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竹材气体渗透性检测与分析

作　者: 贺勇
导　师: 戈振扬
学　校: 昆明理工大学
专　业: 农业电气化与自动化
关键词: 竹材透气率检测系统气压真空图像处理
分类号: S781.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

竹类植物在全世界具有广泛分布,而中国的竹材储量居世界之首。由于竹类植物具有生长快、产量高、伐木性和生态功能强等优点,竹材这种绿色环保的材料,随着社会的发展其经济、生态和社会效益将会日益突出。近年来,竹材材性研究取得了很大进展,但是,竹材的物理性质、力学性质、化学性质等材性与加工利用的关系仍然有许多领域值得探索。本文对竹材的材性研究进展进行了分析和总结,设计出了分析竹材物理性质之一的竹材气体渗透性检测系统。竹筒容器的渗漏问题是影响产品(竹筒酒、竹汁饮料等)质量的主要因素之一。竹筒的渗漏导致包装的产品无法长时间保存或在长途运输中发生变质等问题,因此需要检测竹筒的渗透性,为选择竹筒材料以及根据测试结果改进防渗漏处理的方法,从而得到最佳的防渗漏处理方案。另外,竹材漂白或染色过程通常需要改善竹材渗透性。竹材渗透率是反映气体在竹材物料中渗透程度的物理量,由于气体和液体在竹材中的渗透路径的相近性,根据竹材的气体渗透性可间接得到其液体渗透性。本文分别采用真空气压法和图像分析法对竹材气体渗透性进行了研究。真空气压.法对竹材透气性进行检测又分负压和正压两种。真空气压法气体渗透率测试系统按结构可分为：真空气压装置和微压电子测试分析两部分。真空气压装置由标准塑料耐压管、真空阀门、真空泵、真空计、压力表及空压机等组成；电子测试分析系统由高灵敏度压电晶体气压传感器、数据采集卡、信号放大滤波电路、和基于LabVIEW的气压信号分析处理软件组成。测试过程中,与上气室连接的微气压传感器将检测到的气压变化信号通过数据采集卡输入PC机,并由基于LabVIEW编程平台的软件系统对常压室内的气压信号进行采集和分析,从而得出竹材固体农业物料的气体渗透率。测试结果表明系统运行稳定、过程可靠、检测精度高。图像分析法：利用图像处理的方法,分析预处理前后竹材的维管束结构和基质的孔隙面积变化情况。竹材固体农业物料的渗透率与竹材物料的孔隙度有直接的关系。本研究中,首先,选取基于RGB三基色彩色模型的图像自动阈值分割算法,对获取彩色图像的R分量进行自动阈值分割,通过形态学开闭运算消除噪声,然后根据标准圆的面积计算出解剖结构图像中孔隙的面积。本研究中利用基于虚拟仪器的竹材气体渗透性检测系统分别对毛竹的纵向、横向和竹隔的气体渗透性进行了测定和分析。结果表明竹材的结构和其渗透性有显著的关系,竹材的纵向渗透率最强,竹隔的渗透率最低。竹材试样经过水煮预处理之后,气体渗透率明显大于未经过处理的竹材试样,由此说明水煮预处理能够有效地提高竹材的渗透率。通过图像分析方法,观察水煮预处理前后竹材微观解剖结构的孔隙率变化得出的结论表明：水煮预处理后的竹材横截面的试样,其孔隙率(竹黄到竹青)大于未经预处理的竹材横截面试样的孔隙率。因此水煮预处理提高了竹材物料的孔隙率,从而提高了竹材的气体渗透率,应用此方法还可以分析其他改性处理法对竹材内部孔隙的影响。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-11
第一章绪论  11-18
  1.1 引言  11-12
  1.2 竹材渗透率研究的意义  12-13
  1.3 渗透性测定方法研究  13-14
    1.3.1 渗透率测定方法概述  13
    1.3.2 国内外研究现状  13-14
  1.4 虚拟仪器和图像处理技术  14-15
  1.5 本研究的主要内容、目的和意义  15-18
    1.5.1 研究的目的和意义  15-16
    1.5.2 研究的主要内容  16-18
第二章竹材材性研究综述  18-26
  2.1 竹材材性研究进展  18-21
    2.1.1 竹材的解剖结构  18
    2.1.2 竹材的物理性质  18-20
    2.1.3 物理力学性质  20-21
    2.1.4 化学成分与性质  21
  2.2 竹材的加工利用  21-25
    2.2.1 竹材人造板  21-22
    2.2.2 竹材人造板理化性能研究  22
    2.2.3 新型竹材人造板的开发  22-23
    2.2.4 竹炭、竹醋液竹产品开发  23-24
    2.2.5 竹炭纤维  24
    2.2.6 竹炭新材料  24-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章基于虚拟仪器技术的气体渗透性检测系统开发  26-50
  3.1 引言  26
  3.2 虚拟仪器技术  26-29
    3.2.1 虚拟仪器体系结构  27-28
    3.2.2 虚拟仪器在测量技术方面的应用  28-29
  3.3 竹材渗透性检测基本原理  29-33
    3.3.1 流体渗透性的基本概念  29-30
    3.3.2 达西(Darcy)定律  30-31
    3.3.3 竹材气体渗透性检测系统及测量方法  31-33
  3.4 测试系统硬件设计  33-36
    3.4.1 透气室设计  33-35
    3.4.2 传感器的选用  35-36
  3.5 数据采集系统设计  36-48
    3.5.1 计算机接口选择  36-37
    3.5.2 数据采集工作原理  37
    3.5.3 信号采集与处理技术  37-44
    3.5.4 测试系统软件设计  44-48
  3.6 本章小结  48-50
第四章竹材流体渗透性测试  50-57
  4.1 材料与方法  50-53
    4.1.1 试验材料  50-51
    4.1.2 试验内容和方法  51-53
  4.2 结果与分析  53-56
  4.3 本章小结  56-57
第五章基于图像处理的竹材微观解剖结构分析系统  57-74
  5.1 引言  57
  5.2 图像采集装置及其性能指标  57-58
  5.3 微观结构图像的处理算法  58-65
    5.3.1 基于颜色特征的图像分割  58-59
    5.3.2 颜色模型选取  59-62
    5.3.3 域值分割  62-64
    5.3.4 Otsu自动阈值分割算法  64-65
  5.4 二值图像处理  65-67
    5.4.1 膨胀和腐蚀  65-66
    5.4.2 开运算和闭运算  66-67
  5.5 面积计算  67-68
  5.6 试验内容和方法  68-70
  5.7 结果与分析  70-73
  5.8 本章小结  73-74
第六章总结与展望  74-76
  6.1 论文工作总结  74
  6.2 进一步研究展望  74-76
致谢  76-77
参考文献  77-82
附录A 攻读硕士学位期间发表论文目录  82-83
附录B  83-84
附录C  84-85

竹材气体渗透性检测与分析

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