林业科学

作者：胡雪杨,郑一力*,田家园,张振翔

单位：北京林业大学工学院　北京 100083

关键词：年轮检测,微钻阻力法,轮辐式压力传感器,微损检测,林业装备

基金：国家自然科学基金项目(32471858)；北京林业大学“5·5工程”科研创新团队项目 (BLRC2023C05）。

目的: 研究压力传感在微钻阻力年轮检测中的应用，提出并设计一种基于轮辐式压力传感器的压力传感微钻阻力年轮检测方法，为提高微钻阻力年轮检测的可靠性和准确性提供有效途径。方法: 对微钻阻力年轮检测设备的微型钻针运动过程和受力情况进行分析，提出压力传感的微钻阻力年轮检测原理。在不改变微钻阻力年轮检测设备主体结构的情况下，基于电阻应变片和全桥差动电路设计了特制的轮辐式压力传感器用于实现压力传感的微钻阻力年轮检测，并通过有限元分析对轮辐式压力传感器的受力情况进行仿真。利用集成了现有模拟型转矩检测法、数字型转矩检测法和本研究提出的轮辐式压力传感器检测法的微钻阻力年轮检测仪对圆盘样本进行对比试验。将检测结果转化为分位数进行标准化显示，并使用斯皮尔曼秩相关系数对不同方法获取的检测结果一致性进行量化分析，通过人工判读与圆盘对比的方法获取年轮检测准确度。结果: 对比试验分析表明，轮辐式压力传感器法具有较高的信号质量和检测灵敏度。在长白落叶松试验中，轮辐式压力传感器法与数字型转矩法的平均斯皮尔曼秩相关系数为0.769，检测准确度分别为95.16%和96.39%，验证了轮辐式压力传感器法的可行性。在杉木试验中平均斯皮尔曼秩相关系数为0.364，检测准确度分别为87.79%和85.47%。对不同样本的分析结果表明，在一定条件下，轮辐式压力传感器法优于数字型转矩法，能够检测到部分数字型检测法无法识别到的年轮信息。长白落叶松和杉木的复合准确度分别为96.62%和89.15%，分别较数字型转矩法提升0.23%和3.68%，较轮辐式压力传感器法提升1.46%和1.36%，均高于2种方法的单独准确度。结论: 试验表明基于轮辐式压力传感器的微钻阻力法能够有效实现微钻阻力年轮检测。该方法的引入提供了一种通过多传感器融合提高微钻阻力法年轮检测可靠性和准确性的途径，为构建多传感器融合的微钻阻力年轮检测技术提供了基础。

来源：2025年第6期

《林业科学》期刊编辑部

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