CN109458887B - 基于高压等离子点火具聚能起爆的数码安全电雷管 - Google Patents

Abstract

本发明基于高压等离子点火具聚能起爆的数码安全电雷管，属于高压等离子点火具聚能起爆数码安全电雷管技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种基于高压等离子点火具聚能起爆的数码安全电雷管；解决上述技术问题采用的技术方案为：包括一端开口的金属外壳，金属外壳的开口端设置有封头，将脚线的接入端穿过封头并用胶封固定；金属外壳由外向内依次设置有：控制电路腔、电极腔、点火具腔、炸药腔；控制电路腔内部设置有控制电路板，控制电路板的信号输入端与脚线的延伸端相连，控制电路板的信号输出端分别与电极腔内的第一电极、第二电极相连；点火具腔由外向内依次设置有：等离子点火具、混合点火药、聚能炸药柱体、前段主炸药、后段主炸药；本发明应用于电雷管起爆场所。

Description

基于高压等离子点火具聚能起爆的数码安全电雷管

技术领域

本发明基于高压等离子点火具聚能起爆的数码安全电雷管，属于高压等离子点火具聚能起爆数码安全电雷管技术领域。

背景技术

现有的工业电雷管、数码电雷管基本装药结构如图1、图2所示；如图1所示，是现有工业电雷管装药结构图，其主要由脚线（1-1）、塑料塞（1-2）、电点火头（1-3）、气室（1-4）、加强帽（1-5）、起爆药（1-6）、猛炸药（1-7）和外壳（1-8）所组成，其中起爆药（1-6）是现有工业雷管中的核心装药，一般采用碰创摩擦敏感性较高、遇火就爆炸的DDNP二硝基重氮酚起爆药；如图2所示，是国内外现有的数码电雷管基本装药结构图，其主要由脚线（2-1）、微处理电路板（2-2）、电点火头（2-3）、加强帽1（2-4）、起爆药（2-5）、加强帽2（2-6）、传爆药（2-7）、主装药2（2-8）、主装药1（2-9）、加厚金属外壳（2-10）所组成，其中起爆药（2-5）是现有数码电雷管中的核心装药，一般采用碰创摩擦敏感性较高、遇火就爆炸的DDNP二硝基重氮酚起爆药。

由上述两种电雷管结构可知：现有的工业电雷管、数码电雷管基本装药结构中都存在起爆药和传统的电点火头发火器件，由于起爆药的化学性质不稳定，使得现有的工业电雷管、数码电雷管在日常生产、运输、储存、使用过程中极易发生爆炸安全事故；另一方面，电雷管使用DDNP二硝基重氮酚作为起爆药，其在制药过程中会产生大量的污水，排放的污水中含有剧毒的污染物清除困难，目前还没有有效的技术方法解决该问题，使用该类型物质作为起爆药很不环保。

现有电雷管内部设置的电点火头，是一种正负电极之间焊接细电阻丝后包覆点火药所形成的电点火头，电点火头的细电阻丝采用康铜或镍铬材料，细丝直径≤0.05mm，康铜丝的阻值为0.7-1.0Ω，镍铬丝的阻值为2.5-3.0Ω，当电点火头接入电流大于0.18A，发火电压大于1V电点火头就会被点燃发火，使得电雷管的控制电路在进行收发信号操作时，容易产生误操作引爆雷管，存在安全隐患。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于高压等离子点火具聚能起爆的数码安全电雷管；为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：基于高压等离子点火具聚能起爆的数码安全电雷管，其特征在于：包括一端开口的金属外壳，所述金属外壳的开口端设置有封头，将脚线的接入端穿过封头并用胶封固定；

所述金属外壳由外向内依次设置有：控制电路腔、电极腔、点火具腔、炸药腔；

所述控制电路腔内部设置有控制电路板，所述控制电路板的信号输入端与脚线的延伸端相连，所述控制电路板的信号输出端分别与电极腔内的第一电极a、第二电极b相连；

所述金属外壳上还套装有调节环；

所述点火具腔由外向内依次设置有：等离子点火具、混合点火药、聚能炸药柱体、前段主炸药、后段主炸药；

所述聚能炸药柱体的内部由外向内依次设置有：前段聚能炸药、后段聚能炸药、金属药形罩；

所述的等离子点火具采用印刷电路板制作，印刷电路板一面铜箔上印刷有第一电极c和第二电极d，所述第一电极c上设置有与第一电极c焊接固定的焊盘孔A，所述第二电极d上设置有与第二电极d焊接固定的焊盘孔B；

所述第一电极c的放电端凸起a与第二电极d的放电端凸起b之间设置有电隙，所述电隙位置设置有一条细铜桥箔线；

所述第一电极a的延伸端穿过焊盘孔A与第一电极c焊接；

所述第二电极b的延伸端穿过焊盘孔B与第二电极d焊接。

所述点火具腔内部设置的等离子点火具、混合点火药、聚能炸药柱体之间紧密结合，不存在气室空间。

所述细铜桥箔线可以根据电极的放电端凸起位置横向或纵向设置。

所述金属药形罩采用厚度小于0.2mm的薄金属板冲压而成，所述金属药形罩的内腔形状是圆锥形或半圆形；所述金属药形罩材料具体为铜、铝、锡、SnCu和SnAgCu的合金。

所述控制电路板上集成有微处理器IC1、稳压器IC2、二极管桥IC3和总线通信芯片IC4，所述控制电路板的电路结构为：

所述脚线的接入端通过总线接口Ea、Eb与二极管桥IC3的信号输入端相连，所述二极管桥IC3的正极输出端并接电阻R1的一端，电阻R2的一端后与电阻R5的一端相连；

所述电阻R5的另一端并接电容C0的一端，电阻R6的一端后与开关管K1的源极相连；

所述开关管K1的漏极与等离子点火具的焊盘孔A焊接；

所述开关管K1的栅极并接电阻R6的另一端后与三极管T3的集电极相连；

所述总线通信芯片IC4的1脚并接电阻R1的另一端后与三极管T1的基极相连；

所述总线通信芯片IC4的3脚与微处理器IC1的8脚相连；

所述总线通信芯片IC4的4脚与电容C1的一端相连，所述电容C1的另一端并接电阻R3的一端后与三极管T2的基极相连，所述三极管T2的集电极并接电阻R4的一端后与微处理器IC1的1脚相连；

所述总线通信芯片IC4的5脚并接三极管T1的发射极后与稳压器IC2的1脚相连；

所述稳压器IC2的3脚并接电容C2的一端，三极管T2的发射极后与微处理器IC1的4脚相连；

所述微处理器IC1的6脚串接电阻R7后与三极管T3的基极相连；

所述二极管桥IC3的负极输出端依次并接总线通信芯片IC4的2脚，稳压器IC2的2脚，电容C2的另一端，电阻R3的另一端，电阻R4的另一端，微处理器IC1的2脚，电容C0的另一端，三极管T3的发射极后与等离子点火具的焊盘孔B焊接。

所述微处理器IC1的型号为ES7P001FGSA，所述稳压器IC2的型号为HT1033，所述二极管桥IC3的型号为ABS210，所述总线通信芯片IC4的型号为ST763。

本发明相对于现有技术具备以下的有益效果：

其一，本发明针对现有的工业电雷管、数码电雷管的点火方式及装药结构进行改进，主要采用等离子点火具和聚能药形罩装药结构，取消了传统的“电点火头”引燃“起爆药”的方式，改为“等离子点火具”点爆“聚能药形罩装药”，形成爆燃聚能金属射流，再由聚能金属射流起爆工业电雷管或数码电雷管中的主装药猛炸药，从而使得本发明装置在生产、存储、运输、使用全过程中更加安全、更加环保；

其二，由于现有的数码电雷管内部的点火具是采用传统的电点火头，由雷管内部的数码电路控制低电压储能电容对电点火头放电，启动电点火头爆燃，爆燃的火焰点燃起爆药，再由起爆药形成爆轰起爆主装药，数码电子雷管的数码电路及通信与供电电源共享的总线，是一种直流供电电压小于50V恒定不变的，而且是一种针对传统低电压电点火头启动、控制的数码电路，所形成的两线制通信与供电共享的总线，在控制过程中容易引起误操作；本发明针对现有的数码电雷管的数码电路及总线进行改进，采用的是一种可以满足启动、控制高压储能电容放电，点爆等离子点火具的控制电路，并且本发明提供的控制电路总线是一种低压（≤50VDC）到高压（≥100VDC）采用跳变供电方式与控制信号共享的两线制总线，在使用上控制更加稳定，减少误操作，更加安全。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为现有工业电雷管基本装药结构示意图；

图2为现有数码电雷管基本装药结构示意图；

图3为本发明的结构示意图；

图4为本发明聚能炸药柱体的结构放大图；

图5为本发明等离子点火具的结构图；

图6为本发明控制电路板的电路结构图。

具体实施方式

本发明提供的一种高压等离子点火具聚能起爆的数码安全电雷管，具体为一种由无起爆药的高压等离子点火具点爆聚能药形罩装药，形成爆燃聚能金属射流，再由聚能金属射流起爆猛炸药的数码安全电雷管。

如图3所示，本发明由雷管金属外壳（10）、调节环（20）、控制电路腔（30）、封头（40）、脚线（50）、等离子点火具（10-1）、混合点火药（10-2）、聚能炸药柱体（10-3）、主炸药组成；其中设置在点火具腔（32）内的等离子点火具（10-1）、混合点火药（10-2）、聚能炸药柱体（10-3）相互之间紧密结合，不存在气室空间；所述的聚能炸药柱体（10-3）内，装有两段聚能炸药和金属药形罩（10-3c）；所述金属药形罩（10-3c）采用厚度小于0.2mm的薄金属板冲压而成，其内腔形状可以是圆锥形或半圆形，本发明的实施例为圆锥形。

所述混合点火药（10-2）具体可以选择三硝基本酚钾、三硝基本酚钾+高氯酸钾、LTNR三硝基间苯二酚铅，以及氯酸钾+硫氰酸铅类、氯酸钾+木炭类等作为点火药剂，或点火药剂+铝粉的混合点火药剂。

所述两段聚能炸药可以选择太安、黑索金，或在太安、黑索金按一定比例混合铝粉、氧化剂形成聚能炸药。

所述的等离子点火具（10-1）、混合点火药（10-2）、聚能炸药柱体（10-3）相互的工作原理是：等离子点火具（10-1）在大于100V的高电压激励下放电形成点状高压、高温等离子，用于激发混合点火药（10-2），形成初始的高压、高温爆燃气体，并作用在聚能炸药柱体（10-3）中的聚能炸药上形成更高压力、温度的爆燃化学能，并最终作用在金属药形罩（10-3c）上，使得金属药形罩（10-3c）瞬时高速变形，形成高速、高温的金属射流创击主炸药形成爆轰。

如图4所示，是本发明的等离子点火具与聚能药形罩装药结构放大图，所述聚能炸药柱体（10-3）是金属管，该金属管内装有聚能炸药和金属药形罩（10-3c），金属管一端紧贴金属药形罩（10-3c），金属药形罩（10-3c）内腔朝向前段主炸药（10-4）；所述金属药形罩（10-3c）材料，可以选择铜、铝、锡、SnCu和SnAgCu合金等。

如图5所示，是本发明的等离子点火具的结构图，在具体安装设置等离子点火具时，可以采用两种实施例，即在第一电极c（10-1a）的放电端凸起a与第二电极d（10-1b）的放电端凸起b之间设置的电隙为横向或纵向，并在该电隙位置上设置相应的细铜桥箔线；

等离子点火具（10-1）采用印刷电路板制作，印刷电路板一面铜箔上印刷有电极（10-1a）和电极（10-1b）；电极（10-1a）上有供电连线的焊盘孔A，电极（10-1b）上有供电连线的焊盘孔B；

图5中的（1）中放电凸起a、凸起b之间电隙，横向有一细铜桥箔线；

图5中的（2）中放电凸起a、凸起b之间电隙，纵向有一细铜桥箔线；

所述等离子点火具（10-1）的工作原理是，当供电连线高电压加载到焊盘孔A、焊盘孔B时，电路短路的细线铜桥箔瞬时电爆炸气化开路，同时放电凸起a、凸起b之间电隙开始高压放电形成高压、高温等离子体气态；所述等离子点火具启动工作电压需要大于80V，不同于传统的电点火头在低电压大于1V就能点燃，提高了抗电磁干扰能力，防止误操作，有效提高电雷管使用的安全性能。

如图6所示，为本发明控制电路板的电路结构图，图中虚线框内（100）的电路焊接在控制电路板上，由微处理器（IC1）、稳压器（IC2）、二极管桥（IC3）、总线通信芯片（IC4）、开关管（K1）、三极管（T1-T3）、电阻（R1-R7）、电容（C0-C2），以及与外界数码起爆器通信供电共享的两线制总线接口（Ea、Eb）所组成；

其中，微处理器（IC1）的串行通信口（TX）是通过总线通信芯片（IC4）的IF口组成电流调制由总线接口（Ea、Eb）发出通讯信号供给外界数码起爆控制器接收，微处理器（IC1）的串行通信口（RX）是通过总线通信芯片（IC4）的VF口组成电压调制由总线接口（Ea、Eb）接收外界数码起爆控制器发出的通讯信号；

所述开关管（K1）、电阻（R6、R7）、三极管（T3）、电容（C0）组成放电驱动电路，其中电容（C0）是耐高压的储能电容，可以接收100V以上的高电压爆破信号，开关管（K1）是MOSFET管；三极管（T3）的基极由微处理器（IC1）的I/O端口进行控制，当I/O为高电平时，三极管（T3）导通，开关管（K1）的栅极为低电平，此时开关管（K1）的源极和漏极导通，耐高压储能电容（C0）向等离子点火具（10-1）放电；

所述的总线通信芯片（IC4）的基准电压VR口、稳压器（IC2）、三级管（T1）、电阻（R1、R2）组成动态稳压电路，通过总线（Ea、Eb）接口接受外界数码起爆控制器提供的跳变低电压24V和大于100V的高电压；

本发明电雷管使用的控制电路兼容效果较好，控制芯片可以替换多种型号的兼容芯片进行使用，其中微处理器IC1可选择ES7P001FGSA、EFM8SB1、STM8L05xx、MKL02ZxxVFG4等系列芯片，稳压器IC2可选择HT1033、S-1111B33MC、HT7333等系列芯片，二极管桥IC3可选择ABS210、TB13S、MB13S等系列芯片，总线通信芯片IC4可选择ST763、RLR763等系列芯片。

所述的总线（Ea、Eb）接口，是本发明的数码安全电雷管通过总线与外界数码起爆控制器连接的接口，两者共同组成工程爆破系统，系统安装调试过程中设定、读取各类工作参数时，总线上的电压为低电压24V，可以确保电雷管不会被误起爆，提高系统安装调试的安全性；当系统安装调试完毕，全系统技术状态可靠待命时，外界数码起爆控制器通过总线提供的24V电压跳变到大于100V的高电压供电雷管中的耐高压储能电容（C0）充电，并发送起爆信号，此时电雷管按延时时序要求可靠完成起爆，提高了抗电磁干扰能力，并能有效减少哑爆的出现；

本发明提供的安全电雷管根据实际需求，可在后续型号的电路板上扩展相应功能模块，使电雷管具备使用上的密码保护功能，及电雷管的远程跟踪定位功能，在微处理器的存储模块中预先写入与该电雷管身份匹配的唯一起爆密码、厂家生产编号、日期等数据，所述密码管理和跟踪定位功能同时由外界数码起爆控制器协调完成，配合控制电雷管内部预设的雷管起爆延时时间，通过后台实现控制，使电雷管在后续的使用与管理方面更加安全与高效；本发明电雷管使用的控制电路板兼容性强，可通过改装现有电雷管结构进行直接安装，应用在其他高压等离子点火具安全电雷管中，形成新的数码安全电雷管，结构简单，能有效降低该电雷管的生产制作成本。

本发明在金属外壳上还套装有调节环（20），所述调节环（20）是一种色标塑料环，在调节环上增加色标可以区别该雷管的工作模式是固定延时时间还是由起爆器设定延时时间。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.基于高压等离子点火具聚能起爆的数码安全电雷管，其特征在于：包括一端开口的金属外壳（10），所述金属外壳（10）的开口端设置有封头（40），将脚线（50）的接入端穿过封头（40）并用胶封（40-1）固定；

所述金属外壳（10）由外向内依次设置有：控制电路腔（30）、电极腔（31）、点火具腔（32）、炸药腔（33）；

所述控制电路腔（30）内部设置有控制电路板（30-1），所述控制电路板（30-1）的信号输入端与脚线（50）的延伸端相连，

所述控制电路板（30-1）的信号输出端分别与电极腔（31）内的第一电极a（30-2）、第二电极b（30-3）相连；

所述金属外壳（10）上还套装有调节环（20）；

所述点火具腔（32）由外向内依次设置有：等离子点火具（10-1）、混合点火药（10-2）、聚能炸药柱体（10-3）、前段主炸药（10-4）、后段主炸药（10-5）；

所述聚能炸药柱体（10-3）的内部由外向内依次设置有：前段聚能炸药（10-3a）、后段聚能炸药（10-3b）、金属药形罩（10-3c）；

所述的等离子点火具（10-1）采用印刷电路板制作，印刷电路板一面铜箔上印刷有第一电极c（10-1a）和第二电极d（10-1b），

所述第一电极c（10-1a）上设置有与第一电极c（10-1a）焊接固定的焊盘孔A，

所述第二电极d（10-1b）上设置有与第二电极d（10-1b）焊接固定的焊盘孔B；

所述第一电极c（10-1a）的放电端凸起a与第二电极d（10-1b）的放电端凸起b之间设置有电隙，所述电隙位置设置有一条细铜桥箔线；

所述第一电极a（30-2）的延伸端穿过焊盘孔A与第一电极c（10-1a）焊接；

所述第二电极b（30-3）的延伸端穿过焊盘孔B与第二电极d（10-1b）焊接；

所述点火具腔（32）内部设置的等离子点火具（10-1）、混合点火药（10-2）、聚能炸药柱体（10-3）之间紧密结合，不存在气室空间；

所述控制电路板（30-1）上集成有微处理器IC1、稳压器IC2、二极管桥IC3和总线通信芯片IC4，所述控制电路板的电路结构为：

所述脚线（50）的接入端通过总线接口Ea、Eb与二极管桥IC3的信号输入端相连，所述二极管桥IC3的正极输出端并接电阻R1的一端，电阻R2的一端后与电阻R5的一端相连；

所述电阻R5的另一端并接电容C0的一端，电阻R6的一端后与开关管K1的源极相连；

所述开关管K1的漏极与等离子点火具的焊盘孔A焊接；

所述开关管K1的栅极并接电阻R6的另一端后与三极管T3的集电极相连；

所述总线通信芯片IC4的1脚并接电阻R1的另一端后与三极管T1的基极相连；

所述总线通信芯片IC4的3脚与微处理器IC1的8脚相连；

所述总线通信芯片IC4的4脚与电容C1的一端相连，所述电容C1的另一端并接电阻R3的一端后与三极管T2的基极相连，所述三极管T2的集电极并接电阻R4的一端后与微处理器IC1的1脚相连；

所述总线通信芯片IC4的5脚并接三极管T1的发射极后与稳压器IC2的1脚相连；

所述稳压器IC2的3脚并接电容C2的一端，三极管T2的发射极后与微处理器IC1的4脚相连；

所述微处理器IC1的6脚串接电阻R7后与三极管T3的基极相连；

所述二极管桥IC3的负极输出端依次并接总线通信芯片IC4的2脚，稳压器IC2的2脚，电容C2的另一端，电阻R3的另一端，电阻R4的另一端，微处理器IC1的2脚，电容C0的另一端，三极管T3的发射极后与等离子点火具的焊盘孔B焊接。

2.根据权利要求1所述的基于高压等离子点火具聚能起爆的数码安全电雷管，其特征在于：

所述细铜桥箔线可以根据电极的放电端凸起位置横向或纵向设置。

3.根据权利要求2所述的基于高压等离子点火具聚能起爆的数码安全电雷管，其特征在于：所述金属药形罩（10-3c）采用厚度小于0.2mm的薄金属板冲压而成，所述金属药形罩（10-3c）的内腔形状是圆锥形或半圆形；所述金属药形罩（10-3c）材料具体为铜、铝、锡、SnCu和SnAgCu的合金。

4.根据权利要求1所述的基于高压等离子点火具聚能起爆的数码安全电雷管，其特征在于：所述微处理器IC1的型号为ES7P001FGSA，所述稳压器IC2的型号为HT1033，所述二极管桥IC3的型号为ABS210，所述总线通信芯片IC4的型号为ST763。