[發明專利]基于激光誘導擊穿光譜對含能材料撞擊感度和摩擦感度快速定量預測方法

有效

• 申請號: 202110387136.2
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113340875B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 劉瑞斌;王憲雙;姚裕貴;束慶海;何雅格;李安;王俊峰
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71;G06F17/16;G06F30/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于激光誘導擊穿光譜對含能材料撞擊感度和摩擦感度快速定量預測方法，屬于含能材料機械感度預測技術領域。獲取已知撞擊感度和摩擦感度的含能材料的激光等離子體發射光譜，并進行有效數據篩選、連續輻射背景去除、分通道歸一化等有效的光譜預處理手段，基于特征原子、特征離子以及特征分子輻射等全部光譜信息，進行訓練、驗證、測試，分別建立撞擊感度和摩擦感度的線性回歸模型；獲取未知撞擊感度和摩擦感度的含能材料的激光等離子體發射光譜，并進行有效數據篩選、連續輻射背景去除、分通道歸一化等有效的光譜預處理手段，基于特征原子、特征離子以及特征分子輻射等全部光譜信息結合撞擊感度或摩擦感度線性回歸模型，得到感度值未知含能材料的預測撞擊感度值或者摩擦感度值。本發明所述方法對樣品消耗量極少，分析速度快，預測結果準確，具有很好的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種基于激光誘導擊穿光譜對含能材料撞擊感度和摩擦感度快速定量預測方法，屬于含能材料機械感度預測技術領域。

背景技術

含能材料的撞擊感度和摩擦感度分別指炸藥受到外界(機械)撞擊和摩擦作用時引起爆炸反應的敏感程度，是衡量含能材料安全性的重要指標。摩擦和撞擊產生于生產攪拌或運輸震動中，炸藥顆粒之間、炸藥與包裝之間以及炸藥與地面之間等均可導致炸藥的引爆。因此，含能材料安全性問題及其感度評估成為含能材料在實際應用中面臨的巨大挑戰。撞擊感度通常以在一定條件的落錘實驗中含能材料樣品的爆炸概率或50％爆炸概率的特性落高表征。摩擦感度通常借助于摩擦感度測試儀，以六次試驗中至少有一次出現“爆炸”的最低摩擦荷重作為摩擦感度值。綜上，撞擊感度和摩擦感度測試需利用專用裝置，在測試和評估過程中受人為操作影響大，安全性低，可控性差，因此急需一種快速、安全準確的評測系統和方法。

激光誘導擊穿光譜(LIBS)方法將高能納秒脈沖激光聚焦到含能材料表面，脈沖激光的前沿快速地加熱、消融、蒸發、氣化焦點處的樣品材料，燒蝕的材料脫離靶面并迅速向外噴濺和膨脹，產生高溫高密度的激光等離子體。激光進一步與等離子體相互作用，等離子體向外膨脹，當脈沖激光作用結束后，等離子體迅速冷卻，在冷卻過程中輻射激光誘導等離子體光譜和灰體輻射光譜，其主要包括了待測樣品的原子、分子信息，這些原子、離子、分子峰的光譜強度和含能材料中對應元素的含量和化學反應過程密切相關。含能材料主要由C、H、O、N元素構成，另外還包含微量雜質元素Ca、Mg、Na等。由于空氣中N約占78％，O約占21％，在惰性氣體中采集光譜，排除空氣中N和O等的干擾是十分必要的。為充分利用光譜信息，將全部光譜信息與目標撞擊感度和摩擦感度值建立相關性，噪聲等冗余光譜信息可通過主成分分析自動剔除。該方法在分析含能材料LIBS光譜中具有充分利用光譜信息，解釋變量能力強，排除系統干擾的優點，但容錯能力差，魯棒性差，存在過擬合等問題。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種基于激光誘導擊穿光譜對含能材料撞擊感度和摩擦感度快速定量預測方法，對基于激光誘導擊穿光譜技術獲得的等離子體發射光譜進行預處理，并使用主成分分析(PCA)的偏最小二乘法(PLS)進行分析和處理，實現對含能材料撞擊感度和摩擦感度值定量化預測，該方法能夠解決目前LIBS光譜分析方法中存在的容錯能力差、魯棒性差以及過擬合問題。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

基于激光誘導擊穿光譜對含能材料撞擊感度或者摩擦感度快速定量預測方法，以撞擊感度預測為例，所述方法包括以下步驟：

(1)選取t種已知撞擊感度的含能材料作為一組定標樣品，取10mg～20mg含能材料均勻涂抹在長度為3cm，寬度為1.8cm的雙面膠的一面，雙面膠另一面粘貼在玻璃片上表面，并用玻璃片將樣品壓實在雙面膠上，將載樣玻璃片下表面置于激光誘導擊穿光譜測試系統的樣品臺上，在惰性氣體保護氣氛下，將高能脈沖激光聚焦到含能材料表面，使其熔化、氣化，并收集等離子體發射光譜；其中，對t種含能材料分別進行激光激發和等離子體發射光譜收集，每一種含能材料進行n次測試并收集n次等離子體發射光譜；

每一次收集的等離子體發射光譜有如下特征：