無損檢測在木材保護中的主要用途
1.1 木材含水率無損檢測
木材含水率是影響與決定木材使用的重要指標，對古建筑木構(gòu)件，含水率更具有重要意義。一般地，木構(gòu)件含水含水率過高，則意味著古建筑木構(gòu)件發(fā)生病蟲害的可能性增大，必須引起重視[2，8]。
常用的木材含水率無損檢測儀器有根據(jù)直流電、高頻電流、介電常數(shù)、微波、紅外線等原理開發(fā)制造的儀器，這些設備目前國內(nèi)外產(chǎn)品種類較多，其中國內(nèi)產(chǎn)儀器價格較便宜。
1.2 古建筑木結(jié)構(gòu)部件的現(xiàn)場檢測
古建筑木結(jié)構(gòu)維修和保護，不能破壞原有木構(gòu)件，就需要采用無損檢測技術對其木結(jié)構(gòu)安全進行評價，通過無損檢測為在維修前進行設計與確定維修或更換木構(gòu)件等工作，提供有力的證據(jù)。這也是無損檢測的一個重要應用，主要檢測木構(gòu)件的殘余強度和木構(gòu)件內(nèi)部缺陷，為木結(jié)構(gòu)建筑的可靠性、安全性和使用壽命做出評價[2-8]。
1.3 古樹名木的健康狀況評價
古樹名木不僅是重要的自然資源和景觀，也已成為重要的文化遺產(chǎn)，得到世界各國政府的重視與保護。為加強古樹名木的保護，必須對古樹內(nèi)部缺陷在不破壞其生長和引起新的災害的條件下進行檢測，這就需要應用無損檢測技術，這也是目前美國、歐洲和日本等發(fā)達國家對城市樹木進行保護必須采用的重要技術[11]。
2. 木材保護中常用的無損檢測技術
2.1肉眼觀察[9]
和最古老至今仍在使用的無損檢測方法就是肉眼觀察，可幫助對無損檢測結(jié)果進行判別和驗證。如對產(chǎn)品和組成成分的變化等需要做出判斷時，就需要肉眼觀察和識別，采用的辦法包括對破裂碎片、機械破壞、后期腐朽和嚴重的蟲蛀等情況的進行仔細觀察和分析。根據(jù)肉眼觀察判斷的結(jié)果確定檢測部件或產(chǎn)品的優(yōu)劣與是否合格或淘汰。
2.2 近似無損檢測的辦法[8-9]
近似無損檢測的方法常和肉眼觀察聯(lián)合使用。這些方法包括：
① 用錘子敲擊來判斷柱子或原木有無空洞或腐朽；
② 用刀子刮樹皮，檢查木材表面硬度，根據(jù)硬度的大小初步判斷腐朽程度；
③ 鉆取木芯來檢測木材內(nèi)部的腐朽；
④ 使用木材阻力測定儀（如阻抗圖波儀）測定木材內(nèi)部腐朽。
采用近似無損檢測方法可以幫助肉眼觀察獲得更多的信息，如用生長錐木芯可以判斷腐朽深度和大小。{nextpage}
目前我國古建筑維修和古樹保護中，主要采用肉眼觀察和用錘子敲擊來判斷木結(jié)構(gòu)部件有無空洞或腐朽，然后確定這些木構(gòu)件是否更換。
2.3 聲應力波[3-9]
聲應力波是的古建筑木結(jié)構(gòu)安全評價的無損檢測方法。聲應力波是通過沖擊或用給定的應力使其產(chǎn)生振動，但目前主要采用的是沖擊產(chǎn)生振動的方法。
聲應力波方法常采用測定聲傳播速度或測定振動波譜的方法來進行分析。
對木構(gòu)件常用測定聲速來計算木構(gòu)件的殘余動彈性模量，因為聲速測定簡便易行，其計算公式為：
E=DV2
其中E--是木材動彈性模量；D--木材密度； V--聲應力波速度
利用應力波測定殘余動彈性模量需要檢測木材密度，而密度測定必須在現(xiàn)場采樣，然后在實驗室進行測定。
當木材發(fā)生腐朽或蟲蛀時，垂直于木材紋理方向的傳播速度急速增加。一般地，當應力波傳播速度增加30%時，就意味著木材強度損失已達到50%；當應力波傳播速度增加50%時，就意味著木材遭到了嚴重損害；橫向（徑向或弦向）是探測腐朽的途徑。
1. 健康材應力波的傳播速度是進行無損檢測判斷分析木材是否腐朽以及縱向傳播速度的重要依據(jù)和參考，部分樹種的應力波傳播速度如表1所示。
還可以選擇測定聲應力波振動波譜的的方法，基本能克服檢測傳播速度帶來的缺點，這是因為：聲應力波波譜能提供被檢測材料所有的條件和特征，還可以從其波譜中選取多個變量，如能量、主頻率、頻率位移等，以及多個無損檢測參數(shù)可提供同破壞性質(zhì)相關的相關聯(lián)系；還可選擇與環(huán)境關系（溫度、水分、邊界條件）不大的變量進行檢測。
為此在進行應力波無損檢測時，選擇聲應力波振動波譜分析的應力波檢測儀，如果采用測定聲傳播速度檢測方法的儀器，應采用相應的方法彌補測定儀器帶來的不便。
2.4 超聲（應力）波[8-9]
超聲應力波同聲應力波方法基本相同，主要不同在于超聲波應用的頻率超過20kHz。
超聲波測定的原理分為穿透應力波系統(tǒng)和脈沖-反應系統(tǒng)兩種，現(xiàn)有設備也是按照這兩種原理設計生產(chǎn)制造的。穿透應力波系統(tǒng)是指超聲波沿被檢測木材的厚度方向傳播，而被檢測的木材的聲波特性就在另一邊被記錄下來；而脈沖-反應系統(tǒng)是指測定記錄被傳播到材料內(nèi)部表面的回聲波的特征，可以測定木材腐朽深度等。
3. 木材保護中常用的無損檢測儀器
木材保護中常用的無損檢測儀器有：含水率測定儀、木材阻抗測定儀、應力波測定儀、超聲波測定儀器等。其中含水率測定儀目前應用很多，這里不作介紹，而對其它的儀器作重點介紹。
3.1 木材阻抗測定儀-Resistograph（阻抗圖波儀）和SIBTEC microProbe[11]
木材阻抗測定儀的原理是采用一個直徑1毫米或稍大一點的小鉆針，在通電情況下，使用均勻速度加力使小鉆針穿入木材內(nèi)部，測定儀就采用攜帶的記錄紙或計算機磁盤記錄小鉆針根據(jù)木材密度分布不同而產(chǎn)生的阻力曲線，其中阻力大小和進入深度直接相關。根據(jù)阻抗曲線可以判斷木材內(nèi)部具體部位的早晚材密度、應力木、年輪密度以及空洞、腐朽等情況，為判斷木材內(nèi)部腐朽、蟲蛀、白蟻危害程度提供有效可靠的依據(jù)。{nextpage}
木材阻抗測定儀是一類近似無損檢測設備，主要用于木結(jié)構(gòu)、木橋、電線桿、地板和樹木等的腐朽與蟲蛀、白蟻危害、空洞、應力木等的探測，在美國、歐洲、日本和我國中國臺灣在古建筑木結(jié)構(gòu)維修前對木結(jié)構(gòu)安全評價常用的儀器為阻抗圖波儀（Resistograph），利用該設備可快速獲得對被檢測建筑木構(gòu)件、活立木或木材內(nèi)部缺陷結(jié)果，可以迅速確定是否更換被測木構(gòu)件。市場前景很好，但阻抗圖波儀價格不菲。
目前木材阻抗測定儀有由總部設在美國的德國Frank Rinn, IML公司生產(chǎn)的Resistograph和由英國Sibert Technology Limited公司生產(chǎn)的SIBTEC microProbe兩。其中Resistograph是1994年就開始生產(chǎn)的產(chǎn)品，其小鉆針直徑為1.5毫米-3毫米，鉆取深度可長達1.5米；而microProbe直徑為1.0毫米，鉆取深度可長達1.5米。
Resistograph種類較多，儀器型號有：IML-Resi F300S， IML-Resi F400S， IML-Resi F500S，IML-Resi F150SDUO多種系列產(chǎn)品，其中IML-Resi F400S 銷售，可用于柱材、梁和樹木的檢測；而IML-Resi F150S系列產(chǎn)品可以檢測白蟻危害。有關信息可訪問其公司：；而SIBTEC microProbe測定儀，產(chǎn)品價格比Resistograph產(chǎn)品便宜。目前生產(chǎn)的產(chǎn)品型號為Digital microProbe，有計算機接口，還帶有野外用的打印機。

3.2 應力波測定儀
應力波測定儀有很多種，如德國Frank Rinn, IML公司生產(chǎn)的電子錘（Electronic Hammer） 和ARBOTOM，美國生產(chǎn)的JAMES-V應力波測定儀、匈牙利的Fakopp,德國產(chǎn) PICUS sonic tomograph等產(chǎn)品。這些產(chǎn)品基本都是以測定應力波傳播時間為原理的儀器。
電子錘（Electronic Hammer） 和匈牙利產(chǎn)的Fakopp測定儀，可以用于木材和樹木的檢測；而德國產(chǎn)的PICUS sonic tomograph 和ARBOTOM是具有多通道的應力波測定儀，可以獲得樹木橫切面內(nèi)部的二維或三維圖像，如前者具有13個通道。這很容易從圖像中發(fā)現(xiàn)木材內(nèi)部健康與腐朽情況以及腐朽的程度大小，因而在古樹名木的健康監(jiān)測中應用廣泛。
目前中國臺灣使用超聲波或應力波無損檢測技術檢測古建筑木構(gòu)件強度與腐朽程度，進行古建筑維修前與維修后木構(gòu)件安全的評價。
3.3 超聲波測定儀
超聲波測定儀目前常見的有瑞士生產(chǎn)的SYLVATEST 和PUNDIT（Portable Ultrasonic Non-destructive Digital Indicating Tester），都可以對木材內(nèi)部腐朽進行檢測，也可以對活立木材質(zhì)進行評價。其中SYLVATEST 體積較小，便于野外使用。
3.4 Pilodyn
這是丹麥一個公司研制生產(chǎn)的原本專門用于進行電桿安全檢測的一種無損檢測儀器，目前已經(jīng)廣泛用于古建筑木結(jié)構(gòu)和古木保護的檢測中。
測定原理是以預先設定好的能量，將一個鋼釘射入到木材中，釘子射入的深度就是檢測的結(jié)果，這與木材密度密切相關。木材密度大，則射入深度淺，反之，射入深度大。通過測定木構(gòu)件表面硬度，確定木材表層一定深度是否產(chǎn)生缺陷或木材是否發(fā)生腐朽。我國目前也有在古建筑維修中應用該儀器的報道。缺陷是只能用于木材表面特性檢測。