RFID射頻輻射對乳化炸藥危害問題研究

杜斌 姚洪志 張方

摘要：射頻識別技術（RFID）是物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的基礎技術，利用RFID技術可以對民用爆炸物品的流向進行更加有效的監(jiān)管，但由于該技術會產(chǎn)生射頻電流、輻射等危險因素，因此確保安全是其成功應用于民爆領域的前提條件。針對乳化炸藥在RFID近場條件下的響應特性和安全性，利用不同電場強度對乳化炸藥樣品進行輻照，并對比分析乳化炸藥經(jīng)電磁場輻照前后的性能，研究了RFID對乳化炸藥的危害，為RFID技術在民爆行業(yè)的應用提供依據(jù)。

關鍵詞：RFID；輻射；乳化炸藥；危害；電磁

中圖分類號：TP 028.8文獻標志碼：A文章編號：1672-1098（2017）04-0019-05

Abstract：Radio Frequency Identification （RFID） technology is the basis for the networking industry. The use of RFID technology to monitor industrial explosives is undoubtedly effective. Thorough understanding the industrial explosives to ensure their safety in the RFID under the condition of near field is the basis for the application of RFID in civil explosive industry. In this paper， according to the research of radiation characteristics and the safety， hazards of emulsion explosives caused by RFID were studied by using electromagnetic field with different electric field intensity to irradiate the emulsion explosives in order to compare and analyze the performance of emulsion explosive before and after the irradiation， which lays the foundation for the application of RFID technology to civil explosive industry.

Key words：RFID； radiate； industry explosives； hazard； electromagnetic field

乳化炸藥廣泛應用于礦山、石油、鉆井、地質等多個行業(yè)，我國是乳化炸藥生產(chǎn)和使用大國，近幾年的產(chǎn)量都在400萬噸左右。對如此大量的乳化炸藥進行有效管理，還存在諸多不完善之處[1]。射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）技術在零售業(yè)、物流業(yè)及某些軍事項目[2]上的成功應用，快速地提高了管理的效率、有效地減少人力、物力的浪費，增加了經(jīng)濟效益。但是由于工業(yè)炸藥的特殊性，RFID技術一直未能在其流通領域獲得廣泛應用。文獻[3]提出了REID技術在雷管產(chǎn)品安全管理中的應用。文獻[4-5]提出了融合RFID和條形碼的工業(yè)炸藥流向信息識別方法。文獻[6]研究了基于RFID和遺傳算法的實時炸藥倉儲優(yōu)化操作。文獻[7]研究了無線射頻作用對黑索金性能的影響。文獻[8]研究了RFID技術在化學危險品物流管理中的應用。文獻[9]研究了工業(yè)炸藥對RFID讀寫器性能影響的評測方法。文獻[10]研究了基于機器視覺的工業(yè)炸藥包裝缺陷在線檢測系統(tǒng).如果有充分的試驗驗證RFID技術在工業(yè)炸藥流通領域應用的安全性和可靠性，那么就可建立基于RFID技術的乳化炸藥智能化管理體系，以促進行業(yè)的發(fā)展，提高管理效率，有效控制“四超”現(xiàn)象。

本文以乳化炸藥為例，通過對比經(jīng)RFID輻射場輻照前、后乳化炸藥的各種性能，系統(tǒng)地研究了RFID輻射場對乳化炸藥的影響。

1RFID技術簡介

RFID屬于一種非接觸式自動識別技術，RFID的基本技術起源于二戰(zhàn)時期，最初盟軍利用無線電數(shù)據(jù)技術來識別敵我雙方的飛機和軍艦。由于較高的成本，戰(zhàn)后該技術一直主要應用于軍事領域，并未很快在民用領域得到推廣應用[11]。

二十一世紀初，RFID迎來了一個嶄新的發(fā)展時期，其在民用領域的價值開始得到世界各國的廣泛關注，特別是在西方發(fā)達國家，RFID技術大量應用于生產(chǎn)自動化、門禁、公路收費、停車場管理、身份識別、貨物跟蹤等民用領域中，而且其新的應用范圍還在不斷擴展，層出不窮[12]。

RFID系統(tǒng)一般由射頻標簽、閱讀器和天線三部分組[13]。根據(jù)我國RFID技術的發(fā)展情況和頻譜使用情況，其頻率范圍為896～926MHz，中心頻率915MHz，因此本文采用中心頻率915MHz作為基準進行研究。

2RFID輻射特性

采用電場傳感器，對RFID系統(tǒng)輻射特性，進行了研究分析。由于在實際使用過程中，尤其是乳化炸藥出庫、入庫過程中，RFID的天線部分與乳化炸藥包裝箱的距離會非常近。因此測量了距離RFID天線較近的情況下，乳化炸藥包裝箱表面電場的分布情況。

對RFID天線的輻射特性進行大量的測量，發(fā)現(xiàn)得到距離天線較近的情況下，RFID天線輻射頻率為915 MHz時，距離輻射源5cm處場強最大為72.7V/m。

3乳化炸藥電磁波響應

乳化炸藥對電磁波的響應主要體現(xiàn)在其吸收電磁波的能力方面。因此，采用單位質量的乳化炸藥吸收電磁波能量的多少來評價乳化炸藥對電磁波響應的特性。

按照乳化炸藥藥卷的包裝形式，對乳化炸藥進行建模。相關參數(shù)：相對介電常數(shù)為2.37，相對磁導率為1，密度為0.95～1.25g/cm，比熱容為0.84～1.625kJ/kg。藥卷尺寸：藥卷直徑為32mm，藥卷高度210mm，其外包裝為塑料包裝，包裝紙厚為2mm。

圖1915MHz乳化炸藥吸收率利用ANSYS Ansoft HFSS軟件仿真計算獲得藥卷狀態(tài)下，乳化炸藥藥卷整體接收電磁能量的分布狀態(tài)。

從圖1可以看出，在不同截面、不同距離處，乳化炸藥在915MHz時，最大吸收率為0.011 4W/m3。

式中：C為炸藥材料比熱容，kJ/（kg℃）；m為炸藥藥卷質量，kg；T為炸藥溫升，℃；R為單位體積炸藥吸收率，W/m3；V為炸藥藥卷體積，m3；t為藥卷經(jīng)電磁輻照時間，s。

假設沒有熱量散失、電場強度為200 V/m，炸藥溫度升高最大可達24.624 ℃。而乳化炸藥的生產(chǎn)過程中溫度最高達100℃左右，因此在一般情況下即使乳化炸藥的局部溫度比環(huán)境溫度升高了25℃，對乳化炸藥也不會造成明顯的不利影響。但是出于安全考慮，這種局部溫度升高現(xiàn)象需引起重視，采取適當?shù)纳峤禍卮胧?h3>4輻照試驗

輻照試驗系統(tǒng)如圖2所示。 RFID裝置的實際電磁發(fā)射強度為72.7V/m， 但是為了放大試驗效果， 將RFID輻射場按照電場強度200V/m進行試驗。

5性能對比分析

對上述試驗條件下RFID輻射場輻照3小時前、后的乳化炸藥樣本各種性能，進行對比分析，以觀測乳化炸藥微觀和宏觀性能變化規(guī)律。

5.1掃描電鏡

圖4為經(jīng)電磁場輻照前、后的乳化炸藥樣本的電鏡掃描照片，放大倍數(shù)10萬倍。對照可見，乳化炸藥經(jīng)電磁場輻照前、后微觀結構沒有發(fā)生明顯變化。

5.2熱安定性

根據(jù)GJB772A-97的相關規(guī)定，當單位質量的炸藥樣本經(jīng)200℃高溫加熱后釋放的氣體容積大于2ml時，說明樣品已不安定[14]。實驗數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過915MHz電磁輻射后的乳化炸藥樣本，單位質量釋放的氣體容積有所增加（增加了0.11ml），遠未達到不安定的判據(jù)。由此可知，乳化炸藥經(jīng)電磁輻射后的安定性依然合格。

5.3紅外光譜

通過對于乳化炸藥原樣及經(jīng)RFID輻射場輻照后樣品進行紅外光譜分析，兩種樣品紅外譜出峰位置并無明顯差異，只存在強度上的差異（見圖5）。分析原因，結果與取樣處理及工藝處理有一定關系。從吸收峰位置較為一致來判斷，經(jīng)電磁波輻照后，乳化炸藥的性能未發(fā)生明顯變化。

5.4熱性能

采用差示掃描量熱法（DSC）對乳化炸藥的相容性進行對比分析。對比分析兩個乳化炸藥樣本，由圖6可知，兩種樣本的峰形及出峰位置存在少量差異，較為明顯的為經(jīng)輻照后樣本有一明顯放熱峰，說明經(jīng)輻射場輻照后產(chǎn)生了一定的熱性能變化。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是由于在電磁場輻照過程中，乳化炸藥中的水分子流失，使得乳化炸藥熱性能發(fā)生了一定程度的變化。

5.5危險感度測試

對經(jīng)電磁場輻照前、后的乳化炸藥樣本摩擦和撞擊感度的對比，觀測乳化炸藥感度性能的變化[15]。輻照條件為頻率915MHz、場強200V/m。

輻照前、后的兩個乳化炸藥樣品各做了50次摩擦感度和50次撞擊感度試驗，發(fā)火概率均為0，說明摩擦感度和撞擊感度均未發(fā)生明顯變化，結果分別如表2、表3所示。

6結論

在頻率915MHz、場強200V/m的條件下，乳化炸藥樣品經(jīng)RFID電磁場輻照3小時后未出現(xiàn)燃燒、爆炸等現(xiàn)象，且經(jīng)過電子掃描電鏡分析、熱安全性測試、紅外光譜分析、感度試驗（摩擦感度、撞擊感度、熱感度）等，均未見異?；蜃兓?。僅在采用差示掃描量熱儀測試時，經(jīng)輻照后的乳化炸藥樣品出現(xiàn)了一個明顯的放熱峰，這與輻照時水分流失有關。綜合所有試驗結果，說明乳化炸藥在RFID輻射場中的性能基本未發(fā)生變化，其安全性未受影響。

參考文獻：

[1]GB 18095-2000， 乳化炸藥[S]. 北京：國家質量監(jiān)督局，2000.

[ 2]GJB 151B-2013，軍用設備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測量[S]. 北京：總裝備部軍標出版發(fā)行部，2013.

[ 3]李宇. RFID技術在雷管產(chǎn)品安全管理中的應用[D].北京：北京理工大學， 2008.

[ 4]許亮， 何小敏， 李秀喜，等. 融合RFID和條形碼的工業(yè)炸藥流向信息識別[J]. 計算機測量與控制， 2014， 22（8）：2 641-2 643.

[ 5]許亮， 黃志平， 肖開文，等. 基于RFID工業(yè)炸藥生產(chǎn)過程實時監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與實現(xiàn)[J]. 微計算機信息， 2012（9）：46-47.

[ 6]付華偉， 何小敏， 許亮，等. 基于RFID和遺傳算法的實時炸藥倉儲優(yōu)化操作[J]. 計算機工程與科學， 2014， 36（2）：286-291.

[ 7]陳誠， 董慶豐， 黎厚斌，等. 無線射頻作用對黑索今性能的影響[J]. 火炸藥學報， 2015（6）：78-81.

[ 8]虞洋， 梁峙， 馬捷，等. RFID技術在化學危險品物流管理中的技術示范和應用[J]. 糧食流通技術， 2013（6）：5-7.

[ 9]許亮， 刁建彬， 何小敏，等. 工業(yè)炸藥對RFID讀寫器性能影響的評測方法與實驗[J]. 科學技術與工程， 2014， 14（27）：80-83.

[ 10]黃志平， 許亮. 基于機器視覺的工業(yè)炸藥包裝缺陷在線檢測系統(tǒng)[J]. 爆破器材， 2015， 44（3）：43-47.

[ 11]ZHONG R Y， HUANG G Q， LAN S， et al. A big data approach for logistics trajectory discovery from RFID-enabled production data[J]. International Journal of Production Economics， 2015， 165：260-272.

[ 12]KIM C， KIM J W， SHIN K S. Developing Fair Investment Plans to Enhance the Supply Chain Visibility based on RFID Tags using Cooperation Game[J]. IEEE Transactions on Image Processing， 2015， 4（3）：285-95.

[13 ]BORGOHAIN T， SANYAL S. An Introduction to RFID Technology[J].Computer Science，2015，28（6）：32-37.

[14 ]WJ/T 9054-2006， 乳化炸藥熱安定性[S]. 北京：國防科學技術乳化委員會，2006.

[15 ]WJ/T 9052.1-2006，乳化炸藥感度試驗方法[S]. 北京：國防科學技術乳化委員會，2006.

（責任編輯：李 麗，吳曉紅，編輯：丁 寒）