CN107843161B - 一种定时起爆装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种定时起爆装置及方法：所述的装置包括壳体，壳体上设置按键、显示屏、机械保险以及可与电雷管相连接的电雷管插座，壳体内安装与上述按键、显示屏电连接的微控制器，与上述微控制器电连接的起爆电路，单刀双掷开关的公共端与上述电雷管插座电连接、常闭端接地、常开端与起爆电路电连接，该单刀双掷开关的拨片默认接通公共端和常闭端，在机械保险解除的情况下拨片接通公共端和常开端，电池通过电源管理模块为装置供电。本发明所公开的定时起爆装置，体积小，重量轻，操作简洁，自动化程度高，便于携带，用户可自主设置定时时间，定时结束后引爆电雷管实现起爆。

Description

一种定时起爆装置及方法
技术领域
本发明属于爆破器材技术领域，特别涉及该领域中的一种定时起爆装置及方法。
背景技术
起爆器材是爆破器材的重要组成部分，被广泛用于交通、采矿、煤炭、石油、冶金、化工、建材、水利、电力、林业、城市建筑等多个领域。我国起爆器材起源于兵器用点火技术，经过几十年的发展，已经形成了一套集开发、生产、应用、技术研究和检验测试为一体的较完整的体系，但是现有的起爆器材技术水平低，在满足安全性的前提下不能兼顾产品的使用便利性，操作繁琐、自动化程度低、体积笨重、功能单一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种可在满足安全性前提下兼顾使用便利性的定时起爆装置及方法。
本发明采用如下技术方案：
一种定时起爆装置，其改进之处在于：所述的装置包括壳体，壳体上设置按键、显示屏、机械保险以及可与电雷管相连接的电雷管插座，壳体内安装与上述按键、显示屏电连接的微控制器，与上述微控制器电连接的起爆电路，单刀双掷开关的公共端与上述电雷管插座电连接、常闭端接地、常开端与起爆电路电连接，该单刀双掷开关的拨片默认接通公共端和常闭端，在机械保险解除的情况下拨片接通公共端和常开端，电池通过电源管理模块为装置供电。
进一步的，所述的机械保险包括设置在壳体内且正对单刀双掷开关拨片的撞杆和弹簧，设置在壳体外的拉环，与拉环相连接的拉环销子伸入壳体内，上述撞杆的一端抵紧并压缩弹簧，另一端抵紧拉环销子，在通过拉环拔出拉环销子解除机械保险后，撞杆在弹簧弹力的作用下撞击拨片使拨片接通单刀双掷开关的公共端和常开端。
进一步的，所述的壳体上设置舱盖可开启的拉环舱，所述的拉环安装在该拉环舱内。
进一步的，所述的起爆电路包括与电池电连接的第一MOSFET开关，该第一MOSFET开关依次通过升压模块和第二MOSFET开关与单刀双掷开关的常开端电连接，在升压模块和第二MOSFET开关之间的电路上还连接有蓄电电容和接地的第三MOSFET开关，上述的第一MOSFET开关、第二MOSFET开关和第三MOSFET开关默认打开且均与微控制器电连接并受其控制闭合。
进一步的，单刀双掷开关的常闭端还与电雷管插座电连接。
进一步的，所述的壳体上设置舱盖可开启的电池舱，所述的电池安装在该电池舱内。
进一步的，所述的电池为锂二氧化锰积层电池，其输出电压9V、容量800mAh。
进一步的，所述的装置还包括红外侦测模块，该红外侦测模块通过连接线缆与壳体内的微控制器电连接。
一种定时起爆方法，使用上述的定时起爆装置，其改进之处在于，包括如下步骤：
（1）设定定时时间并将与主装药毗邻的电雷管引线插入电雷管插座；
（2）拔出拉环销子解除机械保险，单刀双掷开关的拨片接通公共端和常开端，使起爆电路的第二MOSFET开关与电雷管电连接；
（3）启动定时起爆装置开始倒计时；
（4）在倒计时15s时，微控制器控制第一MOSFET开关闭合为蓄电电容充电；
（5）在倒计时时间到时，微控制器控制第二MOSFET开关闭合，使蓄电电容对电雷管放电，引爆与之相邻的主装药；
（6）若要中途放弃起爆可以随时关闭定时起爆装置，微控制器控制第三MOSFET开关闭合，可以泄除掉蓄电电容上的电量。
进一步的，步骤（1）中的定时时间在1分钟—24小时之间按分钟可调。
本发明的有益效果是：
本发明所公开的定时起爆装置，体积小，重量轻，操作简洁，自动化程度高，便于携带，用户可自主设置定时时间，定时结束后引爆电雷管实现起爆。
采用机械保险和单刀双掷开关相结合的机械电气双保险模式，可避免任何情况下的误爆炸，具有较高的安全性。
拉环安装在带舱盖的拉环舱内，可以避免用户误拔拉环销子。
增加的红外侦测模块可以在探测到爆破目标后自动触发起爆，使该定时起爆装置具有了红外侦测起爆功能，可以满足多种条件下的使用需求。
本发明所公开的定时起爆方法，具备快速设定定时时间和精确到分钟的详细设定定时时间的能力，可根据实际情况自主设定定时时间，实现定时起爆主装药的功能，极大提高了定时起爆的灵活性和安全性。
附图说明
图1是本发明实施例1所公开定时起爆装置的原理框图；
图2是本发明实施例1所公开定时起爆装置中机械保险的连接结构示意图；
图3是本发明实施例1所公开定时起爆装置中起爆电路的电路连接示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种定时起爆装置，所述的装置包括壳体1，壳体上设置按键2、显示屏3、机械保险4以及可与电雷管相连接的电雷管插座5，壳体内安装与上述按键、显示屏电连接的微控制器6，与上述微控制器电连接的起爆电路7，单刀双掷开关8的公共端与上述电雷管插座电连接、常闭端接地、常开端与起爆电路电连接，该单刀双掷开关的拨片默认接通公共端和常闭端，在机械保险解除的情况下拨片接通公共端和常开端，电池9通过电源管理模块10为装置供电。
上述各部分的功能为：
电池：为装置供电；
电源管理模块：将电池输出电压转换至微控制器工作需要的电压；
起爆电路：将电池输出电压升高至起爆电雷管所需电压并输送给单刀双掷开关的常开端；
机械保险：在机械保险解除的情况下使单刀双掷开关的拨片接通公共端和常开端，
单刀双掷开关：该单刀双掷开关的拨片默认接通公共端和常闭端，在机械保险解除的情况下拨片接通公共端和常开端，使得电雷管插座与起爆电路电连接；
按键、显示屏：用于操作人员和设备之间的人机交互；
微控制器：微控制器为控制核心，实现设置时间、倒计时、控制起爆电路完成各种动作的功能。
在本实施例中，如图2所示，所述的机械保险包括设置在壳体内且正对单刀双掷开关拨片的撞杆41和弹簧42，设置在壳体外的拉环43，与拉环相连接的拉环销子44伸入壳体内，上述撞杆的一端抵紧并压缩弹簧，另一端抵紧拉环销子，在通过拉环拔出拉环销子解除机械保险后，撞杆在弹簧弹力的作用下撞击拨片使拨片接通单刀双掷开关的公共端和常开端。
在本实施例中，所述的壳体上设置舱盖可开启的拉环舱，所述的拉环安装在该拉环舱内。
在本实施例中，如图3所示，所述的起爆电路包括与电池电连接的第一MOSFET开关71，该第一MOSFET开关依次通过升压模块72和第二MOSFET开关73与单刀双掷开关的常开端电连接，在升压模块和第二MOSFET开关之间的电路上还连接有蓄电电容74和接地的第三MOSFET开关75，上述的第一MOSFET开关、第二MOSFET开关和第三MOSFET开关默认打开且均与微控制器电连接并受其控制闭合。
具体的说，第一MOSFET开关在微控制器的控制下闭合，实现升压模块开始升压并为蓄电电容充电；DC-DC升压模块将电池输出电压升高至起爆电雷管所需电压；蓄电电容用于储蓄电能；第二MOSFET开关在微控制器的控制下闭合，使蓄电电容上的电量流至单刀双掷开关的常开端，在机械保险解除后，在此电流的作用下，即可起爆与机械保险相连的外置电雷管；第三MOSFET开关在微控制器的作用下闭合，可以泄除掉蓄电电容上的电量，此开关在定时起爆装置起爆失败后闭合，实现自失效的功能。
在本实施例中，单刀双掷开关的常闭端还与电雷管插座电连接。由于单刀双掷开关的拨片默认接通公共端和常闭端，使得电雷管插座短接且接地，从而保证了电雷管的安全性。
所述的壳体上设置舱盖可开启的电池舱，所述的电池安装在该电池舱内。所述的电池为锂二氧化锰积层电池，其输出电压9V、容量800mAh，可使装置待机24小时。所述的装置还包括红外侦测模块，该红外侦测模块通过连接线缆与壳体内的微控制器电连接。
本实施例所公开定时起爆装置的嵌入式软件设计为：定时起爆装置的嵌入式软件采用了嵌入式实时操作系统，多线程执行。定时起爆装置共有按键线程、显示屏线程和主处理任务线程共三个线程。软件开机后默认进入“预设”界面，此时通过点击“预设”按键，可在20s、1min及3min三个预定时间切换。用户也可点击“设置”进行详细的时间设置，在设置具体时间时，不必设置每一位，可随时点击“启动”键，开始计时。
本实施例所公开定时起爆装置的安全可靠性设计为：
起爆装置作为危险品，安全可靠地工作至关重要。本实施例从方案设计、电路设计、软件设计及结构设计四个方面进行了相关设计。
（1）方案设计
采用机械保险和单刀双掷开关相结合的机械电气双保险模式，可避免任何情况下的误爆炸，具有较高的安全性。
（2）电路设计
电池供电端口具有防反接设计；电池供电端口、电雷管插座、外部触发接口等具有防静电设计；电池供电端口、电雷管插座、外部触发接口等增加滤波器模块；微控制器选用低功耗高可靠性的型号；电路设计时，微控制器不使用的引脚全部接地；电源芯片的电源输入输出端、微控制器的电源输入端都留有充足的滤波电容；微控制器的启动计时输入、按键输入及控制升压电路等信号线同样增设滤波措施，这些信号线的PCB走线使用地线包夹；电路板两面大面积敷铜（接地）；电路板关键部件微控制器、MOSFET开关等设计一个接地金属屏蔽罩，大大降低受外界干扰的可能性。
（3）软件设计
设备的微控制器嵌入式软件主架构采用C语言编写，关键单元采用汇编语言编写，从而保证编译出的指令执行顺序唯一性。在软件设计时，软件一旦运行，就将微控制器中不使用的所有无关单元以及不使用的中断关闭。按键状态读取时，编写代码时增加可靠的“消抖”措施。当保险解除后，微控制器开始倒计时时，按键功能予以屏蔽；软件启用看门狗模块，并实时将定时时间、剩余时间等参数保存到微控制器ROM中。使得如果程序“跑飞”而触发看门狗重启微控制器后，系统能够读出参数并恢复到重启之前的状态并继续运行。软件进行结构化编程，对每个功能模块进行封装，访问接口唯一；软件采用了实时操作系统，实现多线程同步工作，保证了用户操作及时相应。软件增设了运行状态监控线程，实施监控各线程的运行状态，避免各种异常状态的发生。
（4）结构设计
拉环安装在带舱盖的拉环舱内，可以避免用户误拔拉环销子。
定时起爆装置要求具有极高的可靠性，为使其在复杂的电磁环境下能正常工作，必须具备良好的电磁兼容性。本实施例所公开定时起爆装置在电磁兼容性方面做了如下设计：
定时起爆装置电池供电端口、电雷管插座及外部触发接口等接口设计有防静电措施；电池供电端口、电雷管插座及外部触发接口等接口设计有EMI滤波器；电路板设计为多层，内部两层为单独的电源层和地层，减小信号回路面积，降低差模辐射，提高抗干扰能力；微控制器在满足性能要求的前提下，尽可能的降低工作频率，使用微控制器内部集成振荡器，电路板两面大面积敷铜（接地），电路板关键部件微控制器、MOSFET开关等设计一个接地金属屏蔽罩，显示屏开窗覆盖电磁屏蔽玻璃，屏蔽金属丝网同样接地。这几种措施大大降低装置受外界干扰的可能性；装置内部引线使用带屏蔽线缆，屏蔽层接地；嵌入式软件设计时，按键采用了可靠的“软件消抖”措施。经上述设计后，在暗室中进行试验，完全符合GJB1389A-2005《系统电磁兼容性要求》的相关要求。
将本实施例所公开的定时起爆装置在如下试验条件下进行试验：环境温度：25~30℃；大气湿度：60%~80%；地点：河边平直公路；试验方法：起爆器接两发并联火头（等效8号军用电雷管）。
试验情况如下所示：
试验项目 试验次数 起爆次数 起爆率
定时20s 4 4 100%
定时23.5h 4 4 100%
本实施例所公开的定时起爆装置可实现如下指标：
（1）起爆能力：能起爆2发并联军用8号铝壳电雷管；
（2）定时功能：①具备30s、1min、10min延时起爆功能，系统默认设置为1min；②具备1min~24h延时起爆功能（按分钟可调）；
（3）具有机械和电气双重保险，须手动拔出拉环销子解除机械保险；
（4）最大待机时间可达24h（-10℃）；
（5）工作温度为-40℃~50℃；
（6）质量较轻，便于携带，重量280g。
本实施例还公开了一种定时起爆方法，使用上述的定时起爆装置，包括如下步骤：
（1）设定定时时间并将与主装药毗邻的电雷管引线插入电雷管插座，所述的定时时间在1分钟—24小时之间按分钟可调；
（2）拔出拉环销子解除机械保险，单刀双掷开关的拨片接通公共端和常开端，使起爆电路的第二MOSFET开关与电雷管电连接；
（3）启动定时起爆装置开始倒计时；
（4）在倒计时15s时，微控制器控制第一MOSFET开关闭合为蓄电电容充电；
（5）在倒计时时间到时，微控制器控制第二MOSFET开关闭合，使蓄电电容对电雷管放电，引爆与之相邻的主装药；
（6）若要中途放弃起爆可以随时关闭定时起爆装置，微控制器控制第三MOSFET开关闭合，可以泄除掉蓄电电容上的电量。
除此之外，本实施例所公开的定时起爆装置还可以通过红外侦测模块在探测到爆破目标后自动触发起爆，其具体步骤为：连接红外传感器—开机—选择触发模式—插入电雷管引线—拔除机械保险销—启动触发—起爆。
或者直接以投掷模式起爆，其具体步骤为：连接保护套—插入电雷管引线—开机—选择投掷模式—按住启动键拔除机械保险销—投掷—起爆。

Claims (9)

1.一种定时起爆装置，其特征在于：所述的装置包括壳体，壳体上设置按键、显示屏、机械保险以及可与电雷管相连接的电雷管插座，壳体内安装与上述按键、显示屏电连接的微控制器，与上述微控制器电连接的起爆电路，单刀双掷开关的公共端与上述电雷管插座电连接、常闭端接地、常开端与起爆电路电连接，该单刀双掷开关的拨片默认接通公共端和常闭端，在机械保险解除的情况下拨片接通公共端和常开端，电池通过电源管理模块为装置供电；所述的起爆电路包括与电池电连接的第一MOSFET开关，该第一MOSFET开关依次通过升压模块和第二MOSFET开关与单刀双掷开关的常开端电连接，在升压模块和第二MOSFET开关之间的电路上还连接有蓄电电容和接地的第三MOSFET开关，上述的第一MOSFET开关、第二MOSFET开关和第三MOSFET开关默认打开且均与微控制器电连接并受其控制闭合。
2.根据权利要求1所述的定时起爆装置，其特征在于：所述的机械保险包括设置在壳体内且正对单刀双掷开关拨片的撞杆和弹簧，设置在壳体外的拉环，与拉环相连接的拉环销子伸入壳体内，上述撞杆的一端抵紧并压缩弹簧，另一端抵紧拉环销子，在通过拉环拔出拉环销子解除机械保险后，撞杆在弹簧弹力的作用下撞击拨片使拨片接通单刀双掷开关的公共端和常开端。
3.根据权利要求2所述的定时起爆装置，其特征在于：所述的壳体上设置舱盖可开启的拉环舱，所述的拉环安装在该拉环舱内。
4.根据权利要求1所述的定时起爆装置，其特征在于：单刀双掷开关的常闭端还与电雷管插座电连接。
5.根据权利要求1所述的定时起爆装置，其特征在于：所述的壳体上设置舱盖可开启的电池舱，所述的电池安装在该电池舱内。
6.根据权利要求1所述的定时起爆装置，其特征在于：所述的电池为锂二氧化锰积层电池，其输出电压9V、容量800mAh。
7.根据权利要求1所述的定时起爆装置，其特征在于：所述的装置还包括红外侦测模块，该红外侦测模块通过连接线缆与壳体内的微控制器电连接。
8.一种定时起爆方法，使用上述权利要求1—7任一项所述的定时起爆装置，其特征在于，包括如下步骤：
(1)设定定时时间并将与主装药毗邻的电雷管引线插入电雷管插座；
(2)拔出拉环销子解除机械保险，单刀双掷开关的拨片接通公共端和常开端，使起爆电路的第二MOSFET开关与电雷管电连接；
(3)启动定时起爆装置开始倒计时；
(4)在倒计时15s时，微控制器控制第一MOSFET开关闭合为蓄电电容充电；
(5)在倒计时时间到时，微控制器控制第二MOSFET开关闭合，使蓄电电容对电雷管放电，引爆与之相邻的主装药；
(6)若要中途放弃起爆可以随时关闭定时起爆装置，微控制器控制第三MOSFET开关闭合，可以泄除掉蓄电电容上的电量。
9.根据权利要求8所述的定时起爆方法，其特征在于：步骤(1)中的定时时间在1分钟—24小时之间按分钟可调。
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