本實(shí)用新型涉及木材材種鑒定領(lǐng)域，特別涉及一種基于光譜技術(shù)的木材種類快速鑒定的裝置及方法。

背景技術(shù)：

木材鑒定經(jīng)歷了從人工手工到計(jì)算機(jī)輔助鑒定的發(fā)展過程，包括傳統(tǒng)的人工鑒定、檢索鑒定和計(jì)算機(jī)圖像鑒定等等。目前使用最為廣泛的還是傳統(tǒng)的人工鑒定，其依據(jù)木材的外觀特征和解剖特征，主要通過觀察木材宏觀或微觀特征將木材鑒定到屬或種的過程。木材的宏觀鑒定主要是通過木材顏色、氣味、滋味、紋理等特點(diǎn)來判別木材，其中有很強(qiáng)的主觀因素的影響。木材微觀鑒定技術(shù)主要是通過制作木材多個(gè)截面的切片，在顯微鏡下進(jìn)行觀察和記錄木材組織與細(xì)胞形態(tài)與排列等微觀構(gòu)造特征，之后與標(biāo)準(zhǔn)木材切片的特征進(jìn)行比對(duì)分析，最后實(shí)現(xiàn)木材的準(zhǔn)確鑒定。一般情況下傳統(tǒng)的木材鑒定方法無法全部鑒定到種和產(chǎn)地，而且需要專業(yè)技術(shù)人員具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，并在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行大量的制樣、顯微切片觀察和分析等工作，耗時(shí)長，專業(yè)人員也難以在現(xiàn)場進(jìn)行大批量的檢測。面對(duì)廣闊且快速發(fā)展的木材進(jìn)出口流通及貿(mào)易市場，上述鑒定方法很難滿足市場的需要。因此，尋找一種科學(xué)、快速、準(zhǔn)確地鑒定木材樹種的技術(shù)方法可為規(guī)范市場和保證產(chǎn)品質(zhì)量提供服務(wù)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些新的木材鑒定方法，如DNA標(biāo)記技術(shù)、穩(wěn)定同位素分析技術(shù)和近紅外光譜技術(shù)等在木材鑒定中也得到了應(yīng)用。DNA標(biāo)記木材鑒定技術(shù)是根據(jù)不同的木材樹種或不同產(chǎn)地來源的木材樹種的DNA所具有的特征不同，通過區(qū)分木材樹種特有的DNA片段來鑒定木材的歸屬和產(chǎn)地，直到2007年，德國林業(yè)研究所的Degen利用DNA標(biāo)記技術(shù)已經(jīng)對(duì)6個(gè)楊樹樹種進(jìn)行了成功鑒定，但是，這種方法在木材樹種DNA的提取和擴(kuò)增等方面還存在一定的技術(shù)問題有待解決。穩(wěn)定同位素分析技術(shù)是通過分析已知木材中的穩(wěn)定元素，如碳、氧、氫、氮、硫等穩(wěn)定同位素的比率來推斷木材的原產(chǎn)地，研究結(jié)果表明，在北歐木材中有機(jī)物所含氫的D/H比率，可以跟蹤該木材產(chǎn)地，而同時(shí)利用D/H和₁₈O/₁₆O的比率，跟蹤原產(chǎn)地更加準(zhǔn)確，但在熱帶地區(qū)，似乎還比較困難。這些技術(shù)大都需要一套特定的昂貴設(shè)備，且操作需要一定的基礎(chǔ)和熟練度，很難進(jìn)行現(xiàn)場快速檢測的推廣，一般僅限用于實(shí)驗(yàn)室檢測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了一種木材種類快速鑒定的裝置，在保證木材樣品基本無損的情況下，可以通過采集木材表面光譜，實(shí)現(xiàn)木材種類的快速有效識(shí)別，多模型篩選的應(yīng)用保證木材種類的100％識(shí)別，操作簡單，科學(xué)指導(dǎo)材種鑒定。

本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：一種一種木材種類快速鑒定的裝置，包括：

溫濕度顯示模塊、探測器陣列、控制電路模塊、USB2.0接口模塊、分光系統(tǒng)、電池模塊、光學(xué)聚焦透視鏡模塊、光源模塊、樣品采集窗口、觸摸屏、環(huán)形墊圈、聚四氟乙烯反射蓋；

其中，所述溫濕度顯示模塊將顯示當(dāng)前環(huán)境的溫濕度；所述探測器陣列用于接受從光照模塊發(fā)射出的光經(jīng)反射蓋反射回來的反射信息；所述控制電路模塊用于對(duì)電路進(jìn)行調(diào)控和溫度補(bǔ)償；所述USB2.0接口模塊用于數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備充電；所述分光系統(tǒng)用于將光源發(fā)出的光按照不同的波長進(jìn)行分散；所述電池模塊為設(shè)備提供電源；所述光學(xué)聚焦透鏡模塊將反射光變成平行光；光源模塊用于發(fā)射近紅外波段范圍的光；所述樣品采集窗口用于放置樣品進(jìn)行光譜采集；所述觸摸屏用于測量結(jié)果及定位信息的顯示和保存；所述環(huán)形墊圈用于抑制雜散光進(jìn)入檢測裝置；所述聚四氟乙烯反射蓋用于將攜帶樣品信息的光反射回檢測器。

所述光照模塊包括在光路上按照特定的角度布置低功率真空鹵素?zé)?，覆蓋波長范圍為：950–1650nm，兩盞燈對(duì)稱布置在檢測器兩側(cè)。

優(yōu)選的，每盞鹵素?zé)艄庠吹墓廨S沿光路方向與所述圓環(huán)形的軸線成45度夾角。

優(yōu)選的，所述光譜采集模塊包括接收樣品反射光的光學(xué)變換模塊以及接收該變換模塊所傳送光子的探測器陣列。

優(yōu)選的，所述輸出光學(xué)變換模塊，實(shí)現(xiàn)光子的聚焦和平行發(fā)射，將光子信息傳送到光敏傳感器，模塊均位于檢測裝置內(nèi)部。

本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了對(duì)木材種類的有效識(shí)別，檢測快速準(zhǔn)確，檢測成本低，無環(huán)境污染。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型一種木材種類快速鑒定的裝置示意圖；

圖2為本實(shí)用新型一種木材種類快速鑒定的裝置光照模塊示意圖；

圖3為采用本實(shí)用新型裝置光譜采集環(huán)形軟性遮光圈和聚四氟乙烯反射蓋示意圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型一種木材種類快速鑒定的裝置做詳細(xì)描述。

如圖1所示：用于測定木材種類快速鑒定的裝置包括：

溫濕度顯示模塊1用于顯示當(dāng)前環(huán)境的溫濕度；

探測器陣列2用于接受從光照模塊8發(fā)射出的光經(jīng)反射蓋12反射回來的反射信息；控制電路模塊3用于對(duì)電路進(jìn)行調(diào)控和溫度補(bǔ)償；

USB2.0接口模塊4用于數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備充電，最高速度(480Mb/s)；分光系統(tǒng)5用于將光源發(fā)出的光按照不同的波長進(jìn)行分散。電池模塊6為設(shè)備提供電源，續(xù)航能力大于6小時(shí)；光學(xué)聚焦透鏡模塊7，用于將反射光變成平行光；

如圖2所示：光源模塊8用于發(fā)射近紅外波段范圍的光，采用雙集成真空鎢燈，兩盞燈對(duì)稱分布在裝置頂端呈45度；

樣品采集窗口9用于放置樣品進(jìn)行光譜采集，起到保護(hù)光源和固定光程的作用；

如圖3所示：觸摸屏10用于測量結(jié)果及定位信息的顯示和保存；環(huán)形墊圈11用于抑制雜散光進(jìn)入檢測裝置；聚四氟乙烯反射蓋12用于將攜帶樣品信息的光反射回檢測器。

本實(shí)用新型所述的光照模塊8、光譜采集模塊以及控制單元3均為用電部件，為了保證光照模塊8、光譜采集模塊以及控制單元3的正常工作，在沒有特殊說明的前提下應(yīng)當(dāng)理解為光照模塊8、光譜采集模塊以及控制單元3均連接有相匹配的電源，光照模塊8、光譜采集模塊以及控制單元3可以采用同一便攜式電源模塊6，也可以根據(jù)實(shí)際需要單獨(dú)設(shè)置電源，或者是通過光照模塊8、光譜采集模塊以及控制單元3之間的電路實(shí)現(xiàn)電源信號(hào)的傳遞。各用電部件之間的空間位置關(guān)系沒有嚴(yán)格限制，但為了便于加工和安裝盡可能的采用集成度較高的電路布置。

本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了對(duì)木材種類的有效識(shí)別，檢測快速準(zhǔn)確，檢測成本低，無環(huán)境污染。

利用本實(shí)用新型提供的方法建立模型的相關(guān)指標(biāo)見表1，其中，模型1-4分別為簇類獨(dú)立軟模式法(SIMCA)、概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(PNN)、極限學(xué)習(xí)機(jī)(ELM)和支持向量機(jī)(SVM)一起建立的識(shí)別模型。結(jié)合不同的預(yù)處理方法，本實(shí)用新型提出的模型自動(dòng)選擇方法可以實(shí)現(xiàn)木材種類的最佳識(shí)別。