«МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ТАМОЖЕННОГО КОНТРОЛЯ ПЛОТНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ ...»

В связи с тем, что с течением времени влажность и плотность древесины изменяются (древесина сохнет), в рамках эксперимента определялись оба параметра. Влажность древесины измерялась электровлагомером, являющимся средством измерения. Плотность древесины измерялась по формуле (3). Объём был определён согласно вышеописанной методике. Масса определялась при каждом измерении скорости звука при помощи сертифицированных весов МК-32.2-А (Рисунок 5). Таким образом, удалось зафиксировать изменение массы образцов во времени, и, соответственно, изменение плотности при постоянном объёме.

Сначала была произведена оценка применяемости метода свободных колебаний по результатам измерений ЧСК (Рисунок 6) и приведенной скорости распространения акустических волн Cl. При измерениях частота собственных колебаний составила 350…600 Гц.

Рисунок 6 – Измерение частот собственных колебаний бревна (береза) Затем производилась оценка применяемости низкочастотного импульсного метода определения скорости распространения ультразвуковых колебаний. Для измерения скорости звука необходимо знать две величины – время распространения звукового импульса и расстояние между датчиками. Время определялось прибором «Пульсар-1.2» (Рисунок 1), а расстояние измерялось стандартными средствами. Расстояние в случае определения скорости звука носит название базы измерений. База измерения также контролировалась от измерения к измерению, и отклонение её значения составляло не более 0,25% от среднего.

На образцах были выбраны 9 точек приложения датчиков по диаметру друг относительно друга вдоль ствола через равные отрезки 120 мм. Крайние точки приложения находились в 20 мм от торцов (Рисунок 7).

Места приложения датчиков предварительно были просверлены на глубину примерно 5 мм для исключения влияния древесной коры на показания прибора.

Затем были измерены расстояния между точками приложения датчиков в 9 местах вдоль каждой заготовки. Таким образом, для определения базы измерений была составлена сводная Таблица 2.1, в которую также вошли значения геометрических величин с рассчитанным значением объема каждого образца.

Таблица 2.1 – Геометрические параметры образцов Расстояние контрольной точки от верхнего торца, Скорость распространения ультразвуковых колебаний измерялась в радиальном направлении как наиболее информативном. Датчики прикладывались строго в одни и те же точки с (приблизительно) одинаковым усилием около 5-7 кг согласно инструкции по эксплуатации прибора (Рисунок 8).

Рисунок 8 – Измерение времени распространения ультразвуковых колебаний с Каждая база образца последовательно промерялась 5 раз. Перед началом очередной серии измерений образцы взвешивались, измерялась их влажность, затем проводилась серия измерений времени прохождения ультразвуковых импульсов в радиальном направлении.

Вычисление скорости звука, C м/с, производилось косвенным методом по формуле где B - база измерений, м (Таблица 2.1);

T - время прохождения ультразвукового импульса через образец, с.

Главной целью предварительной серии измерений было установить зависимость скорости звука в древесине от её плотности и влажности. Для наглядной оценки значений были построены графики изменения плотности образцов древесины (Рисунок 9) и скорости распространения ультразвука (Рисунок 10) с течением времени.

Рисунок 9 – График изменения плотности древесины различных пород во времени Рисунок 10 – График изменения средней скорости звука в центральной точке Как видно из графиков, с течением времени плотность древесины монотонно уменьшается, а скорость звука наоборот, увеличивается. Данное физическое явление исследовано и известно [89], графики в данном случае количественно описывают его.

Подводя итог предварительной оценки применяемости акустических методов при определении плотности древесины необходимо подчеркнуть, что в результате проведённой работы было установлено и подтверждено:

- скорость ультразвука в древесине связана с её плотностью;

- зависимость скорости ультразвука от плотности индивидуальна для 2.3 Планирование экспериментов с выбором оптимальных параметров и Повышение производительности труда как одного из аспектов человеческой деятельности немыслимо без применения математических методов и вычислительных средств. Дороговизна и сложность проведения современных экспериментов настоятельно требуют широкого практического применения методов планирования, оптимизации, моделирования процессов, обработки и анализа полученных результатов. Проведение исследований по отработанным технологиям позволяет существенно сократить расходы времени и средств [1, 4, 32, 80].

По итогам предварительной оценки применяемости акустических методов для определения плотности древесины были сформированы основные положения плана экспериментов. После установления последовательности проведения опытов, определения числа возможных значений независимых переменных, а также определения условий проведения экспериментов предстояло выбрать подходящее для этого оборудование. В соответствии с требованиями приборы должны выпускаться в России или, в виде исключения, за рубежом, но при условии, что они внесены в государственный реестр средств измерений РФ. Приборы должны быть просты в применении, а их точность должна соответствовать требуемой достоверности результатов.

Для реализации низкочастотного ультразвукового метода, как уже отмечалось, был выбран измеритель времени распространения ультразвука типа «Пульсар-1.2» по ИВРУ.410505 003 РЭ, ТУ 4676-158-32531012-02 (Таблица 2.2), регистрационный номер Госреестра СИ № 24690-06; № 52901-13.

Таблица 2.2 – Основные метрологические и технические характеристики прибора «Пульсар-1.2»

Диапазон измерений времени распространения ультразвуковых импульсов, мкс Дискретность измерений времени распространения ультразвуковых импульсов, мкс Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности измерения времени распространения ультразвуковых t-измеренное Для реализации метода свободных колебаний был выбран измеритель частот собственных колебаний типа "Звук-203М" по ТУ 4276-077-00224450-99 (Таблица 2.3), регистрационный номер Госреестра СИ №18928-99.

Таблица 2.3 – Основные метрологические и технические характеристики прибора «Звук-203М»

Диапазон определения приведенной скорости распространения акустических волн (Сl) Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения ЧСК и пересчета Сl, % в диапазоне частот: от 22 до 100 Гц свыше 100 Гц до 17,4 кГц Для измерений геометрических параметров экспериментальных образцов был выбран дальномер Leica Disto D3(bt) лазерного типа производства Австрии (Таблица 2.4), регистрационный номер Госреестра СИ № 38321-08; № 44938-10.

Таблица 2.4 – Основные метрологические и технические характеристики дальномера Leica Disto D Пределы допускаемой погрешности измерений:

Для оценки влажности образцов в соответствии с требованиями ГОСТ 1658891 [15] был выбран влагомер серии GMH 3850 резисторного типа производства Германии (Таблица 2.5), регистрационный номер Госреестра СИ № 35323-07; № 35323-12. Также была предусмотрена реализация оценки влажности образцов и в соответствии с ГОСТ 1723178 [16].

Таблица 2.5 – Основные метрологические и технические характеристики влагомера серии GMH 3850 при использовании датчиков игольчатого типа GSG 91 и GHE Диапазон измерения влажности (массовое отношение влаги), % от 7 до Предел допустимой абсолютной погрешности в диапазоне изменения влажности, % Для оценки массы образов были выбраны весы подвесные крановые ВСК – 300А по ГОСТ Р 53228 и техническим условиям ТУ 4274-001-50062845-2013 «Весы подвесные крановые ВСК. Технические условия» (Таблица 2.6), регистрационный номер Госреестра СИ № 23261-07; № 52832-13.

Таблица 2.6 – Основные метрологические и технические характеристики ВСКА Пределы допускаемой погрешности весов (mpe) при поверке, кг Анализ взаимосвязи скорости распространения ультразвуковых волн в древесине с её плотностью показал, что тенденция у всех исследованных в ходе предварительной оценки образцов одинаковая, однако, численные значения (диапазоны) у всех пород разные. Это позволяет говорить об индивидуальных особенностях структуры материала пород. В дальнейшем для определения плотности древесины косвенным методом с использованием значений скорости звука, необходимо будет установить поправочные коэффициенты, зависящие от породы древесины. По результатам исследований зависимости распределения плотности древесины путём анализа скорости звука в разных координатах образцов было установлено, что по длине образцов имеется неоднородность плотности.

Анализ данных показал, что скорость звука на торцах меньше скорости звука в центре образцов древесины, что необходимо учитывать при дальнейших экспериментах.

Поскольку основная цель исследований заключается в разработке методик определения плотности древесины в условиях её транспортировки, а именно неокоренных и окоренных лесоматериалов, уложенных в штабель, в том числе пиломатериалов (доска, брус), необходимо исследовать применимость выбранных акустических методов в этих условиях. Следовательно, оценить возможность контроля отдельных бревен без специальных перемещений для процедуры измерений, где обеспечен доступ к боковым брёвнам и/или доступ с одного (или двух) торцов штабеля.

ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО

УСТАНОВЛЕНИЮ КОРРЕЛЯЦИОННЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ МЕЖДУ

ПЛОТНОСТЬЮ ДРЕВЕСИНЫ РАЗЛИЧНЫХ ПОРОД И СКОРОСТЬЮ

РАСПРОСТРАНЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

3.1.1 Исследование физико-механических характеристик образцов лесо- и На первом этапе работы предстояло оценить реально возможное изменение контролируемых параметров по длине бревна, что возможно уточнить при выборе способа контроля и последующей отработке методик измерений с учетом ограничений в доступе к объекту контроля при складировании в штабель.

Целесообразно было оценить различие свойств и скорость их изменения в процессе естественной сушки при хранении или транспортировании для всех типов объектов контроля (неокоренных и окоренных брёвен, а также пиломатериалов - бруса) с целью оценки возможности их контроля с использованием однотипной схемы измерений. Таким образом, при выполнении исследований на натурных образцах следовало оценить возможность выполнения измерений различных параметров и использования их результатов при контроле как на единичном доступном объекте контроля, так и при их складировании в штабеле. Поэтому были сформулированы две основные группы задач:

– отработать методики измерений различных физико-механических и электрофизических характеристик, связанных со свойствами древесины, в т. ч. с интересующей плотностью ЛМ;

– установить наличие и оценить корреляционные зависимости между измеряемыми величинами и значением плотности, определенным по действующим в отрасли методикам измерений, а именно по результатам прямых измерений массы m и определения объема V геометрическим способом.

Контроль физико-механических свойств исходных образцов и образцов, использовавшихся для оценки влияния коры, с целю определения как абсолютных значений, так и характера изменения ряда параметров в процессе естественной сушки при хранении проводился с использованием различной стандартной аппаратуры и методик в соответствии с планом экспериментов.

Первые масштабные экспериментальные исследования проводились в 2009 – 2010 гг. на образцах древесины четырех пород (ель, сосна, береза, ольха). В исходном состоянии были взяты от 4 до 7 образцов свежеспиленных неокоренных бревен каждого вида древесины длиной порядка 5 и 6 м. На всех образцах на различных переделах определялись следующие характеристики:

– плотность;

– скорость распространения продольных ультразвуковых колебаний C в различных направлениях и различных областях образцов (прибор «Пульсар-1.2»);

– интегральные значения скорости акустических волн Cl по результатам измерений частот собственных изгибных и продольных колебаний (прибор «ЗвукМ»);

– влажность образцов с применением приборов, реализующих кондуктометрический метод контроля (прибор GMH 3850), а также в соответствии с ГОСТ 16483.7-71 [13] и с ГОСТ 16588-91 [15].

Результаты измерения размеров и массы для исходных образцов, а также результаты расчета плотности отражает Таблица 3.1.

Таблица 3.1 – Результаты измерения размеров, массы и определения плотности образцов древесины (данные от 21, 22 декабря 2009 г.) * - большая кривизна В 2011 году исследования продолжились на образцах десяти пород древесины (ель, сосна, береза, ольха, осина, пихта, кедр, бук, граб, дуб, ясень), представленных в исходном состоянии в виде неокоренных бревен длиной порядка 1,3 м из Сибири и с Юга. На образцах в исходном состоянии, аналогично с первоначальными исследованиями определялись масса, размеры, измерялись время распространения ультразвуковых колебаний с помощью прибора «Пульсар»

и частоты собственных колебаний с помощью прибора «Звук-203М» с последующим расчётом скорости распространения акустических волн. Далее из образцов отбирались по одному бревну для ускоренной искусственной сушки в окоренном состоянии, остальные проходили естественную сушку с периодическим измерением всех выше указанных характеристик. По окончании серии измерений при сушке окоренных бревен, из оставшихся неокоренными образцов по одной штуке вырезались образцы в виде досок (модель пиломатериалов), которые также проходили ускоренную искусственную сушку. Оставшиеся неокоренные бревна шести пород из Сибири и далее проходили естественную сушку.

При подготовке окоренных бревен проводилась оценка массовой доли коры в общей массе неокоренного образца для возможности корректировки массы (плотности) древесины неокоренных бревен, результаты которой частично градуировочных зависимостей.

Таблица 3.2 – Результаты определения массы неокорённых и окорённых образцов Тип древесины Для сушки окоренных бревен и досок образцы были укорочены до длины порядка 1,2 м. Полученные при этом обрезки - малогабаритные образцы были использованы для определения абсолютной и относительной влажности, а также плотности высушенных материалов.

В качестве справочных данных использовались значения плотности по данным таблицы «Коэффициент плотности древесины основных пород России в зависимости от влажности» [36, 79] для различных пород древесины. Характер зависимости плотности от влажности на примере образца породы «сосна»

иллюстрирует Рисунок 11.

Плотность, г/см 3.1.2 Исследование влияния плотности древесины на скорость Все образцы были размечены по длине бревна в соответствии со схемой расположения областей контроля прибором «Пульсар-1.2» и прибором измерения влажности для всех образцов, которую иллюстрирует Рисунок 12.

Рисунок 12 – Схема расположения областей контроля прибором «Пульсар-1.2»

Аналогичную схему для одного - двух образцов каждой породы древесины с дополнительными областями контроля для более тщательной оценки изменения свойств от торцов к середине бревна в процессе естественной сушки отображает Рисунок 13.

Рисунок 13 – Схема расположения областей контроля прибором «Пульсар-1.2»

для одного - двух образцов каждой породы древесины с дополнительными Как известно, значения C являются величиной локально-интегральной и могут служить оценкой анизотропии физико-механических свойств древесины в различных направлениях: по оси образца, т. е. вдоль волокон - C, а также перпендикулярно направлению волокон по диаметру ствола - C. Для оценки возможной неоднородности свойств образцов измерения проводились в нескольких областях бревен по их длине и в нескольких направлениях по диаметру в указанных плоскостях. При сквозном прозвучивании измерения проводились в двух взаимно перпендикулярных направлениях по диаметру (Рисунок 14) в каждой области по длине бревна (Рисунок 12 и Рисунок 13). Точки "1" – "4" на верхнем и нижнем торцах бревна определяют направление прозвучивания.

Рисунок 14 – Схема взаимно перпендикулярных направлений по диаметру Определение скорости распространения ультразвуковых колебаний C по результатам измерения времени распространения ультразвука с помощью прибора «Пульсар-1.2» выполнялось по одной из стандартных методик с расположением датчиков, учитывающим особенности и анизотропию объекта контроля (Рисунок 15).

Рисунок 15 – Расположение преобразователей прибора «Пульсар-1.2»

относительно объекта контроля при различных стандартных способах прозвучивания – а) сквозное; б) угловое; в) поверхностное.

При анализе неоднородности свойств образцов учитывалось наличие у некоторых из них дефектов типа трещин или сучков. Наличие таких дефектов может приводить к изменению скоростей C и Cl как в отдельных областях, так и по всему образцу в целом, что вносит дополнительные погрешности в результаты измерений.

Как уже отмечалось, в измерениях C и C, прибором «Пульсар-1.2» на исходных объектах контроля для исследования свойств на начальном и некоторых последующих этапах сушки, проводились измерения по всем трем схемам – Рисунок 15 – используя датчики с конусными насадками. При этом схема Рисунок 15а использовалась во всех областях по длине объектов контроля в двух взаимно перпендикулярных направлениях по диаметрам (D1 - D2 и d1 – d2); схема Рисунок 15в аналогично со схемой а; схема Рисунок 15б использовалась при измерениях на расстоянии 0,25 1,0 м от торцов объектов контроля с расположением датчиков на тех же диаметрах, что и в указанных схемах с расположением датчика по центру торца и по диаметру как иллюстрирует Рисунок 16 а, б.

Рисунок 16 – Расположение преобразователей прибора «Пульсар-1.2» при Также необходимо отметить, что на одном из образцов каждого вида древесины проводилась оценка влияния коры на скорость сушки и изменения свойств путем исследования образцов – свидетелей, поэтапно отбираемых от вершинной и комлевой частей брёвен и затем окорённых. Все измерения выполнялись по вышеуказанным схемам (Рисунок 15, Рисунок 16). Кроме того, на этих образцах проводились измерения C по схемам а, б и в (Рисунок 17) вдоль ствола, в нескольких точках по площади торца, например, в центре и на краях.

Рисунок 17 – Расположение преобразователей прибора «Пульсар-1.2» при Распределение по видам измерений, а также перечень отобранных и окорённых образцов для подробных измерений отражает Таблица 3.3.

Таблица 3.3 – Распределение образцов по видам измерений Порода В ходе экспериментальных исследований также была опробована методика измерений C для накопления статистических данных при контроле в различных областях (Рисунок 13) с использованием трех схем измерения, а именно схемы, которую иллюстрирует Рисунок 15а – определение скорости распространения ультразвука перпендикулярно направлению волокон по диаметру ствола C, м/с, по формуле где Dср – средний диаметр бревна, мм;

Ti – время распространения ультразвука, мкс.

А также схем, которые иллюстрирует Рисунок 16 а, б – определение скорости распространения ультразвука, Cугл ц и Cугл д, м/с, при угловом прозвучивании по формулам где Rт – радиус торца бревна, м;

Li – расстояние от торца, м;

где Dт – диаметр торца бревна, м.

Результаты измерений и расчета размеров на примере образца «сосна №6»

иллюстрирует Таблица 3.4. При этом средний диаметр, Dср, мм, рассчитывался по формуле где Lокр – длина окружности, мм.

Таблица 3.4 – Размеры в областях контроля (Рисунок 13) образца «сосна №6»

«Пульсар-1.2» по схеме Рисунок 15а и расчет C по формуле (18) в двух взаимно перпендикулярных направлениях по диаметру отражает Таблица 3.5 (обозначение диаметров в соответствии с точками иллюстрирует Рисунок 14).

Таблица 3.5 – Результаты измерений времени распространения ультразвука и результаты расчета C в образце «сосна №6»

прозвучивании прибором «Пульсар-1.2» по схеме Рисунок 16а отражает Таблица 3.6. При этом один преобразователь с концентрирующей насадкой размещался в центре торца "ц", а второй на линии в соответствии с обозначением, которое иллюстрирует Рисунок 14.

Таблица 3.6 – Результаты измерений времени распространения ультразвука при угловом прозвучивании от центра торца в образце «сосна №6»

Результаты расчета скорости распространения ультразвука, Сугл ц, по формуле (19) отражает Таблица 3.7.

Таблица 3.7 – Результаты расчета Сугл ц в образце «сосна №6»

Результаты измерений времени распространения ультразвука при угловом прозвучивании прибором «Пульсар-1.2» по схеме Рисунок 16б и расчёт Cугл д по формуле (20) отражает Таблица 3.8. При этом один преобразователь с концентрирующей насадкой размещался в одной из точек "1"-"4" окружности торца "д" (Рисунок 14), а второй на противоположной линии.

Таблица 3.8 – Результаты измерений времени распространения ультразвука и расчёт Cугл д в образце «сосна №6»

Таким образом в качестве контролируемых характеристик могут быть использованы величины C (перпендикулярно волокнам) и C (вдоль волокон), при этом наиболее чувствительна к изменению структуры величина C. Однако неоднородности лесоматериалов для достоверной оценки следует проводить усреднение при достаточно большом количестве измерений по длине и по окружности.

3.1.3 Исследование влияния плотности древесины на скорость При исследовании отдельно расположенных образцов (вне штабеля) их устанавливали на опорах или складировали без специальной установки на ровной жесткой поверхности (на поддонах, деревянном настиле и т.п.).

Схема расположения объектов контроля при измерении ЧСК продольных колебаний fпр иллюстрирует Рисунок 18 а, при измерении ЧСК изгибных колебаний fизг Рисунок 18 б.

Обозначение: 1- отдельно расположенный объект контроля, 2 – микрофон, 3 – специальные опоры шириной не более 100 мм и длиной не менее 100 мм (деревянные или покрытые слоем резины толщиной 100-120 мм), расположенные на расстоянии 0,25L от торцов, - стрелкой показано место и направление удара.

Рисунок 18 – Схема расположения объекта контроля при измерении ЧСК При измерениях продольных колебаний использовались только две нижние частоты fпр1 и fпр2, для которых значение коэффициента формы в формуле (12) определяется выражениями где L длина изделия, м.

Характер движения отдельных точек объектов контроля при продольных колебаниях на основной частоте fпр1 и второй гармонике fпр2 схематически иллюстрирует Рисунок 19 а, б.

Пунктиром и штрих-пунктиром показаны узловые линии данного типа колебаний (линии, на Рисунок 19 – Характер движения отдельных точек при продольных колебаниях Расчет Cl по результатам измерения ЧСК продольных колебаний длинных стержней, к которым можно отнести стволы дерева, с достаточной точностью производился по формулам Характер движения отдельных точек объектов контроля при изгибных колебаниях отражает Таблица 3.9.

Таблица 3.9 – Расположение узлов и пучностей шести низших составляющих спектра ЧСК изгибных колебаний длинного стержня Номер Формы изгибных колебаний и схема расположения расстояние от Указанное расположение опор создает предпочтительные условия для измерения частот с пучностью по середине длины, т.е. fизг1, fизг3, fизг5. Положение опор, рассчитанное для fизг1, соответствует также положению двух узлов fизг5, что и позволило произвести уверенное измерение ЧСК именно этого типа.

Для частоты основного тона изгибных колебаний стержней круглого сечения с двумя свободными концами формула (12) имеет вид Частоты последующих тонов могут быть рассчитаны по формуле Значения mi иллюстрирует Таблица 3.10.

Таблица 3.10 – Данные для расчета спектра изгибных частот собственных колебаний для стержней круглого сечения с двумя свободными концами Расчёт Cl (fизг5) при этом производился по формуле акустических волн Cl по значениям частот продольных и изгибных колебаний, измеренных с помощью прибора «Звук-203М» на каждом из объектов контроля, а также, как пример, на образцах ели и сосны, уложенных в штабель (Рисунок 20) отражает Таблица 3.11.

Таблица 3.11 – Результаты измерения ЧСК и определения Cl образцов древесины Рисунок 20 – Расположение бревен в экспериментальном штабеле Из представленных результатов (Таблица 3.11) следует, что при установке объекта контроля на опоры, заданные для оптимального возбуждения fизг1, т.е. 1, м от торцов, достаточно уверенно измерены частоты fпр1 и fпр2, что подтверждается полученными значениями отношения fпр2/fпр1 1,95–2,05 (исключая ольху № 1 и № 4 с плохой формой ствола и ель с отношением 1,89). Также удалось уверенно измерить fпр2 для образцов ели и сосны, уложенных в штабель, что подтверждается отношением fпр2 штаб / fпр1одиночн = 1,96 – 2,08.

При установке отдельно расположенных объектов контроля устойчиво измерена fизг5. В штабеле измерения fизгi провести не удалось.

Значения Сl(fпр2) и Сl(fизг5) отличаются как в связи с имеющимися случайными ошибками в измерениях размеров, так и в связи с различным характером колебаний. Соотношение этих значений колебалось в диапазоне:

Сl(fизг5) / Сl(fпр2) = 0,76 – 0,84 (ель);

Сl(fизг5) / Сl(fпр2) = 0,78 – 0,90 (сосна);

Сl(fизг5) / Сl(fпр2) = 0,69 – 0,78 (береза, ольха).

Полученные значения соотношения Сl(fизг5) / Сl(fпр2) подтверждают предположение, о том, что ЧСК изгибных колебаний больше зависят от свойств в радиальном направлении, а ЧСК продольных колебаний - от свойств древесины вдоль ствола.

С целью оценки влияния на исследуемый метод отрицательных температур в ходе экспериментальных исследований измерялись ЧСК в условиях хранения в помещении при колебаниях температуры в пределах от минус 20 С до минус 6 С, результаты которых частично иллюстрирует Таблица 3.12. Также в таблицу вошли сравнительные результаты измерений с разных торцов разными приборами, реализующими метод свободных колебаний «Звук-203М» и «ИЧСК-1.0». Из представленных данных видно, что максимальный разброс показаний приборов при всех выполненных измерениях не превышает величины 1,6 %, а в среднем не более 1,0%.

Таблица 3.12 – Результаты измерений ЧСК типа fпр прибором «Звук-203М» при доступе с двух торцов и прибором «ИЧСК» (порода древесины – сосна) от 04.02.2010, - 6 С бревна торцах, Гц fпр1тор.2 / торцах, Гц fпр2 тор.2/ fпр2 пред. fпр2 тор.1/ Звук-203М Определение плотности древесины с применением низкочастотного 3.2. По итогам исследований зависимости «плотность древесины – скорость распространения ультразвуковых колебаний» были запатентованы способ и прозвучиванием (Приложение В) [60]. Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к ультразвуковым способам и устройствам измерения плотности древесины и может найти применение в отраслях промышленности, связанных с добычей, транспортировкой и переработкой лесоматериалов и пиломатериалов.

Способ определения плотности древесины отличается от ранее изобретённых тем, что продольно-поперечное ультразвуковое прозвучивание осуществляется с учетом времени прохождения ультразвуковых колебаний через подлежащий измерению образец древесины и его протяженности, с последующим определением скорости распространения ультразвуковых колебаний и определением плотности древесины по предварительно полученным коэффициентам, определяющим зависимость плотности от скорости распространения ультразвуковых колебаний в конкретной породе древесины с учетом ее влажности [83].

Устройство определения плотности древесины, содержащее измеряемый образец древесины, излучатель, а также последовательно соединенные приемник, блок преобразователя, вычислительный блок и средство измерения для определения протяженности измеряемого объекта между излучателем и приемником, отличается тем, что излучатель и приемник выполнены в виде ультразвуковых датчиков, оснащенных заостренными наконечниками, закрепленными в торцевой части датчиков, а средство измерения выполнено в виде угольника, образованного жестко скрепленными между собой планками, расположенными перпендикулярно относительно друг друга. При этом излучатель жестко закреплен на продольной планке угольника с учетом постоянной базовой продольной длины измеряемого образца древесины, а приемник установлен на поперечной планке угольника с возможностью перемещения по ней с учетом переменной величины торцевой части подлежащего измерению образца древесины.

При определении значений плотности древесины вначале производятся измерения относительной влажности образцов древесины электровлагомером по ГОСТ 16588-91 [15]. Затем при помощи графиков зависимости «Wабс- Wотн» по 3.3. [48] определяется значение абсолютной влажности Wабс. Затем измеряется скорость распространения УЗК в лесоматериалах или пиломатериалах с использованием схемы углового (продольно-поперечного) прозвучивания (в условиях складирования и транспортирования. Контроль лесоматериалов производится с использованием специальных насадок (концентраторов) на преобразователях, пиломатериалы могут контролироваться как с применением насадок, так и без них.

углублением насадок в древесину на 1-3 мм в соответствии со схемой которую иллюстрирует Рисунок 21. Максимальная постоянная база (KL = 50 см) расположена вдоль волокон древесины от торца контролируемого образца.

Минимальная база (KD = 8 см) выставляется на торцевой поверхности в зависимости от вида материала по направлению диаметра бревна или ширины пиломатериалов. Преобразователи должны быть ориентированы перпендикулярно поверхности контролируемого образца.

Рисунок 21 – Схема расположения преобразователей при продольно-поперечном Размещение преобразователей может фиксироваться с использованием специальных приспособлений. Преобразователи прибора «Пульсар» для измерений устанавливаются в места крепления приспособления жестко и не подлежат перемещению. Пример такого приспособления иллюстрирует Рисунок 22.

Рисунок 22 – Приспособление для продольно-поперечного прозвучивания Длина базы между преобразователями Li для расчета скорости УЗК определяется как гипотенуза прямоугольного треугольника с катетами KL и KD по результатам измерения расстояния между преобразователями. Расчет скорости УЗК производится по результатам измерения времени и длины базы измерений.

После получения устойчивых показаний прибора производится отсчет времени распространения УЗК и повторяются измерения времени (скорости УЗК) в выбранной области контроля 2-3 раза. Показания при последовательных измерениях не должны отличаться на значение, превышающее 3 мкс при измерении времени распространения УЗК или 50 м/с при измерении C (контроль сходимости результатов измерений). Область контроля меняется путем изменения расположения преобразователей поворотом относительно центра торца примерно на 90°. За результат измерения скорости УЗК принимается среднее значение.

Для получения нормированного значения скорости УЗК (C) вводится поправочный коэффициент Kп, зависящий от величины размера KD.

Значение C рассчитывается по формуле где Сугл.изм – значение скорости УЗК;

Кп – коэффициент, учитывающий анизотропию свойств в продольном и радиальном направлении (C / C), зависящий от соотношения KD/KL.

Значения Кп экспериментально устанавливаются для конкретных пород древесины. После получения нормированного значения скорости УЗК определяется значение плотности образца по результатам измерения скорости УЗК при помощи градуировочной зависимости « – C» для соответствующей породы древесины с учетом результатов измерения влажности (Таблица 3.16).

Определение плотности древесины с применением низкочастотного 3.2. По итогам исследования зависимости «плотность древесины – скорость распространения акустических волн» был разработан метод определения плотности древесины по результатам измерений частот собственных колебаний.

Метод основывается на наличии корреляционной связи между плотностью древесины и приведенной скоростью распространения акустических волн Сl (определение Сl по ГОСТ Р 52710-2007). Определение значения плотности древесины производится при помощи градуировочной зависимости « – Сl» по результатам измерения ЧСК и расчета скорости Сl для соответствующей породы древесины с учетом результатов измерения влажности (Таблица 3.21).

Измерения производят на образцах без видимых глазом дефектов. Отбор образцов лесоматериалов из неразобранного штабеля производится произвольно исходя из удобства доступа для выполнения измерений или поштучно при раскатывании штабеля. Отбор образцов бруса и досок производится произвольно, поштучно из штабеля. При измерениях отдельно расположенных образцов (вне штабеля) их устанавливают на опорах (Рисунок 18), или складируют без специальной установки на ровной жесткой поверхности (на поддонах, деревянном настиле и т.п.). Далее измеряются длины образцов и определяется их относительная влажность по ГОСТ 16588-91 [15] с последующим установлением значений абсолютной влажности Wабс при помощи графиков зависимости [48].

Затем определяется скорость распространения акустических волн Сl с помощью прибора «Звук-203М», для чего в режиме ввода исходных данных устанавливаются время задержки перед измерением – 5 мс и номер поддиапазона в зависимости от измеренной длины контролируемого образца. Исходные данные отражает Таблица 3.13.

Таблица 3.13 – Исходные данные для измерений ЧСК и/или Сl лесо- и пиломатериалов Затем необходимо перевести прибор в режим измерения, поднести микрофон к торцовой поверхности образца на расстояние порядка 10 мм и не касаясь ее, в области (Рисунок 18), произвести измерение скорости Сl (частоты типа fпр1 или fпр2), для чего нанести ударником (молоток весом не менее 0,5 кг) удар в центре торцовой грани бревна (образца пиломатериала) в направлении, перпендикулярном поверхности (Рисунок 23), и зафиксировать показание прибора. Допускается наносить удар и производить прием колебаний микрофоном как с одной, так и с противоположной стороны (торца). Далее необходимо повторить удар.

Рисунок 23 – Измерение ЧСК бревна прибором «Звук-203М»

Показания при двух последовательных ударах должны отличаться на значения, не превышающие в режиме индикации скорости Сl ± 50 м/с (контроль сходимости результатов измерений). При этом реальное время (число импульсов) измерения в процентах от заданного должно быть не менее 80 % (контроль достоверности результатов измерений). В случае выполнения условий, за результат измерения принимается величина отсчета (наблюдения) по прибору, полученная при втором ударе. Если различия превышают указанные значения, или реальное время (число импульсов) измерения в процентах от заданного менее 80 %, необходимо изменить номер поддиапазона и повторить операции. При повторном получении различий, превышающих указанные, необходимо проверить контролируемый образец на наличие дефектов, например, трещин, гнили и т.д., а также произвести автотестирование прибора путем его выключения и повторного включения.

Частотный коэффициент формы Fi в зависимости от размера (длины) и рабочего вида колебаний рассчитывается по формулам (22) и (23). Следовательно, определение приведенной скорости распространения акустических волн Сl с учетом формы, геометрических размеров изделия и выбранного рабочего типа колебаний производится путем расчета по формулам (24) и (25). Далее производится запись результатов измерений в протокол (память прибора) и определяется значение плотности образца при помощи градуировочной зависимости « – Сl». Корреляционная связь (градуировочная зависимость) « – Сl»

устанавливается предварительно, на основании экспериментальных данных для каждого вида древесины в определенном диапазоне значений массовой доли влаги.

Результаты определения плотности всех образцов из выборки, усредняются и присваиваются всей представленной партии при условии, если размах полученных на выборке значений плотности не превышает 20 % (контроль однородности партий). В случае превышения указанного размаха принимается решение либо о неоднородности партии, либо о необходимости повторных измерений с увеличением выборки [85].

3.3 Построение градуировочных зависимостей «скорость-плотность» для В результате обработки и корреляционного анализа статистических данных по определению плотности и акустических характеристик образцов древесины построены уравнения регрессии «Плотность – Скорость» (« – C» и « – Cl») для двух интервалов характеристик, соответствующих характеру изменения плотности в зависимости от влажности. Рассчитаны коэффициенты корреляции, произведена оценка значимости уравнений регрессии в целом, а также отдельных параметров регрессии и коэффициента корреляции с помощью F-критерия Фишера и tкритерия Стьюдента [11]. Обработка выполнялась в программе Excel в пакете «Анализ данных». Для всех зависимостей установлены доверительные границы суммарной погрешности результатов измерений. Построенные градуировочные зависимости, представляют собой кусочно-линейные зависимости. Кусочный характер связан с различным характером изменения свойств древесины в процессе хранения и сушки и условно соответствует сырой древесине (лесоматериалы), имеющей влажность от 100 до 30%, и высушенной древесине (пиломатериалы) с влажностью менее 30%.

Общий вид уравнения регрессии для определенного интервала влажности древесины Проверка показателей точности При проверке соответствия показателей точности результатов измерений и способов обеспечения достоверности измерений показатели точности [23, 30] определения плотности оценивались, как доверительные границы суммарной погрешности результатов измерений [50, 51] по РМГ 29-99 [74] и вычислялись по формуле = 1,1 2 - неисключенная систематическая погрешность результата измерений при (Р = 0,95);

= 2 - средняя квадратическая погрешность суммы неисключенных систематических погрешностей при равномерном распределении;

i – границы неисключенной систематической погрешности определения массы, длины, объема, скорости звука, сходимости и воспроизводимости;

уi – результат i-ого наблюдения (единичное измерение);

уср – среднее арифметическое значение результатов единичных измерений;

n –число единичных измерений.

Принимается, что:

- результаты единичных наблюдений плотности и скорости звука подчиняются нормальному закону распределения;

- для определения доверительных границ погрешности результатов принята доверительная вероятность Р = 0,95.

Доверительные границы случайной погрешности результата измерений вычисляются как t(Р,n)Sср, где t (Р,n) - коэффициент Стьюдента для числа степеней свободы (n-1) и доверительной вероятности Р (из таблицы распределения Стьюдента [11]). В нашем случае была принята вероятность Р=0,95, число измерений n=10, t = 2,262.

Показатели точности определяются на основании серии результатов измерений при условиях:

- одним методом в одинаковых (неизменных) условиях – одно время, один оператор, по одному экземпляру использованных средств измерений, на одном и том же образце объекта исследований (сходимость);

- одним методом, в разных условиях - разное время, разные операторы, разные экземпляры используемых средств измерений, на одном образце объекта исследований (воспроизводимость).

Пример установленных уравнений регрессии иллюстрируют Таблица 3.16 и Таблица 3.21, где результат измерений плотности в виде абсолютного отклонения записывается как где - ширина доверительного интервала для уравнения регрессии (Таблица 3. и Таблица 3.21).

Относительные границы интервала, в котором с вероятностью 0,95 находится погрешность определения плотности рассчитывались по формуле Примечание: С учетом того, что ширина доверительного интервала для данного уравнения регрессии является постоянной величиной, а значение изменяется в среднем в 1,5 раза относительные границы интервала оказываются переменными.

Результаты измерений низкочастотным ультразвуковым методом Для наглядности следует частично представить результаты измерений, полученные методом сквозного прозвучивания, например, для дуба, которые отражают Таблица 3.14 и Таблица 3.15.

Таблица 3.14 – Результаты измерения образцов дуба Малогабаритные образцы, Таблица 3.15 – Зависимость « – C» для дуба Номер п/п Так, например, для определения плотности дуба по результатам измерения C методом сквозного прозвучивания получены следующие зависимости:

1) для бревен неокоренных, окоренных и пиломатериалов в диапазоне плотности от 1000 до 820 кг/м3 при влажности Wабс от 70 до 40 % (соответственно Wотн от 43 до 28 %) Доверительные границы суммарной погрешности результатов измерений определения плотности для Р=0,95 определяются по формуле (31).

Неисключенная систематическая погрешность результата измерений при (Р = 0,95) с учетом того, что воспроизводимость (близость результатов измерений, полученных разными средствами и разными операторами) в одних и тех же условиях измерения на одном объекте не превышает 0,02% определяется по формуле систематических погрешностей при равномерном распределении с учетом того, что воспроизводимость не превышает 0,02% определяется по формуле Интервал для среднеквадратического значения случайной составляющей погрешности Sср с учетом того, что воспроизводимость не превышает 0,02% определяется по формуле где дов – ширина доверительного интервала для уравнения регрессии " – C" (дов = 80 кг/м3).

Таким образом, Sср/S 2,6 и, соответственно, доверительные границы суммарной погрешности результатов измерений определения плотности всегда доверительного интервала уравнения регрессии = ± 80 кг/м3, что составляет / = 8,0% при Wабс = 70 % и / = 9,8 % при Wабс = 40 %.

Аналогичные расчеты произведены для каждой исследуемой породы древесины. Градуировочные зависимости « – C» установленные для исследованных пород древесины отражает Таблица 3.16. При этом C вычисляется по формуле (29) в соответствии со значением Кп из таблицы, установленным для соотношения KD = 80 мм и KL = 500 мм.

Таблица 3.16 – Уравнения для расчёта плотности лесо- и пиломатериалов по значениям C Порода Интервал плотности - брёвна с Продолжение Таблицы 3. Порода Интервал плотности - брёвна с древесины Wабс,% корой и без коры, Продолжение Таблицы 3. Результаты измерений низкочастотным акустическим методом В свою очередь результаты измерений ЧСК методом свободных колебаний, на примере образцов породы сосна отражают Таблица 3.17, Таблица 3.18, Таблица 3.19, Таблица 3.20.

Таблица 3.17 – Результаты измерений образцов (бревно неокоренное) сосны образца Номер Продолжение Таблицы 3. Номер Таблица 3.18 – Результаты измерений образцов (бревно окоренное) сосны Таблица 3.19 – Результаты измерений (доска) сосны Таблица 3.20 – Зависимость « – Cl» для сосны Номер п/п Таким образом, для определения плотности сосны по результатам измерения ЧСК методом свободных колебаний получены следующие зависимости:

1) для бревен окоренных, неокоренных и пиломатериалов в диапазоне плотности от 760 до 550 кг/м3 при влажности Wабс от 80 до 30 % (соответственно Wотн от 45 до 25 %) Доверительные границы суммарной погрешности результатов измерений определения плотности для Р=0,95 определяются по формуле (31), аналогично с вышеизложенным.

где дов - ширина доверительного интервала для уравнения регрессии " – Cl" (дов = 45 кг/м3).

Таким образом, Sср/S 4,5 и, соответственно, доверительные границы суммарной погрешности результатов измерений определения плотности всегда определяются случайной составляющей погрешности, то есть шириной доверительного интервала уравнения регрессии = ± 45 кг/м3, что составляет /=5,9 % при Wабс=80 % и /=8,2 % при Wабс=30 %.

2) для пиломатериалов с плотностью от 550 до 450 кг/м3 при влажности Wабс от 30 до 5 % (соответственно Wотн от 27 до 5 %) Доверительные границы погрешности для Р=0,95 = ± 20 кг/м3, что составляет /=3,6 % при Wабс=30 % и /=4,4 % при Wабс=5 % [87].

Аналогичные расчеты произведены для каждой исследуемой породы исследованных пород древесины отражает Таблица 3.21. При этом Cl вычисляется с учетом формы, геометрических размеров изделия и выбранного рабочего типа колебаний путем расчета по формулам (24) и (25).

Таблица 3.21 – Уравнения для расчёта плотности лесо- и пиломатериалов по значениям Cl Порода Интервал древесины Wабс,% Береза Продолжение Таблицы 3. Порода Интервал древесины Wабс,% Кедр Продолжение Таблицы 3. Порода Интервал древесины Wабс,% Осина Продолжение Таблицы 3. Порода Интервал древесины Wабс,% Граб Продолжение Таблицы 3. Результаты анализа значений влажности исследуемых образцов По результатам анализа значений влажности, полученных по ГОСТ 16588- [15] электровлагомерами и сушильно-весовым методом были установлены зависимости между абсолютной и относительной влажностью для различных пород древесины, которые иллюстрирует Таблица 3.22.

Таблица 3.22 – Зависимости между абсолютной и относительной влажностью для различных пород древесины Зависимость «Wотн – Wабс» для исследованных пород древесины Wабс, % Продолжение Таблицы 3. Зависимость «Wотн – Wабс» для исследованных пород древесины Wабс, % Wабс, % Wабс, % Продолжение Таблицы 3. Зависимость «Wотн – Wабс» для исследованных пород древесины Wабс, % применением низкочастотного ультразвукового метода По итогам экспериментальных исследований в результате оценки и оптимизации произведенных мероприятий был предложен порядок установления градуировочных зависимостей между плотностью древесины и скоростью ультразвуковых колебаний для различных пород древесины, а также порядок определения поправочных коэффициентов при измерении Cугл.

Таким образом, при необходимости установить градуировочную зависимость «плотность – скорость» с применением низкочастотного ультразвукового метода для различных пород древесины или при уточнении представленных зависимостей рекомендуется придерживаться следующего порядка действий. Из партии лесоматериалов одной породы древесины необходимо отобрать от одного до пяти образцов и произвести измерения их массы, размеров (длина, диаметр), рассчитать плотность и измерить скорость УЗК с использованием схемы углового прозвучивания в соответствии с п. 3.2.1. Если образцы – неокоренные бревна, то, вначале, следует произвести измерения на неокоренных образцах, а затем, после снятия коры, на этих же окоренных образцах.

После этого образцы необходимо распилить на чураки длиной 0,5 м и выбрать из полученных образцов равное количество представителей, отрезанных со стороны комля, вершины и из середины ствола (общее количество от трех до пятнадцати образцов). Их маркировку следует осуществлять с учетом положения по высоте ствола.

Далее необходимо произвести измерения массы, размеров (длина, диаметр) и расчёт плотности, а также измерить скорость УЗК с использованием схемы углового прозвучивания в соответствии с п. 3.2.1 для каждого промаркированного чурака. Измерение скорости УЗК осуществляется, например, с помощью прибора «Пульсар» по стандартным методикам в соответствии со следующими схемами расположения областей контроля:

C – в пяти точках по торцу – одна в центре, четыре равномерно по плоскости торца (Рисунок 24).

Рисунок 24 – Схема расположения областей контроля по торцу – в двух взаимно перпендикулярных направлениях "1-3" и "2-4" направлениях по методике, изложенной в 3.2.1, с перемещением датчика, перпендикулярного к торцу, по диаметру с шагом 20 мм (Рисунок 25).

Рисунок 25 – Схема расположения датчиков при угловом прозвучивании По завершении измерений из чураков изготавливаются образцы в виде доски толщиной 30-40 мм с шириной максимального вписанного прямоугольника, которые необходимо измерить по аналогии с чураками. При этом измерение скорости УЗК для каждой доски производится по схеме – Рисунок 25. По результатам измерений необходимо рассчитать поправочные коэффициенты Кп из формулы (29).

Далее необходимо произвести естественную сушку всех образцов с поэтапным выполнением всех измерений (массы, размеров и скоростей распространения УЗК) до высушивания образцов. Последний этап сушки – это сушка до постоянной массы в сушильном шкафу, чтобы получить значения характеристик абсолютно сухой древесины. Режим сушки – выдержка при температуре (102 ±3) C в течение 4-5 часов, подъем температуры плавно в течение 30-60 минут. По результатам измерения массы абсолютно сухой древесины рассчитывается влажность образцов на всех этапах сушки.

После получения всех значений необходимо произвести совместную обработку полученных результатов измерения C, Cугл и плотности во всем диапазоне влажности с целью установления и оценки корреляционной зависимости для этого необходимо:

- установить уравнения регрессии " - C" для образцов всех типов (бревно, чурак, доска или брусок) и для интервалов характеристик, соответствующих характеру изменения плотности в зависимости от влажности;

- рассчитать коэффициенты корреляции, произвести оценку значимости уравнений регрессии в целом и отдельных параметров регрессии, а также коэффициента корреляции с помощью F-критерия Фишера и t-критерия Стьюдента;

- установить относительные границы доверительного интервала для уравнения регрессии при доверительной вероятности 0,95.

относительных границ доверительного интервала определения плотности не превышает 10%, а полученные градуировочные зависимости в координатах " - C " представить в графическом виде для данной породы древесины, диапазона влажности, состояния образца. Обработка может быть выполнена в программе Excel коэффициентов Кп для некоторых пород древесины при использовании углового прозвучивания отражает Приложение Б.

Порядок установления градуировочных зависимостей с применением низкочастотного акустического метода свободных колебаний При необходимости установить градуировочную зависимость «плотность – скорость» с применением акустического метода свободных колебаний для различных пород древесины или при уточнении представленных зависимостей рекомендуется придерживаться следующего порядка действий.

Сначала из партии лесоматериалов одной породы древесины необходимо отобрать от одного до пяти образцов. Произвести измерения массы, размеров (длина, диаметр), расчет плотности и измерение ЧСК типа fпр1 по 3.2.2. Если образцы – неокоренные бревна, то произвести измерения на неокоренных, далее – после снятия коры на этих же окоренных образцах.

Распилить образцы на чураки длиной 0,7 - 1,0 м выбирать из полученных образцов (чураков) равное количество представителей, отрезанных со стороны комля, вершины и из середины ствола. (Общее количество от трех до пятнадцати образцов). Промаркировать их с учетом положения по высоте ствола. Произвести измерения массы, размеров (длина, диаметр), расчет плотности каждого образца и измерение ЧСК типа fпр1 по 3.2.2.

Затем вырезать из чураков образцы в виде бруса с максимальным размером вписанной стороны квадрата. Произвести измерения массы, размеров (длина, поперечные размеры), расчет плотности каждого бруса и измерение ЧСК типа fпр по 3.2.2.

Разрезать образцы (брус) на бруски с поперечным сечением порядка 20 х мм и дополнительно промаркировать их с учетом положения относительно центра среза. На всех образцах произвести измерения массы, размеров и расчет плотности, измерение ЧСК типа fпр1 по следующей методике измерений частот собственных колебаний брусков:

а) При выполнении измерений ЧСК в режиме ввода исходных данных устанавливают параметры измерения:

- время измерения – 10 мс;

- время задержки перед измерением - 5 мс;

- поддиапазон 6-7.

Примечание – Режимы измерения могут быть изменены для получения наиболее надежных измерений ЧСК.

б) Устанавливают для режима измерений индикацию частоты, Гц.

в) Переводят прибор в режим измерения.

г) Устанавливают контролируемый брусок на опоры или подкладку из поролона согласно схеме, которую иллюстрирует Рисунок 26.

3 - опора из поролона шириной и длиной не более 50 мм, толщиной не менее 15-20 мм, расположена на расстоянии 0, 5 L от торцов (а);

Рисунок 26 – Схема расположения образца при измерении ЧСК (а, б) д) Подносят микрофон к торцовой поверхности бруска на расстояние порядка 10 мм и, не касаясь ее, в области, указанной на схеме (Рисунок 26) производят измерение частоты типа fпр1, для чего выполняют следующие операции:

- наносят молотком (вес 50-100 г) удар в центре торцовой грани бруска в направлении, перпендикулярном поверхности, и фиксируют показание прибора.

- затем повторяют удар и фиксируют показания прибора, при этом показания после двух последовательных ударов должны отличаться на значения, не превышающие в режиме индикации частоты ± 10 Гц, а реальное время (число импульсов) измерения в процентах от заданного должно быть не менее 80%.

- за результат измерения принимают величину отсчета (наблюдения) по прибору, полученную при втором ударе в случае, если различия между показаниями не превышают ± 10 Гц. Если различия превышают указанные значения, или реальное время (число импульсов) измерения в процентах от заданного менее 80%, необходимо изменить номер поддиапазона и повторить операции. В случае повторного получения различий, превышающих указанные, необходимо проверить изделие на наличие дефектов.

е) Производят запись результата измерения ЧСК и расчет Cl по формуле (24).

После измерений и записи результатов ЧСК проводят естественную сушку всех образцов с поэтапным выполнением всех измерений (массы, размеров и ЧСК) до высушивания образцов. Последний этап сушки - сушка до постоянной массы в сушильном шкафу. Режим сушки – выдержка при температуре (102 ±3) C в течение 4-5 часов, подъем температуры плавно в течение 30-60 минут. На этом этапе получают значения характеристик абсолютно сухой древесины.

По результатам измерения массы абсолютно сухой древесины производят расчет влажности на всех этапах сушки.

В заключение производят совместную обработку полученных результатов измерения Cl и плотности во всем диапазоне влажности с целью установления и оценки корреляционной зависимости, для чего:

- устанавливают уравнения регрессии " – Cl" для образцов всех типов (бревно, чурак, брус, брусок) и интервалов характеристик, соответствующих характеру изменения плотности в зависимости от влажности;

- рассчитывают коэффициенты корреляции, производят оценку значимости уравнений регрессии в целом и отдельных параметров регрессии, а также коэффициента корреляции с помощью F-критерия Фишера и t-критерия Стьюдента;

- устанавливают относительные границы доверительного интервала для уравнения регрессии при доверительной вероятности 0,95.

Проверяют, что значение относительных границ доверительного интервала определения плотности не превышает 10% и полученные градуировочные зависимости в координатах " – Cl" представляют в графическом виде для данной породы древесины, диапазона влажности, состояния образца. Обработка может быть выполнена в программе Excel в пакете «Анализ данных»

На основании результатов анализа экспериментальных данных по определению плотности и акустических характеристик образцов древесины с применением низкочастотных акустических методов можно заключить, что предпочтительным является выбор контроля методом свободных колебаний с применением измерителей частот собственных колебаний типа «Звук-203М» или «ИЧСК». При измерениях ЧСК методом свободных колебаний обеспечивается интегральная, по всему объему, оценка свойств при минимальном количестве измерений и времени контроля, а также без специальных приспособлений для реализации измерений. В качестве измеряемых частот могут быть выбраны частоты собственных продольных колебаний первой и второй гармоник (fпр1 и/или fпр2) с последующим определением (расчетом) значений приведенной скорости распространения акустических волн Cl. Измерения могут проводиться как на одиночных образцах ЛМ, так и при складировании в штабеле, преимущественно на ЛМ, расположенных в верхних рядах. При этом представляется возможным устанавливать и уточнять зависимости «Cl (fпр1,2) ~ » для различных пород древесины по мере накопления статистических данных.

В случае необходимости дополнительного определения плотности древесины может быть использован импульсный метод определения скорости распространения ультразвуковых колебаний по результатам измерения времени их прохождения в ЛМ с реализацией схемы угловых измерений Сугл, в том числе с использованием специальных приспособлений для позиционирования датчиков на объекте контроля. Для реализации измерений может быть рекомендован измеритель времени и скорости распространения ультразвука «Пульсар».

Измеряемая величина является локально-интегральной характеристикой объема, расположенного между преобразователями, поэтому для получения достоверной оценки свойств всего образца рекомендуется выполнение нескольких измерений с последующим усреднением результатов. Измерения могут проводиться как на отдельно расположенных образцах, так и при их складировании на доступных ЛМ и брусе. С помощью этого метода возможно производить локально-интегральную оценку равномерности распределения свойств по образцам, а также степени анизотропии свойств, что с учетом специфики контролируемого материала может нести дополнительную информацию о стабильности свойств и качестве лесоматериалов.

ГЛАВА 4 АТТЕСТАЦИЯ МЕТОДИК И РАЗРАБОТКА ПРИКЛАДНЫХ

ПРОГРАММ

4.1 Разработка и аттестация методик определения плотности различных пород древесины с использованием акустических методов контроля По завершении первой серии исследований в 2010 году, на основе полученных данных были разработаны и аттестованы в соответствии с ГОСТ Р 8.563-2009 «Методики (методы) измерений» [22] две методики измерений по определению плотности ЛМ низкочастотными акустическими методами. В дальнейшем, по завершении второй серии исследований в 2012 году методики были дополнены, переаттестованы и выпущены с изменением №1. По состоянию на 2014 год актуальными являются методика измерений «Лесо- и пиломатериалы.

Методика определения плотности с применением низкочастотного акустического метода свободных колебаний» [48] и методика измерений «Лесо- и пиломатериалы.

Методика определения плотности с применением низкочастотного ультразвукового метода» [49] Методики предназначены для определения плотности ЛМ лиственных и хвойных пород древесины в процессе их складирования и транспортировки. К объектам измерений относятся круглые лесоматериалы (бревна, окоренные и неокоренные), а также пиломатериалы (брус и доска) длиной до 12 м с размерами и характеристиками по нормативной документации, утвержденной в установленном порядке, в т.ч. с массовой долей влаги от 5 до 100 % и плотностью от 550 до 1130 кг/м3. Определение плотности производится с применением низкочастотного ультразвукового метода и акустического низкочастотного метода свободных колебаний [82].

Аттестованные методики обеспечены градуировочными зависимостями (Таблица 3.16, Таблица 3.21) и распространяются на породы древесины с соответствующими диапазонами свойств. При этом границы интервала, в котором с вероятностью 0,95 находится относительная погрешность определения плотности, не превышают ±10 %. Стоит отметить, что относительная погрешность определения плотности может отличаться для различных пород древесины, для лесоматериалов и пиломатериалов, а также условий хранения и диапазона влажности. С учетом того, что ширина доверительного интервала для уравнения регрессии является постоянной величиной, а значение изменяется в среднем в 1, раза, границы интервала относительной погрешности определения плотности оказываются переменными. Сходимость (близость друг к другу результатов многократных измерений, выполненных повторно одними и теми же средствами) и воспроизводимость в одних и тех же условиях измерения на одном объекте для аттестованных методик не превышает ±2 %.

утвержденного типа в соответствии с 2.3, либо имеющие аналогичные метрологические характеристики.

Разработанные методики предназначены для определения плотности ЛМ в реальных условиях транспортирования, складирования и хранения. Плотность древесины изменяется в широком диапазоне в зависимости от влажности (см.

Рисунок 11), которая связана со временем жизненного цикла древесины от свежеспиленной до прошедшей специальную обработку (сушку). Характер изменения плотности от влажности определяется сложной структурой древесины.

Условно весь диапазон плотности в зависимости от характера изменения влажности может быть разделен на две части: от 100% до 30% происходит потеря свободной влаги, ниже 30% происходит удаление связанной влаги с существенным изменением структуры материала.

4.2 Требования к показателям точности методик измерений Требования к показателям точности методики измерений с применением низкочастотного акустического метода свободных колебаний Соответствие показателей точности результатов измерений и способов обеспечения достоверности измерений установленным метрологическим требованиям оценивались по 3.3.1.

низкочастотным акустическим методом свободных колебаний, а именно оценка сходимости и воспроизводимости результатов определения плотности неокоренных бревен (береза) в условиях складирования отражают Таблица 4.1, Таблица 4.2 и Таблица 4.3.

Таблица 4.1 – Результаты определения плотности образца березы - бревна неокоренного длиной 5,570 м при влажности 39,5% (первая серия измерений, оператор К, прибор «Звук-203М» № 25,2010) Оценка СКО результата наблюдений (Syi) Оценка СКО результата Случайная погрешность Случайная составляющая погрешности результата измерений плотности = ± 16,3 кг/м3 или tSср = ± 1,7 %.

Таблица 4.2 – Результаты определения плотности образца березы - бревна неокоренного длиной 5,570 м при влажности 39,5% (вторая серия измерений, оператор К, прибор «Звук-203М» № 25, 2010) Оценка СКО результата Оценка СКО результата Случайная погрешность Случайная составляющая погрешности результата измерений плотности = ± 16,2 кг/м3 или tSср = ± 1,6 %.

Таблица 4.3 – Результаты определения плотности образца березы - бревна неокоренного длиной 5,570 м при влажности 39,5% (третья серия измерений, оператор А, прибор «Звук-203М» № 26, 2010) Продолжение Таблицы 4. Оценка СКО результата наблюдений (Syi) Оценка СКО результата Случайная погрешность Таким образом, случайная составляющая погрешности результата измерений плотности =± 23,15 кг/м3 или tSср = ± 2,3 %. Сходимость результатов – размах между средними значениями двух групп измерений в одинаковых условиях Таблица 4.1 и Таблица 4.2 составляет величину 16,8 кг/м3 или 1,7%.

Воспроизводимость результатов измерений по данным, которые отражают Таблица 4.1 и Таблица 4.3 как разность между Sср двух рядов измерений составляет величину 3,0 кг/м3 или 0,3%. Полученные результаты подтверждают характеристики методики и соответствие условий выполнения измерений требованиям к её применению.

Теоретические и экспериментальные исследования суммарной погрешности измерений низкочастотным акустическим методом свободных колебаний При оценивании характеристик погрешности результатов измерений использовались в качестве действительного (опорного) значения плотности:

- плотности бревен (круглых лесоматериалов), вычисленной по результатам прямого измерения массы и расчета объема по методике измерений «Поштучное измерение объема круглых лесоматериалов с использованием средств измерений геометрических величин. Методика измерений объема партии круглых лесоматериалов по методу концевых сечений при проведении таможенных операций и таможенного контроля» ФР.1.27.2011.10629 [47];

- плотности, вычисленной по результатам прямого измерения массы и расчета объема специально изготовленных из исходных объектов контроля образцав в виде брусков с прямоугольным сечением (пиломатериалов).

4.2.1.1 Погрешность дальномера Leica Disto D3 лазерного типа составляет величину 1мм при измерении длины до 10м, что на порядок меньше и ею можно пренебречь.

4.2.1.2 Погрешность прибора «Звук-203М» при измерениях ЧСК, равная 1% (1), для fпр1 в интервале 300-400 Гц составляет величину 3-4 Гц.

параллельности торцов образцов объектов контроля в соответствии с методикой измерений размеров длин может составлять величину порядка 1см, что составит при длине образца равной 5 м величину относительной погрешности ± 0,2% (2).

4.2.1.4 Воспроизводимость в одних и тех же условиях измерения на одном объекте не превышает 0,3 % (3).

4.2.1.5 Сходимость, т.е. размах между результатами двух определений приведенной скорости Cl не должна превышать 50 м/с.

лесоматериалов), вычисленной по результатам прямого измерения массы и расчета объема по методике ФР.1.27.2011.10629 при Р = 0,95 составляет 5 %.

4.2.1.7 Ширина доверительного интервала для уравнения регрессии " – Cl" при Р = 0,95 получена на основании данных установления градуировочных зависимостей для различных пород древесины (березы, ольхи, ели, сосны, осины, пихты, кедра, бука, граба, дуба, ясеня) и составляет от ±35 до ±80 кг/м3.

4.2.1.8 Доверительные границы относительной погрешности определения плотности при Р=0,95 определяются по 3.3.1, где в качестве неисключенных систематических погрешностей i берутся составляющие по 4.2.1.1 - 4.2.1.3, а случайную составляющую погрешности Sср формируют погрешности по 4.2.1.5 и 4.2.1.6.

низкочастотным акустическим методом свободных колебаний отражает Таблица 4.4.

Таблица 4.4 – Структура образования суммарной погрешности измерений низкочастотным акустическим методом свободных колебаний Инструментальные составляющие погрешности Погрешность дальномера Leica Disto D3 лазерного ± (1,0 мм + 0, 1.2 Погрешность прибора «Звук-203М» при измерениях (1) ЧСК Методические составляющие погрешности Погрешность определения плотности бревен результатам прямого измерения массы и расчета объема по методике ФР.1.27.2011.10629 при Р = 0, Погрешность определения длины за счет отклонения Ширина доверительного интервала для уравнения 2.3 регрессии " – Cl" при Р = 0,95 для березы, ольхи, ели, от ±35 до ±80 кг/м сосны, осины, пихты, кедра, бука, граба, дуба, ясеня Субъективные составляющие погрешности 3.1 Воспроизводимость в одних и тех же условиях экспериментальные Заключение о соответствии методики измерений установленным метрологическим требованиям В результате аттестации установлено, что методика измерений по определению плотности ЛМ низкочастотным акустическим методом свободных колебаний соответствует предъявляемым к ней метрологическим требованиям и обладает следующими основными метрологическими характеристиками:

диапазон определения плотности ЛМ из березы, ольхи, ели, сосны, осины, пихты, кедра, бука, граба, дуба, ясеня при длине круглых лесоматериалов (бревна) и пиломатериалов (брус и доска) до 12 м, с массовой долей влаги от 5 до 100 %, составляет от 450 до 1110 кг/м3, границы интервала, в котором с вероятностью 0, находится относительная погрешность определения плотности, не превышают ± % (Приложение Г).

Требования к показателям точности методики измерений с применением низкочастотного ультразвукового метода Соответствие показателей точности результатов измерений и способов обеспечения достоверности измерений установленным метрологическим требованиям оценивались по 3.3.1.

Результаты оценивания показателей точности методики измерений низкочастотным ультразвуковым методом, а именно оценка сходимости и воспроизводимости результатов определения плотности отражают Таблица 4.5, Таблица 4.6 и Таблица 4.7.

Таблица 4.5 – Результаты определения плотности образца ели – чурака окоренного длиной 0,350 м при влажности 43,5% (первая серия измерений, оператор К, прибор «Пульсар» № 286) Оценка СКО результата наблюдений (Syi) Оценка СКО результата измерений (Sср) Случайная погрешность измерений (ср) Случайная составляющая погрешности результата измерений плотности = ± 20,9 кг/м3 или tSср = ± 2,7 % Таблица 4.6 – Результаты определения плотности образца ели – чурака окоренного длиной 0,350 м при влажности 43,5% (вторая серия измерений, оператор К, прибор «Пульсар» № 286) Продолжение Таблицы 4. Оценка СКО результата наблюдений (Syi) Оценка СКО результата измерений (Sср) Случайная погрешность Случайная составляющая погрешности результата измерений плотности = ± 20,7 кг/м3 или tSср = ± 2,7 %.

Таблица 4.7 – Результаты определения плотности образца ели – чурака окоренного длиной 0,350 м при влажности 43,5% (третья серия измерений, оператор А, прибор «Пульсар» № 287) Оценка СКО результата наблюдений (Syi) Оценка СКО результата измерений (Sср) Случайная погрешность Случайная составляющая погрешности результата измерений плотности = ± 21,1 кг/м3 или tSср = ± 2,7 %.

Таким образом, случайная составляющая погрешности результата измерений плотности =± 21,1 кг/м3 или tSср = ± 2,7 %. Сходимость результатов – размах между средними значениями двух групп измерений в одинаковых условиях (Таблица 4.5 и Таблица 4.6) составляет величину 13,0 кг/м3 или 1,8%.

Воспроизводимость результатов измерений по полученным данным (Таблица 4. и Таблица 4.7) как разность между Sср двух рядов измерений составляет величину 0,17 кг/м3 или 0,03%. Полученные результаты подтверждают характеристики методики и соответствие условий выполнения измерений требованиям к её применению.

Теоретические и экспериментальные исследования суммарной погрешности измерений низкочастотным ультразвуковым методом 4.2.2.1 Погрешность дальномера Leica Disto D3 лазерного типа составляет величину 1мм при измерении длины до 10м, что при измерении размера Lt = мм (минимальная длина базы измерения KL) составляет погрешность 0,2 %.

4.2.2.2 Погрешность прибора «Пульсар-1.2» при измерениях времени распространения УЗК (1), равная (0,01 t + 0,1), где t - измеренное время, в интервале 100-300 мкс составляет величину 1-3 мкс.

4.2.2.3 Погрешность определения плотности бревен (круглых лесоматериалов), вычисленной по результатам прямого измерения массы и расчета объема по методике ФР.1.27.2011.10629 при Р = 0,95 составляет 5%.

4.2.2.4 Погрешность определения длины базы измерения УЗК может составлять величину порядка 1 мм, что составит при минимальной длине базы равной 500 мм величину относительной погрешности ± 0,2 % (2).

4.2.2.5 Погрешность определения поправочного коэффициента Кп составляет величину ±0,01, что составит для минимального значения Кп = 0,85 максимальную величину относительной погрешности ± 1,2 % (3).

4.2.2.6 Сходимость, т.е. размах между результатами двух определений времени распространения УЗК не должен превышать 6 мкс, соответственно скорости С не должен превышать 30 м/с.

4.2.2.7 Ширина доверительного интервала для уравнения регрессии " – С" при Р = 0,95 получена на основании данных установления градуировочных зависимостей для различных пород древесины и составляет от ±60 до ±86 кг/м3.

4.2.2.8 Воспроизводимость в одних и тех же условиях измерения на одном объекте не превышает 0,02 % (4).

4.2.2.9 Доверительные границы относительной погрешности определения плотности при Р = 0,95 определяются по 0, где в качестве неисключенных систематических погрешностей i берутся составляющие по 4.2.2.2, 4.2.2.4, 4.2.2. и 4.2.2.8, а в качестве случайных берутся составляющие погрешности по 4.2.2.3 и 4.2.2.6.

низкочастотным ультразвуковым методом отражает Таблица 4.8.

Таблица 4.8 – Структура образования суммарной погрешности измерений низкочастотным ультразвуковым методом Инструментальные составляющие погрешности Погрешность дальномера Leica Disto D3 лазерного Погрешность прибора «Пульсар-1.2» при ультразвуковых импульсов Методические составляющие погрешности Погрешность определения плотности бревен (круглых лесоматериалов), вычисленной по результатам прямого измерения массы и расчета объема по методике ФР.1.27.2011.10629 при Р = Продолжение Таблицы 4. 2.3 Погрешность определения поправочного коэффициента Kп Субъективные составляющие погрешности 3.1 Воспроизводимость в одних и тех же условиях экспериментальные Доверительные границы относительной 3.2 погрешности определения плотности при Р = 0,95 ± Заключение о соответствии методики измерений установленным метрологическим требованиям В результате аттестации установлено, что методика измерений по соответствует предъявляемым к ней метрологическим требованиям и обладает следующими основными метрологическими характеристиками:

диапазон определения плотности ЛМ из березы, ольхи, ели, сосны, осины, пихты, кедра, бука, граба, дуба, ясеня при длине круглых лесоматериалов (бревна) и пиломатериалов (брус и доска) до 12 м, с массовой долей влаги от 5 до 100 %, составляет от 550 до 1130 кг/м3, границы интервала, в котором с вероятностью 0, находится относительная погрешность определения плотности, не превышают ± % (Приложение Г).

4.3 Реализация методов определения плотности древесины в виде В условиях бурно развивающегося информационного обмена актуальной является тема автоматизации таможенных операций, обусловленная сложностью проведения таможенного контроля лесопродукции в условиях ограниченного времени. В связи с тем, что основными трудностями, возникающими в ходе выполнения требований каких-либо методик измерений, зачастую, являются необходимость выполнения большого количества замеров и необходимость заполнения протоколов измерений, востребованным становится вопрос их автоматизации. Широкие возможности современных вычислительных средств позволяют реализовать выполнение совокупности конкретно описанных операций той или иной методики измерений с помощью программных средств [84]. Поэтому, в целях ускорения и облегчения процедур расчёта с последующим оформлением результатов таможенного контроля плотности древесины методики измерений были реализованы в виде программного обеспечения, разработанного на языке программирования Delphi. Язык располагает необходимым набором драйверов, удобными и развитыми средствами для доступа к информации, расположенной как на локальном диске, так и на удаленном сервере, а также большой коллекцией визуальных компонент для построения отображаемых на экране рабочих окон, что необходимо для создания удобного интерфейса между пользователем и исполняемым кодом. Всё это позволило реализовать ряд задач по обеспечению работы с периферийными устройствами, проведению вычислений и формированию документации.

Программное обеспечение устанавливается на ППИ «Кедр-М» (Рисунок 27), который принят на снабжение таможенных органов РФ (Приложение Д). Основу программной среды ППИ «Кедр-М» (далее – ППИ) составляет операционная значительной степени обуславливаются возможностями данной операционной системы. Работу с прибором пользователь осуществляет через специально разработанный интерфейс программы, которая позволяет проводить идентификацию породы древесины, определение объемов лесопродукции [63], производить расчёт её влажности и плотности, а также формировать протоколы измерений в соответствии с нормативной документацией. Такое взаимодействие осуществляется за счет разработанных электронных форм (рабочих окон), которые содержат основные режимы и функции, обязанные присутствовать при нормальном функционировании прибора [8].

Подводя итог стоит отметить, что в целом пользователю ППИ доступны следующие режимы работы:

- введение исходных данных для таможенного контроля, куда пользователь заносит первоначальную информацию, касающуюся досматриваемого груза, и формирует исходный документ, в том числе на основе предоставленных шаблонов;

- проведение таможенного досмотра (осмотра), куда входит идентификация и проверка породы досматриваемой древесины, измерение объема лесопродукции, влажности и плотности древесины, фотодокументирование процесса досмотра (осмотра);

- формирование и выдача документов о проведении таможенного досмотра (осмотра), где сотрудник заканчивает формирование выходных документов;

- обращение при необходимости к информационно-справочной базе данных.

Рабочее окно «Инструментальный таможенный контроль» программы с основными режимами работы иллюстрирует Рисунок 28.

Рисунок 28 – Режим работы при инструментальном таможенном контроле Таким образом, в действующей версии программного обеспечения ППИ в области контроля плотности лесопродукции доступно два режима работы, каждый из которых удовлетворяет соответствующей методике измерений. Подробные схемы соединений и необходимые аппаратные средства для каждого из режимов описаны в руководстве по эксплуатации прибора, здесь для наглядности приводятся лишь некоторые из них.

Режим измерения плотности низкочастотным акустическим методом 4.3. Для измерения плотности в соответствии с методикой «Лесо- и пиломатериалы. Методика определения плотности с применением низкочастотного акустического метода свободных колебаний» [48] в рабочей программе реализован режим, позволяющий производить расчёт значения плотности древесины через значение ЧСК, получаемое при помощи прибора «ЗвукМ». При проведении измерений с использованием ППИ необходимо придерживаться схемы кабельных соединений, которую иллюстрирует Рисунок 29.

При этом подключение прибора «Звук-203М» через USB кабель к моноблоку осуществляется на усмотрение оператора. Клавиатура и мышь на схеме отображены лишь для демонстрации функциональных возможностей ППИ, так как на практике управление программой осуществляется посредством сенсорной панели моноблока.

Рисунок 29 – Схема кабельных соединений при работе с прибором «Звук-203М»

Рабочее окно программы ППИ в режиме измерения плотности при помощи прибора «Звук-203М» иллюстрирует Рисунок 30. Перед началом работы необходимо выбрать породу древесины из ниспадающего списка, которая определяется при помощи анализатора спектра – ППИ «Кедр-М», либо выбирается в соответствии с описанием груза.

Рисунок 30 – Рабочее окно программы в режиме измерения плотности прибором Затем в графу «Влажность» вносится средняя влажность (в процентах) исследуемой породы древесины (в нашем случае, для сосны), которая определяется одним из влагомеров, входящих в комплект ППИ – GMH 3850 или Testo 606-2. В графу «Частота» вносится целочисленное значение ЧСК (Гц), полученное с помощью прибора «Звук-203М». Далее в графу «Длина» вносится значение длины объекта контроля, которое возможно определить лазерным дальномером Leica Disto D3bt, входящим в комплект ППИ, и выбирается тип лесоматериалов (окоренные/неокоренные/пиломатериалы), а в графу «Обозначение/номер ЛМ»

вписывается обозначение или номер досматриваемой древесины. Все вышеперечисленные действия иллюстрирует Рисунок 31.

Рисунок 31 – Исходные данные для расчета плотности методом свободных По нажатию клавиши «Рассчитать» в графе «Плотность» появляется вычисленное в соответствии с градуировочными зависимостями значение плотности.

Рисунок 32 – Пример работы программы в режиме измерения плотности методом Если значение плотности находится в допустимых пределах, оно будет выведено в кг/м, если нет, то система известит пользователя об ошибке. По завершении измерений при нажатии кнопки «Протокол» программа сформирует протокол измерений в соответствии с установленной формой, куда будут включены все занесенные и полученные значения.

4.3.2 Режим измерения плотности низкочастотным ультразвуковым Для измерения плотности в соответствии с методикой измерений «Лесо- и пиломатериалы. Методика определения плотности с применением низкочастотного ультразвукового метода» [49] в рабочей программе ППИ реализован режим, позволяющий выполнить расчет значения плотности древесины через значение скорости распространения ультразвука Cугл, получаемое при помощи прибора «Пульсар» (модификации «Пульсар-1.2» или «Пульсар-2.1»). При проведении измерений с использованием ППИ необходимо придерживаться схемы кабельных соединений, которую иллюстрирует Рисунок 33. В схеме применяется специальное приспособление на котором закреплены ультразвуковые преобразователи прибора «Пульсар», о котором говорится в 3.2.1.

Рисунок 33 – Схема кабельных соединений при работе с прибором «Пульсар»

Рабочее окно программы в режиме работы «Измерение плотности (Пульсар)»

иллюстрирует Рисунок 34, где из ниспадающего списка выбирается наименование породы древесины. При этом порода древесины определяется при помощи анализатора спектра – ППИ «Кедр-М», либо выбирается в соответствии с описанием груза.

Рисунок 34 – Рабочее окно программы в режиме измерения плотности древесины Перед переходом в режим измерений необходимо указать значение относительной влажности, которое определяется одним из влагомеров, входящих в комплект ППИ – GMH 3850 или Testo 606-2. Также у пользователя существует возможность настроить количество усредняемых измерений и интервал, с которым они будут производиться. Единицей измерения является 1/10 секунды. По умолчанию измерения производятся с интервалом в 1 секунду. Вид заполненного рабочего окна в режиме измерений прибором «Пульсар» иллюстрирует Рисунок 35.

Рисунок 35 – Исходные данные для расчета плотности низкочастотным После установки всех параметров необходимо нажать кнопку «Измерение». В таблице справа будут отражаться результаты измерения плотности. Для выхода из режима необходимо нажать кнопку «Остановить», которая появится на месте кнопки «Измерение». После этого можно удалить лишние измерения, для чего необходимо выбрать соответствующую строку в таблице и нажать кнопку «Удалить измерение». По завершении измерений при нажатии кнопки «Протокол»

программа сформирует протокол измерений в соответствии с установленной формой, куда будут включены все занесенные и полученные значения.

Благодаря представленному в методиках измерений порядку установления градуировочных зависимостей между результатами низкочастотного акустического контроля и плотностью древесины, существует возможность их уточнения на дополнительном количестве статистических данных, которые могут быть получены в процессе отработки методик. При этом для остальных, неисследованных пород, такие зависимости возможно установить при специальном наборе статистических данных с их последующей обработкой согласно изложенному в данной работе порядку, который также присутствует в каждой реализованной методике измерений.

Необходимо отметить, что прибором «Звук-203М» определяется результат скорости распространения свободных колебаний по всему объему контролируемого бревна, а прибором «Пульсар» - по участкам бревна между измерительными датчиками. Поэтому при измерениях одним и вторым прибором возможны расхождения в результатах измерений, которые составляют порядка 1,5 %.

Реализация методик измерений в виде программного обеспечения, установленного на серийно выпускаемую продукцию для нужд таможенных органов, позволяет автоматизировать процедуру оформления результатов контроля, что несомненно является ценным преимуществом в сравнении с ручной обработкой данных. Применение вычислительной техники в ходе оперативных мероприятий на выезде позволяет минимизировать рутинный труд по переносу данных с бумажных носителей в электронный вид. Возможность формирования протоколов измерений посредством адаптированного под аппаратные средства и методики программного обеспечения повышает надёжность измерений и значительно снижает трудозатраты на их оформление.

Для повышения эффективности, исходя из опыта, рекомендуемый порядок применения обоих методов и их сочетания с учетом всех особенностей, а также, исходя из возможности доступа к ЛМ и необходимой точности оценки плотности ЛМ, может быть следующим:

а) С применением прибора «Звук-203М» или «ИЧСК-2» проводится измерение от 5 до 10 штук ЛМ.

В случае получения стабильных результатов принимается полученное усредненное значение плотности, дополнительный контроль не производится.

б) При получении результатов контроля в широком диапазоне плотности производится дополнительный контроль с применением прибора «Пульсар-2» на образцах с минимальным и максимальным значением плотности по результатам измерений приборами «Звук-203М» или «ИЧСК-2», а также от одного до трех образцов со средними значениями из полученного интервала.

В этом случае за усредненное значение плотности принимается среднее значение из результатов, полученных на 3-5 указанных образцах.

В случае подтверждения широкого диапазона результатов, выходящего за допустимые пределы, следует повторить измерения на удвоенном количестве образцов.

ГЛАВА 5 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИК ИЗМЕРЕНИЙ

5.1 Выявление нарушений таможенного законодательства Таможенные органы Российской Федерации вынуждены контролировать огромный поток товаров и грузов различного назначения. Безусловно при таком большом объёме грузоперевозок не всегда удаётся в полной мере контролировать уровень качества товаров и отслеживать их криминальную составляющую.

Согласно статье 216 ТК ТС помещение товаров под таможенную процедуру допускается при соблюдении, в том числе, следующих условий:

товары не запрещены к ввозу на таможенную территорию Таможенного союза или вывозу с такой территории;

транспортное средство международной перевозки оборудовано надлежащим образом, в случае если товары перевозятся под таможенными пломбами и печатями.

обеспечена идентификация товаров в соответствии со статьей 109 ТК ТС.

Незаконным перемещением товаров через таможенную границу согласно пункту 2 части 1 статьи 4 ТК ТС считается – перемещение товаров вне установленных мест или в неустановленное время работы таможенных органов в этих местах, либо с сокрытием от таможенного контроля, либо с недостоверным декларированием или недекларированием товаров, либо с использованием документов, содержащих недостоверные сведения о товарах, и (или) с использованием поддельных либо относящихся к другим товарам средств идентификации, равно как и покушение на такое перемещение.

Незаконное перемещение товаров подпадающих под признаки статьи 226. УК РФ может осуществляться (с целью сокрытия преступления) через указанную границу с сокрытием указанных товаров от таможенного контроля, путем использования тайников или иных способов, затрудняющих обнаружение товаров, путем придания одним товарам вида других, сообщение таможенному органу недостоверных сведений о количестве грузовых мест в законно перемещаемом транспортном средстве, их маркировке, о наименовании, весе брутто, путем представления недействительных документов либо использование для этих целей поддельного средства идентификации или подлинного средства идентификации, относящегося к другим законно перемещаемым товарам и (или) транспортным средствам. Положения части 2 и 3 статьи 16.1. КоАП РФ, также содержат указанные выше признаки противоправного деяния.

Прохождение таможенного контроля осуществляется посредством реализации различных способов, в том числе и проверки на тождественность (полного совпадения двух элементов (частей) целого) средств таможенной идентификации. В ТК ТС слово «идентификация» обозначается как действия по применению средств идентификации для объекта, так и действия по проверке его целостности, подлинности и/или идентифицированности. Идентификацию товаров на соответствие определённой товарной группе проводят с помощью средств таможенной идентификации.

Средства таможенной идентификации – это непосредственные составные элементы структуры выявления таможенной принадлежности товара, выступающие в качестве сопроводительных объектов товара, и непосредственно являющиеся его неотъемлемыми частями (пломбы, печати или иные средства идентификации, цифровая, буквенная и иная маркировка, идентификационные знаки, штампы, отборы проб и образцов, чертежи, описания, изображения, фотографии, иллюстрации, сопроводительная документация), примененные таможенными органами иностранных государств, а также отправителями товаров или перевозчиками.

Большую роль в оценке средств таможенной идентификации играют имеющиеся в таможенных органах ТСТК и криминалистическая техника. К ним относятся различная аппаратура, оборудование, приборы, инструменты, приспособления и др. Так, например, с помощью ППИ «Кедр-М» должностные лица таможенных органов могут идентифицировать провозимые ценные породы древесины, которые умышленно или неумышленно перемешаны с дешевыми породами во время укладки штабеля, а также оценивать объем, влажность и плотность контролируемой древесины.

5.2 Правонарушения при экспорте лесоматериалов Совершенствование лесного и таможенного законодательства неразрывно связано с трендом государственной политики по противодействию незаконному обороту леса в Российской Федерации, который наносит огромный экологический и материальный ущерб народному хозяйству. Экономический ущерб, наносимый преступниками, включает незаконную рубку, незаконную транспортировку, экспорт, незаконную переработку и сбыт, уничтожение редких экосистем с особо ценными видами пород.

Немаловажным является тот факт, что пока не внедрена электронная система учёта и отслеживания полного цикла заготовки лесопродукции (от получения разрешения на рубку до продажи конечному потребителю, либо экспорта участником ЕТН ВЭД, как это происходит в других странах (США, Китай, Африка и др.) посредством электронных технических средств дистанционного контроля.

Негативные стороны внешнеэкономической деятельности контрагентов проявляются прежде всего в занижении объёмов вывозимых лесоматериалов, а также в недостоверном декларировании и снижении контрактной стоимости.

Зачастую правонарушители идут на такие ухищрения, как смешивание ценных пород лесоматериалов с дешевыми и некачественными, чтобы скрыть подлинную стоимость груза и не уплачивать пошлины при экспорте, или попытаться скрыть противозаконные действия, связанные с подделкой документов на транспортировку грузов.

Древесина, которая была незаконно заготовлена, проходит так называемую процедуру «очистки», чтобы можно было переправить её за рубеж и продать. Это как правило происходит за счёт:

регистрации фирм-однодневок для перевозки небольших партий лесоматериалов;

подделки сертификатов, лицензий и доверенностей;

подделки контрактов и договоров между контрагентами, брокерских соглашений, договоров комиссий, договоров купли-продажи.

Данные «липовые» документы имеют псевдоюридическую силу только на территории Российской Федерации, поскольку созданы с единственной целью – перевезти нелегальную древесину через границу и реализовать её.

Нарушения также касаются сферы лицензирования и валютного контроля, когда, зачастую лицензиар не подозревает о том, что информация, предоставляемая потенциальным лицензиатом, является заведомо ложной, но проверить это невозможно ввиду высокого качества подделки документов. Также нередки случаи подделки в сертификатах карантинного фитосанитарного контроля сроков действия. Практически все расчётно-финансовые операции по реализации незаконной древесины за пределами таможенного союза не отображаются на расчётных счетах компаний, нарушающих закон. Часто бывает так, что иностранной компании или физическому лицу, которому продается контрабандная древесина, гораздо выгоднее признать древесину ненадлежащего качества и рассчитаться наличными средствами, тем самым, получив «откат».

«Способом сокрытия валютной выручки является схема так называемых двойных контрактов, когда иностранный партнер в своих документах показывает реальные цены и объемы древесины, а российский – заниженные. Разница делится между участниками сделки. При этом свою долю прибыли отечественный предприниматель либо оставляет на зарубежных счетах, либо ввозит на территорию Российской Федерации контрабандой» [3].

Распространенным примером незаконного присвоения денежных средств является подделка контрактов внешнеторговых отношений участников ВЭД, заключающихся в том, что по поддельным документам в результате совершившегося факта купли-продажи лесоматериалов в федеральной налоговой службе злоумышленники возмещают себе НДС.

Таким образом, основными видами правонарушений, связанными с экспортом лесоматериалов являются:

внесение недостоверных данных, либо заведомое их умалчивание при предоставлении таможенной декларации;

умышленное занижение стоимости и сортности древесины;

заведомо ложная выдача дорогих пород за более дешевые;

коррупционная составляющая для преодоления запретов при вывозе ценных пород древесины.

Для борьбы с данными и другими видам правонарушений Правительство РФ и ФТС активно проводят политику оптимизации и контроля заготовки, отгрузки и экспорта лесоматериалов. Тем не менее, существует целый ряд факторов, из-за которых выявлять преступления остается всё также непросто, например, такие как:

недостаточное количество и низкая эффективность действия подзаконных актов, регламентирующих документооборот при экспорте лесоматериалов;

слабая техническая оснащённость таможенных органов для детального и оперативного досмотра партий экспортируемых лесоматериалов и определения их габаритов в условиях ограниченного времени;

пока ещё низкая эффективность информационного взаимодействия различных ведомств (ФТС, МВД, Рослесхоза и др.) в области мониторинга и контроля всех действий, связанных с экспортом лесопродукции;

отсутствие действенной информационной системы, способствующей выявлению реальных объёмов рубки лесных насаждений и её инструментов, позволяющих отслеживать движение лесоматериалов от момента рубки лесных насаждений до переработки древесины и ее реализации.