CN103403490B - 爆炸物的引爆 - Google Patents

Abstract

提供一种用于引爆爆炸性药剂的爆炸物引信系统，引信系统在使用时被布置为与爆炸性药剂成引爆关系。在接受具有引爆启动特性的引爆启动信号时，系统启动、从而引爆爆炸性药剂。系统包括：启动装置，其接受引爆启动信号且启动、从而引爆所述爆炸性药剂。启动装置初始处于其不能操作性地接受引爆启动信号的非引爆启动状态。系统还包括切换装置，切换装置检测化学组成成分，作为发送给引信系统的切换信号的切换特性，在检测到化学组成成分时，切换装置能够将启动装置切换为待命状态，在待命状态中，启动装置在引爆启动信号发送给它时接受引爆启动信号。

Description

爆炸物的引爆

技术领域

本发明涉及爆炸物的引爆（detonation）。更具体而言，本发明涉及用于引爆爆炸物的引信（detonator）系统，爆炸物引信系统被布置为与爆炸物成引爆关系。因此，本发明提供一种用于引爆爆炸性药剂的引信系统，其在使用时被布置为与爆炸性药剂成引爆关系。此外，本发明提供一种操作引信系统的方法。本发明还提供一种冲击管。

背景技术

炸药的引爆一般通过引信实现，该炸药以与引信成引爆关系而被提供。这些炸药通常包括所谓的“主”或“次”爆炸物。

具体而言，在采矿工业以及在依赖爆炸物的使用的很多其他工业（例如爆破工业）中，爆炸物引爆的精确控制非常重要，其原因包括爆炸操作的安全和精确。

一般而言，可以区分两种类型的引信，即电子引信和烟火引信。

电子引信一般通过在爆炸物附近产生电压火花或等离子体来实现爆炸物的引爆，在引爆关系中与爆炸物一起布置电子引信。这种电压火花或等离子体通过两个导电电极之间设置的电阻元件或桥的击穿来产生。电阻桥以及电极一般统称为“引信头”，引信头容纳在引信外壳中。等离子体产生冲击波，冲击波被发送给最近的爆炸物并启动爆炸物。

这种电子引信一般提供对引爆的精确控制，特别是关于其定时和延迟特性。但是，电子引信制造费用高且难以使用，需要独立电源或外部电源以及复杂的电子传输线连接来实现对引信的电力传输以及允许其远程触发。以申请人的经验，例如由于采矿/爆破点的射频（rf）干扰提供的错误激励，使得这种引信连接容易出现故障，甚至可能导致引信的过早启动，从而导致爆炸物的过早启动。

与通过电子延迟系统操作的电子引信不同，烟火引信采用位于引信外壳内的一组爆炸性药剂，在要求的定时和延迟向主爆炸性药剂提供期望的引爆信号。这组爆炸性药剂一般包括（i）启动和密封药剂，又称为起爆药剂，（ii）定时药剂，（iii）主药剂以及，可选择的（iv）基本药剂。启动药剂用于响应于向其发送的冲击信号启动爆炸物序列，并充当提供密封的密封药剂，防止引信外壳内的回爆（blow-back）。此外启动药剂启动定时药剂，定时药剂为引爆提供期望的燃烧延迟。定时药剂进而启动主药剂，主药剂或者向主爆炸性药剂直接提供引爆启动信号，或者启动基本药剂，基本药剂进而向主爆炸性药剂提供期望的引爆启动信号。

如上所述，烟火引信的启动药剂的启动一般通过向引信提供冲击信号来实现，通常由一个或多个冲击管（shocktube）提供，冲击管处于与引信的启动关系中。然后启动药剂通常包括灵敏爆炸物，通过足够量级的冲击波可以实现灵敏爆炸物的启动。在引信的启动中冲击管公知且常用；它包括与启动爆炸物或核心爆炸物层对准的中空塑料管，启动爆炸物或核心爆炸物层通常包括HMX与铝金属粉末的混合物。在启动（核心）爆炸物点燃时，小爆炸以前进的温度/压力波前的形式沿着管子传播，速度通常大约是7000ft/s（大约2000m/s）。在到达引信时，压力/温度波触发或点燃引信中的启动/密封药剂，导致上述点燃序列，并因此最终导致主爆炸性药剂的引爆。虽然冲击管经济可行且容易使用，但是由于是由引信爆炸性药剂的装填量而不是由电子元件来提供定时和延迟特征，因此现有的基于烟火的引信系统根本不能实现与使用电子引信相同程度的、对引爆定时和延迟的控制。

因此本发明广泛寻求提供操作爆炸物引信的方法，处理并至少部分地缓解与爆炸物引信的烟火启动和电子启动两者相关联的缺点。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种用于引爆爆炸性药剂的爆炸物引信系统，引信系统在使用时被布置为与爆炸性药剂成引爆关系，并且在对于具有引爆启动特性的引爆启动信号操作性地接受时，引信系统能够启动、从而引爆所述爆炸性药剂，引信系统包括：

启动装置，启动装置能够接受引爆启动信号且能够启动、从而引爆爆炸性药剂，启动装置处于其不能操作性地接受引爆启动信号的非引爆启动状态，并因此在引爆启动信号发送给它时呈现引信启动状态；以及

切换装置，该切换装置能够检测化学组成成分作为发送给引信系统的切换信号的切换特性，切换装置在检测到化学组成成分时能够将启动装置切换为待命状态，在该待命状态中，启动装置能够在引爆启动信号发送给它时操作性地接受该引爆启动信号。

为了与申请号为ZA2010/08925的优先权申请的说明书中所用措词保持连续性，注意，启动装置实际上是用于引信的触发器，并且在某种意义上包括引信。进而切换装置在实际上是检测器或传感器。类似地，切换特性是触发特性，并且切换信号是启动信号。根据以下描述，申请号为ZA2010/08925的优先权申请的说明书与本说明书之间在术语上的其他差异将显而易见。

应当理解，在切换信号中出现化学组成成分因此是启动装置通过切换为待命状态，变得对切换为引爆启动状态敏感的前提。

切换信号尤其可以是由冲击管提供且沿着冲击管传播的冲击信号。系统可包括冲击管，冲击管被布置或设置为在启动时接近启动装置。化学组成成分尤其可以通过冲击信号的产物波成分提供，包括由于冲击管中包含的爆炸性物质的渐进引爆所致的产物气体。在本发明的一个实施例中，冲击管可包含示踪化合物（tracercompound），由于爆炸性物质的引爆，示踪物化合物的燃烧释放出构成化学组成成分的产物气体。或者，化学组成成分可以是爆炸性物质的正常产物气体。

具体而言，冲击管可以是如下所述的冲击管，其具有中空的拉长管体，其内部设置有冲击管爆炸物，冲击管爆炸物的引爆提供冲击信号以及示踪化学物，附带条件是，示踪化学物不是与冲击管爆炸物的燃烧或引爆产物相同的化学物，并且在其分解、引爆或燃烧时不提供与冲击管爆炸物的燃烧或引爆产物相同的化学物。具体而言，示踪物化学物可以本身提供化学组成成分，或者通过它自身的分解、燃烧或引爆提供化学组成成分。

启动装置可包括电子引爆电路，电子引爆电路包括主导电路径，主导电路径具有至少两个分开的导电电极，在电极之间设置有电阻桥。电极可连接到电压源，电压源在启动装置处于待命状态时、能够在电极之间产生作为引爆启动特性的引爆启动电压差，该电压差超过电阻桥的击穿电压，因此在引爆启动状态下使用时，使得电阻桥产生能够启动和引爆爆炸性药剂的电压火花或等离子体。

具体而言，切换装置可以是设置在引爆电路的主导电路径中、并在非引爆启动状态下提供相对于从电压源到电阻桥的电流传导的电阻的电阻组件，对于电压源能够施加的给定负载，该电阻处于使用时不能在电阻性电极之间产生引爆启动电压的足够量级。

更具体而言，切换装置可具有可变电导，在非引爆启动状态下，其电导处于对电极之间引爆启动电压差的产生无益的量级。然后切换装置的电导对切换信号的化学组成成分敏感，并因此能够响应于切换信号的化学组成成分而改变，从而在待命状态下，切换装置的电导处于对电极之间引爆启动电压差的产生有益的量级。

具体而言，切换装置可以是晶体管。晶体管通常可具有可变电导，尤其是沟道电导，其沟道材料或者形成晶体管的一部分的其他材料包括对于作为其电导的函数的化学组成特性敏感的材料，如下更详细所述。

此外，切换信号可包括（i）压力成分；（ii）温度成分；和/或（iii）光脉冲。切换信号因此除了化学组成成分之外还提供切换压力、切换温度和/或切换光脉冲作为切换特性。在这种情况下，切换装置因此能够检测切换压力、切换温度和/或切换光脉冲，以及能够在其检测时将启动装置切换为待命状态。如同在通过晶体管对化学组成成分进行检测以及将启动装置切换为待命状态的情况下，其原因可以是对于作为其电导的函数的切换压力、切换温度和/或切换光脉冲的至少其中之一敏感的晶体管的材料的电导的变化，如下更详细所述。

应当理解，参照优先权申请ZA2010/08925的说明书，可将切换压力和切换温度分别称为触发压力和触发温度。

当切换信号是冲击管的冲击信号并且冲击信号因此提供光脉冲时，冲击管也可以包括提供光脉冲的全部或一部分的光致发光化学物或其前驱物。光致发光化学物尤其可包括荧光和/或磷光化学物或其前驱物，或者稀土金属盐的氧化物或其前驱物。

此外，当切换信号是如上所述通过冲击管提供的冲击信号时，冲击信号通常可包括三种主要的信号成分，包括引爆冲击波、引爆产物波和引爆光脉冲，它们都由于冲击管内包含的爆炸性物质的渐进引爆所致。在这种情况下，切换压力通常可由冲击波提供，而切换温度通常可由引爆产物波和/或引爆冲击波提供。切换温度也可通过由于冲击管内的爆炸物的燃烧所致、从而在冲击管内传播的碎片波提供。当然，切换光脉冲仅由光脉冲信号成分提供。应当理解，冲击波、产物波和光脉冲因此分别向冲击信号贡献可察觉或可检测的特性，切换装置被配置为检测这些特性。

当切换特性还包括切换压力时，晶体管可包括对于作为其电导的函数的切换压力敏感的压力敏感材料，并且在切换压力下压力敏感材料中压力激励的变化导致晶体管电导的增加。具体而言，压力敏感材料可包括压力敏感橡胶，构成晶体管的层，以及压力敏感薄片（pressuresensitivelaminate），构成晶体管的外部薄片。

当切换特性还包括切换温度时，因此除了化学组成成分并且有可能还除了切换压力之外，晶体管可包括对于作为其电导的函数的切换温度敏感的温度敏感材料，并且在切换温度下温度敏感材料中温度激励的变化导致晶体管电导的增加。温度敏感材料通常可以是聚合铁电材料，例如聚偏二氟乙烯（PVDF）。在这种情况下，温度敏感材料可以作为因此已经与晶体管集成的压电或焦热电聚合物薄膜电容器而出现在晶体管中。

当切换特性还包括切换光脉冲时，因此除了化学组成成分并且有可能还除了切换压力和切换温度的任一种或两者之外，晶体管可包括对于作为其电导的函数的切换光脉冲敏感的光电导材料，并且在切换光脉冲下光敏材料中光脉冲激励的变化导致晶体管电导的增加。具体而言，晶体管可包括提供光电导材料的有机光电（OPV）单元。

为了检测切换信号的切换化学组成成分，晶体管可包括对于作为其电导的函数的化学组成成分敏感的感测材料，在暴露于化学组成成分时、感测材料中化学反应激励的变化导致晶体管电导的增加。通常，感测材料可以是导电聚合物，或者是已经处理的导电聚合物，或者包括可视作感测材料的材料。

就实用而言，化学组成成分可以是冲击管的爆炸性物质（例如HMX）的燃烧或引爆产物。

在本发明的一个实施例中，化学组成成分可以是一氧化碳。在这种情况下，感测材料可包括聚苯胺、掺杂钯（Pd）的氧化锡（SnO2）、紫菜碱的复合物或酞菁染料的复合物。

在本发明的另一实施例中，附加性或替代性地，化学组成成分可以是或者包括氰化氢（HCN），感测材料包括聚苯胺或紫菜碱的复合物。

在本发明的另一实施例中，附加性或替代性地，化学组成成分可以是是NO_x或者包括NOx。在这种情况下，感测材料可选自或包括聚苯胺、聚3-己基噻吩、α-六噻吩、紫菜碱的复合物、酞菁染料的复合物或非晶聚三芳胺（amorphouspoly(triarylamine)）。

此外如上所述，附加性或替代性地，化学组成成分可以是“示踪”成分或化合物，即，并非冲击管爆炸性物质的燃烧或引爆产物。在这种情况下，感测材料可对示踪物成分或化合物敏感。

具体而言，晶体管可以是选自有机薄膜晶体管（OTFT）或有机场效应晶体管（OFET）的有机晶体管。替代性地，晶体管也可以是具有无机半导体成分（例如硅）的无机晶体管。

当晶体管是有机晶体管时，晶体管尤其可以是印刷在衬底上的印刷有机晶体管，因此衬底形成启动装置的一部分。可通过喷墨印刷和/或丝网印刷将晶体管印刷在衬底上。

为了与优先权申请（多个申请）的说明书一致，要说明的是，从切换或触发特性向触发信号的转变涉及暴露于切换特性的晶体管的电导的变化。因此可将触发信号视作晶体管电导的增加，这允许电压源产生引爆启动电压差。

电压源可以是与主导电路径集成的集成电压源。具体而言，电压源可包括可充电或可再充电组件。期望的是，在暴露于如上所述的切换特性时，可充电或可再充电组件可以是这样的可充电或可再充电，并且当启动装置处于待命状态时，可充电或可再充电组件是可放电的。

在本发明的一个实施例中，集成电压源可以是集成的可充电或可再充电电压源，例如电池或电化学单元。具体而言，电池可以是印刷或薄膜电池，包括已经印刷或放置在形成引信系统一部分的衬底上的有机组件，其通常还承载启动装置和引爆电路。优选地，在暴露于光线时电池是可充电或可再充电的，即光敏的，特别是对于切换光脉冲。因此，电池可包括或者操作性地关联于或者包含充电组件，例如光敏单元，例如有机光电单元，或者诸如晶体管的其他感光组件，其在暴露于切换光脉冲时能够将可充电电压源充电。

替代性地，集成电压源可以是被动电压源，例如电容器。然后电容器也可以设置或者操作性地关联于能够激励电容器中电荷的累积的充电组件，在电容器放电时，电荷足以产生电阻桥两端的引爆启动电压。具体而言，充电组件也可包括有机光电单元或者诸如晶体管的其他感光组件，其在暴露于切换光脉冲时能够将可充电电压源充电。

应当理解，电压源因此通常包括可充电电压源，其通过与其操作性地相关联的充电组件充电。但是应当理解，电压源也可以是能够响应于充电信号/特性将自身充电的组件，并且能够自身将引爆启动电压加在电阻桥两端。

因此，在使用时，一旦晶体管的电导处于通过现在充电的电压源在电阻桥两端产生引爆启动电压的足够量级，在暴露于切换特性时电压源中累积的电能就被释放。应当理解，通过充电的可充电组件的放电，启动装置因此改变为切换到引爆启动状态。

根据本发明的第二方面，，提供一种爆炸物操作引信系统的方法，该引信系统包括处于非引爆启动状态的启动装置，在非引爆启动状态下，引信系统不能操作性地接受引爆启动信号，但是在通过操作性接受引爆启动信号所导致的引爆启动状态下，引信系统能导致爆炸性药剂的启动，该引信系统在使用时被布置为与爆炸性药剂成引爆关系，该操作引信系统的方法包括：

在启动装置处于非引爆启动状态时，向引信系统的切换装置发送将化学组成成分作为切换特性的切换信号；以及

在检测到切换信号的切换特性时，通过切换装置将启动装置切换为待命状态，从而使得引信系统对于引爆启动信号的操作性接受敏感，且因此对于切换为引爆启动状态敏感。

切换信号除了化学组成成分之外还包括，（i）压力成分；（ii）温度成分；和/或（iii）光脉冲。它们的任何一个或多个可以向化学组成成分提供附加切换特性。

具体而言，切换信号可以是由冲击管提供且沿着冲击管传播的冲击信号。

冲击管可包括示踪化学物，附带条件是，示踪化学物不是与冲击管爆炸物的燃烧或引爆产物相同的化学物，并且在燃烧、引爆或分解时不提供与冲击管爆炸物的燃烧或引爆产物相同的化学物。示踪化学物可以本身提供化学组成成分，或者通过它的分解、燃烧或引爆提供化学组成成分。

冲击管也可包括提供光脉冲的全部或一部分的光致发光材料。光致发光材料尤其可包括荧光和/或磷光化学物。

具体而言，切换装置可以是具有可变电导的晶体管，在非引爆启动状态下，其提供相对于从电压源到电阻桥的电流传导的电阻，使得使用时在电阻性电极之间不能产生引爆启动电压，将启动装置切换为待命状态包括增加晶体管的电导。因此应当理解，在切换为待命状态时，在电极之间产生引爆启动电压变得可能，因此启动装置对于切换为启动引爆状态敏感。

根据本发明的第三方面，提供一种冲击管，包括有通道通过其的拉长管体，其中在通道中提供

冲击管爆炸物；以及

示踪化学物；和/或

光致发光化学物或其前驱物，

附带条件是，示踪化学物不是与冲击管爆炸物的燃烧或引爆产物相同的化学物，并且在燃烧、引爆或分解时不提供与冲击管爆炸物的燃烧或引爆产物相同的化学物。

光致发光化学物可包括荧光和/或磷光化学物或其前驱物，在使用时特别用于放大、提供或调节通过冲击管爆炸物的渐进引爆、沿着冲击管的长度方向而提供的光脉冲。当光致发光化学物是前驱物时，在燃烧、引爆或分解时它可以变为发光物。在本发明的一个实施例中，光致发光化学物可以是无机的并包括稀土金属盐或者两种或更多种这些盐的组合。通常，这些盐可选自氧化物盐、硝酸盐、高氯酸盐、过硫酸盐和它们的组合。或者，光致发光化学物当然可以是这些盐的前驱物或另一种发光氧化物。

附图说明

图1概念性地示出根据本发明的爆炸物引信系统；下面仅参照附图通过说明性示例描述本发明。

具体实施方式

参照图1，附图标记10一般表示根据本发明的爆炸物引爆系统。系统10包括引信11、冲击管13和爆炸性药剂15，引信11具有启动装置11a，引信11并且因此其启动装置被布置为与爆炸性药剂15成引爆关系。启动装置11a设置在引信11的外壳11b内。

冲击管13被布置为与引信11成启动关系，这种布置通过连接线17概念性地表示。实际上，冲击管13通常与引信11实体地连接，例如通过夹子，更优选地，通过插入引信11或者其外壳的开口端，然后将开口端关于冲击管压紧，从而提供密封。

冲击管13能够通过其中提供的爆炸性物质的渐进引爆产生冲击信号并沿其传播。在本发明的一个实施例中，冲击管13可以在爆炸性物质中包括或混合有示踪物质或示踪化学物，示踪物质在由于爆炸性物质的燃烧而燃烧时，提供冲击信号的产物波的可检测化学组成特性。下面更详细地描述这种可能性。可检测的化学组成特性也可以通过爆炸性物质在燃烧或引爆时的正常产物提供。具体而言，爆炸性物质尤其可以是HMX。

由于其启动装置11a的性质，引信11是电子引信。更具体而言，启动装置11a包括电压源12和引信头（fusehead）14，两者皆位于引信外壳11b中。电压源12和引信头14构成引爆电路16的一部分，引爆电路16包括主导电路径16.1，主要导电路径16.1通常包括集成电路。具体而言，引爆电路16以及引信头14并且因此其电极和电阻桥可以是印刷在衬底上的印刷电路。印刷可通过喷墨、凹版印刷、丝网印刷、平版印刷、苯胺印刷和其他卷到卷方法的任何一种或多种来实现。具体而言，电极以及电阻桥可通过合适的聚合物或导电墨水或者基于金、铜、银、碳、不锈钢或铝的金属浆来印刷。当浆是碳基时，具体而言，碳可以采用碳纳米管的形式。从电阻桥输出的能量可通过增加以合适的化学物（氧化剂、燃料和或爆炸物）来印刷的层来增强。衬底可以是PET、PEN、PI或涂层。

如下更详细所述，电压源12可以与启动装置11a集成，即，可以位于引信外壳11b中并构成启动装置11a的一部分。但是，期望电压源也可以独立于启动装置11a和/或独立于引信11设置。因此，电压源12可以设置在引信外壳11b中，但是不与启动装置集成。此外，电压源12可以设置在引信外壳11b外部，例如，位置远离引信外壳11b且通过各个导电元件或线路（未示出）连接到引信11，更具体而言，连接到启动装置11a。

引信头14包括两个导电电极14.1a、14.1b以及跨越电极的电阻桥14.2。电压源12的各个电柱12.1、12.2沿着主导电路径16.1操作性地连接到引信头14的各个电极14.1a、14.1b。电极14.1a、14.1b也可以具有印刷电子性质，例如通过喷墨或丝网印刷方式来印刷。

电压源12能够在导电电极14.1a、14.1b之间产生超过电阻元件14.2的击穿电压的电势差。当出现这种情况时，电阻桥14.2击穿并产生电压火花或等离子体，进而产生冲击波形式的引爆信号，冲击波能够启动，并且实际上能够引爆或导致爆炸性药剂15的引爆，引信11被布置为与该爆炸性药剂15成引爆关系。当然，在本发明中，这种启动和引爆只会在启动装置11a通过下述方式切换为待命状态时出现。

切换装置18设置在主导电路径16.1中、在电压源12的其中一个电柱12.1与引信头14的其中一个导电电极14.1之间。

切换装置18包括晶体管18.1，尤其是有机薄膜晶体管（OTFT）。晶体管18.1能够检测通过冲击管13的冲击信号提供的切换信号的切换特性（如果有的话），并且能够在检测到切换特性时将启动装置11a切换为待命状态。更具体而言，晶体管18.1能够检测提供切换信号的切换特性的化学组成成分，晶体管18.1对于作为其电导的函数的化学组成特性敏感，因此在暴露于切换特性时其电导增加。如上所述，化学组成成分可包括冲击管13中提供的示踪化学物，冲击管13特别用于提供化学组成成分（如下更详细所述）和/或冲击管爆炸物的正常燃烧或引爆产物。

具体而言，为了检测化学组成成分，晶体管18.1包括从化学反应性意义上而言对于作为其电导的函数的化学组成成分敏感的感测材料，在暴露于切换的组成成分时、感测材料中化学反应激励的变化导致晶体管电导的增加。通常，感测材料是导电聚合物，或者是已经处理的导电聚合物，或者包括可视作感测材料的材料。

在本发明的一个实施例中，化学组成成分是一氧化碳。在这种情况下，感测材料包括聚苯胺、掺杂钯（Pd）的氧化锡（SnO₂）、紫菜碱的复合物和/或酞菁染料的复合物。

在本发明的另一实施例中，附加性或替代性地，化学组成成分是或者包括氰化氢（HCN），感测材料包括聚苯胺或紫菜碱的复合物。

在本发明的另一实施例中，附加性或替代性地，化学组成成分是NO_x或者包括NO_x。在这种情况下，感测材料选自或包括聚苯胺、聚3-己基噻吩、α-六噻吩、紫菜碱的复合物、酞菁染料的复合物或非晶聚三芳胺。

晶体管18.1检测化学组成成分以及将启动装置11b从非引爆启动状态切换为待命状态的能力是由于其可变电导导致的。因此晶体管18.1具有可变电导。在非引爆启动状态下，为了在电阻桥14.2两端产生引爆启动电压，晶体管18.1的电导对于从电压源12沿着导电路径16.1到引信头14的电极14.1a、14.1b的电流的传导是无益的。因此，晶体管18.1防止在电极之间产生引爆启动电压。与之不同，在待命状态下，晶体管的电导对于从电压源12沿着导电路径16.1到引信头14的电极14.1a、14.1b的电流的传导是有益的，且因此对于引爆启动电压的产生也是有益的。

在上述化学组成成分的每个实施例中，为了在电阻桥14.2两端产生引爆启动电压，晶体管18.1的感测材料最初具有的电导对于从电压源12到引信头14的电流的传导是无益的。应当理解，这种情况提供了非引爆启动状态，因为即使电压源12活跃，也不能在电阻桥14.2两端产生引爆启动电压，并且电阻桥14.2不会因此击穿，以提供引爆信号。但是，因为对于作为电导的函数的各种化学组成成分化学反应性敏感，所以将各种感测材料暴露于适当的化学组成成分导致材料电导的增加。因此，当暴露于切换特性时，对于电压源12而言在电阻桥14.2两端产生引爆启动电压变得可能，且启动装置11a因此被切换为待命状态，其中，启动装置11a等待采取引爆启动电压形式的电子引爆信号，以启动爆炸性药剂15。

在本发明的某些实施例中，晶体管18.1也可能能够检测压力、温度和光线的任何一种或多种。具体而言，当切换信号除了化学组成成分之外还具有压力成分、温度成分和光脉冲时，情况就是这样，就像对于冲击管的情况一样。它们的每一种分别可以提供切换压力、切换温度和切换光脉冲，因此晶体管18.1能够检测它们的每一种，并且可通常采用下述方式将启动装置11a切换为待命状态。

晶体管18.1检测切换压力、切换温度和切换光脉冲的能力也可以由于其可变电导导致，类似于晶体管18.1检测化学组成成分的能力，采用下述方式。

当切换特性也包括切换压力时，晶体管18.1包括对于作为其电导的函数的切换压力敏感的压力敏感材料，并且在切换压力下压力敏感材料中压力激励的变化导致晶体管电导的增加。具体而言，压力敏感材料可包括压力敏感橡胶，在这种情况下它通常构成晶体管的层；以及压力敏感薄片，在这种情况下它通常构成晶体管的外部薄片。

因此，晶体管18.1通常可包括有机薄膜晶体管（OTFT）与压力敏感材料的集成。具体而言，压力敏感材料可具有作为其机械形变函数的可变电阻，因此在对于有益于引爆启动电压的产生的电导而言足够的切换压力下向OTFT提供电导的变化。这种材料的一个示例是包含碳粒子和硅橡胶矩阵的压力敏感橡胶。将压力敏感橡胶用于压力检测的装置的另一示例是基于将P3HT作为有源层的空间电荷限制晶体管（SCLT）的装置。SCLT是在源电极与漏电极之间插入栅网电极以控制垂直电流流动的垂直晶体管。由于压力敏感橡胶上施加压力，源极漏极电路中电阻并且因此电流被系统地改变，以允许监测施加的压力。另一种可能是采用柔性压力传感器，可能通过采用透明塑料箔作为晶体管18.1的衬底和栅极电介质两者。当压力敏感材料包括薄片（laminate）时，薄片通常是用金电极模制的聚二甲基硅氧烷（PDMS）。但是要注意，OTFT对施加的压力具有固有的敏感，例如，在玻璃衬底上具有溶解处理的聚乙烯基苯酚栅极电介质的并五苯晶体管。

当切换特性还包括切换温度，因此除了化学组成成分、并且有可能还除了切换压力时，晶体管包括对作为其电导的函数的切换温度敏感的温度敏感材料，并且在切换温度下温度敏感材料中温度激励的变化导致晶体管电导的增加。温度敏感材料通常是聚合铁电材料，优选为聚偏二氟乙烯（PDVF）。在这种情况下，温度敏感材料在晶体管中作为压电聚合物或焦热电聚合物薄膜电容器出现，薄膜电容器因此与晶体管集成。

当切换特性还包括切换光脉冲，因此除了化学组成成分、并且有可能除了切换压力和切换温度的任一个或两者时，晶体管18.1包括对作为其电导的函数的切换光脉冲敏感的光电导材料，并且在切换光脉冲下光敏材料中光脉冲激励的变化导致晶体管电导的增加。具体而言，晶体管18.1可包括提供光电导材料的有机光电（OPV）单元。

用于光脉冲的检测器通常落入两个大类，即（i）将有机光电（OPV）单元与OTFT集成在一起的装置，在利用晶体管固有的放大系数的同时利用OPV装置的光响应修正OTFT的输出，以及（ii）利用导电聚合物或导电聚合物的混合物的固有光电导率以及OTFT中的互补电子供体或受体分子的装置。两种方式都依赖暴露于入射光线时OTFT中激发态的形成和电荷分离。第一类型装置的一个示例是大面积、柔性和轻量级的光检测器，又称为片式图像扫描器，其利用集成的OTFT和有机光电二极管在塑料膜上制造。另一示例是将并五苯基OTFT与传统的P3HT:PCBM体异质结OPV装置集成的有机光传感器（OPS）。这种类型的基于OTFT的光检测器特别吸引人，因为从OPV组件获得的电流能可信地用于向次级电路供电，例如计时和引爆次爆炸性药剂。它也能可信地充当产生引爆启动电压的电压源。此外，给定OPV装置中可使用的大范围的材料，可以实现对光线的给定光谱（例如来自冲击管发射或者冲击管光脉冲）的调整。

利用导电聚合物的光电导率的那些第二类型OTFT光传感器的示例是基于所有有机半导体的固有光电导率暗示基于这些材料的所有OTFT必须显示某种程度的光响应。但是，已知与有机半导体的光响应相关联有困难，具体而言，是光生激子（photogeneratedexciton）无效地分裂为自由载流子以及由于不良的载流子迁移率所致的长运输时间。为了解决这些问题，已经提出一种超薄多层结构，其除了别的之外特别由通过超高真空有机分子束沉积而生长的酞菁铜（CuPc）（电子供体）以及3,4,9,10-苝二苯并咪唑（PTCBI）（电子受体）组成，在超薄多层结构中，光检测器活跃区包括厚度变化的64个交替层，每个层的厚度范围从到

基于作为半导体层的并五苯/[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯（PC61BM）双层以及作为栅极介电层的自组装单层的低压双极有机光电晶体管也是一种可能。已经示出这种晶体管在低于|3|V下操作，电子和空穴的迁移率分别为0.1和10-3cm2/Vs的量级。重要的是，这种晶体管的沟道电流不仅取决于偏置状态，而且取决于入射光的强度，允许将装置用作光学传感器。这些低功率光电晶体管的外部量子效率和响应时间分别可以是～0.8%和210–225ms。

最后，关于光敏度，在用于光学检测器的光电导材料中，可将共价键有机供体/受体二价元素用于增强电荷分离，并因此增强信号响应。基于由这种有机二价元素组成的非晶薄膜的高响应性UV敏感场效应晶体管在文献中是已知的。对于370nm的UV光线，这种装置关联于高达6.5A/W的光学响应度。潜在机制是假设由于受体与供体之间的超速光致分子内电荷转移的作用，导致更容易的分子间电荷转移。该结果提供作为用于UV检测器的活性材料的有机半导体的潜在应用。

应当注意，重要的是，切换装置18可能可以包括多个晶体管，其分别被配置用于检测切换信号的各种切换特性。当然，根据本发明，切换装置18将总是包括能够检测化学组成成分的晶体管。应当理解，如果切换装置18包括多个晶体管，则每个晶体管本身将对于试图传递给引信头14的电流提供电阻。为了允许这些电流通过，因此在检测它们的每种切换特性时，必须让每个晶体管的电导增加到足以在电阻桥14.2两端产生引爆启动电压。因此，对于这种情况下启动装置11a要呈现的待命状态，与各个晶体管相关联的所有切换特性都必须出现在切换信号中。应当理解，这种情况因此提供了切换装置18所需的多种检测模式。

在本发明的特殊实施例中，如上所述，电压源12可以是与主导电路径16.1集成的集成电压源。

电压源12尤其也可以采取可充电或可再充电电压源的形式。在这种情况下，电压源12可包括在暴露于切换特性时能够将电压源12充电的充电组件或者与其操作性地相关联，并因此在启动装置11a处于待命状态时将其呈现为可放电，从而在电阻桥14.2两端施加引爆启动电压。

这种充电组件通常可以是或者包括光敏单元，例如有机光电单元，或者其他感光组件，例如晶体管。

或者，充电组件本身可以是电压源12。因此，根据本发明，充电组件也可以形成电压源12或者形成电压源12的一部分，特别是在电压源12为可充电或者可再充电的电池时，例如包括光敏材料的电池，光敏材料可能形成电池中包括的光电单元的一部分。

因此，一旦晶体管18.1的电导为用于通过现在充电的电压源12在电阻桥14.2两端产生的引爆启动电压的足够量级，即，处于待命状态，则暴露于切换特性的电压源12中累积的电能被释放。应当理解，通过充电的电压源的放电，启动装置11a因此改变为从待命状态切换到引爆启动状态。

充电组件可通过上述切换特性的任何一种或多种充电，不一定只通过化学组成成分。优选地，充电组件能够被充电，并因此通过相比其他切换特性移动更快的切换特性（例如光线）将电压源充电。因此，充电组件可在启动装置11a切换为待命状态之前将电压源12充电。因此，充电组件通常可以是光敏晶体管、光电二极管或其他光敏装置。在这种情况下，具体而言，冲击管13可包括光致发光添加物，光致发光添加物增强、扩展或增加冲击管13内装载的爆炸性物质的光能输出。这种光致发光添加物可包括荧光和/或磷光有机或无机材料之一或两者，荧光和/或磷光有机或无机材料增加或修改发射的光脉冲的波长，或者改变冲击管13的光发射特性，从而增强从冲击管发射的光线（能量），用于光电应用。

期望本发明的这种构造特别有用，因为实际上通过将启动装置11a切换为待命状态的相同冲击信号对电压源12供电。然后，取决于具有非常特定的切换特性的冲击信号，可以完全地实施爆炸物的启动。

应当理解，引爆启动电压的应用不一定立即导致爆炸性药剂的引爆。就此而言，启动装置11a中可以合并定时和延迟组件，定时和延迟组件通过引爆启动电压的应用来驱动，进而导致爆炸物的引爆。

在使用时，切换装置18的晶体管18.1最初（即，最有可能在制造时）具有的电导量级不足以从预定负载的电压源12传导足够电流，用于电压源12在电阻桥14.2两端产生引爆启动电压。因此启动装置11a最初处于非引爆启动状态。但是，将通过上述方式配置晶体管18.1，因此晶体管18.1能够检测作为其电导的函数的、通过冲击管13发送的切换信号的切换特性，这种切换特性至少是切换信号的化学组成成分，并且可选择地，是切换压力、切换温度和切换光脉冲的任何一种或多种。然后引信11连同启动装置11a和晶体管18.1一起相被置为与爆炸性药剂15成引爆关系。然后将冲击管13连接到引信11或者至少设置为与引信11成启动关系，冲击管13能够发送具有产物波的冲击信号，包括化学组成成分，并且如果适用的话，还包括切换压力、切换温度和切换光脉冲。

一旦爆炸性药剂15的引爆要发生，就从引信11远程启动冲击管13，然后冲击信号沿着它传播。一旦冲击信号接近启动装置11a，足以使得通过晶体管/多个晶体管18.1检测到其切换特性/多个特性，晶体管/多个晶体管18.1的电导就因此增加到足以允许通过电压源12在电阻桥14.2两端产生引爆启动电压，因此启动装置11a被切换为待命状态。通过因此增加晶体管/多个晶体管18.1的电导，启动装置11a对于沿着主导电路径16.1接收和传导来自电压源12的充分电流变得敏感，用于通过电压源12在电阻桥14.2两端产生引爆启动电压。电压源12的激活因此将启动装置11a切换为引爆启动状态，其中在电阻桥14.2两端施加引爆启动电压，这导致电阻桥14.2的击穿以及火花或等离子体的产生，发射出启动爆炸性药剂15的引爆启动冲击波。

在本发明的特殊实施例中，冲击管13可以是根据本发明的冲击管，具有中空、拉长的管体，在冲击管内部包含冲击管爆炸物。冲击管爆炸物尤其为HMX，亦如上所述。之前所指的冲击信号因此通过HMX的渐进引爆来提供。当然，与冲击管相关联的其他爆炸性物质也可用作冲击管爆炸物。

如上所述，优选地，冲击管13也包括示踪化学物，可选择地，为光致发光化学物。

具体而言，示踪化学物是并非与冲击管爆炸物的引爆或燃烧产物相同的化学物，或者是在燃烧、引爆或分解时不提供与冲击管爆炸物的引爆或燃烧产物相同的化学物的化学物。

当出现在冲击管13中时，示踪化学物本身提供化学组成成分，或者通过它的燃烧、引爆或分解提供化学组成成分。因此在这种情况下，示踪化学物的出现是启动装置从非引爆启动状态切换为待命状态的前提。

在本发明的特殊实施例中，示踪化学物是气体生成的化学物。

光致发光化学物尤其可包括荧光和/或磷光化学物或者用于这种化学物或用于另一种发光化学物的前驱物。

具体而言，光致发光化学物在使用时用于增强、放大和/或调解（即，将波长和/或强度的特殊特性提供给）冲击管的冲击信号的光脉冲成分。因此，可以选择光致发光化学物，特别为了与晶体管18.1和/或电压源12的可充电组件的特殊光敏材料的兼容性。对于电压源12，优选选择光致发光化学物用于产生电压源12的光响应，其足以让电压源12产生电极14.1a、14.1b两端的引爆启动电压差。

具体而言，光致发光化学物可以是无机的并包括稀土金属盐或者两种或更多种这些盐的组合。通常，这些盐可选自氧化物盐、硝酸盐、高氯酸盐、过硫酸盐和它们的组合。或者，光致发光化学物当然可以是这些盐的前驱物或另一种发光氧化物。

因此，本发明构思一种引爆系统，例如引爆系统10，其能够从非引爆启动状态切换为待命状态，在非引爆启动状态中，它不能操作性地接受引爆启动信号，在待命状态中，它能操作性地接受引爆启动信号，这种切换通过包括晶体管的切换装置实现，晶体管在检测到包括通过冲击管发送的冲击信号的切换信号的至少一种化学组成成分时，能够将启动装置从非引爆启动状态切换为待命状态。

申请人认为上述对于引信系统操作的方法（即，通过使得启动装置仅在预定状态下对启动敏感）对于这种引信系统的操作安全特别有用，因为可以防止由于过早的引爆启动信号发送所致的无意引爆。因此，为了引爆的结果，本发明要求引信系统的操作按照事件的特定顺序进行。

具体而言，申请人认为在根据本发明的引信系统采用的切换装置中采用多种检测模式（至少包括用于切换信号或冲击信号的化学组成成分的检测模式）为引信系统的操作安全提供了特殊改进。这是由于，尽管压力、温度和光线的信号成分不容易受到为了提供窄的预定信号的准确控制的影响，但是，例如通过在系统要采用的冲击管包含的爆炸物中包括特定的组成成分，至少在某种程度上可以控制化学组成。

因此，本发明关于化学组成成分检测的重要特征被视为向本发明提供改进控制和安全的特殊优点。

此外，本发明构思一种增强的冲击管，除了它的冲击管爆炸物之外，还包含示踪化学物以及可选择的光致发光化学物。申请人认为，这种添加物有助于将冲击管的功能扩展到更加有限的、与针对其调整的引信的兼容性，此外还使冲击管在管理爆炸物和引信系统（例如本发明的系统）的安全方面有用。

Claims (20)

1.一种用于引爆爆炸性药剂的爆炸物引信系统，所述引信系统在使用时被布置为与所述爆炸性药剂成引爆关系，并且在对于具有引爆启动特性的引爆启动信号操作性地接受时，所述引信系统启动、从而引爆所述爆炸性药剂，所述引信系统包括：

启动装置，所述启动装置包括印刷电子引爆电路，所述印刷电子引爆电路包括：

主导电路径，

包括在主导电路径中的至少两个分开的印刷导电电极；

在所述电极之间延伸的印刷电阻桥，所述印刷电阻桥具有击穿电压规格，超过该击穿电压规格所述电阻桥击穿且产生电压火花或等离子体；以及

印刷电压源，所述电极沿所述主导电路径连接到所述印刷电压源，

启动装置处于非引爆启动状态，在所述非引爆启动状态下，所述启动装置不能操作性地接受引爆启动信号，所述引爆启动信号在被操作性地接受时使得由所述电压源生成跨电极的电压差，所述电压差超过所述击穿电压规格，

其中所述引信系统还包括：

印刷切换装置，所述印刷切换装置能够检测冲击信号的产物波成分的化学组成成分作为切换特性，所述冲击信号在使用中通过冲击管被发送给所述引信系统，所述切换装置能够在检测到所述化学组成成分时将所述启动装置切换为待命状态，在所述待命状态中，所述启动装置能够在所述引爆启动信号发送给它时操作性地接受该引爆启动信号，

以及其中所述印刷电子引爆电路被印刷到衬底上，所述印刷通过喷墨印刷、凹版印刷、丝网印刷、平版印刷、苯胺印刷和其他卷到卷方法来实现。

2.根据权利要求1所述的引信系统，其中所述切换装置是设置在所述引爆电路的所述主导电路径中、并在所述非引爆启动状态下提供相对于从所述电压源到所述电阻桥的电流传导的电阻的电阻组件，该电阻处于使用时不能在电阻性电极之间产生引爆启动电压的足够量级。

3.根据权利要求2所述的引信系统，其中所述切换装置具有可变电导，其电导在所述非引爆启动状态下、处于对在所述电极之间产生所述引爆启动电压无益的量级。

4.根据权利要求3所述的引信系统，其中所述切换装置的电导对所述切换信号的所述化学组成成分敏感，并因此能够响应于所述冲击信号的产物波成分的所述化学组成成分而变化，从而在所述待命状态下，所述切换装置的电导处于对在所述电极之间产生所述引爆启动电压有益的量级。

5.根据权利要求4所述的引信系统，其中所述切换装置是晶体管。

6.根据权利要求1所述的引信系统，其中所述冲击信号包括：

(i)压力成分；

(ii)温度成分；和/或

(ii)光脉冲，

所述冲击信号因此除了所述化学组成成分之外，还提供切换压力、切换温度和/或切换光脉冲作为切换特性，所述切换装置因此还能够检测所述切换压力、所述切换温度和/或所述切换光脉冲，以及能够在其检测时将所述启动装置切换为所述待命状态。

7.根据权利要求5所述的引信系统，其中所述切换特性还包括切换压力，所述晶体管包括对于作为其电导的函数的所述切换压力敏感的压力敏感材料，并且在所述切换压力下、所述压力敏感材料中压力激励的变化导致晶体管电导的增加。

8.根据权利要求7所述的引信系统，其中所述压力敏感材料包括：压力敏感橡胶，其构成所述晶体管的层；以及压力敏感薄片，其构成所述晶体管的外部薄片。

9.根据权利要求5所述的引信系统，其中所述切换特性还包括切换温度，所述晶体管包括对于作为其电导的函数的所述切换温度敏感的温度敏感材料，并且在所述切换温度下、所述温度敏感材料中温度激励的变化导致晶体管电导的增加。

10.根据权利要求9所述的引信系统，其中所述温度敏感材料是聚偏二氟乙烯(PVDF)。

11.根据权利要求5所述的引信系统，其中所述切换特性还包括切换光脉冲，所述晶体管包括对于作为其电导的函数的所述切换光脉冲敏感的光敏材料，并且在所述切换光脉冲下、所述光敏材料中光脉冲激励的变化导致晶体管电导的增加。

12.根据权利要求11所述的引信系统，其中所述晶体管包括提供所述光敏材料的有机光电(OPV)单元。

13.根据权利要求5所述的引信系统，其中所述晶体管包括对于作为其电导的函数的所述化学组成成分敏感的感测材料，在暴露于所述化学组成成分时、所述感测材料中化学反应激励的变化导致晶体管电导的增加。

14.根据权利要求13所述的引信系统，其中所述化学组成成分是一氧化碳，且其中所述感测材料包括聚苯胺、掺杂钯(Pd)的氧化锡(SnO₂)、紫菜碱的复合物或酞菁染料的复合物。

15.根据权利要求13所述的引信系统，其中所述化学组成成分是或者包括氰化氢(HCN)，并且其中所述感测材料包括聚苯胺或紫菜碱的复合物。

16.根据权利要求13所述的引信系统，其中所述化学组成成分是或者包括NO_x，并且其中所述感测材料包括聚苯胺、聚3-己基噻吩、α-六噻吩、紫菜碱的复合物、酞菁染料的复合物或非晶聚三芳胺。

17.根据权利要求5所述的引信系统，其中所述晶体管是有机薄膜晶体管(OTFT)或有机场效应晶体管(OFET)。

18.根据权利要求1所述的引信系统，其中所述电压源是与所述主导电路径集成的集成电压源。

19.根据权利要求1所述的引信系统，其中所述电压源包括在暴露于所述切换特性时能够将所述电压源充电的充电组件，从而使得所述电压源在所述启动装置处于所述待命状态时准备好放电。

20.一种操作根据权利要求1-19中任一项所述的爆炸物引信系统的方法，所述方法包括：

在所述启动装置处于所述非引爆启动状态时，向所述引信系统的所述切换装置发送作为由冲击管生成的冲击信号且将作为所述冲击信号的产物波成分的一部分的化学组成成分作为切换特性的切换信号；以及

在检测到所述化学组成成分时，通过所述切换装置将所述启动装置切换为待命状态，从而使得所述引信系统对于所述引爆启动信号的操作性接受敏感，所述引爆启动信号在被操作性地接受时使得通过所述电压源生成跨所述电极的电压差，所述电压差超过所述击穿电压规格从而将所述启动装置切换到引爆启动状态。