CN108662953B - 一种多路脉冲点火激光起爆系统 - Google Patents

一种多路脉冲点火激光起爆系统 Download PDF

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Abstract

一种多路脉冲点火激光起爆系统，涉及工程民用起爆系统设计领域；包括光缆检测激光发生器、n个脉冲起爆激光发生器、n个合路器、n个第一激光功率计、n个分光器、n个光缆连接器、n个激光火工品、光路选择开关、第二激光功率计、A/D模块和控制器；n为大于等于2的正整数；其中，每个合路器、第一激光功率计、分光器、光缆连接器和激光火工品组成一路光缆通路，共n路光缆通路；本发明实现的新型多路脉冲点火激光起爆系统具备光缆通路检查和环境温度漂移补偿的能力，提高了各单路起爆激光的一致性，在民用起爆应用过程中表现出了较高的安全性、可靠性和稳定性。

Description

一种多路脉冲点火激光起爆系统
技术领域
本发明涉及一种工程民用起爆系统设计领域，特别是一种多路脉冲点火激光起爆系统。
背景技术
目前，工程民用起爆器材及系统基本上都采用电爆管作为发火装置。但是，电爆管及电起爆系统所采用的导线存在耦合高频电磁脉冲而误触发火工品的可能，并且电起爆系统所用电子器件制作工艺复杂，成本高，可靠性难以保障。鉴于电起爆系统存在的上述安全性问题，激光起爆系统作为一种新型的起爆模式，其研究和工程化日益受到重视。
从现阶段使用情况可知，多路脉冲点火激光起爆系统容易受到光缆端面清洁度、起爆系统环境温度、光缆通路检测激光器一致性差异等因素的影响。在上述因素的作用下，多路脉冲点火激光起爆系统各单路所产生及传输的能量差异很大(可达3～5dB)。因此，多路脉冲点火激光起爆系统的检测激光器需要具有环境温度漂移补偿能力。发明专利“一种激光起爆系统”(申请公布号：CN 103673772 A)公开了一种多路激光起爆系统，利用多个激光器组成阵列发出激光脉冲，激光脉冲经过分光器分配后通过多组光纤导出到无起爆药激光雷管内。但是，该发明专利公开的多路激光起爆系统未考虑光缆通路测试功能，不利于提高起爆系统的可靠性。发明专利“激光点火起爆器和激光点火起爆系统”(申请公布号：CN104930924 A)公开了一种单路激光点火起爆系统，利用测试激光器、光开关和探测器组成的测试装置检测单路光纤的反射信号的强弱，进而判断起爆系统光纤通路的可靠性。当发出能量满足激光雷管的起爆要求时，系统将通过光开关切换至发火激光器，由发火激光器起爆激光雷管。但是，该发明专利公开的激光点火起爆系统为单路起爆回路，回路中使用独立的检测激光器和起爆激光器。若多路起爆系统使用上述设计，那么激光器一致性差异难以解决，且没有提供标定手段抑制激光器温度漂移问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种多路脉冲点火激光起爆系统，提供了光缆通路衰减测试功能，保障了激光雷管起爆过程的安全性、可靠性、精确性，满足工程民用起爆系统应用的需求。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种多路脉冲点火激光起爆系统，包括光缆检测激光发生器、n个脉冲起爆激光发生器、n个合路器、n个第一激光功率计、n个分光器、n个光缆连接器、n个激光火工品、光路选择开关、第二激光功率计、A/D模块和控制器；n为大于等于2的正整数；每个合路器、第一激光功率计、分光器、光缆连接器和激光火工品组成一路光缆通路，共n路光缆通路；
光缆检测激光发生器：发出脉冲检测激光至选择开关；接收控制器传来的控制指令，将脉冲检测激光的功率修正为控制器预先设定的激光功率标称值，实现光缆检测激光发生器的自标定；标定后的光缆检测激光发生器发出脉冲检测激光至光路选择开关；
选择开关：接收光缆检测激光发生器传来的脉冲检测激光，并将脉冲检测激光发送至第二激光功率计；接收标定后光缆检测激光发生器传来的脉冲检测激光；将脉冲检测激光传输至其中一路光缆通路；脉冲检测激光依次经该光缆通路中的合路器、分光器、光缆连接器到达激光火工品；重复将脉冲检测激光依次传输至剩余光缆通路；
第二激光功率计：接收选择开关传来的脉冲检测激光，测量脉冲检测激光的功率；并将测量得到的脉冲检测激光功率值发送至A/D模块；
A/D模块：接收第二激光功率计传来的脉冲检测激光功率值，对脉冲检测激光功率值进行模数转换，生成数字量脉冲检测激光功率值，并将数字量脉冲检测激光功率值发送至控制器；依次接收n路光缆通路中第一激光功率计传来的反射脉冲检测激光功率；依次对每一路反射脉冲检测激光功率进行模数转换，生成数字量脉反射脉冲检测激光功率值Pout，并将数字量脉反射脉冲检测激光功率值Pout发送至控制器，重复n次；接收n个第一激光功率计传来的n路反射脉冲起爆激光的功率；进行模数转换，生成n个数字量反射脉冲起爆激光功率值，并将n个数字量反射脉冲起爆激光功率值发送至控制器；
控制器：预先设定激光功率标称值Pin；接收A/D模块传来的数字量脉冲检测激光功率值；将数字量脉冲检测激光功率值与激光功率标称值Pin进行对比；发出控制指令至光缆检测激光发生器，对脉冲检测激光的功率进行修正；依次接收A/D模块传来的n路光缆通路的数字量脉反射脉冲检测激光功率值；依次将每一路的数字量脉反射脉冲检测激光功率值Pout与预先设定激光功率标称值Pin对比，计算每路光缆通路的衰减值α，重复n次；
激光火工品：接收选择开关传来的脉冲检测激光，对脉冲检测激光反射，反射后的脉冲检测激光依次经光缆连接器、分光器到达第一激光功率计；接收脉冲起爆激光发生器传来的脉冲起爆激光，对脉冲起爆激光反射；反射脉冲起爆激光依次经缆连接器、分光器到达第一激光功率计；
第一激光功率计：接收激光火工品反射的脉冲检测激光；测量反射脉冲检测激光的功率，并将反射脉冲检测激光功率发送至A/D模块；接收激光火工品传来的反射脉冲起爆激光；测量反射脉冲起爆激光的功率，并将反射脉冲起爆激光的功率发送至A/D模块；
n个脉冲起爆激光发生器：分别与n路光缆通路对应；当对应光缆通路的衰减值α小于阈值时，发出脉冲起爆激光依次经合路器、分光器、光缆连接器到达激光火工品。
在上述的一种多路脉冲点火激光起爆系统，所述的光缆检测激光发生器发出的脉冲检测激光波长为1490nm，宽度为50ms。
在上述的一种多路脉冲点火激光起爆系统，所述激光火工品的端面设置有镀膜透镜，实现激光火工品对脉冲检测激光的反射率大于90％。
在上述的一种多路脉冲点火激光起爆系统，所述脉冲起爆激光发生器发出脉冲起爆激光的波长为690nm。
在上述的一种多路脉冲点火激光起爆系统，激光火工品对脉冲起爆激光的反射率小于等于10％。
在上述的一种多路脉冲点火激光起爆系统，所述每路光缆通路的衰减值α的计算方法为：
Figure BDA0001628352450000041
式中，L为每路光缆通路的长度；
αf为每路光缆通路中分光器的插入损耗；
αL为每路光缆通路中光缆连接器到第一激光功率计的光路衰减。
在上述的一种多路脉冲点火激光起爆系统，所述每路光缆通路的衰减阈值为5-10dB。
在上述的一种多路脉冲点火激光起爆系统，所述选择开关采用1×2液晶光开关。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明在光缆检测激光发生器自标定过程通过补偿的手段解决了光缆检测激光发生器的温漂问题，并且N条光缆通路共用一个检测激光发生器避免了多个检测激光器一致性差异问题，进而保证了各单路检测激光能量的精确性和一致性；
(2)本发明中光路选择开关采用1×2液晶光开关，该类型光开关无可移动部件，可靠性高，切换时间可小于1ms；
(3)本发明中控制器利用A/D模块对激光功率计的输出进行采样，得到各单路光缆通路的反射激光功率大小；通过比较输入激光功率和反射激光功率，可以计算出各单路光缆通路的通道衰减；检测方法简单、检测效率高。
附图说明
图1为本发明激光起爆系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明的目的是为了解决多路脉冲点火激光起爆系统中各单路激光能量一致性差、易受温度影响的问题，设计了一种具备通路检测激光器输出功率自标定能力的多路激光起爆系统，提供了光缆通路衰减测试功能，保障了激光雷管起爆过程的安全性、可靠性、精确性，满足工程民用起爆系统应用的需求。
如图1所示为激光起爆系统示意图，由图可知，一种多路脉冲点火激光起爆系统，包括光缆检测激光发生器1、n个脉冲起爆激光发生器2、n个合路器3、n个第一激光功率计4、n个分光器5、n个光缆连接器6、n个激光火工品7、光路选择开关8、第二激光功率计9、A/D模块10和控制器11；n为大于等于2的正整数；每个合路器3、第一激光功率计4、分光器5、光缆连接器6和激光火工品7组成一路光缆通路，共n路光缆通路；其中，光缆检测激光发生器1、n个脉冲起爆激光发生器2、n个合路器3、n个第一激光功率计4、n个分光器5、光路选择开关8、第二激光功率计9、A/D模块10和控制器11之间使用光纤连接；n个光缆连接器6与激光火工品7对接；
光缆检测激光发生器1：发出脉冲检测激光至选择开关8；脉冲检测激光波长为1490nm，宽度为50ms。接收控制器11传来的控制指令，将脉冲检测激光的功率修正为控制器11预先设定的激光功率标称值，实现光缆检测激光发生器1的自标定；标定后的光缆检测激光发生器1发出脉冲检测激光至光路选择开关8；脉冲检测激光波长为1490nm，宽度为50ms。
选择开关8：选择开关8采用1×2液晶光开关，该类型光开关无可移动部件，可靠性高，切换时间可小于1ms。接收光缆检测激光发生器1传来的脉冲检测激光，并将脉冲检测激光发送至第二激光功率计9；接收标定后光缆检测激光发生器1传来的脉冲检测激光；将脉冲检测激光传输至其中一路光缆通路；脉冲检测激光依次经该光缆通路中的合路器3、分光器5、光缆连接器6到达激光火工品7；重复将脉冲检测激光依次传输至剩余光缆通路；
第二激光功率计9：接收选择开关8传来的脉冲检测激光，测量脉冲检测激光的功率；并将测量得到的脉冲检测激光功率值发送至A/D模块10；
A/D模块10：接收第二激光功率计9传来的脉冲检测激光功率值，对脉冲检测激光功率值进行模数转换，生成数字量脉冲检测激光功率值，并将数字量脉冲检测激光功率值发送至控制器11；依次接收n路光缆通路中第一激光功率计4传来的反射脉冲检测激光功率；依次对每一路反射脉冲检测激光功率进行模数转换，生成数字量脉反射脉冲检测激光功率值Pout，并将数字量脉反射脉冲检测激光功率值Pout发送至控制器11，重复n次；接收n个第一激光功率计4传来的n路反射脉冲起爆激光的功率；进行模数转换，生成n个数字量反射脉冲起爆激光功率值，并将n个数字量反射脉冲起爆激光功率值发送至控制器11；
控制器11：预先设定激光功率标称值Pin；接收A/D模块10传来的数字量脉冲检测激光功率值；将数字量脉冲检测激光功率值与激光功率标称值Pin进行对比；发出控制指令至光缆检测激光发生器1，对脉冲检测激光的功率进行修正；依次接收A/D模块10传来的n路光缆通路的数字量脉反射脉冲检测激光功率值；依次将每一路的数字量脉反射脉冲检测激光功率值Pout与预先设定激光功率标称值Pin对比，计算每路光缆通路的衰减值α，重复n次；每路光缆通路的衰减值α的计算方法为：
Figure BDA0001628352450000061
式中，L为每路光缆通路的长度；
αf为每路光缆通路中分光器5的插入损耗；
αL为每路光缆通路中光缆连接器6到第一激光功率计4的光路衰减。
激光火工品7：接收选择开关8传来的脉冲检测激光，对脉冲检测激光反射，激光火工品7的端面设置有镀膜透镜，实现激光火工品7对脉冲检测激光的反射率大于90％。反射后的脉冲检测激光依次经光缆连接器6、分光器5到达第一激光功率计4；接收脉冲起爆激光发生器2传来的脉冲起爆激光，对脉冲起爆激光反射；激光火工品7对脉冲起爆激光的反射率小于等于10％，激光火工品7端面透镜对波长690nm激光具有不大于10％的反射率，即将有不小于90％的脉冲起爆激光透射后到达激光火工品7的药柱。此时，激光火工品7药柱将在脉冲起爆激光的作用下引爆。反射脉冲起爆激光依次经缆连接器6、分光器5到达第一激光功率计4；
第一激光功率计4：接收激光火工品7反射的脉冲检测激光；测量反射脉冲检测激光的功率，并将反射脉冲检测激光功率发送至A/D模块10；接收激光火工品7传来的反射脉冲起爆激光；测量反射脉冲起爆激光的功率，并将反射脉冲起爆激光的功率发送至A/D模块10；
n个脉冲起爆激光发生器2：分别与n路光缆通路对应；当对应光缆通路的衰减值α小于阈值时，衰减阈值为5-10dB，发出脉冲起爆激光依次经合路器3、分光器5、光缆连接器6到达激光火工品7。脉冲起爆激光的波长为690nm。
多路脉冲激光起爆系统的工作流程是，首先，对光缆检测激光发生器1的激光功率输出进行自标定；然后，利用标定好的光缆检测激光发生器1对各单路激光通路进行通道衰减测量；如果各单路通道衰减均满足激光雷管起爆要求，那么使用脉冲起爆激光发生器2发出起爆激光引爆激光火工品7，同时控制器11可以通过第一激光功率计PD4对起爆激光输出情况进行回测；如果通道衰减不满足激光火工品起爆要求，那么通知操作人员进行光缆通路检查。
本发明实现的新型多路脉冲点火激光起爆系统具备光缆通路检查和环境温度漂移补偿的能力，提高了各单路起爆激光的一致性，在民用起爆应用过程中表现出了较高的安全性、可靠性和稳定性。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种多路脉冲点火激光起爆系统，其特征在于：包括光缆检测激光发生器(1)、n个脉冲起爆激光发生器(2)、n个合路器(3)、n个第一激光功率计(4)、n个分光器(5)、n个光缆连接器(6)、n个激光火工品(7)、光路选择开关(8)、第二激光功率计(9)、A/D模块(10)和控制器(11)；n为大于等于2的正整数；每个合路器(3)、第一激光功率计(4)、分光器(5)、光缆连接器(6)和激光火工品(7)组成一路光缆通路，共n路光缆通路；
光缆检测激光发生器(1)：发出脉冲检测激光至光路选择开关(8)；接收控制器(11)传来的控制指令，将脉冲检测激光的功率修正为控制器(11)预先设定的激光功率标称值，实现光缆检测激光发生器(1)的自标定；标定后的光缆检测激光发生器(1)发出脉冲检测激光至光路选择开关(8)；
光路选择开关(8)：接收光缆检测激光发生器(1)传来的脉冲检测激光，并将脉冲检测激光发送至第二激光功率计(9)；接收标定后光缆检测激光发生器(1)传来的脉冲检测激光；将脉冲检测激光传输至其中一路光缆通路；脉冲检测激光依次经该光缆通路中的合路器(3)、分光器(5)、光缆连接器(6)到达激光火工品(7)；重复将脉冲检测激光依次传输至剩余光缆通路；
第二激光功率计(9)：接收光路选择开关(8)传来的脉冲检测激光，测量脉冲检测激光的功率；并将测量得到的脉冲检测激光功率值发送至A/D模块(10)；
A/D模块(10)：接收第二激光功率计(9)传来的脉冲检测激光功率值，对脉冲检测激光功率值进行模数转换，生成数字量脉冲检测激光功率值，并将数字量脉冲检测激光功率值发送至控制器(11)；依次接收n路光缆通路中第一激光功率计(4)传来的反射脉冲检测激光功率；依次对每一路反射脉冲检测激光功率进行模数转换，生成数字量脉反射脉冲检测激光功率值Pout，并将数字量脉反射脉冲检测激光功率值Pout发送至控制器(11)，重复n次；接收n个第一激光功率计(4)传来的n路反射脉冲起爆激光的功率；进行模数转换，生成n个数字量反射脉冲起爆激光功率值，并将n个数字量反射脉冲起爆激光功率值发送至控制器(11)；
控制器(11)：预先设定激光功率标称值Pin；接收A/D模块(10)传来的数字量脉冲检测激光功率值；将数字量脉冲检测激光功率值与激光功率标称值Pin进行对比；发出控制指令至光缆检测激光发生器(1)，对脉冲检测激光的功率进行修正；依次接收A/D模块(10)传来的n路光缆通路的数字量脉反射脉冲检测激光功率值；依次将每一路的数字量脉反射脉冲检测激光功率值Pout与预先设定激光功率标称值Pin对比，计算每路光缆通路的衰减值α，重复n次；
激光火工品(7)：接收光路选择开关(8)传来的脉冲检测激光，对脉冲检测激光反射，反射后的脉冲检测激光依次经光缆连接器(6)、分光器(5)到达第一激光功率计(4)；接收脉冲起爆激光发生器(2)传来的脉冲起爆激光，对脉冲起爆激光反射；反射脉冲起爆激光依次经光缆连接器(6)、分光器(5)到达第一激光功率计(4)；
第一激光功率计(4)：接收激光火工品(7)反射的脉冲检测激光；测量反射脉冲检测激光的功率，并将反射脉冲检测激光功率发送至A/D模块(10)；接收激光火工品(7)传来的反射脉冲起爆激光；测量反射脉冲起爆激光的功率，并将反射脉冲起爆激光的功率发送至A/D模块(10)；
n个脉冲起爆激光发生器(2)：分别与n路光缆通路对应；当对应光缆通路的衰减值α小于阈值时，发出脉冲起爆激光依次经合路器(3)、分光器(5)、光缆连接器(6)到达激光火工品(7)。
2.根据权利要求1所述的一种多路脉冲点火激光起爆系统，其特征在于：所述的光缆检测激光发生器(1)发出的脉冲检测激光波长为1490nm，宽度为50ms。
3.根据权利要求2所述的一种多路脉冲点火激光起爆系统，其特征在于：所述激光火工品(7)的端面设置有镀膜透镜，实现激光火工品(7)对脉冲检测激光的反射率大于90％。
4.根据权利要求3所述的一种多路脉冲点火激光起爆系统，其特征在于：所述脉冲起爆激光发生器(2)发出脉冲起爆激光的波长为690nm。
5.根据权利要求4所述的一种多路脉冲点火激光起爆系统，其特征在于：激光火工品(7)对脉冲起爆激光的反射率小于等于10％。
6.根据权利要求5所述的一种多路脉冲点火激光起爆系统，其特征在于：所述每路光缆通路的衰减值α的计算方法为：
Figure FDA0002281602150000031
式中，L为每路光缆通路的长度；
αf为每路光缆通路中分光器(5)的插入损耗；
αL为每路光缆通路中光缆连接器(6)到第一激光功率计(4)的光路衰减。
7.根据权利要求6所述的一种多路脉冲点火激光起爆系统，其特征在于：所述每路光缆通路的衰减阈值为5-10dB。
8.根据权利要求7所述的一种多路脉冲点火激光起爆系统，其特征在于：所述光路选择开关(8)采用1×2液晶光开关。
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