基于密度梯度透光率法测试晶体密度连续分布的方法技术

本发明专利技术公开了一种快速测定含能材料晶体密度连续分布的方法。通过利用密度梯度管使晶体样品按照密度的差异在密度梯度管不同的位置自然沉降并稳定，再通过标准密度浮子标定和校正不同高度的液体密度，然后利用安装在密度梯度管两侧的光源发生器和光源探测器上下同步扫描和数据采集，根据不同高度和区域的光强差异，计算出透光率和高度的关系曲线，进而准确的计算出晶体样品的密度连续分布曲线。以此判定不同晶体样品的密度分布情况。本发明专利技术的方法可以快速测定类似含能材料晶体密度的连续分布，定量表征各密度梯度下的样品数量，实现对晶体颗粒密度分布的定量测试。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施方式涉及含能材料领域，更具体地，本专利技术的实施方式涉及一种基 于密度梯度透光率法测试晶体密度连续分布的方法
技术介绍
密度是固体颗粒材料的重要物性指标，其值大小取决于材料的物质组成和内部结 构形态，可直接影响材料的使用性能。对于含能材料，晶体颗粒密度不但影响炸药和推进剂 的爆轰能量，而且还与它们的安全性能密切相关。高性能武器弹药研究对于含能材料晶体 颗粒密度及密度分布的高精度测量提出了迫切需求。 晶体颗粒密度是一个具有统计意义的参量，主要受晶体内部溶剂包藏、微孔、裂 纹、位错等缺陷影响。一般而言，相同组分材料所构成的晶体，密度越低，其中溶剂包藏、孔 洞、裂纹甚至晶格缺陷等晶体内部缺陷也就越多，安全性能越差，如HMX、RDX晶体颗粒密度 相差0. OOlg/cm3,冲击波感度变化10 %?20%。因此，准确测定含能材料的颗粒密度对炸 药晶体品质表征和安全性能预测具有重要意义。然而，对炸药安全性能影响最大的往往是 其中晶体缺陷较多，密度较低的少部分晶体，因此平均的炸药晶体密度很难准确反应炸药 晶体的安全性能，只有掌握炸药密度的分布状况才能为高性能武器弹药的研制提供可靠的 支撑。 目前，固体颗粒密度测试的方法主要有液体比重瓶法、气体密度法、沉降浮选法和 密度梯度法。液体比重法和气体密度法只能获得样品的平均密度，该法精确度低且无法描 述颗粒的密度分布情况；沉降浮选法是将待测样品于不同密度的液体中反复沉降浮选、洗 涤过滤、干燥恒重，最后得到不同密度下的样品的质量分布，该法可在一定程度上描述样品 的密度分布，但测试过程繁琐，耗时长，劳动强度大，误差来源多，难以绘制一条精确、完整、 连续的密度分布曲线；密度梯度法是一种能够快速准确测定炸药晶体密度的新方法，但测 试者只能通过目测观察样品在密度梯度柱中的分布，难以定量表征各密度下的样品数量， 无法快速进行颗粒密度分布定量测试。因此，国内外还没有建立真正的颗粒密度分布定量 测试方法，还不能像粒度测试那样精确绘制颗粒密度连续分布曲线。研究一种可快速定量 表征各密度下的样品数量，获得连续密度分布曲线的方法显得尤为迫切。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提供一种准确快速测定含能材料晶体密度连续分 布，定量表征各密度下的样品数量，快速进行颗粒密度分布定量测试，得到密度分布曲线的 方法。 为解决上述的技术问题，本专利技术的一种实施方式采用以下技术方案： -种，包含如下步骤： A、配制浓度不同且连续分布的与待测晶体种类相同的晶体样品，分别测定不同浓 度的晶体样品的可见光透光率，得到晶体样品的透光率-浓度曲线，根据晶体样品的体积 将透光率-浓度曲线转化为透光率-质量含量曲线； B、配制密度连续且呈上轻下重均匀分布的密度梯度柱； C、称取待测晶体样品，将其缓慢加入密度梯度柱的上表面，使其自然下沉至稳定 停止在密度梯度柱中与其密度相等的位置； D、向密度梯度柱投入密度均匀间隔分布的玻璃浮子，待其自然下沉至稳定停止在 密度梯度柱中与其密度相等的位置； E、在密度梯度柱的前后两个视窗分别安装光源和光强接收装置，打开光源使其光 线透过密度梯度柱后被光强接收装置接收，测定密度梯度柱不同高度的透光率，从而得到 待测晶体样品在密度梯度柱中的透光率-高度曲线；利用玻璃浮子对光线吸收所产生的特 征信号，以每颗玻璃浮子产生吸收的中间位置为其高度对密度梯度柱不同高度的密度进行 标定，得到密度梯度柱的密度-高度曲线； F、将步骤A的透光率-质量含量曲线和步骤E的透光率-高度曲线转化为待测晶 体样品的质量含量-高度曲线； G、将步骤E的密度-高度曲线与步骤F的质量含量-高度曲线转化为质量含 量-密度曲线，即为待测晶体样品的密度连续分布曲线。 本专利技术的步骤A是采用与待测晶体种类相同的晶体先制备出这种晶体的透光 率-质量含量曲线，然后将其作为这种晶体的透光率-质量含量曲线库，以供以后进行同类 晶体测试时作为数据库使用。透光率的检测方法同样是采用光源、光强检测分布了晶体的 密度梯度柱。 由于本方法是测定晶体密度的连续分布曲线，因此在配置浓度不同的待测晶体样 品或其它相同种类晶体样品时，所提到的浓度实际上是晶体悬浮液的浓度。 根据本专利技术的一种实施方式，所述密度梯度柱为单根密度梯度柱。用单根密度梯 度柱测试晶体密度连续分布曲线时，待测晶体样品和玻璃浮子都加入这一根密度梯度柱中 并分别测定各自的相关曲线。 根据本专利技术的另一种实施方式，所述密度梯度柱为密度梯度阵列，所述密度梯度 阵列相互连通，各列相同位置的液体密度相同。用密度梯度阵列测试晶体密度连续分布曲 线时，可以将玻璃浮子加入其中的一根密度梯度柱中，其它的密度梯度柱中加待测晶体样 品而不加玻璃浮子，分别测定各自的相关曲线。 本专利技术的测试方法要求密度梯度柱中的液体密度分布范围覆盖待测晶体样品密 度的分布区间，该液体密度的中间值位于待测晶体样品密度的集中分布区域内。如果密度 梯度柱内的液体的密度范围不能完全覆盖待测晶体样品的密度，那么就不能够测得准确的 晶体密度连续分布曲线，让密度梯度柱的液体密度中间值分布在待测晶体样品密度的集中 分布区域内也是为了保证本方法的准确性。 本专利技术用来检测密度梯度柱透光率的光源是亮度均匀的平行光束或者面光源，或 者是在检测范围能够内步进移动从而扫描整个检测区域的小区域光束。平行光束或者面 光源的检测区域大，可以直接检测整个密度梯度柱，或者通过总检测次数较少的不同区域 的检测就可以获得整个密度梯度柱的透光率，而小区域光束需要经过连续的检测来获得整 个密度梯度柱的透光率，总之，不管采用哪种光束，都必须保证获得整个密度梯度柱的透光 率。 本专利技术用来检测密度梯度柱透光率的光源是单色光或白光，其光斑大小不小于光 强接收装置的最大接收面积。使用彩色光不利于准确的检测透光率，且如果光斑大小小于 了光强接收装置的最大面积，则会导致光强接收装置检测不到光斑信号或者检测到的光斑 信号不准确，最终导致待测晶体样品的密度分布曲线不准确。 根据本专利技术的一种实施方式，所述光源和光强接收装置通过同步电机控制而同时 上下移动。本专利技术可以采用多种类型的光源，比如小区域光源，而这种光源不能一次性检测 整个密度梯度柱的透光率，而光源和光强接收装置可以通过同步电机控制它们同时上下移 动，因此光源和光强接收装置是相对静止的，而两者相对于密度梯度柱来说是连续移动的， 因此能够检测到整个密度梯度柱的透光率。 优选的，所述光强接收装置是智能线阵CCD相机、智能CCD面探测器。当然，本发 明的光强接收装置并不限定与这两种设备，其它的可见光探测器也可能满足本专利技术的使用 条件。 本专利技术在测试密度梯度柱的透光率要求检测数据准确，因此不论使用的是智能线 阵CCD相机还是智能CCD面探测器或者其它可见光探测器，都要求它们的像素> 2048p，线 扫描速率>18000线。 由于密度浮子是用来标定密度梯度柱不同高度所对应的密度的，所以要求玻璃 浮子的密度分布均匀，间隔合理，否则标定的密度梯度柱的密度-高度曲线会出现断裂或 不完整的现象，不利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于密度梯度透光率法测试晶体密度连续分布的方法，其特征在于包含如下步骤：A、配制浓度不同且连续分布的与待测晶体种类相同的晶体样品，分别测定不同浓度的晶体样品的可见光透光率，得到晶体样品的透光率‑浓度曲线，根据晶体样品的体积将透光率‑浓度曲线转化为透光率‑质量含量曲线；B、配制密度连续且呈上轻下重均匀分布的密度梯度柱；C、称取待测晶体样品，将其缓慢加入密度梯度柱的上表面，使其自然下沉至稳定停止在密度梯度柱中与其密度相等的位置；D、向密度梯度柱投入密度均匀间隔分布的玻璃浮子，待其自然下沉至稳定停止在密度梯度柱中与其密度相等的位置；E、在密度梯度柱的前后两个视窗分别安装光源和光强接收装置，打开光源使其光线透过密度梯度柱后被光强接收装置接收，测定密度梯度柱不同高度的透光率，从而得到待测晶体样品在密度梯度柱中的透光率‑高度曲线；利用玻璃浮子对光线吸收所产生的特征信号，以每颗玻璃浮子产生吸收的中间位置为其高度对密度梯度柱不同高度的密度进行标定，得到密度梯度柱的密度‑高度曲线；F、将步骤A的透光率‑质量含量曲线和步骤E的透光率‑高度曲线转化为待测晶体样品的质量含量‑高度曲线；G、将步骤E的密度‑高度曲线与步骤F的质量含量‑高度曲线转化为质量含量‑密度曲线，即为待测晶体样品的密度连续分布曲线。...

【技术特征摘要】
1. 一种基于密度梯度透光率法测试晶体密度连续分布的方法，其特征在于包含如下步 骤： A、 配制浓度不同且连续分布的与待测晶体种类相同的晶体样品，分别测定不同浓度的 晶体样品的可见光透光率，得到晶体样品的透光率-浓度曲线，根据晶体样品的体积将透 光率-浓度曲线转化为透光率-质量含量曲线； B、 配制密度连续且呈上轻下重均匀分布的密度梯度柱； C、 称取待测晶体样品，将其缓慢加入密度梯度柱的上表面，使其自然下沉至稳定停止 在密度梯度柱中与其密度相等的位置； D、 向密度梯度柱投入密度均匀间隔分布的玻璃浮子，待其自然下沉至稳定停止在密度 梯度柱中与其密度相等的位置； E、 在密度梯度柱的前后两个视窗分别安装光源和光强接收装置，打开光源使其光线透 过密度梯度柱后被光强接收装置接收，测定密度梯度柱不同高度的透光率，从而得到待测 晶体样品在密度梯度柱中的透光率-高度曲线；利用玻璃浮子对光线吸收所产生的特征 信号，以每颗玻璃浮子产生吸收的中间位置为其高度对密度梯度柱不同高度的密度进行标 定，得到密度梯度柱的密度-高度曲线； F、 将步骤A的透光率-质量含量曲线和步骤E的透光率-高度曲线转化为待测晶体样 品的质量含量-高度曲线； G、 将步骤E的密度-高度曲线与步骤F的质量含量-高度曲线转化为质量含量-密度 曲线，即为待测晶体样品的密度连续分布曲线。2. 根据权利要求1所述的基于密度梯度透光率法测试晶体密度连续分布的方法，其特 征在于所述密度梯度柱为单根密度梯度柱或密度梯度阵列，所述密度梯度阵列相互连通， 各列相同位置的液体密度相同。3. 根据权利要求1所述的基于密度梯度透光率法测试晶体密度连续分布的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张浩斌，刘渝，康彬，孙杰，姜燕，徐瑞娟，徐金江，刘晓峰，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51