Растущие деревья как приборы для экологического мониторинга

УДК 504.064; 502.9; 630*0 растущие деревья как приборы для экологического мониторинга П.М. Мазуркин, С.В. Герасимов, А.А. Ефимов Марийский государственный технический университет, г. Йошкар-Ола, Россия Изобретения [1-8] относятся к способам экологического и технологического мониторинга ультразвуковых свойств древесины в растущем состоянии. Они могут быть использованы в инженерной экологии и природоохранном обустройстве территорий. В растущем дереве делается, по крайней мере, одно отверстие, в которое вставляется многоканальный ультразвуковой датчик с разъемом для подсоединения электромагнитного возбудителя (рис. 1). Отверстие выполняется по радиусу ствола или ветви растущего дерева, а многоканальный датчик в виде цилиндра из органического стекла с наклеенными по бокам двумя рядами пъезоэлементами вставляется в отверстие и закрепляется в нем клеем, например жидким стеклом. На рис. 1 показаны схемы расположения двух многоканальных датчиков вдоль волокон дерева на базовом расстоянии L [6]. а б Рис. 1. Схемы расположения: а - двух многоканальных датчиков вдоль ствола; б - волн ультразвука вдоль волокон древесины при включении одного датчика и многих приемников После визуального осмотра древостоя выбирают учетное дерево, на котором, например, на высоте 1,3 м выбирают зону измерения 1 и высверливают отверстие 3. Лучше всего для многолетнего экологического мониторинга отверстие высверлить в сентябре-ноябре, чтобы датчик мог «врасти». После плотной посадки корпуса 4 с пъезоэлементами 6 в годичные слои древесины замеры будут точными. При необходимости корпус датчика обмазывают жидким стеклом (силикатным клеем), что позволяет обеспечивать хороший контакт пъезоэлементов с древесиной. Так можно изучать на растущих деревьях динамику свойств у группы годичных слоев, приходящихся на один пъезоэлемент, а затем сопоставлять скорость ультразвука с изменением параметров окружающей среды. Поэтому экологический и технологический виды мониторинга совмещаются, так как удается измерять изменение свойств у древесины по годичным слоям. Это позволяет изучать деревья как в нормальных или иных условиях, например, при сильном загрязнении атмосферы выбросами от химических и металлургических предприятий, так и через поведение живой древесины распознавать поведение окружающей природной среды. Положительный эффект заключается в том, что одно просверленное отверстие в дереве позволяет многие годы получать наиболее полную информацию о биологическом состоянии этого дерева в разные фазы его развития. Это существенно повышает точность измерений, причем по одним и тем же группам годичных слоев на стволе или ветви растущего дерева. По патенту [7] на стволе или ветви растущего дерева выполняются с двух его боков пазы с торцами, параллельными друг другу и симметрично расположенными относительно оси дерева. Пазы выполняются в виде поверхности цилиндра, например, с помощью торцовой фрезы, с диаметром, превышающим диаметр датчиков ультразвукового прибора. На рисунке 2 приведена схема реализации предлагаемого способа на стволе растущего крупномерного дерева (в среднем и старом возрасте). Р ис. 2. Схема расположения углублений в стволе дерева Н а рисунке 3 показана схема измерения времени прохождения ультразвука на расстояние L датчиками ультразвукового прибора, например типа УК-14П. Р ис. 3. Схема ультразвукового испытания дерева На стволе 1 или ветви 2 растущего дерева с двух его сторон (рис. 2, 3) выполняются пазы 3, например цилиндрической формы. К торцам 4 пазов прижимаются датчики 5 ультразвукового прибора. По показаниям прибора определяется время прохождения ультразвука на расстояние L по зоне 6 замеров. По скорости ультразвука оценивают состояние растущего дерева. Изобретение [8] относится к отраслям потребления технической древесины и может быть использовано при сертификации древесины отведенных в рубку деревьев непосредственно на корню, а также круглых лесоматериалов в условиях лесозаготовок и первичной деревообработки. Оно применимо при контроле качества круглых лесоматериалов в различных условиях их хранения, строительных изделий из бревен в виде столбов, деталей деревянных мостов и других сооружений. Изобретение может быть также использовано в инженерной экологии при оценке экологического состояния и экологического режима территории худшими по техническому качеству деревьями (сухостойными, больными, с гнилью и пр.), которые в дальнейшем подлежат рубке в ходе проведения мероприятий по уходу за лесом и природным ландшафтом как мероприятия по природообустройству. На стволе дерева или бревна, находящегося в различных строительных сооружениях, с одной или нескольких сторон поперек волокон делаются, по крайней мере, два паза с перемычкой между ними, не меньшей длины стандартного образца, то есть более 300 мм. Ширина паза рассчитана на размещение датчика переносного ультразвукового прибора, а при определении глубины паза учитывается возможность изготовления из образовавшейся между двумя пазами перемычки нескольких стандартных образцов сечением 20х20 мм. Сущность предлагаемого технического решения заключается в совмещении методов ультразвукового и прочностного испытания технической древесины от растущего состояния до стандартных образцов, которые ранее применялись в основном на предприятиях механической обработки древесины. На рисунке 4 показана часть ствола (дерева, столба, опоры, бревна и пр.) с перемычкой и пазами, вид сбоку. а б Р ис. 4. Схема расположения перемычки и пазов на стволе дерева: а – вид сбоку; б – вид спереди На рисунке 5а приведена схема с двумя перемычками и тремя пазами. Это позволяет сопоставлять результаты измерений и вычислять средние значения скорости ультразвука по нескольким местам измерения. На рисунке 5б изображена схема испытания перемычки и расположения датчика и приемника колебаний переносного ультразвукового прибора в пазах. а б Р ис. 5. Схемы расположения перемычек: а – две перемычки с тремя пазами; б – схема расположения датчиков в пазах На рисунке 6 показана отколотая перемычка технической древесины, вид с торца, с линиями разметки для изготовления стандартных образцов сечением 20х20 мм. Р ис. 6. Схема раскроя перемычки на стандартные образцы древесины На стволе 1 отведенного в рубку дерева или бревна, находящегося в каком-то состоянии (в штабеле, в строительной конструкции в виде деревянного моста и др.), например, с одной стороны делаются пазы 2, между которыми размещается перемычка 3 в виде сегмента ствола длиной L, не меньшей 300 мм. На торце 4 перемычки, изготовленной, например, фрезерованием или пилением, обеспечивающим высокое качество поверхности, прижимают датчик 5 переносного ультразвукового прибора (рис. 5). В связи с этим ширину паза делают такой, чтобы можно было разместить в нем ультразвуковой датчик (приемник). После проведения серии ультразвуковых испытаний технической древесины перемычки у некоторой части деревьев или бревен откалывают по поверхности 6 по дну обоих пазов, например, топором. Затем сегмент ствола в виде отделенной от ствола перемычки распиливают с учетом допусков на чистовую обработку стандартных образцов 7. Стандартные образцы, изготовленные из одной перемычки, вначале подвергают ультразвуковым испытаниям, например, по прототипу. После этого образцы 20х20х300 мм испытывают на изгиб, а отрезки части стандартных образцов (после их озвучивания) – на сжатие вдоль волокон (или в других направлениях при специальной схеме раскроя). Затем полученные данные сопоставляют и вычисляют поправочные коэффициенты. С их помощью продолжают экологический мониторинг изделия из бревен или растущих деревьев, отведенных в рубку (отвод лесосеки, как «изделия» лесохозяйственного производства, может произойти за несколько лет до самого процесса рубки). Расчет прочностных показателей продолжают с поправочными коэффициентами, учтенными в ходе ультразвукового испытания технической древесины на прочность. Предлагаемый способ расширяет технологические возможности ультразвукового метода испытания технической древесины, по крайней мере, в двух направлениях. Во-первых, появляется практическая возможность прямого испытания стандартных образцов на ультразвуковые показатели и параметры механической прочности. Эти две группы экспериментальных данных позволяют получить переходные коэффициенты от известных справочных данных о прочности технической древесины к ультразвуковым показателям. Во-вторых, появляется возможность сопоставления значения ультразвуковых показателей на двух объектах – на стандартных образцах и на древесине перемычки на дереве, причем на одной и той же древесине. Предлагаемый способ позволяет в дальнейшем отказаться от стандартных образцов и перейти на мониторинг древесины в растущем состоянии. В этом случае появляется возможность оперативной сертификации древесины на корню, быстрое выявление ее технического качества и экологически эффективного выхода наиболее ценных ассортиментов. Библиографический список Мазуркин П.М. Экологический мониторинг (Способы испытания деревьев): Учеб. пособие. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2004. 224 с. Мазуркин П.М. Дендрометрия. Статистическое древоведение. Учеб. пособие. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2003. Ч. 1 и 2. 308, 205 с. Мазуркин П.М. Статистическая экология: Учеб. пособие Йошкар-Ола: МарГТУ, 2004. 308 с. Винокурова Р.И., Мазуркин П.М., Тарасенко Е.В. Закономерности физико-химических параметров древесины растущего дерева. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2004. 187 с. Мазуркин П.М., Герасимов С.В. Способ ультразвукового испытания несущей способности растущих деревьев. Патент № 2228608. Опуб. 20.05.2004. Бюл. № 14. Герасимов С.В., Мазуркин П.М. Способ ультразвукового испытания годичных слоев растущего дерева и лесоматериалов. Патент № 2242866. Опуб. 27.12.04. Бюл. № 36. Мазуркин П.М., Колесникова А.А., Ефимов А.А. Способ ультразвукового испытания древесины растущих деревьев. Патент № 2224416. Опуб. 27.02.2004 Бюл. №6. Мазуркин П.М., Колесникова А.А., Ефимов А.А. Способ ультразвукового испытания технической древесины. Патент № 2224415. Опуб. 27.02.2004 Бюл. №6.

Похожие:

	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Конспект предназначен для студентов специальностей: 072000 “Стандартизация и сертификация в промышленности”, 190304 “Приборы и комплексы...		Рабочая программа по дисциплине В. Методы и приборы экологического контроля Дать студентам основные понятия о правовой базе в области охраны окружающей среды, привить им навыки выбора и использования приборов...
	Урок второй по теме «Отдел Лишайники» Учащиеся готовили дома кроме теоретического материала информацию практического характера: рассмотреть деревья, растущие рядом с домом,...		Кейла Ноар Природа мира сновидений На первый взгляд он похож на наш, но у этих миров немало отличий: деревья, растущие под землёй; дождь и снег в комнатах; люди, умеющие...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Р а с с м а т р и в а н и е схемы «Лес – многоэтажный дом» (толща лесной почвы, кустарники, низкие деревья, деревья средней высоты,...		Государственное задание Государственному природоохранному бюджетному... Осуществление государственного экологического мониторинга и обеспечение деятельности в области экологического надзора (контроля)
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Деревья из бисера своими руками – это уникальный, необычайно красивый подарок, прекрасное украшение для интерьера. Сделать деревья...		Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Приборы экологического контроля Направление — 200100. 68 Приборостроение Форма подготовки – очная
	Расширенная программа дисциплины “ Экологическая геология Рассматриваются основные направления использования геофизических методов для геолого-экологического мониторинга окружающей среды...		Программа: 9 – 17 лет. Срок реализации программы Программа «Экология и мы» экологического кружка «Фиалка» направлена на формирование у воспитанников экологического сознания, как...
	Урок 4 Панель мониторинга и панель инструментов Панель мониторинга 1 1 Для этого в программе предусмотрены две панели мониторинга. На панели «Source» («Источник») отображается содержимое отдельных клипов,...		Министерство образования и науки фгбоу впо «тюменский государственный... Петухова Г. А. Основы экологического мониторинга. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 020803....
	Сравнение типов детекторов напряжения переменного тока Чтобы понять, как работают приборы, необходимо знать немного теории. Электрические провода под напряжением создают вокруг себя электрическое...		Оптическая спектроскопия. Электронная спектроскопия поглощения. Закон... Калориметры, спектрофотометры и адсорбционные детекторы для жидкостной хроматографии. Монохроматоры. Однолучевые и двулучевые приборы....
	Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями федерального... Приборы экологического контроля Направление — 200100. 68 Приборостроение Форма подготовки – очная		Программа дисциплины «Лазерные информационные и управляющие си стемы»... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки специальности...