本文關(guān)鍵詞： 太赫茲 爆炸物 時域光譜 模糊聚類 定量分析　出處：《中北大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：太赫茲光譜一般特指0.1THz~10THz波段電磁輻射,在電磁波譜中位于微波和紅外輻射之間,廣義的太赫茲輻射可指0.1THz~100THz的紅外輻射。與其它電磁輻射相比,太赫茲光譜具有瞬態(tài)性、寬帶性、低能性、穿透性等特殊性質(zhì)。隨著交通運輸?shù)陌l(fā)展,各車站港口的安檢壓力增大,人們對安檢儀器和安檢手段也提出了更高的要求。而許多爆炸物分子在太赫茲波段具有不同的特征吸收峰,即具有“指紋”特性。太赫茲光譜技術(shù)可提供一些傳統(tǒng)探測技術(shù)如微波和X射線技術(shù)不能提供的信息,在爆炸物探測、地雷探測、軍用通信等軍事領(lǐng)域以及安全檢查、醫(yī)學(xué)人體成像等民用領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。論文研究內(nèi)容包括:(1)描述了太赫茲波性質(zhì)、探測原理和爆炸物發(fā)展現(xiàn)狀,提出了基于太赫茲光譜的爆炸物檢測方法,并進行了仿真、實驗與結(jié)果分析。(2)介紹了典型爆炸物基本原理和爆炸物太赫茲光譜仿真方法,研究了爆炸物制備工藝。(3)使用分子動力學(xué)方法計算得到了PETN、TNT、HMX、LLM105、RDX、DNAN、HNS、DNMT八種爆炸物在0.1THz~60THz波段的太赫茲光譜。(4)構(gòu)建基于時域光譜分析的太赫茲光譜測試系統(tǒng)實現(xiàn)了爆炸物太赫茲光譜檢測,用模糊聚類和線性回歸法進行了光譜分析,最后研究了吸收峰與化學(xué)鍵和基團的對應(yīng)關(guān)系。具體開展工作及創(chuàng)新點如下:(1)用分子動力學(xué)Gaussian軟件通過分子建模,結(jié)構(gòu)優(yōu)化和頻率計算對PETN、TNT、HMX、LLM105、RDX等八種典型爆炸物的太赫茲光譜進行仿真。發(fā)現(xiàn)爆炸物分子在10THz~60THz波段內(nèi)有很強的吸收,在0.1THz~10THz波段也有較小的吸收信號,利用Matlab軟件對幾種炸藥0.1THz~10THz波段的光譜進行了數(shù)據(jù)提取。(2)用傅里葉紅外光譜儀對壓片狀和粉末狀PETN、TNT、HMX、LLM105、RDX五種爆炸物光譜進行探測,獲得了10.5THz~60THz太赫茲吸收光譜并提取了特征吸收峰,測得的特征吸收峰與仿真結(jié)果基本吻合。(3)自建了太赫茲時域光譜系統(tǒng),測量了RDX、HMX、鈍感RDX、鈍感HMX、LLM105五種爆炸物0.1THz~2.5THz太赫茲吸收光譜并提取了特征峰,測得的特征吸收峰與仿真結(jié)果基本吻合。(4)為了便于公共安檢應(yīng)用,采用便攜式Mini-Z太赫茲光譜儀對HNS、DNAN、DNMT三種粉末爆炸物進行了反射和透射光譜探測(光譜范圍0.1THz~2.5THz),提取了特征吸收峰;采用便攜式TAS7500SP光譜儀測得了TNT在較寬范圍內(nèi)(0.5THz~4THz)的五種光譜,包括吸收系數(shù)、反射譜、反射比、透射譜和透射比,并提取了特征峰值。(5)用模糊聚類方法對RDX、HMX、DNAN、HNS、DNMT、LLM105進行了分類,為進一步建立炸藥太赫茲光譜數(shù)據(jù)庫奠定了基礎(chǔ);采用線性回歸方法對RDX進行定量分析,驗證了太赫茲時域光譜技術(shù)在炸藥含量測量應(yīng)用中的可行性。(6)從分子動力學(xué)的角度,運用Masterial Studio的Dmol3模塊計算HMX、DNAN的特征吸收峰,結(jié)合實驗結(jié)果利用可視化模塊分析了HMX、DNAN分子在特征頻率處的振動模式,發(fā)現(xiàn)特征吸收峰的產(chǎn)生與分子的基團振動、扭動、旋轉(zhuǎn)以及化學(xué)鍵的伸縮振動有密切的關(guān)系。上述研究工作為豐富爆炸物光譜,建立爆炸物的太赫茲指紋庫,實現(xiàn)公共安全應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
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【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：D918.93;O657.3
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本文編號：1481033