CN104101271B - 一种可计算冲能的甲烷闭锁式发爆器 - Google Patents

Abstract

本发明的可计算冲能的甲烷闭锁式发爆器，包括蓄电池、多层毫秒开关、微控制器、第一稳压模块、恒流源、第二稳压模块、变压器、储电电容C7、霍尔电流传感器、线性光电耦合器、放炮母线正极以及放炮母线负极，电阻R15与电容C21的连接处形成网路电阻测量端ad1，运算放大器的输出端形成电压测量端ad2，比较器的输出端形成放电时间测量端sr1。本发明的发爆器，通过检测到的网络电阻值、充电电压和充电时间，实现了对发爆器冲量的计算，通过对甲烷报警器输出信号的检测，当放炮环境中有甲烷存在时，可锁闭报警信号，避免了危险事故的发生。

Description

一种可计算冲能的甲烷闭锁式发爆器

技术领域

本发明涉及一种发爆器，更具体的说，尤其涉及一种可计算冲能的甲烷闭锁式发爆器。

背景技术

矿用发爆器作为引爆串联后电雷管的用具，用于煤矿作业场合的特殊性，对发爆器的本安特性和防爆特性均有严格的要求。发爆器的规格（容量）按引爆电雷管的额定发数表示，其系列为：10发、25发、50发、100发、150发、200发等。之所以需要根据所引爆电雷管的数量来设计发爆器的型号，这是因为不同数量的电雷管所需要的引燃冲量不等。表现在储电电容上就是电容的充电电压不同，如果电容两端的电压过高，易造成引爆前火花事故的发生，会对安全产生不利影响；如果电容两端的电压过低，会造成“丢炮”现象，对于没有被引燃的电雷管来说散落在煤矿巷道内，无疑存在巨大的安全隐患。根据所引爆的电雷管的数量不同而采用不同型号的发爆器，无疑使用起来十分繁琐。

发爆器在引爆电雷管作业的过程中，其输出的冲能是反应发爆器工作性能的重要指标，发爆器只有在规定的时间内发出了足够的能量才可确保引爆的成功。在引爆作业环境中，如果甲烷的浓度过高，在引爆过程中就可能引燃甲烷气体而导致爆炸事故的发生，因此如果发爆器具有甲烷闭锁功能（当甲烷在一定浓度范围内发爆器不可工作），将会进一步增加引爆作业的安全性。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种可计算冲能的甲烷闭锁式发爆器。

本发明的可计算冲能的甲烷闭锁式发爆器，包括蓄电池、多层毫秒开关、微控制器、第一稳压模块、恒流源、第二稳压模块、变压器、储电电容C7、霍尔电流传感器、线性光电耦合器、放炮母线正极以及放炮母线负极，蓄电池为整个发爆器的工作提供电能，多层毫秒开关由K1层开关、K2层开关和K3层开关组成，每层开关中均包括1号接线对、2号接线对和3号接线对，多层毫秒开关的旋钮使不同层开关中编号相同的接线对同时导通；变压器通过倍压整流电路对储电电容C7进行充电，第二稳压模块为霍尔电流传感器的工作提供稳定的电压，放炮母线正极和放炮母线负极接于电雷管组成网路的两端；其特别之处在于：

蓄电池的正极经K3层开关中的1号接线对与第一稳压模块的输入端相连接，第一稳压模块的输出端与恒流源模块的输入端相连接，恒流源模块的输出经继电器K2的常闭点、继电器K3的常闭点和K2层开关中的1号接线对与放炮母线正极相连接；放炮母线负极与储电电容C7的第一接线端相连接，放炮母线负极经K1层开关中的1号接线对、继电器K4的常闭点与电源地gnd相连接；恒流源模块的输出经电阻R15、电容C21与电源地gnd相连接，电阻R15与电容C21的连接处形成网路电阻测量端ad1,网路电阻测量端ad1与微控制器的输入端相连接，以实现网路电阻的测量；

变压器一次侧绕组经继电器K5的常开点接于第一稳压模块的输入端上，继电器K5的线圈经三极管Q6与电源地相连接，三极管Q6的基极形成充电控制端dr2；线性光电耦合器的输入端接于储电电容C7的两端，输出端的集电极与第一稳压模块的输出端相连接，输出端的发射极经电阻与电源地相连接，线性光电耦合器输出端的发射极形成电压信号端ar,电压信号端ar接于运算放大器的同相输入端上，运算放大器的反相输入端经电阻与电源地gnd相连接，运算放大器的输出端形成电压测量端ad2，电压测量端ad2与微控制器的输入端相连接，以实现储电电容C7两端电压的测量；

第二稳压模块的输入端经三极管与蓄电池的正极相连接，第二稳压模块的输出与霍尔电流传感器的电源端相连接，储电电容与放炮母线正极与放炮母线负极之间连线穿过霍尔电流传感器的测量孔；霍尔电流传感器的输出端经电阻R21、电阻R4与电源地gnd相连接，电阻R21与电阻R4的连接处形成放电时间信号端vdl,放电时间信号端vdl接于比较器的输入端，比较器的输出端形成放电时间测量端sr1，放电时间测量端sr1与微控制器的输入端相连接，以对储电电容C7的放电时间进行测量；

甲烷报警器接口与甲烷报警器相连接，甲烷报警器接口的信号端经电阻与三极管Q10的基极相连接，三极管Q10的发射极与电源地相连接，三极管Q10的集电极经电阻与电源正相连接，三极管Q10的集电极形成甲烷报警信号端sr2，甲烷报警信号端sr2与微控制器相连接，以实现甲烷闭锁。

本发明的可计算冲能的甲烷闭锁式发爆器，所述倍压整流电路由电容C18、电感L1和电感L2组成，变压器二次侧的一端与储电电容C7的第一接线端相连接，另一端依次经电容C18、二极管D18和电感L2与储电电容C7的第二接线端相连接；所述电感L1与二极管D22串联后的一端接于储电电容C7的第一接线端，另一端接于电容C18与二极管D18的连接处。

本发明的可计算冲能的甲烷闭锁式发爆器，所述储电电容C7的第二接线端经K1层开关中的2号接线对与放炮母线正极相连接，储电电容的第二接线端经K2层中的3号接线对与放炮母线负极相连接；继电器K2和继电器K3线圈的一端经两串联的二极管与蓄电池的正极相连接，另一端经继电器K4的常开点与电源地gnd相连接；继电器K4线圈的一端经两串联的二极管与蓄电池的正极相连接，另一端与三极管Q5的集电极相连接，三极管Q5的发射极与电源地gnd相连接，三极管Q5的基极经电阻形成隔离控制端dr1，隔离控制端dr1与微控制器的输出端相连接。

本发明的有益效果是：本发明的发爆器，通过设置可向电雷管网路中注入电流的恒流源模块，有效地实现了网路电阻的测量；通过设置与储电电容相并联的线性光电耦合器，以及对光电耦合器的输出信号进行放大的运算放大器，有效地实现了对储电电容两端电压的测量；通过将变压器的一次侧绕组串联于继电器K5的常开点中，且继电器K5的线圈与三极管Q6相串联，微控制器通过对三极管Q6通断状态的控制，即可实现对储电电容充电状态的控制。

通过将储电电容与放炮母线正极或放炮母线负极之间的连线穿于霍尔电流传感器的测量孔中，实现了对储电电容放电实现的测量。通过设置于甲烷报警器相连接的接口，微控制器可实现对甲烷报警器输出信号的检测，当放炮环境中有甲烷存在时，可锁闭报警信号，避免了危险事故的发生。

附图说明

图1为本发明的可计算冲能的甲烷闭锁式发爆器的电路图；

图2为本发明的可计算冲能的甲烷闭锁式发爆器的电路图。

图中：1蓄电池，2多层毫秒开关，3放炮母线正极，4放炮母线负极，5第一稳压模块，6恒流源模块，7继电器K3，8继电器K2，9继电器K4，10继电器K5，11变压器，12储电电容C7，13第二稳压模块，14电流传感器，15线性光电耦合器，16运算放大器，17比较器，18第一接线插口，19微控制器，20程序编译电路，21指纹检测接口，22第三稳压模块，23甲烷报警器接口，24存储器，25通讯接口转换芯片，26USB接口，27移位寄存器，284位数码管模块，29第四稳压模块，30第二接线插口，31第三接线插口，32第四接线插口。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了本发明的可计算冲能的甲烷闭锁式发爆器的电路图，其包括蓄电池1、多层毫秒开关2、微控制器19、第一稳压模块5、恒流源6、第二稳压模块13、变压器11、储电电容C7、霍尔电流传感器14、线性光电耦合器15、放炮母线正极3以及放炮母线负极4；蓄电池1为整个发爆器的工作提供电能，微控制器19具有信号采集、数据运算和控制输出的作用，第一稳压模块5用于给恒流源6提供稳定的电压，第二稳压模块13给霍尔电流传感器14提供稳定的电压。变压器11通过倍压整流电路对储电电容C7进行充电，线性光电耦合器15对储电电容C7两端的电压进行测量，通过霍尔电流传感器14可测量储电电容C7的放电时间。放炮母线正极3和放炮母线负极4接于电雷管所组成网路的两端。

所示的多层毫秒开关2由K1层开关、K2层开关和K3层开关组成，每层开关中均包括1号接线对、2号接线对和3号接线对，多层毫秒开关的旋钮使不同层开关中编号相同的接线对同时导通。

蓄电池1的正极经K3层开关中的1号接线对与第一稳压模块5的输入端相连接，第一稳压模块5的输出端与恒流源模块6的输出端相连接，恒流源模块6的输出经电阻R25、继电器K3的常闭点、继电器K2的常闭点、K2层开关中的1号接线对与放炮母线正极3相连接。放炮母线负极4与储电电容C7的第一接线端相连接，且放炮母线负极4经K1层开关中的1号接线对、继电器K4的常闭点与电源地gnd相连接。这样，当多层毫秒开关2的旋钮位于1号接线对的位置处时，恒流源模块6可向网路中注入电流。

恒流源模块6的输出还经电阻R15和电容C21后与电源地gnd相连接，电阻R15与电容C21的连接处形成网路电阻测量端ad1，微控制器19通过对ad1端信号的检测即可获取网路电阻的大小，如果测得的网路电阻值为“0”，则表明出现了短接，如果网络电阻值为无穷大，则表明出现了断接，以实现连接故障的判断。在网路连接正常的情况下，设测得的网络大小为。

所示的储电电容C7的第二接线端经K1层开关中的2号接线对与放炮母线正极3相连接，经K2层开关中的3号接线对与放炮母线负极4相连接。继电器K2和K3线圈的一端经二极管D3和D2后接于蓄电池1的正极，另一端经继电器K4的常开点与电源地gnd相连接；继电器K4线圈的一端经二极管D4和D1与蓄电池1的正极相连接，另一端经三极管Q5与电源地gnd相连接，三极管Q5的基极形成隔离控制端dr1，在电阻测量时，控制端dr1应处于低电平状态，以使三极管Q5截止，继电器K4线圈不通电，恒流源模块6可向网路中注入电流。

变压器11的依次侧绕组经继电器K5的常开点后接于第一稳压模块5的输入端，继电器K5线圈的一端经二极管D5和D6与第一稳压模块5的输入端相连接，另一端经三极管Q6与电源地gnd相连接，三极管Q6的基极形成充电控制端dr2。当网路电阻测量完毕后，通过将隔离控制端dr1置为高电平，断开恒流源模块6与网路电阻的连接；然后，将充电控制端dr2置为高电平，Q6导通，继电器K5的线圈得电，蓄电池1向变压器11的一次侧供电，以实现对储电电容C7的充电。

线性光电耦合器15的输入端接于储电电容C7的两端，线性光电耦合器15输出端的集电极经电阻R13与第一稳压模块5的输出端相连接，输出端的发射极经电阻R2与电源地gnd相连接，线性光电耦合器15的发射极形成电压信号端ar。电压信号端ar接于运算放大器16的同相输入端，运算放大器16的反向输入端经电阻R19与电源地gnd相连接，运算放大器16的输出即为电压测量端ad2，微控制器19通过对电压测量端ad2的信号采集，即可获取储电电容C7两端的电压，当检测到储电电容C7两端的电压达到与网路电阻相适应的电压大小后，即将充电控制端dr2置为低电平，以停止对储电电容C7的充电。设储电电容C7最终达到的电压大小为。

第二稳压模块13的输入端经三极管Q2与蓄电池1的正极相连接，第二稳压模块13的输出端与霍尔电流传感器14的电源端相连接，储电电容C7与放炮母线正极3或放炮母线负极4之间的连线穿过霍尔电流传感器14的测量孔，霍尔电流传感器14通过测量储电电容C7与放炮母线正极或负极回路中有电流通过的时间段，来实现对放电时间的测量。霍尔电流传感器14的输出端经电阻R21、电阻R4与电源地相连接，电阻R21、R4的阻值分别为1K、10K，电阻R21与电阻R4之间的连接处形成放电时间信号端vdl。

放电时间信号端vd1与比较器17上一组比较输入端的一个端口相连接，另一端端口经电阻R6接于电源的正极，经电阻R29和R7接于电源地上，电阻R6、R29、R7的阻值分别为10K、1K、8.2K，比较器17的输出端形成放电时间测量端sr1。比较器17由第二稳压模块13提供电压值为3.3V的电压，因此当放电时间信号端vd1的电压值大于1.6V时，认为储电电容C7处于放电状态，当vd1的电压值小于1.6V时，则认为储电电容停止放电，当放电时间信号端vd1的状态发生改变。设微控制器所测得的放电时间为。

变压器11通过倍压整流电路对储电电容C7进行充电，倍压整流电路由电容C18、电感L1和电感L2组成，变压器二次侧的一端与储电电容C7的第一接线端相连接，另一端依次经电容C18、二极管D18和电感L2与储电电容C7的第二接线端相连接；所述电感L1与二极管D22串联后的一端接于储电电容C7的第一接线端，另一端接于电容C18与二极管D18的连接处。

如图2所示，给出了本发明的可计算冲能的甲烷闭锁式发爆器的电路图，其包括微控制器19、程序编译电路20、指纹检测接口21、第三稳压模块22、甲烷报警器接口23、存储器24、通讯接口转换芯片25、移位寄存器27、4位数码管模块28、第四稳压模块29、第二接线插口30、第三接线插口31、第四接线插口32；程序编译电路20实现程序编译，存储器24与微控制器19相连接，其由两个型号为W25Q16的Flash存储器组成，实现对程序、指纹信息的存储。微控制器19通过指纹检测接口21与指纹检测模块相连接，以便对瓦检员、班组长和放炮员的指纹信息进行验证。所示的发光二极管D24、D25、D26依次经三极管Q13、Q14、Q15与电源地相连接，三极管Q13、Q14、Q15分别与微控制器的不同输出端相连接，当瓦检员、班组长和放炮员的指纹验证通过后，相应的发光二极管会被点亮。

甲烷报警器接口23与甲烷报警器相连接，甲烷报警器的输出端经电阻R39与三极管Q10的基极相连接，Q10的集电极经电阻R38与电源正相连接，发射极与电源地gnd相连接，三极管Q10的集电极形成甲烷报警信号端sr2，微控制器19通过检测甲烷报警信号端sr2的状态，即可判断甲烷报警是否发出报警信号。

所示的微控制器19将待显示的数据经8位移位寄存器27与4位数码管模块28相连接，移位寄存器27的输出与4位数码管模块28的输入端相连接，4位数码管模块28的位选信号COM1、COM2、COM3、COM4以及经三极管Q9、Q10、Q11、Q12与电源地相连接，三极管Q9、Q10、Q11、Q12的基极与微控制器19的不同输出端相连接，以控制4位数码管模块进行数据显示。

通讯接口转换芯片25用于实现USB总线通讯与RS232通讯的转换，其一端与微控制器19相连接，另一端与USB接口26相连接。所示的第二接线插口30与第一接线插口18相连接，第三接线插口31与第四接线插口32相连接。

在获取了网路电阻值、储电电容C7两端的电压、储电电容C7的放电时间后，设储电电容C7的电阻值为，则可通过如下公式计算出发爆器的冲量：

本发明的发爆器，通过设置可向电雷管网路中注入电流的恒流源模块，有效地实现了网路电阻的测量；通过设置与储电电容相并联的线性光电耦合器，以及对光电耦合器的输出信号进行放大的运算放大器，有效地实现了对储电电容两端电压的测量；通过将变压器的一次侧绕组串联于继电器K5的常开点中，且继电器K5的线圈与三极管Q6相串联，微控制器通过对三极管Q6通断状态的控制，即可实现对储电电容充电状态的控制。

Claims (3)

1.一种可计算冲能的甲烷闭锁式发爆器，包括蓄电池（1）、多层毫秒开关（2）、微控制器（19）、第一稳压模块（5）、恒流源（6）、第二稳压模块（13）、变压器（11）、储电电容C7（12）、霍尔电流传感器（14）、线性光电耦合器（15）、放炮母线正极（3）以及放炮母线负极（4），蓄电池为整个发爆器的工作提供电能，多层毫秒开关由K1层开关、K2层开关和K3层开关组成，每层开关中均包括1号接线对、2号接线对和3号接线对，多层毫秒开关的旋钮使不同层开关中编号相同的接线对同时导通；变压器通过倍压整流电路对储电电容C7进行充电，第二稳压模块为霍尔电流传感器的工作提供稳定的电压，放炮母线正极和放炮母线负极接于电雷管组成网路的两端；其特征在于：

蓄电池的正极经K3层开关中的1号接线对与第一稳压模块的输入端相连接，第一稳压模块的输出端与恒流源模块的输入端相连接，恒流源模块的输出经继电器K2的常闭点、继电器K3的常闭点和K2层开关中的1号接线对与放炮母线正极相连接；放炮母线负极与储电电容C7的第一接线端相连接，放炮母线负极经K1层开关中的1号接线对、继电器K4的常闭点与电源地gnd相连接；恒流源模块的输出经电阻R15、电容C21与电源地gnd相连接，电阻R15与电容C21的连接处形成网路电阻测量端ad1,网路电阻测量端ad1与微控制器的输入端相连接，以实现网路电阻的测量；

变压器一次侧绕组经继电器K5的常开点接于第一稳压模块的输入端上，继电器K5的线圈经三极管Q6与电源地gnd相连接，三极管Q6的基极形成充电控制端dr2；线性光电耦合器的输入端接于储电电容C7的两端，输出端的集电极与第一稳压模块的输出端相连接，输出端的发射极经电阻与电源地gnd相连接，线性光电耦合器输出端的发射极形成电压信号端ar,电压信号端ar接于运算放大器（16）的同相输入端上，运算放大器的反相输入端经电阻与电源地gnd相连接，运算放大器的输出端形成电压测量端ad2，电压测量端ad2与微控制器的输入端相连接，以实现储电电容C7两端电压的测量；

第二稳压模块的输入端经三极管与蓄电池的正极相连接，第二稳压模块的输出与霍尔电流传感器的电源端相连接，储电电容C7与放炮母线正极或放炮母线负极之间连线穿过霍尔电流传感器的测量孔；霍尔电流传感器的输出端经电阻R21、电阻R4与电源地gnd相连接，电阻R21与电阻R4的连接处形成放电时间信号端vdl,放电时间信号端vdl接于比较器的输入端，比较器的输出端形成放电时间测量端sr1，放电时间测量端sr1与微控制器的输入端相连接，以对储电电容C7的放电时间进行测量；

甲烷报警器接口与甲烷报警器相连接，甲烷报警器接口的信号端经电阻与三极管Q10的基极相连接，三极管Q10的发射极与电源地gnd相连接，三极管Q10的集电极经电阻与电源正相连接，三极管Q10的集电极形成甲烷报警信号端sr2，甲烷报警信号端sr2与微控制器相连接，以实现甲烷闭锁。

2.根据权利要求1所述的可计算冲能的甲烷闭锁式发爆器，其特征在于：所述倍压整流电路由电容C18、电感L1和电感L2组成，变压器二次侧的一端与储电电容C7的第一接线端相连接，另一端依次经电容C18、二极管D18和电感L2与储电电容C7的第二接线端相连接；所述电感L1与二极管D22串联后的一端接于储电电容C7的第一接线端，另一端接于电容C18与二极管D18的连接处。

3.根据权利要求1或2所述的可计算冲能的甲烷闭锁式发爆器，其特征在于：所述储电电容C7(12)的第二接线端经K1层开关中的2号接线对与放炮母线正极（3）相连接，储电电容的第二接线端经K2层中的3号接线对与放炮母线负极（4）相连接；继电器K2和继电器K3线圈的一端经两串联的二极管与蓄电池（1）的正极相连接，另一端经继电器K4的常开点与电源地gnd相连接；继电器K4线圈的一端经两串联的二极管与蓄电池的正极相连接，另一端与三极管Q5的集电极相连接，三极管Q5的发射极与电源地gnd相连接，三极管Q5的基极经电阻形成隔离控制端dr1，隔离控制端dr1与微控制器（19）的输出端相连接。