CN104345214A - 一种电子雷管点火回路阻抗是否合格的间接判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电子雷管点火回路阻抗是否合格的间接判定方法：其特征在于，其包括第一步为对电子雷管内储能电容充电，测量充电电流及到达预定电压所需时间，计算出储能电容的容量；第二步是使储能电容对点火回路放电，测量出储能电容在预定电压区间放电需要的时间；第三步是测量批量的合格电子雷管形成一个不同储能电容容量下的预定电压区间放电时长正常范围，对需要检测的电子雷管点火回路放电阻抗是否合格进行间接判定。本发明实现了电子雷管连接点火器后的点火放电回路阻抗是否合格的判定，对点火器失效、点火器放电开关失效、储能电容失效均有检测功能，能方便、快速、有效提高电子雷管的可靠性。

Description

一种电子雷管点火回路阻抗是否合格的间接判定方法

技术领域

本发明专利属于火工品领域中电子雷管质量控制，特别是对影响电子雷管可靠性的点火回路阻抗是否合格进行检测并间接判定的一种方法。

技术背景

电子雷管又称数码电子雷管或数码智能雷管，其实就是普通瞬发雷管外挂电子控制电路。其本质在于用一个含有微型电子芯片的控制模块驱动点火头，模块取代了普通延期电雷管中的延期药，大大地提高了延时精度，其起爆能力与传统延期药雷管相同。一般来说，电子雷管由专用的与之通信的主机进行控制，主机的输出与电子雷管的两根脚线连接，同一个主机可以连接多个电子雷管，本文将电子雷管简称为从机。

电子雷管和传统电雷管点火器大都采用电阻发热引燃上敷的点火药来进行引爆雷管的。能量来源为从机内电子控制模块中的储能电容，当从机集成控制芯片收到起爆主机储能指令时会打开充电开关，对储能电容充电，当集成芯片收到起爆主机点火指令时会打开点火器放电开关，使储能电容、放电开关、点火器形成一个电流回路，即为本发明所述电子雷管点火回路。放电开关使储能电容上的电能通过点火器放电，以使点火器电阻发热，从而引爆雷管。整个放电回路的性能由储能电容、放电开关、点火器决定，其中任何元件有性能问题都可能引起该产品的质量问题，导致工程爆破时拒爆后果。剔除不合格阻值的点火器是保证电子雷管可靠性重要的途径之一，但从所有已公布的资料来看，还没有在电子雷管集成控制芯片中对点火器电阻进行精确测量的做法，目前只能是简单判断其有无连接；同时一般的点火器电阻都小于6欧姆，若专门对这个小电阻设计一个常用的电桥测量电路，电子雷管内置的控制芯片将非常复杂，不具备性价比。另外、电子雷管点火放电开关也是有可能出现质量问题如导通电阻高、焊接不良等缺点，所以希望有一种简单的方法实现对已经连接在电子雷管内置控制电路板上的点火回路进行放电性能测量，以判定这个点火回路阻抗性能是否在误差容许范围，保证产品质量。

发明内容

本发明专利提供一种对已经连接在电子雷管内置控制电路板上的点火回路阻抗进行测量并间接判定是否合格的方法。操作简单快速，对提高电子雷管的可靠性有非常重要的作用。

本发明是这样实现的：第一步对电子雷管内储能电容充电，测量充电电流及到达预定电压所需时间，计算出储能电容的容量；第二步是使储能电容对点火回路放电，测量出储能电容在预定电压区间放电需要的时间；第三步是测量批量的合格电子雷管形成一个不同储能电容容量下的预定电压区间放电时长正常值范围，对需要检测的电子雷管点火回路放电阻抗是否合格进行间接判定。

本发明较详细实现为：

当从机芯片收到主机测试阻抗指令时，芯片将按指令内容将储能电容充电至一固定电压V1后；主机将精确测量充电过程的充电电流变化及持续的时间，从而计算得到储能电容充电电量，再由此计算出储能电容容量的大小；随后控制芯片打开点火器放电开关将储能电容储能释放到点火器电阻上，同时关闭充电开关并向主机反馈一个电流信号表示充电结束和放电开始，控制芯片内也可设一计时器在芯片运行时钟驱动下开始对储能电容放电过程计时，芯片内部比较电路将监控储能电容上电压的变化，当电容电压小于V2时，芯片停止向主机反馈刚才开始的电流信号和停止计时器的计时。

主机由此可通过两种途径知道该从机点火放电回路的导通阻抗性能，一是测量所述从机点火器通电过程中的反馈电流信号时间长度，再结合开始计算得出的储能电容的大小，预定的V1、V2电压值即可计算出该从机的储能点火电流路径中的导通阻抗，二是再与该从机通信得到上述从机芯片内置放电计时器的值，再结合开始计算得出的储能电容的大小，预定的V1、V2电压值即可计算出该从机的储能点火电流路径中的导通阻抗。

由于点火器电阻在有电流经过时，温度会增加，点火电阻一般为正温度系数材料，所以其电阻值也会同比增加，导致储能电容放电电流减小，放电时间延长，采用直接计算回路阻抗方法得到的是一个放电期间各种因素影响下的回路平均阻抗，倒不如以该放电时长度间接判定放电回路阻抗是否合格，但储能电容的容量不一也将会导致这一判断结果需要加以修正，所以在进行点火回路阻抗合格性判定时，预先用一批合格电子雷管，以本发明上述方法进行测量储能电容预定放电区间用掉时长，形成不同储能电容容量下的合格值范围，以对后续需要检测的从机放电回路阻抗是否合格进行判断。

下面对整个检测方法进行更为详细的描述：

电子雷管即从机的内置控制芯片具有如下功能：

1、将主机传来的电压或电流信号整流，从机本身依靠此电能运行；也因为如此，从机向主机发送信号时采用了增加本身消耗电流的方式，主机自行检测输出电流，以判断从机是否在反馈信号。

2、能控制储能电容充电的电子开关通断，该电子开关通后能将主机电能通向储能电容，为防止充电电流过大，充电回路中还有电子限流器如电阻、恒流二极管或恒流MOS管等。

3、能随时检测储能电容上的电压值，可以采用电压比较器或AD转换方式，以实现充放电电压控制。考虑芯片运行速度的影响，检测电压的方式优选为电压比较器。

4、能接受主机指令，对储能电容进行充电或点火回路放电开关通断进行控制。

本发明所述检测方法第一步为对储能电容电容量进行检测，步骤如下：

1、主机对单一从机供电，并在未发送指令的情况下测量其常态运行电流。

2、主机发送测试阻抗指令后，立即对输出电流进行检测，并开始储能电容充电计时。

3、从机内置芯片响应测试阻抗指令，打开储能电容充电开关。

4、从机内置芯片随时检测储能电容上电压的大小，若达到预定值V1，关闭充电开关，同时向主机反馈一个比充电电流大很多的电流信号。

5、主机收到从机反馈的大的突变的电流信号，即可认为该从机已经充电完毕，相应计时停止。

为保证测量精度，主机的计时要足够长，所以从机的充电电流通过限流器控制在较低的水平，一般可以2毫安左右。同时也为区分充电电流和充电结束从机反馈电流信号，充电结束反馈电流信号一般控制在较高水平，如20毫安左右。

从机充电时的电流为该机常态运行电流和充电电流的和，所以充电期间主机检测到的输出电流减去该机常态运行电流为充电电流。

因为主机对电流的测量是需要采样时间的，所以将每一次充电电流测量值与相应采样间隔时长的乘积进行累加计算，得到储能电容充电能量的大小，再根据储能电容能量与电压的关系即Q（电量）=C（容量）* V（电压），可以计算出其电容量的大小。

本发明所述检测方法第二步实质为对储能电容在预定电压区间放电时间长度进行检测，在上述第一步的基础上执行如下步骤：

1、主机检测输出电流的大小，当发现从机开始反馈一个比充电电流更大的突变电流信号后停止对充电过程的计时，开始对储能电容放电过程进行计时；芯片也可以用内置的计时器对这个放电过程开始一个计时。

2、从机芯片打开点火器放电开关将储能电容储能释放点火器阻抗上后，芯片内部电路监控储能电容上电压的变化，当储能电容电压小于V2时，芯片停止向主机反馈刚才的电流信号或停止芯片内计时器的计时；

3、主机由此可通过两种途径知道该从机即电子雷管点火器和点火通电开关的导通阻抗性能，一是测量所述从机对点火器通电过程的反馈电流信号时间长度，再结合开始计算得出的储能电容的大小，预定的V1、V2电压值即可计算出该从机的储能点火电流回路中的导通阻抗，二是再与该从机通信得到上述计时器C的值，再结合开始计算得出的储能电容的大小，预定的V1、V2电压值即可计算出该从机的储能点火电流回路中导通阻抗。

本发明中对导通阻抗的检测主要是测量储能电容在两个电压点之间的放电时长确定，基本原理为电容的放电规律，即放电时长由电容容量和整个放电回路阻抗的乘积决定，即时间常数决定。此计算式为RC充放电原理决定，公式如下：

设，V0 为电容上的初始电压值;

Vh 为电容最终可充到或放到的电压值;

Vt 为t时刻电容上的电压值;

则，

Vt="V0"+（Vh-V0）* [1-exp(-t/RC)]

或，

t = RC*Ln[(Vh-V0)/(Vh-Vt)]

或，

R= t /｛C*Ln[(Vh-V0)/(Vh-Vt)]｝

其中：以上exp()表示以e为底的指数函数；Ln()是e为底的对数函；C代表电容的容量；R代表整个电流回路中的总阻抗，即在一段时间内的恒定值。但实际上，无论是点火器电阻还是放电开关导通电阻都是一个变化的量，点火器阻材料一般为镍铬电阻丝，正温度系数，放电开关是MOS管，导通电阻呈负温度系数，所以不好做高精度的计算,但很明显若储能电容容量确定，回路阻抗高放电时间就长，反之就短。所以测量到的放电时长可作为电子雷管放电时的导通阻抗性能是否合格的间接判断依据。

结合第一步骤中计算得到的电容容量，计算出在该储能电压下整个点火放电回路的阻抗，通过与标准值的比较，也就可以判定该电子雷管的储能电容容量、点火器阻抗加上点火开关导通阻抗是否合格，从而保证了合格电子雷管在工程爆破时的可靠性。

为防止在测量过程中对点火器造成事实上的点火，所以过程中储能电容上施加的电压不得超过实际能点燃点火器的电压，最好是远远低于最低点火电压。同时V2电压值应低于V1电压，高于点火放电开关截止电压。一般地，若最低点火电压为12伏，V1电压可定为6伏左右，V2电压为2伏左右。

在实际运用中，考虑到各种测量及计算误差的存在，特别是点火器电阻在通电时，本身的阻值会发生变化。因此可以采用一些标准的产品作为样本，对测量的值进行记录，以形成一个形成不同储能电容容量下的放电时长合格值范围，在检测时根据第一步测量计算得到的储能电容容值查找对应的预定电压区间点火回路放电时长正常值数据表，超出范围即判定为不合格，从而对实际产品的检测为更方便快捷。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步说明：

附图1：电子雷管充电及点火回路原理图

具体实施方式

附图1 中主机401两根通信线与从机500内置芯片301相连，芯片301控制充电开关101，点火放电开关201，并能检测储能电容200上电压大小；充电限流器102一端与充电开关101相连，一端与储能电容200正极相连，储能电容200两极通过放电开关201与点火器202串联形成点火放电回路。

本实例中充电开关101、限流器102、放电开关201均为外置，其他实例中也可为芯片301内置。

本实例中限流器102为一恒流器，在一定电压下通过电流为2毫安左右；101为P型MOS开关，型号为CJ2303；201为外置放电开关，型号为CJ3401，导通阻抗为120毫欧姆；储能电容200为容量标称为330微法固体钽电容，内阻约为100毫欧姆；点火器阻抗为2欧姆。

本实例中采用电子雷管控制芯片常态运行电流为30微安；储能电容最低能点火电压为9伏，由此规定为测量回路阻抗时，V1、V2分别为6伏、2伏。

本实例中的测量步骤如下：

1、主机401向从机500供电，测量其输出电流为30微安，此时充电开关101和放电开关201均处于断开状态。

2、主机401向从机500发送测试阻抗的指令，主机在发出指令后开始计时，并将输出电流按等间隔时间（本实例中约10微秒采样一次）进行采样。芯片301收到后打开电子开关101，同时检测储能电容200上电压。

3、若储能电容200上电压达到6伏，芯片301内部电压比较器翻转，芯片301关闭电子开关101，立即向主机反馈20毫安电流信号。

4、主机检测到从机发送的反馈电流信号，停止这对储能电容的充电计时，开始放电计时。

5、主机将储能电容充电期间的每段采样间隔时间长度乘以其采样得到的充电电流值的积累加，得到电容所充电的总电量。

6、充电的总电量除以6伏，得到实际所连接的储能电容容量。

7、当储能电容200上电压值刚降低到V2即2伏时，芯片301关闭反馈电路，使主机401的输出电流瞬间减少20毫安。

8、主机检测到输出电流降低20毫安后，立即停止储能电容放电计时。

由于在储能放电过程中，点火器的电阻在放电电流作用下，温度会发生变化，一般地，电阻值会增加，所以直接计算其回路常温导通阻抗有一定的难度。但通过本发明所述方法不难分析得出，储能电容从V2点到V1点的放电时长完全由储能电容的容量和回路放电阻抗决定，若储能电容容量确定，回路阻抗高放电时间就长，反之就短。所以测量这一过程的时间可间接判断从机点火回路阻抗是否在一个合格的区间。

本实例中如上所述，未采取计算的办法得到回路导通阻抗的直接值，而是采用标准的点火器阻抗202（镍铬电阻丝）、标准的储能电容200、标准的放电开关201、合格的控制芯片301实际进行检测到得一个储能电容在预定放电区间正常的放电时间，然后用一定数量的此标准值形成一个合理的上下限对实际的从机点火放电回路进行判断其导通延时长度是否合格，即间接判断出该电子雷管点火回路的阻抗是否在正常范围。

Claims (9)

1.一种电子雷管点火回路阻抗是否合格的间接判定方法：其特征在于，其包括第一步对电子雷管内储能电容充电，测量充电电流及到达预定电压所需时间，计算出储能电容的容量；第二步是使储能电容对点火回路放电，测量出储能电容在预定电压区间放电用掉的时间；第三步是测量批量的合格电子雷管形成一个不同储能电容容量下的预定电压区间放电时长正常值范围，对需要检测的电子雷管点火回路放电阻抗是否合格进行间接判定。

2.根据权利要求1所述的一种电子雷管点火回路阻抗是否合格的间接判定方法，其特征在于，电子雷管内置控制芯片对储能电容充电时需增加限流器，如电阻或恒流二极管或恒流MOS管等。

3.根据权利要求1所述的一种电子雷管点火回路阻抗是否合格的间接判定方法，其特征在于，电子雷管内置控制芯片能监控储能电容电压，达到预定值进行计时操作或向主机反馈信号。

4.根据权利要求1所述的一种电子雷管点火回路阻抗是否合格的间接判定方法，其特征在于，由连接电子雷管的主机进行充电电流大小的不间断测量，同时通过此电流的变化判定连接的电子雷管储能电容充电是否结束，从而实现充电时间长度的测量。

5.根据权利要求1所述的一种电子雷管点火回路阻抗是否合格的间接判定方法，其特征在于，将电子雷管储能电容充电到预定电压期间的每次采样的充电电流值与相应测量间隔时长的乘积进行累加计算，得到储能电容充电电量值，再除以预定的充电电压，可以计算出其电容量的大小。

6.根据权利要求1所述的一种电子雷管点火回路阻抗是否合格的间接判定方法，其特征在于，储能电容充电到预定值后电子雷管芯片关闭充电开关，打开放电开关开始对点火器放电，同时该电子雷管降低本身阻抗，使主机电流增加，来提示主机储能电容充电结束和放电开始，主机结束充电计时并开始对储能电容放电时长计时，当储能电容再低于另一电压值时，该电子雷管芯片关闭电流增加的电路，来提示主机结束对储能电容放电的计时。

7.根据权利要求1所述的一种电子雷管点火回路阻抗是否合格的间接判定方法，其特征在于，电子雷管芯片也可内设一个计时器对储能电容在预定电压区间的放电时长进行计时，该计时器的值在后续与主机的通信中上传到主机。

8.根据权利要求1所述的一种电子雷管点火回路阻抗是否合格的间接判定方法，其特征在于，将不同容量的储能电容分别连接不同阻抗的点火器及不同导通阻抗的点火器放电开关，得到不同情况下的放电时间数据，找出合格电子雷管的储能电容预定电压区间放电时长数据，以此放电时长是否在合格范围实现点火回路放电阻抗是否合格的间接判定。

9.根据权利要求3所述的一种电子雷管点火回路阻抗是否合格的间接判定方法，其特征在于，电子雷管芯片内部监控电容电压方式优选为电压比较器。