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摘要：射频识别技术（RFID）是物联网行业的基础技术，利用RFID技术可以对民用爆炸物品的流向进行更加有效的监管，但由于该技术会产生射频电流、辐射等危险因素，因此确保安全是其成功应用于民爆领域的前提条件。针对乳化炸药在RFID近场条件下的响应特性和安全性，利用不同电场强度对乳化炸药样品进行辐照，并对比分析乳化炸药经电磁场辐照前后的性能，研究了RFID对乳化炸药的危害，为RFID技术在民爆行业的应用提供依据。
关键词：RFID；辐射；乳化炸药；危害；电磁
中图分类号：TP 028.8文献标志码：A文章编号：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
乳化炸藥广泛应用于矿山、石油、钻井、地质等多个行业，我国是乳化炸药生产和使用大国，近几年的产量都在400万吨左右。对如此大量的乳化炸药进行有效管理，还存在诸多不完善之处[1]。射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）技术在零售业、物流业及某些军事项目[2]上的成功应用，快速地提高了管理的效率、有效地减少人力、物力的浪费，增加了经济效益。但是由于工业炸药的特殊性，RFID技术一直未能在其流通领域获得广泛应用。文献[3]提出了REID技术在雷管产品安全管理中的应用。文献[4-5]提出了融合RFID和条形码的工业炸药流向信息识别方法。文献[6]研究了基于RFID和遗传算法的实时炸药仓储优化操作。文献[7]研究了无线射频作用对黑索金性能的影响。文献[8]研究了RFID技术在化学危险品物流管理中的应用。文献[9]研究了工业炸药对RFID读写器性能影响的评测方法。文献[10]研究了基于机器视觉的工业炸药包装缺陷在线检测系统.如果有充分的试验验证RFID技术在工业炸药流通领域应用的安全性和可靠性，那么就可建立基于RFID技术的乳化炸药智能化管理体系，以促进行业的发展，提高管理效率，有效控制“四超”现象。
本文以乳化炸药为例，通过对比经RFID辐射场辐照前、后乳化炸药的各种性能，系统地研究了RFID辐射场对乳化炸药的影响。
RFID属于一种非接触式自动识别技术，RFID的基本技术起源于二战时期，最初盟军利用无线电数据技术来识别敌我双方的飞机和军舰。由于较高的成本，战后该技术一直主要应用于军事领域，并未很快在民用领域得到推广应用[11]。
二十一世纪初，RFID迎来了一个崭新的发展时期，其在民用领域的价值开始得到世界各国的广泛关注，特别是在西方发达国家，RFID技术大量应用于生产自动化、门禁、公路收费、停车场管理、身份识别、货物跟踪等民用领域中，而且其新的应用范围还在不断扩展，层出不穷[12]。
RFID系统一般由射频标签、阅读器和天线三部分组[13]。根据我国RFID技术的发展情况和频谱使用情况，其频率范围为896～926MHz，中心频率915MHz，因此本文采用中心频率915MHz作为基准进行研究。
采用电场传感器，对RFID系统辐射特性，进行了研究分析。由于在实际使用过程中，尤其是乳化炸药出库、入库过程中，RFID的天线部分与乳化炸药包装箱的距离会非常近。因此测量了距离RFID天线较近的情况下，乳化炸药包装箱表面电场的分布情况。
对RFID天线的辐射特性进行大量的测量，发现得到距离天线较近的情况下，RFID天线辐射频率为915 MHz时，距离辐射源5cm处场强最大为72.7V/m。
乳化炸药对电磁波的响应主要体现在其吸收电磁波的能力方面。因此，采用单位质量的乳化炸药吸收电磁波能量的多少来评价乳化炸药对电磁波响应的特性。
按照乳化炸药药卷的包装形式，对乳化炸药进行建模。相关参数：相对介电常数为2.37，相对磁导率为1，密度为0.95～1.25g/cm，比热容为0.84～1.625kJ/kg。药卷尺寸：药卷直径为32mm，药卷高度210mm，其外包装为塑料包装，包装纸厚为2mm。
图1915MHz乳化炸药吸收率利用ANSYS Ansoft HFSS软件仿真计算获得药卷状态下，乳化炸药药卷整体接收电磁能量的分布状态。
从图1可以看出，在不同截面、不同距离处，乳化炸药在915MHz时，最大吸收率为0.011 4W/m3。
式中：C为炸药材料比热容，kJ/（kg℃）；m为炸药药卷质量，kg；T为炸药温升，℃；R为单位体积炸药吸收率，W/m3；V为炸药药卷体积，m3；t为药卷经电磁辐照时间，s。
假设没有热量散失、电场强度为200 V/m，炸药温度升高最大可达24.624 ℃。而乳化炸药的生产过程中温度最高达100℃左右，因此在一般情况下即使乳化炸药的局部温度比环境温度升高了25℃，对乳化炸药也不会造成明显的不利影响。但是出于安全考虑，这种局部温度升高现象需引起重视，采取适当的散热降温措施。
辐照试验系统如图2所示。 RFID装置的实际电磁发射强度为72.7V/m， 但是为了放大试验效果， 将RFID辐射场按照电场强度200V/m进行试验。
对上述试验条件下RFID辐射场辐照3小时前、后的乳化炸药样本各种性能，进行对比分析，以观测乳化炸药微观和宏观性能变化规律。
5.1扫描电镜
图4为经电磁场辐照前、后的乳化炸药样本的电镜扫描照片，放大倍数10万倍。对照可见，乳化炸药经电磁场辐照前、后微观结构没有发生明显变化。
5.2热安定性
根据GJB772A-97的相关规定，当单位质量的炸药样本经200℃高温加热后释放的气体容积大于2ml时，说明样品已不安定[14]。实验数据表明，经过915MHz电磁辐射后的乳化炸药样本，单位质量释放的气体容积有所增加（增加了0.11ml），远未达到不安定的判据。由此可知，乳化炸药经电磁辐射后的安定性依然合格。
5.3红外光谱
通过对于乳化炸药原样及经RFID辐射场辐照后样品进行红外光谱分析，两种样品红外谱出峰位置并无明显差异，只存在强度上的差异（见图5）。分析原因，结果与取样处理及工艺处理有一定关系。从吸收峰位置较为一致来判断，经电磁波辐照后，乳化炸药的性能未发生明显变化。
5.4热性能
采用差示扫描量热法（DSC）对乳化炸药的相容性进行对比分析。对比分析两个乳化炸药样本，由图6可知，两种样本的峰形及出峰位置存在少量差异，较为明显的为经辐照后样本有一明显放热峰，说明经辐射场辐照后产生了一定的热性能变化。产生这种现象的原因主要是由于在電磁场辐照过程中，乳化炸药中的水分子流失，使得乳化炸药热性能发生了一定程度的变化。
5.5危险感度测试
对经电磁场辐照前、后的乳化炸药样本摩擦和撞击感度的对比，观测乳化炸药感度性能的变化[15]。辐照条件为频率915MHz、场强200V/m。
辐照前、后的两个乳化炸药样品各做了50次摩擦感度和50次撞击感度试验，发火概率均为0，说明摩擦感度和撞击感度均未发生明显变化，结果分别如表2、表3所示。
在频率915MHz、场强200V/m的条件下，乳化炸药样品经RFID电磁场辐照3小时后未出现燃烧、爆炸等现象，且经过电子扫描电镜分析、热安全性测试、红外光谱分析、感度试验（摩擦感度、撞击感度、热感度）等，均未见异常或变化。仅在采用差示扫描量热仪测试时，经辐照后的乳化炸药样品出现了一个明显的放热峰，这与辐照时水分流失有关。综合所有试验结果，说明乳化炸药在RFID辐射场中的性能基本未发生变化，其安全性未受影响。
参考文献：
[1]GB 18095-2000， 乳化炸药[S]. 北京：国家质量监督局，2000.
[ 2]GJB 151B-2013，军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量[S]. 北京：总装备部军标出版发行部，2013.
[ 3]李宇. RFID技术在雷管产品安全管理中的应用[D].北京：北京理工大学， 2008.
[ 4]许亮， 何小敏， 李秀喜，等. 融合RFID和条形码的工业炸药流向信息识别[J]. 计算机测量与控制， 2014， 22（8）：2 641-2 643.
[ 5]许亮， 黄志平， 肖开文，等. 基于RFID工业炸药生产过程实时监控系统的开发与实现[J]. 微计算机信息， 2012（9）：46-47.
[ 6]付华伟， 何小敏， 许亮，等. 基于RFID和遗传算法的实时炸药仓储优化操作[J]. 计算机工程与科学， 2014， 36（2）：286-291.
[ 7]陈诚， 董庆丰， 黎厚斌，等. 无线射频作用对黑索今性能的影响[J]. 火炸药学报， 2015（6）：78-81.
[ 8]虞洋， 梁峙， 马捷，等. RFID技术在化学危险品物流管理中的技术示范和应用[J]. 粮食流通技术， 2013（6）：5-7.
[ 9]许亮， 刁建彬， 何小敏，等. 工业炸药对RFID读写器性能影响的评测方法与实验[J]. 科学技术与工程， 2014， 14（27）：80-83.
[ 10]黄志平， 许亮. 基于机器视觉的工业炸药包装缺陷在线检测系统[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， 乳化炸药热安定性[S]. 北京：国防科学技术乳化委员会，2006.
[15 ]WJ/T 9052.1-2006，乳化炸药感度试验方法[S]. 北京：国防科学技术乳化委员会，2006.
（责任编辑：李 丽，吴晓红，编辑：丁 寒）
关键词：RFID；辐射；乳化炸药；危害；电磁
中图分类号：TP 028.8文献标志码：A文章编号：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
乳化炸藥广泛应用于矿山、石油、钻井、地质等多个行业，我国是乳化炸药生产和使用大国，近几年的产量都在400万吨左右。对如此大量的乳化炸药进行有效管理，还存在诸多不完善之处[1]。射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）技术在零售业、物流业及某些军事项目[2]上的成功应用，快速地提高了管理的效率、有效地减少人力、物力的浪费，增加了经济效益。但是由于工业炸药的特殊性，RFID技术一直未能在其流通领域获得广泛应用。文献[3]提出了REID技术在雷管产品安全管理中的应用。文献[4-5]提出了融合RFID和条形码的工业炸药流向信息识别方法。文献[6]研究了基于RFID和遗传算法的实时炸药仓储优化操作。文献[7]研究了无线射频作用对黑索金性能的影响。文献[8]研究了RFID技术在化学危险品物流管理中的应用。文献[9]研究了工业炸药对RFID读写器性能影响的评测方法。文献[10]研究了基于机器视觉的工业炸药包装缺陷在线检测系统.如果有充分的试验验证RFID技术在工业炸药流通领域应用的安全性和可靠性，那么就可建立基于RFID技术的乳化炸药智能化管理体系，以促进行业的发展，提高管理效率，有效控制“四超”现象。
本文以乳化炸药为例，通过对比经RFID辐射场辐照前、后乳化炸药的各种性能，系统地研究了RFID辐射场对乳化炸药的影响。
1RFID技术简介
RFID属于一种非接触式自动识别技术，RFID的基本技术起源于二战时期，最初盟军利用无线电数据技术来识别敌我双方的飞机和军舰。由于较高的成本，战后该技术一直主要应用于军事领域，并未很快在民用领域得到推广应用[11]。
二十一世纪初，RFID迎来了一个崭新的发展时期，其在民用领域的价值开始得到世界各国的广泛关注，特别是在西方发达国家，RFID技术大量应用于生产自动化、门禁、公路收费、停车场管理、身份识别、货物跟踪等民用领域中，而且其新的应用范围还在不断扩展，层出不穷[12]。
RFID系统一般由射频标签、阅读器和天线三部分组[13]。根据我国RFID技术的发展情况和频谱使用情况，其频率范围为896～926MHz，中心频率915MHz，因此本文采用中心频率915MHz作为基准进行研究。
2RFID辐射特性
采用电场传感器，对RFID系统辐射特性，进行了研究分析。由于在实际使用过程中，尤其是乳化炸药出库、入库过程中，RFID的天线部分与乳化炸药包装箱的距离会非常近。因此测量了距离RFID天线较近的情况下，乳化炸药包装箱表面电场的分布情况。
对RFID天线的辐射特性进行大量的测量，发现得到距离天线较近的情况下，RFID天线辐射频率为915 MHz时，距离辐射源5cm处场强最大为72.7V/m。
3乳化炸药电磁波响应
乳化炸药对电磁波的响应主要体现在其吸收电磁波的能力方面。因此，采用单位质量的乳化炸药吸收电磁波能量的多少来评价乳化炸药对电磁波响应的特性。
按照乳化炸药药卷的包装形式，对乳化炸药进行建模。相关参数：相对介电常数为2.37，相对磁导率为1，密度为0.95～1.25g/cm，比热容为0.84～1.625kJ/kg。药卷尺寸：药卷直径为32mm，药卷高度210mm，其外包装为塑料包装，包装纸厚为2mm。
图1915MHz乳化炸药吸收率利用ANSYS Ansoft HFSS软件仿真计算获得药卷状态下，乳化炸药药卷整体接收电磁能量的分布状态。
从图1可以看出，在不同截面、不同距离处，乳化炸药在915MHz时，最大吸收率为0.011 4W/m3。
式中：C为炸药材料比热容，kJ/（kg℃）；m为炸药药卷质量，kg；T为炸药温升，℃；R为单位体积炸药吸收率，W/m3；V为炸药药卷体积，m3；t为药卷经电磁辐照时间，s。
假设没有热量散失、电场强度为200 V/m，炸药温度升高最大可达24.624 ℃。而乳化炸药的生产过程中温度最高达100℃左右，因此在一般情况下即使乳化炸药的局部温度比环境温度升高了25℃，对乳化炸药也不会造成明显的不利影响。但是出于安全考虑，这种局部温度升高现象需引起重视，采取适当的散热降温措施。
4辐照试验
辐照试验系统如图2所示。 RFID装置的实际电磁发射强度为72.7V/m， 但是为了放大试验效果， 将RFID辐射场按照电场强度200V/m进行试验。
5性能对比分析
对上述试验条件下RFID辐射场辐照3小时前、后的乳化炸药样本各种性能，进行对比分析，以观测乳化炸药微观和宏观性能变化规律。
5.1扫描电镜
图4为经电磁场辐照前、后的乳化炸药样本的电镜扫描照片，放大倍数10万倍。对照可见，乳化炸药经电磁场辐照前、后微观结构没有发生明显变化。
5.2热安定性
根据GJB772A-97的相关规定，当单位质量的炸药样本经200℃高温加热后释放的气体容积大于2ml时，说明样品已不安定[14]。实验数据表明，经过915MHz电磁辐射后的乳化炸药样本，单位质量释放的气体容积有所增加（增加了0.11ml），远未达到不安定的判据。由此可知，乳化炸药经电磁辐射后的安定性依然合格。
5.3红外光谱
通过对于乳化炸药原样及经RFID辐射场辐照后样品进行红外光谱分析，两种样品红外谱出峰位置并无明显差异，只存在强度上的差异（见图5）。分析原因，结果与取样处理及工艺处理有一定关系。从吸收峰位置较为一致来判断，经电磁波辐照后，乳化炸药的性能未发生明显变化。
5.4热性能
采用差示扫描量热法（DSC）对乳化炸药的相容性进行对比分析。对比分析两个乳化炸药样本，由图6可知，两种样本的峰形及出峰位置存在少量差异，较为明显的为经辐照后样本有一明显放热峰，说明经辐射场辐照后产生了一定的热性能变化。产生这种现象的原因主要是由于在電磁场辐照过程中，乳化炸药中的水分子流失，使得乳化炸药热性能发生了一定程度的变化。
5.5危险感度测试
对经电磁场辐照前、后的乳化炸药样本摩擦和撞击感度的对比，观测乳化炸药感度性能的变化[15]。辐照条件为频率915MHz、场强200V/m。
辐照前、后的两个乳化炸药样品各做了50次摩擦感度和50次撞击感度试验，发火概率均为0，说明摩擦感度和撞击感度均未发生明显变化，结果分别如表2、表3所示。
6结论
在频率915MHz、场强200V/m的条件下，乳化炸药样品经RFID电磁场辐照3小时后未出现燃烧、爆炸等现象，且经过电子扫描电镜分析、热安全性测试、红外光谱分析、感度试验（摩擦感度、撞击感度、热感度）等，均未见异常或变化。仅在采用差示扫描量热仪测试时，经辐照后的乳化炸药样品出现了一个明显的放热峰，这与辐照时水分流失有关。综合所有试验结果，说明乳化炸药在RFID辐射场中的性能基本未发生变化，其安全性未受影响。
参考文献：
[1]GB 18095-2000， 乳化炸药[S]. 北京：国家质量监督局，2000.
[ 2]GJB 151B-2013，军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量[S]. 北京：总装备部军标出版发行部，2013.
[ 3]李宇. RFID技术在雷管产品安全管理中的应用[D].北京：北京理工大学， 2008.
[ 4]许亮， 何小敏， 李秀喜，等. 融合RFID和条形码的工业炸药流向信息识别[J]. 计算机测量与控制， 2014， 22（8）：2 641-2 643.
[ 5]许亮， 黄志平， 肖开文，等. 基于RFID工业炸药生产过程实时监控系统的开发与实现[J]. 微计算机信息， 2012（9）：46-47.
[ 6]付华伟， 何小敏， 许亮，等. 基于RFID和遗传算法的实时炸药仓储优化操作[J]. 计算机工程与科学， 2014， 36（2）：286-291.
[ 7]陈诚， 董庆丰， 黎厚斌，等. 无线射频作用对黑索今性能的影响[J]. 火炸药学报， 2015（6）：78-81.
[ 8]虞洋， 梁峙， 马捷，等. RFID技术在化学危险品物流管理中的技术示范和应用[J]. 粮食流通技术， 2013（6）：5-7.
[ 9]许亮， 刁建彬， 何小敏，等. 工业炸药对RFID读写器性能影响的评测方法与实验[J]. 科学技术与工程， 2014， 14（27）：80-83.
[ 10]黄志平， 许亮. 基于机器视觉的工业炸药包装缺陷在线检测系统[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， 乳化炸药热安定性[S]. 北京：国防科学技术乳化委员会，2006.
[15 ]WJ/T 9052.1-2006，乳化炸药感度试验方法[S]. 北京：国防科学技术乳化委员会，2006.
（责任编辑：李 丽，吴晓红，编辑：丁 寒）