[发明专利]一种基于X射线显微CT表征木材孔隙结构的方法

说明书

一种基于X射线显微CT表征木材孔隙结构的方法。该方法将木材样品放置于X射线显微CT中进行扫描，样品在水平方向进行360°旋转，每旋转一定角度探测器对木材样品拍摄一张二维灰度图片，最后得到一系列有序的二维灰度图片，利用FDK重建算法在计算机上重构样品三维数字图像，运用Avizo软件选择感兴趣区域(ROI，Region OfInterest)，经分析得到木材样品的孔隙结构参数信息和孔隙三维空间分布情况。本发明可以在无损条件下对木材样品进行观察、分析其内部的微观孔隙结构，包括定量分析孔隙结构参数和可视化观察样品孔隙三维分布。研究木材内部孔隙结构提供可视化依据，对于进一步研究木材介质运输具有重要意义，广泛应用于木材的微米孔隙的结构分析和可视化观察。

技术领域

本发明涉及分析木材孔隙结构技术领域，具体为一种基于X射线显微CT表征木材孔隙结构的方法。

背景技术

木材是一种可再生的自然资源，对于人类生活起巨大的支持作用。木材经人工采伐后加工形成各种木制材料，主要应用于建筑工程、家具、装修材料、饰品等方面，与人们的生活、生产紧密相关。木材具有优良的特性，其饰面有一种特殊的优美观感，且具有高强重比、良好的声学和美学特性。同时，木材本身也存在一些缺陷，如尺寸不稳定(胀缩性)、易腐朽、易燃等等。因此，人们往往需要对木材原料进行改性、干燥等加工处理，以改良木材的某些缺陷。木材的各向异性和不均匀性使其孔隙结构复杂多变，加工过程中也会对木材孔隙结构发生改变。木材内部的孔隙结构能够影响介质运输、渗透性，进而影响木材的改性和干燥工艺。因此，有必要对木材的孔隙结构作进一步的了解和研究。

木材的孔隙结构一般通过孔隙率、孔隙体积、比表面积、孔隙直径、表面积等参数进行表征。目前孔隙结构表征方法主要有以下几种：扫描电镜、压汞法、气体吸附法、原子力显微镜、热孔计法、冷孔计法等。然而，这些方法或多或少存在某些方面的缺陷，如孔隙直径限制、视野限制、局部孔隙信息、样品制备复杂、二维图像引起的信息失真等等。同时，现有的测试技术大多数为破坏性测试，木材样品测试分析之后只能废弃扔掉，同一样品测试方法单一。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种准确、直观地再现木材中的孔隙结构形貌，并进行定量计算和可视化观察的基于X射线显微CT表征木材孔隙结构的方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种基于X射线显微CT表征木材孔隙结构的方法，具体步骤如下：

S1，确定所需分析或研究测试样品的孔隙尺寸范围，选择合适的X射线显微CT测试分辨率及对应的测试镜头，挑选合适尺寸的木材样品；

S2，将木材样品放置于X射线显微CT仪器中进行CT扫描，获取一系列有序的二维灰度图像；

S3，将步骤S2中获取的二维灰度图像通过软件重建木材样品的三维数字图像；

S4，用Avizo软件选取感兴趣区域ROI，并进行孔隙结构的可视化观察和定量分析。

作为上述方案的改进，所述的木材样品尺寸为微米级至厘米级，根据不同测量分辨率精度的显微CT分辨的最小孔隙尺度，所述的测试样品的孔隙尺度范围为1μm-500μm。

作为上述方案的改进，所述的步骤S2中，样品在X射线显微CT中扫描测试，调整好木材样品的旋转中心，木材样品在水平方向360°旋转，样品每旋转一定角度暂停，同时拍摄一张二维灰度照片，最终获得一系列有序的二维灰度图像。

作为上述方案的改进，所述的步骤S3中通过VoxelStudio Recon利用FDK重建算法将步骤S2中获取一系列有序的二维灰度图像合并成一个三维立体图像文件*.CT后，并转成通用的*.raw格式文件。

作为上述方案的改进，所述的步骤4包括以下步骤：