BRPI0519203B1 - detonador piro-eletrônico - Google Patents
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Abstract
detonador piro-eletrônico. detonador (1) piro-eletrônico que compreende um circuito eletrônico (2) de pelo menos de comando de ignição do detonador por envio de uma corrente de ignição em uma ponte eletrotérmica (4), no qual o detonador (1) compreende por outro lado pelo menos um meio de shuntagem (7) elétrico disposto em relação direta com a ponte (4), o meio de shuntagem (7) sendo comandável entre um estado fechado de baixa resistência elétrica do shunt e um estado aberto de grande resistência elétrica do shunt e o circuito eletrônico (2) podendo comandar os ditos estados. o shunt pode ser mono-estável ou bi-estável.
Description
“DETONADOR PIRO-ELETRÔNICO” [0001] A presente invenção se refere a um detonador piro-eletrônico com circuito de derivação de ponte eletrotérmica. Ela tem aplicações no domínio da pirotécnica para pelo menos o comando da ignição de detonadores.
[0002] A ignição elétrica de detonadores é uma técnica conhecida antiga. Ela consiste em enviar para uma ponte eletrotérmica em contato com uma composição primária, por uma linha elétrica, uma corrente suficiente para provocar a ignição da composição primária. Ela evoluiu recentemente graças ao emprego de detonadores eletrônicos que podem receber ordens pela linha elétrica, por exemplo ordens de seleção específica de detonação e/ou de programação (retardo, ignição...), e/ou que podem emitir dados pela mesma linha elétrica, por exemplo dados de identificação de detonador.
[0003] A segurança é um elemento fundamental desse domínio da pirotécnica e foram desenvolvidas soluções para diminuir os riscos de ignição intempestiva do detonador, por exemplo por causa de correntes errantes ou de descargas eletrostáticas. De fato, se no caso de detonadores puramente elétricos que compreendem somente uma ponte eletrotérmica diretamente ligada a uma linha de ignição, é possível empregar pontes que necessitam de maiores energias para provocar a ignição do detonador a fim de diminuir a sensibilidade do conjunto, o caso de detonadores que compreendem circuitos eletrônicos é mais complexo devido a sua sensibilidade intrínseca às correntes fracas e/ou às descargas eletrostáticas. Foi, portanto, proposto empregar em relação com os circuitos eletrônicos, dispositivos passivos de proteção de tipo niveladores ou limitadores (centelhadores, rede de diodos de entrada, filtro RC passa- baixas de entrada...). Além de que essas soluções são passivas, elas são empregadas no lado interface linha de ignição (mais geralmente que permite o comando codificado e/ou trocas de dados e/ou a alimentação para os detonadores eletrônicos).
[0004] A invenção propõe no que lhe diz respeito, a utilização de uma solução ativa que é empregada em relação com a ponte eletrotérmica e que consiste em colocar em paralelo com a ponte um derivador elétrico, de preferência bidirecional,
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2/8 comandável, mono-estável ou bi-estável. Para o derivador bi-estável, os comandos permitem colocar o derivador ou em um estado fechado estável (que impede o funcionamento da ponte e, portanto, a ignição, o derivador apresenta então uma baixa resistência elétrica notadamente em relação à resistência da ponte) ou em um estado aberto estável (o derivador apresenta então uma grande resistência elétrica notadamente em relação àquela da ponte e deriva, portanto uma corrente desprezível). Para o derivador mono-estável, os comandos permitem colocar o derivador ou em um estado no qual ele pode comutar do estado aberto para o estado fechado, o dito estado sendo dito estado de comutador, a comutação sendo função de um limite de comutação de sinal elétrico de ponte, a comutação para o estado fechado sendo obtida quando o sinal elétrico aplicado à ponte excede o limite, ou em um estado aberto forçado. Se de preferência, o derivador mono-estável que passou para o estado fechado passa de novo para o estado aberto quando o sinal elétrico passa de novo abaixo de um limite, considera-se também o caso em que o derivador mono-estável permanece no estado fechado depois da comutação, compreende-se então que é preciso empregar um comando específico para fazê-lo comutar de novo para o estado de comutador aberto (de onde ele poderá comutar para o estado fechado se o limite é mais uma vez excedido para cima) ou enviar um comando de forçamento de estado aberto.
[0005] É compreendido que no estado fechado, o derivador que está em paralelo com a ponte curto-circuita sensivelmente a ponte que não pode mais então funcionar e provocar a ignição (não pode mais se aquecer suficientemente por falta de uma corrente suficiente que circula em seu interior). O derivador mono-estável é dimensionado para que seu limite de comutação seja inferior ao torque Rdetonador x Io detonador, Rdetonador sendo a resistência do detonador e Io detonador a corrente máxima de não ignição do detonador, o derivador sendo condutor acima desse limite e não condutor abaixo desse limite, o que torna qualquer detonação intempestiva impossível. O derivador mono-estável se comporta como um nivelador comandável do qual o estado fechado faz com que a ponte só verá uma tensão compreendida, de acordo com o tipo de derivador, entre zero volt (curto-circuito
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3/8 perfeito) e no máximo Rdetonador x Io detonador volts (limitador verdadeiro). De preferência para o derivador bi-estável, o derivador no estado fechado é configurado para que a ponte só veja uma tensão compreendida, de acordo com o tipo de derivador, entre zero volt (curto-circuito perfeito) e no máximo Rdetonador x Io detonador volts (limitador verdadeiro).
[0006] A invenção se refere, portanto, a um detonador piro-eletrônico que compreende um circuito eletrônico para pelo menos comando de ignição do detonador por envio de uma corrente em uma ponte eletrotérmica.
[0007] De acordo com a invenção, o detonador compreende por outro lado pelo menos um meio de derivação elétrico disposto em paralelo à ponte, o meio de derivação sendo comandável por comandos que permitem uma seleção de estados, os estados sendo um estado fechado de baixa resistência elétrica do derivador destinado a impedir a ignição do detonador por derivação através do derivador da corrente da ponte e um estado aberto de grande resistência elétrica do derivador (e que permite portanto uma ignição que será obtida quando uma corrente será enviada para a ponte em consequência de um comando de ignição acoplado ou não a um comando de estado).
[0008] Em diversos modos de execução da invenção, os meios seguintes que podem ser utilizados sozinhos ou de acordo com todas as combinações tecnicamente consideráveis, são empregados:
- o derivador é bi-estável, os comandos permitindo colocar o derivador ou em um estado fechado estável, ou em um estado aberto estável,
- o derivador é mono-estável, os comandos permitindo colocar o derivador ou em um estado de comutador pelo menos do estado aberto para o estado fechado, a comutação sendo função de um limite de comutação de sinal elétrico de ponte, a comutação para o estado fechado sendo obtida quando o sinal elétrico aplicado à ponte excede o limite, ou em um estado aberto forçado,
- depois de comutação para o estado fechado do derivador mono-estável, o dito derivador comutador de novo para o estado aberto quando o sinal elétrico passa de novo abaixo de um limite,
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- o derivador mono-estável que passa de novo para o estado aberto quando o sinal elétrico passa de novo abaixo do limite, apresenta uma histerese, o limite de comutação do estado aberto para o estado fechado sendo superior ao limite de comutação do estado fechado para o estado aberto,
- o derivador mono-estável que passa de novo para o estado aberto quando o sinal elétrico passa de novo abaixo do limite é temporizado, a recomutação para o estado aberto sendo efetuada depois de um tempo determinado uma vez que o sinal passou de novo sob o limite,
- o derivador mono-estável que passa de novo para o estado aberto quando o sinal elétrico passa de novo abaixo do limite é temporizado, a recomutação para o estado aberto sendo efetuada depois de um tempo determinado uma vez que o sinal passou de novo e permanece sob o limite (o sinal deve permanecer sob o limite um certo tempo para que haja recomutação),
- depois de comutação para o estado fechado do derivador mono-estável, o dito derivador permanece no estado fechado qualquer que seja o nível do sinal elétrico, um comando específico permitindo fazê-lo comutar para o estado aberto (estado de comutador ou estado aberto forçado),
- o mesmo derivador pode ser mono-estável ou bi-estável de acordo com o nível de comando recebido,
- o limite é um limite de tensão escolhido como sendo inferior ao produto Rdetonador x Io detonador, Rdetonador sendo a resistência do detonador e Io detonador a corrente máxima de não ignição do detonador,
- a resistência no estado fechado do derivador é inferior à resistência da ponte dividida por 10,
- o sinal elétrico de ponte é a tensão nos bornes da ponte,
- o sinal elétrico de ponte é a tensão nos bornes de um capacitor destinado a ser descarregado através da ponte por ocasião da ignição,
- o derivador é bidirecional (além de uma corrente de polaridade constante - corrente contínua de forma qualquer - o derivador bidirecional deixa passar uma eventual corrente alternada) (as características elétricas de condução no estado
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5/8 fechado podem ser diferentes em função do sentido - polaridade - da corrente derivada como por exemplo no caso de um derivador constituído por um transistor NPN e por um diodo em paralelo, catodo no coletor e anodo no emissor: em um sentido limite de condução do diodo, no outro tensão de saturação do transistor tornado passante),
- o detonador compreende um circuito eletrônico configurável ASIC, o derivador estando dentro ou fora do dito circuito, (ASIC = “application specific integrated circuit”: circuito integrado para uma aplicação específica),
- o derivador é um componente escolhido entre pelo menos um (quer dizer um ou vários ou uma associação desses componentes, por exemplo um transistor e um tiristor ou triac) ou vários dos seguintes componentes:
-um relé eletromagnético,
- um relé estático,
- um transistor bipolar,
- um transistor de efeito de campo,
- um tiristor,
- um triac,
- um comutador micromecânico elétrico (MEMS),
- um diodo,
- um diodo zener,
- um néon,
- em repouso o derivador está em um estado que corresponde a uma impossibilidade de ignição, (concerne tanto um detonador não ligado a uma linha de ignição, não alimentada, quanto um detonador ligado a uma linha de ignição percorrida por uma corrente de comunicação e/ou de alimentação para um detonador de comando por código, fora de um código de habilitação ou de ativação esses termos sendo equivalentes),
- o detonador compreende por outro lado meios de medição da corrente que passa no derivador e a troca ou a comutação para o estado aberto só é possível se a medição de corrente é inferior a um limite predeterminado de corrente,
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- os estados do derivador estão sob a dependência de comandos (códigos) enviados em uma linha de ignição ligada ao circuito eletrônico do detonador,
- a tensão de comando da abertura do derivador é superior à tensão mínima de funcionamento da lógica do módulo eletrônico,
- o detonador compreende meios que permitem que a passagem para um estado que corresponde a uma possibilidade de ignição esteja sob a dependência de um comando de habilitação enviado para o detonador,
- o detonador compreende meios que permitem que a passagem para um estado que corresponde a um a impossibilidade de ignição esteja sob a dependência de um comando de desabilitação enviado para o detonador.
[0009] Graças ao emprego de um derivador, além da segurança aumentada, é possível fazer testes no detonador até provocar uma descarga elétrica (simulação de uma corrente parasita ou comando de ignição mas com desabilitação de ignição por derivador fechado estável ou em um estado de comutador) no circuito final da ponte, mas sem provocar a ignição real do detonador devido ao fato de que a descarga é essencialmente derivada através do derivador. É possível, portanto efetuar testes mais profundos do que era possível precedentemente.
[0010] A presente invenção vai agora ser exemplificada sem por causa disso estar limitada com a descrição que se segue em relação com a figura seguinte.
[0011] A Figura 1 que representa um esquema funcional de um detonador de acordo com a invenção.
[0012] Na figura 1, o detonador 1 compreende um módulo eletrônico 2 ligado em 3 a uma linha de ignição e pela qual, de acordo com o grau de complexidade do módulo 2, uma corrente de ignição ou ordens (códigos ou instruções diversas entre as quais a ignição) são recebidas pelo módulo e, eventualmente, dados que podem ser enviados do módulo para o exterior. O módulo compreende um circuito eletrônico de comando. Uma ponte termoelétrica 4 é ligada a duas linhas de alimentação elétrica por intermédio de um elemento de comando de ignição, trtir, que é um transistor 5, de preferência MOS como na Figura 1. Um capacitor de
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7/8 armazenamento Ctir é disposto entre as duas linhas de alimentação e é destinado a armazenar energia notadamente destinada à ignição. Um derivador 7 é disposto em paralelo com a ponte 4. Os estados aberto ou fechado do derivador podem ser comandados pelo circuito eletrônico pela linha 8. O circuito eletrônico, por uma linha 6, pode comandar a ignição do detonador tornando para isso passante o transistor 5 (e com a condição de que o derivador 7 esteja em um estado aberto estável ou forçado).
[0013] No caso de um derivador bi-estável, os comandos permitem fazer o derivador passar de um estado aberto estável para um estado fechado estável e inversamente.
[0014] No caso de um derivador mono-estável, os comandos permitem fazer o derivador passar de um estado de comutador no qual o derivador pode passar pelo menos de um estado aberto para um estado fechado de acordo com o valor de um sinal elétrico de ponte medido nos bornes da ponte ou nos bornes da capacidade Ctir, em relação a um limite, ou fazê-lo passar para um estado aberto forçado e inversamente. No estado de comutador o derivador pode comutar de novo para o estado aberto automaticamente ou não em função do sinal elétrico de acordo com a variante de execução.
[0015] De preferência, é o circuito eletrônico que controla a comutação em função do sinal elétrico de ponte, o derivador se apresentando como um simples comutador ou interruptor. De preferência, é empregado um derivador eletrônico que é ou compreende um transistor bipolar ou de efeito de campo, notadamente MOS para esse último. Em uma variante na qual o circuito eletrônico não efetua esses controles, o derivador compreende meios de medição do sinal e de controle de comutação próprios.
[0016] Também é possível empregar meios de segurança complementares com uma medição de corrente que atravessa o derivador 7 que está em paralelo com a ponte termoelétrica 4 e só se autorizará a comutação de estado de fechado (portanto detonador desabilitado) para o estado aberto (detonador habilitado, permitindo então uma eventual ignição) se a medição dessa corrente é inferior a um
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8/8 limite.
[0017] Em uma variante da invenção, também é possível empregar além do derivador que está em paralelo com a ponte, um circuito de comutação suplementar (aberto = não condutor / fechado = condutor) comandável em série com a ponte, o derivador estando em paralelo com o circuito de comutação e com a ponte, esses dois últimos estando em série, o circuito de comutação tendo comandos invertidos em relação ao derivador (para ignição é preciso que o circuito de comutação esteja fechado e o derivador aberto). Em alternativa dessa variante, o circuito de comutação pode estar em série com a ponte e com o derivador que estão em paralelo. Nesses dois casos, o circuito de comutação é de preferência distinto do elemento de comando 5 de ignição. Deve ser notado que essa variante apresenta o inconveniente de acrescentar um circuito de comutação que pode apresentar uma certa resistência interna mesmo fechado, isso em série com a ponte, o que pode reduzir a energia fornecida para a ponte.
[0018] Finalmente e de preferência, quando o detonador está em repouso, não utilizado, não conectado a uma linha de ignição, não alimentado, e mesmo conectado e alimentado por uma linha de ignição, o detonador está inicialmente (na ausência de comando contrário) em um estado de desabilitação da ignição, quer dizer que o derivador está em um estado fechado estável (caso do derivador biestável) ou em um estado de comutador (caso do derivador mono-estável) que impede assim qualquer ignição intempestiva.
Claims (14)
1. Detonador (1) piro-eletrônico que compreende um circuito eletrônico (2) para pelo menos comandar a ignição do detonador por envio de uma corrente em uma ponte eletrotérmica (4), o circuito eletrônico recebendo ordens de uma linha de ignição para produzir comandos, o detonador compreendendo adicionalmente pelo menos um meio de derivação elétrico, o meio de derivação elétrico (7) sendo ativo e disposto em paralelo à ponte (4), caracterizado pelo fato de que o meio de derivação (7) é comandável por comandos que permitem uma seleção de estados, os estados sendo um estado fechado de baixa resistência elétrica do derivador destinado a impedir a ignição do detonador (1) por derivação através do derivador da corrente da ponte e um estado aberto de grande resistência elétrica do derivador.
2. Detonador (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, no estado fechado, a ponte (4) é sujeitada a uma tensão compreendida entre zero volt e Rdetonador x lo detonador volts, Rdetonador sendo a resistência do detonador (1) e lo detonador a corrente máxima de não ignição do detonador (1).
3. Detonador (1) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, em repouso, o derivador (7) está em um estado que corresponde a uma impossibilidade de ignição.
4. Detonador (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o derivador (7) é bi-estável, os comandos permitindo colocar o derivador (7) ou em um estado fechado estável, ou em um estado aberto estável.
5. Detonador (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o derivador (7) é mono-estável, os comandos permitindo colocar o derivador (7) ou em um estado de comutação pelo menos do estado aberto para o estado fechado, a comutação sendo função de um limite de comutação de sinal elétrico de ponte, a comutação para o estado fechado sendo obtida quando o sinal elétrico aplicado à ponte (4) excede o limite, ou em um estado aberto forçado.
6. Detonador (1) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato
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2/3 de que, depois de comutação para o estado fechado do derivador mono-estável, o dito derivador (7) comuta de novo para o estado aberto quando o sinal elétrico passa de novo abaixo de um limite.
7. Detonador (1) de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que o limite é um limite de tensão escolhido como sendo inferior ao produto Rdetonador x Io detonador, Rdetonador sendo a resistência do detonador (1) e Io detonador a intensidade máxima de não ignição do detonador (1).
8. Detonador (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a resistência no estado fechado do derivador (7) é inferior à resistência da ponte (4) dividida por 10.
9. Detonador (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o derivador (7) é um componente escolhido entre pelo menos um ou vários dos seguintes componentes:
- um relé eletromagnético,
- um relé estático,
- um transistor bipolar,
- um transistor de efeito de campo,
- um tiristor,
- um triac,
- um comutador micromecânico elétrico (MEMS),
- um diodo,
- um diodo zener,
- um néon.
10. Detonador (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o derivador (7) é bidirecional.
11. Detonador (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que compreende um circuito eletrônico configurável ASIC, o derivador (7) estando dentro ou fora do dito circuito.
12. Detonador (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que compreende meios que permitem que a passagem
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3/3 para um estado que corresponde a uma possibilidade de ignição esteja sob a dependência de um comando de habilitação enviado para o detonador (1).
13. Detonador (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que compreende meios que permitem que a passagem para um estado que corresponde a um a impossibilidade de ignição esteja sob a dependência de um comando de desabilitação enviado para o detonador (1).
14. Detonador (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que a tensão de comando da abertura do derivador é superior à tensão mínima de funcionamento da lógica do módulo eletrônico.
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