和試驗材料，節(jié)約了測量時間和相應設備投入，極大提高了標定效率；2、本標定方法形式簡單，計算方便，易于應用，有效減少了計算時長，極大提高了計算效率。


圖1是本發(fā)明的標定流程圖。
具體實施例方式為了更好地理解與實施，下面結(jié)合實施例詳細說明本發(fā)明。
實施例1，在待測區(qū)確定一棵在長勢上有代表性的樹，對其在根部充分供水直到其樹干含水率達到或接近自然狀態(tài)下的最高值；利用電鋸或其他工具將該樹的樹干分割成長度為20-30cm的樹干段若干；用電鉆等工具在每個樹干段的側(cè)面鉆孔，鉆孔的個數(shù)、直徑與深度和TDR的探針一致，確保探針能全部插入樹干段并且接觸緊密；利用高精度天平(感量小于1克)對樹干段秤重，并記錄，此即樹干段的濕重，隨后利用TDR對其進行含水率測量， 測量5次，取平均值作為此次測量結(jié)果并記錄，此即樹干段該時刻的含水率測量值；將待測樹干段放置于陰涼通風的房間，讓其水分自然蒸發(fā)，按照先密后疏的原則每隔一定時間 (5小時-1天)利用高精度天平(感量小于1克)對樹干段秤重，隨后利用TDR對其進行含水率測量；當待測樹干段含水率測量值在較長時間內(nèi)(4 一 6天)沒有明顯變化時(變幅小于5%)，將其放入烘箱內(nèi)，按照木材烘干的標準進行烘干處理；將烘干后的樹干段從烘箱取出后，立即用天平稱重并記錄，此即樹干段的干重；利用所測樹干段的干重和濕重數(shù)據(jù)，可計算出每次利用TDR測量樹干含水率時對應的含水重量，按照木材含水率的定義可計算出相應的含水率，此即樹干段該時刻的真實含水率；根據(jù)不同時段獲得的樹干段真實含水率和相應的含水率測量值數(shù)據(jù)對組，利用數(shù)學軟件可確定二者的定量關系，從而獲得利用TDR 測量樹干含水率的標定模型，依據(jù)該標定模型可利用TDR對活樹樹干的含水率進行原位動態(tài)監(jiān)測。
權利要求
1. 一種利用TDR測量樹干含水率的標定方法，其特征在于包括以下步驟(1)對試驗樹木進行充分的供水，使其樹干含水率達到或接近自然狀態(tài)下的最高值；(2)將試驗樹木的樹干分割成若干樹干段；(3)用工具在的樹干段的側(cè)面鉆孔，鉆孔的直徑與深度和TDR的探針一致，探針能全部插入樹干段并且接觸緊密；(4)利用高精度天平測量樹干段質(zhì)量，并記錄此即樹干段的濕重；隨后利用TDR對其進行含水率測量，測量5次，取平均值作為此次測量結(jié)果并記錄，此即樹干段該時刻的含水率測量值；(5)將待測樹干段放置于陰涼通風的房間，讓其水分自然蒸發(fā)，按照先密后疏的原則每隔5小時-1天，重復步驟(4)的操作；(6 )當待測樹干段含水率測量值在4 - 6天內(nèi)變幅小于5%，將其放入烘箱內(nèi)，按照木材烘干的標準進行烘干處理；(7 )將烘干后的樹干段從烘箱取出后，立即進行質(zhì)量稱量并記錄，此即樹干段的干重；(8 )利用所測樹干段的干重和濕重數(shù)據(jù)，可計算出每次利用TDR測量樹干含水率時對應的含水重量，按照木材含水率的定義可計算出相應的含水率，此即樹干段該時刻的真實含水率；(9 )根據(jù)步驟(4)和(8)獲得的樹干段真實含水率和相應的含水率測量值數(shù)據(jù)對組， 利用數(shù)學軟件可確定二者的定量關系，從而獲得利用TDR測量樹干含水率的標定模型，依據(jù)該標定模型可利用TDR對活樹樹干的含水率進行原位動態(tài)監(jiān)測。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用TDR測量樹干含水率的標定方法，該方法利用TDR和天平分別對樹干段含水率(含水率測量值)和濕重進行連續(xù)測量，并采取烘干法得到樹干段的干重，利用所測樹干段的干重和濕重數(shù)據(jù)，可計算出每次利用TDR測量樹干段含水率時對應的含水重量，按照木材含水率的定義可計算出相應的含水率(真實值)，根據(jù)獲得的樹干段真實含水率和相應的含水率測量值數(shù)據(jù)，可確定二者的定量關系，從而獲得利用TDR測量樹干含水率的標定模型，依據(jù)該標定模型可利用TDR對活樹樹干的含水率進行原位動態(tài)監(jiān)測，因而簡化了樹干含水率的測量過程并提高了測量精度。
文檔編號G01N27/00GK102539271SQ201110449940
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權日2011年12月29日
發(fā)明者何福紅, 張振華, 楊潤亞, 柏新富, 潘英華 申請人:楊潤亞