杜斌 姚洪志 張方

摘要：射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）是物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)，利用RFID技術(shù)可以對(duì)民用爆炸物品的流向進(jìn)行更加有效的監(jiān)管，但由于該技術(shù)會(huì)產(chǎn)生射頻電流、輻射等危險(xiǎn)因素，因此確保安全是其成功應(yīng)用于民爆領(lǐng)域的前提條件。針對(duì)乳化炸藥在RFID近場(chǎng)條件下的響應(yīng)特性和安全性，利用不同電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)乳化炸藥樣品進(jìn)行輻照，并對(duì)比分析乳化炸藥經(jīng)電磁場(chǎng)輻照前后的性能，研究了RFID對(duì)乳化炸藥的危害，為RFID技術(shù)在民爆行業(yè)的應(yīng)用提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：RFID；輻射；乳化炸藥；危害；電磁

中圖分類(lèi)號(hào)：TP 028.8文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：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(yīng)用于礦山、石油、鉆井、地質(zhì)等多個(gè)行業(yè)，我國(guó)是乳化炸藥生產(chǎn)和使用大國(guó)，近幾年的產(chǎn)量都在400萬(wàn)噸左右。對(duì)如此大量的乳化炸藥進(jìn)行有效管理，還存在諸多不完善之處[1]。射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)在零售業(yè)、物流業(yè)及某些軍事項(xiàng)目[2]上的成功應(yīng)用，快速地提高了管理的效率、有效地減少人力、物力的浪費(fèi)，增加了經(jīng)濟(jì)效益。但是由于工業(yè)炸藥的特殊性，RFID技術(shù)一直未能在其流通領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。文獻(xiàn)[3]提出了REID技術(shù)在雷管產(chǎn)品安全管理中的應(yīng)用。文獻(xiàn)[4-5]提出了融合RFID和條形碼的工業(yè)炸藥流向信息識(shí)別方法。文獻(xiàn)[6]研究了基于RFID和遺傳算法的實(shí)時(shí)炸藥倉(cāng)儲(chǔ)優(yōu)化操作。文獻(xiàn)[7]研究了無(wú)線射頻作用對(duì)黑索金性能的影響。文獻(xiàn)[8]研究了RFID技術(shù)在化學(xué)危險(xiǎn)品物流管理中的應(yīng)用。文獻(xiàn)[9]研究了工業(yè)炸藥對(duì)RFID讀寫(xiě)器性能影響的評(píng)測(cè)方法。文獻(xiàn)[10]研究了基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)炸藥包裝缺陷在線檢測(cè)系統(tǒng).如果有充分的試驗(yàn)驗(yàn)證RFID技術(shù)在工業(yè)炸藥流通領(lǐng)域應(yīng)用的安全性和可靠性，那么就可建立基于RFID技術(shù)的乳化炸藥智能化管理體系，以促進(jìn)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(guò)對(duì)比經(jīng)RFID輻射場(chǎng)輻照前、后乳化炸藥的各種性能，系統(tǒng)地研究了RFID輻射場(chǎng)對(duì)乳化炸藥的影響。

1RFID技術(shù)簡(jiǎn)介

RFID屬于一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，RFID的基本技術(shù)起源于二戰(zhàn)時(shí)期，最初盟軍利用無(wú)線電數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)識(shí)別敵我雙方的飛機(jī)和軍艦。由于較高的成本，戰(zhàn)后該技術(shù)一直主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，并未很快在民用領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用[11]。

二十一世紀(jì)初，RFID迎來(lái)了一個(gè)嶄新的發(fā)展時(shí)期，其在民用領(lǐng)域的價(jià)值開(kāi)始得到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，特別是在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，RFID技術(shù)大量應(yīng)用于生產(chǎn)自動(dòng)化、門(mén)禁、公路收費(fèi)、停車(chē)場(chǎng)管理、身份識(shí)別、貨物跟蹤等民用領(lǐng)域中，而且其新的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)展，層出不窮[12]。

RFID系統(tǒng)一般由射頻標(biāo)簽、閱讀器和天線三部分組[13]。根據(jù)我國(guó)RFID技術(shù)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(zhǔn)進(jìn)行研究。

2RFID輻射特性

采用電場(chǎng)傳感器，對(duì)RFID系統(tǒng)輻射特性，進(jìn)行了研究分析。由于在實(shí)際使用過(guò)程中，尤其是乳化炸藥出庫(kù)、入庫(kù)過(guò)程中，RFID的天線部分與乳化炸藥包裝箱的距離會(huì)非常近。因此測(cè)量了距離RFID天線較近的情況下，乳化炸藥包裝箱表面電場(chǎng)的分布情況。

對(duì)RFID天線的輻射特性進(jìn)行大量的測(cè)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(shí)，距離輻射源5cm處場(chǎng)強(qiáng)最大為72.7V/m。

3乳化炸藥電磁波響應(yīng)

乳化炸藥對(duì)電磁波的響應(yīng)主要體現(xiàn)在其吸收電磁波的能力方面。因此，采用單位質(zhì)量的乳化炸藥吸收電磁波能量的多少來(lái)評(píng)價(jià)乳化炸藥對(duì)電磁波響應(yīng)的特性。

按照乳化炸藥藥卷的包裝形式，對(duì)乳化炸藥進(jìn)行建模。相關(guān)參數(shù)：相對(duì)介電常數(shù)為2.37，相對(duì)磁導(dǎo)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(jì)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(shí)，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(zhì)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(shí)間，s。

假設(shè)沒(méi)有熱量散失、電場(chǎng)強(qiáng)度為200 V/m，炸藥溫度升高最大可達(dá)24.624 ℃。而乳化炸藥的生產(chǎn)過(guò)程中溫度最高達(dá)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(duì)乳化炸藥也不會(huì)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(dāng)?shù)纳峤禍卮胧?h3>4輻照試驗(yàn)

輻照試驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示。 RFID裝置的實(shí)際電磁發(fā)射強(qiáng)度為72.7V/m， 但是為了放大試驗(yàn)效果， 將RFID輻射場(chǎng)按照電場(chǎng)強(qiáng)度200V/m進(jìn)行試驗(yàn)。

5性能對(duì)比分析

對(duì)上述試驗(yàn)條件下RFID輻射場(chǎng)輻照3小時(shí)前、后的乳化炸藥樣本各種性能，進(jìn)行對(duì)比分析，以觀測(cè)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(chǎng)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(wàn)倍。對(duì)照可見(jiàn)，乳化炸藥經(jīng)電磁場(chǎng)輻照前、后微觀結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生明顯變化。

5.2熱安定性

根據(jù)GJB772A-97的相關(guān)規(guī)定，當(dāng)單位質(zhì)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(shí)，說(shuō)明樣品已不安定[14]。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過(guò)915MHz電磁輻射后的乳化炸藥樣本，單位質(zhì)量釋放的氣體容積有所增加（增加了0.11ml），遠(yuǎn)未達(dá)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(guò)對(duì)于乳化炸藥原樣及經(jīng)RFID輻射場(chǎng)輻照后樣品進(jìn)行紅外光譜分析，兩種樣品紅外譜出峰位置并無(wú)明顯差異，只存在強(qiáng)度上的差異（見(jiàn)圖5）。分析原因，結(jié)果與取樣處理及工藝處理有一定關(guān)系。從吸收峰位置較為一致來(lái)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(duì)乳化炸藥的相容性進(jìn)行對(duì)比分析。對(duì)比分析兩個(gè)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(shuō)明經(jīng)輻射場(chǎng)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(chǎng)輻照過(guò)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(xiǎn)感度測(cè)試

對(duì)經(jīng)電磁場(chǎng)輻照前、后的乳化炸藥樣本摩擦和撞擊感度的對(duì)比，觀測(cè)乳化炸藥感度性能的變化[15]。輻照條件為頻率915MHz、場(chǎng)強(qiáng)200V/m。

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

6結(jié)論

在頻率915MHz、場(chǎng)強(qiáng)200V/m的條件下，乳化炸藥樣品經(jīng)RFID電磁場(chǎng)輻照3小時(shí)后未出現(xiàn)燃燒、爆炸等現(xiàn)象，且經(jīng)過(guò)電子掃描電鏡分析、熱安全性測(cè)試、紅外光譜分析、感度試驗(yàn)（摩擦感度、撞擊感度、熱感度）等，均未見(jiàn)異?；蜃兓?。僅在采用差示掃描量熱儀測(cè)試時(shí)，經(jīng)輻照后的乳化炸藥樣品出現(xiàn)了一個(gè)明顯的放熱峰，這與輻照時(shí)水分流失有關(guān)。綜合所有試驗(yàn)結(jié)果，說(shuō)明乳化炸藥在RFID輻射場(chǎng)中的性能基本未發(fā)生變化，其安全性未受影響。

參考文獻(xiàn)：

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

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

[ 3]李宇. RFID技術(shù)在雷管產(chǎn)品安全管理中的應(yīng)用[D].北京：北京理工大學(xué)， 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(shí)別[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制， 2014， 22（8）：2 641-2 643.

[ 5]許亮， 黃志平， 肖開(kāi)文，等. 基于RFID工業(yè)炸藥生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)[J]. 微計(jì)算機(jī)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(shí)時(shí)炸藥倉(cāng)儲(chǔ)優(yōu)化操作[J]. 計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)， 2014， 36（2）：286-291.

[ 7]陳誠(chéng)， 董慶豐， 黎厚斌，等. 無(wú)線射頻作用對(duì)黑索今性能的影響[J]. 火炸藥學(xué)報(bào)， 2015（6）：78-81.

[ 8]虞洋， 梁峙， 馬捷，等. RFID技術(shù)在化學(xué)危險(xiǎn)品物流管理中的技術(shù)示范和應(yīng)用[J]. 糧食流通技術(shù)， 2013（6）：5-7.

[ 9]許亮， 刁建彬， 何小敏，等. 工業(yè)炸藥對(duì)RFID讀寫(xiě)器性能影響的評(píng)測(cè)方法與實(shí)驗(yàn)[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程， 2014， 14（27）：80-83.

[ 10]黃志平， 許亮. 基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)炸藥包裝缺陷在線檢測(cè)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(guó)防科學(xué)技術(shù)乳化委員會(huì)，2006.

[15 ]WJ/T 9052.1-2006，乳化炸藥感度試驗(yàn)方法[S]. 北京：國(guó)防科學(xué)技術(shù)乳化委員會(huì)，2006.

（責(zé)任編輯：李 麗，吳曉紅，編輯：丁 寒）