CN110382996A - 电子引爆器的点火器 - Google Patents
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Abstract
一种用于电子引爆器的点火器，点火器包括安装在印刷电路板(PCB)上并彼此电连接的微控制器和电容器，微控制器被配置为响应于由微控制器接收的致动信号而对电容器放电；从电容器延伸的一对导电迹线；在导电迹线之间延伸并被配置为响应于流过其中的电流而辐射热量的电阻元件；以及部署在电阻元件上方的护罩，该护罩包含至少部分地覆盖电阻元件的烟火组合物。
Description
技术领域
本公开一般而言涉及爆炸物领域，并且更具体地涉及用于电子引爆器的改进的点火器。
背景技术
电子引爆器(electronic detonator)通常用于各种应用，包括军事和工业应用，以促进爆炸性材料的安全和可靠的爆炸。典型的电子引爆器可以包括电子致动的点火器，其被构造为点燃初级装药(primary charge)，其可以进而点燃更强大的次级装药(secondary charge)。点火器可以包括具有从其延伸的一对电引线的电容器。引线可以通过电阻元件彼此连接，该电阻元件被配置为当电流通过其时发热。电阻元件可以是一段丝线(例如，镍铬合金丝)，称为“桥接丝”，或者可以是表面安装的电阻器，称为“桥接电阻器”。电阻元件可以涂有当电容器通过引线和电阻元件放电时可能被点燃的一定量的烟火组合物(pyrotechnic composition)。点燃的烟火组合物可以在足够高的温度下燃烧以点燃初级装药。
在制造电子引爆器期间，通常通过将电阻元件手动浸入烟火组合物中而将烟火组合物施加到点火器的电阻元件上，之后允许烟火组合物固化成涂覆电阻元件的固体块。这种技术存在若干缺点。例如，它要求工人靠近，有时与烟火组合物直接接触，这会是危险的。此外，难以控制在浸渍期间施加到电阻元件的烟火组合物的量。如果施加太少的烟火组合物，那么点火器可能无法点燃引爆器的初级装药。如果施加太多的烟火组合物，那么可能浪费组合物，不必要地增加引爆器的成本。
正是关于这些和其它考虑因素，本发明的改进会是有用的。
发明内容
提供本发明内容是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不旨在识别所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在帮助确定所要求保护的主题的范围。
根据本公开的用于电子引爆器的点火器的示例性实施例可以包括安装在印刷电路板(PCB)上并且彼此电连接的微控制器和电容器，该微控制器被配置为使电容器响应于微控制器接收的致动信号而对电容器放电；从电容器延伸的一对导电迹线；在导电迹线之间延伸并被配置为响应于流过其中的电流而辐射热量的电阻元件；以及部署在电阻元件上方的护罩(shroud)，该护罩包含至少部分地覆盖电阻元件的烟火组合物。
根据本公开的电子引爆器的示例性实施例可以包括具有封闭端和开口端的管状壳体；部署在壳体内的点火器，该点火器包括安装在印刷电路板(PCB)上并且彼此电连接的微控制器和电容器，微控制器被配置为响应于微控制器接收的致动信号而对电容器放电；从电容器延伸的一对导电迹线；在导电迹线之间延伸的电阻元件；以及部署在电阻元件上方的护罩，该护罩包含至少部分地覆盖电阻元件的烟火组合物，引爆器还包括部署在壳体内与护罩开口端相邻的装药(charge)，该装药适于通过烟火组合物的燃烧而被点燃。
根据本公开的用于制造用于电子引爆器的点火器的方法的示例性实施例可以包括将微控制器和电容器彼此电连通地安装在印刷电路板(PCB)上，具有一对从电容器延伸的导电迹线，微控制器被配置为在接收到致动信号时对电容器放电，该方法还包括将导电迹线彼此连接，其中电阻元件适于响应于流过其中的电流而辐射热量，将护罩放置在电阻元件上方，并且用至少部分地覆盖电阻元件的烟火组合物填充护罩。
附图说明
图1是图示根据本公开示例性实施例的包括点火器的电子引爆器的内部的示意性剖视图；
图2是图示制造图1中所示的点火器的示例性方法的流程图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述根据本公开的用于电子引爆器的改进的点火器的实施例，附图中呈现了本公开的优选实施例。但是，本公开的点火器可以以许多不同的形式实现，并且不应当被解释为限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将点火器的某些示例性方面传达给本领域技术人员。在附图中，除非另有说明，否则类似的标号始终表示类似的元件。
参考图1，示出了图示根据本公开的示例性、非限制性实施例的包括改进的点火器12的电子引爆器10的内部的示意性剖视图。引爆器10可以包括管状壳体14，管状壳体14具有封闭端16和开口端18。壳体14的开口端18可以插有由弹性电绝缘材料(例如，橡胶、硅树脂等)形成的插头20，用于防止环境元素(例如，水、灰尘、颗粒物质等)进入壳体14。壳体14可以卷曲到插头20上，用于在它们之间建立气密密封，并防止插头20无意中从壳体14中移除。
引爆器10的点火器12可以包括安装在印刷电路板(PCB)26上的微控制器22和电容器24。微控制器22可以通过PCB 26上的导电迹线28可操作地连接到电容器24，并且可以被配置为促进电容器24的充电和放电，如下面进一步描述的。一对腿丝30可以延伸通过插头20并且可以连接到微控制器22。腿丝30可以被提供用于向微控制器22提供电信号，诸如可以从远离引爆器10的控制设备(未示出)发送。
PCB 26可以包括从相对较宽的主要部分34延伸的半岛部分32。一对导电端子或迹线36可以从电容器24延伸到半岛部分32上。导电迹线36可以通过在导电迹线36之间延伸的电阻元件38彼此连接。电阻元件38可以适于响应于流过其中的电流而辐射热量。在点火器12的各种实施例中，电阻元件38可以是表面安装的桥式电阻器，其可以使用本领域普通技术人员熟悉的表面安装技术(SMT)制造方法安装在PCB 26上。在点火器12的其它实施例中，电阻元件38可以是桥接丝(例如，一段镍铬合金丝)，其可以焊接到导电迹线36。
点火器12还可以包括金属壳体或护罩40，其围绕并部分地封住PCB 26的半岛部分32，包括电阻元件38。护罩40可以是基本上杯形的构件，具有开口端42和相对的封闭端44。半岛部分32可以延伸穿过封闭端44，并且封闭端44可以固定到半岛部分32。例如，如图1所示，封闭端44可以卷曲或压入在半岛部分32侧面形成的凹口46a、46b中。本公开在这方面不受限制，并且预期护罩40可以使用各种机械紧固手段中的任何一个固定到PCB 26的半岛部分32。在点火器12的各种其它实施例中，护罩40可以附加地或可替代地固定到PCB 26的主要部分34和/或壳体14的内部。
护罩40可以部分地或完全地填充有覆盖电阻元件38的一定量的烟火组合物48。烟火组合物48可以是化学组合物，其适于经由加热电阻元件38而被点燃，并且可以在足以点燃相邻装药的温度下燃烧，如下面进一步描述的。烟火组合物48可以是各种化学组合物中的任何一种，包括但不限于锆-高氯酸钾(zirconium-potassium perchlorate)、硼-硝酸钾(boron-potassium nitrate)、高氯酸铝-钾(aluminum-potassium perchlorate)和高氯酸钛-铝-钾(titanium-aluminum-potassium perchlorate)。所有这些组合物一般可称为“热原(pyrogen)”。
烟火组合物48可以以液体或半液体状态倾倒或注入护罩40中，并且随后可以固化(cure)或干燥以形成至少部分地包封电阻元件38的固体物质。因此，护罩40提供用于保持液体或半液体烟火组合物48的容器，其可以使用自动化过程倒入或注入护罩40中。相对于常规的手动浸渍方法，这提供了许多优点，其中点火器的电阻元件被手工浸入液体烟火组合物中。例如，工人不需要靠近烟火组合物，因此增加了制造过程的安全性。此外，可以将非常精确量的烟火组合物倾倒或注入护罩40中以覆盖电阻元件38，从而确保将有效量的烟火组合物施加到电阻元件38，同时最小化或消除烟火组合物的浪费。
引爆器10还可以包括初级装药50和次级装药52。初级装药50可以部署成与护罩40的开口端44相邻，并且可以适于在燃烧时由烟火组合物48辐射的热量点燃。初级装药50可以是或可以包括任何类型的常规始发炸药材料，包括但不限于ASA化合物(叠氮化铅、史蒂酚酸铅和铝)和/或二硝基重氮酚(DDNP)。次级装药52可以部署成与初级装药50相邻，并且可以适于在初级装药50燃烧时由初级装药50辐射的热量点燃。次级装药52可以是或可以包括任何类型的常规二次爆炸材料，包括但不限于三硝基甲苯(TNT)、特屈儿(tetryl)、季戊四醇四硝酸酯和/或RDX。可以预期引爆器10的替代实施例，其中可以省略初级装药50，并且次级装药52可以部署成与烟火组合物48相邻，并且可以适于直接由烟火组合物48点燃。
在引爆器10的典型使用期间，致动信号可以经由腿丝30(例如，从遥控设备)发送到微控制器22。在接收到致动信号后，微控制器22可以使充电的电容器24通过导电迹线36并通过电阻元件38放电。在各种实施例中，微控制器22可以包括逻辑，该逻辑可以被配置为在接收致动信号与电容器24的放电之间提供预定的延迟。在电容器24放电后，电阻元件38可以辐射足够的热量以点燃烟火组合物48。燃烧的烟火组合物48发出的热量可以点燃初级装药50，这可以进而点燃次级装药52，从而导致震荡爆炸。有利地，由燃烧的烟火组合物48发出的热量可以被护罩40的内表面朝着初级装药50反射和偏转。因此，护罩40有助于相对于不具有护罩的常规电子点火器更高效地将热量从燃烧的烟火组合物48传送到初级装药50。因此，相对于常规的电子点火器，可以在点火器12中使用较少量的烟火组合物48，从而相对于常规的电子点火器降低点火器12的成本。
图1中提供的点火器12的示意图是高度简化的表示，其旨在传达与本公开相关的点火器12的某些方面。本领域普通技术人员将认识到的是，点火器12可以包括通常在电子点火器中实现的许多附加元件，为了清楚起见，这些元件在图1中被省略。这些元件可以包括可以安装在PCB 26上的各种电子部件，这些电子部件可以被提供用于促进和/或补充微控制器22和/或电容器24的操作。
参考图2，示出了图示用于制造根据本公开的上述点火器12的示例性方法的流程图。现在将结合图1中所示的引爆器10的示意图来描述该方法。
在图2中呈现的示例性方法的步骤100处，微控制器22和电容器24可以安装在PCB26上，并且可以通过导电迹线28可操作地彼此连接。一对导电迹线36可以从电容器24延伸。在该方法的步骤105处，导电迹线36可以通过电阻元件38彼此连接。在点火器12的各种实施例中，电阻元件38可以是可以使用本领域普通技术人员熟悉的表面安装技术(SMT)制造方法安装在PCB 26上的表面安装的桥式电阻器。在点火器12的其它实施例中，电阻元件38可以是桥接丝(例如，一段镍铬合金丝)，其可以焊接到导电迹线36。在一些实施例中，电阻元件38可以安装在PCB 26的半岛部分32上，其延伸形成PCB 26的相对较宽的主要部分34，微控制器22和电容器24安装在主要部分34上。
微控制器22可以被配置为响应于经由腿丝30发送到微控制器的致动信号而使电容器24通过导电迹线36并通过电阻元件38使电流放电。在一些实施例中，微控制器22可以被配置(例如，编程)为在接收致动信号与引起电容器24的放电之间提供预定长度的延迟。
在示例性方法的步骤110处，护罩40可以放置在PCB 26的半岛部分32和电阻元件38上，其中半岛部分32延伸穿过护罩40的端部44。在该方法的步骤115中，护罩40的端部44可以以基本上围绕半岛部分32使端部44闭合的方式紧固到PCB 26。例如，在一些实施例中，端部44可以卷曲或压入在半岛部分32的侧面中形成的凹口46a、46b中。本公开在此方面不受限制，并且预期护罩40可以使用各种机械紧固手段中的任何一种固定到PCB 26的半岛部分32。在点火器12的各种其它实施例中，护罩40可以附加地或可替代地紧固到PCB 26的主要部分34和/或壳体14的内部。
在示例性方法的步骤120处，可以使用自动化过程将精确的预定量的液态或半液态烟火组合物48部署在护罩40中，并且可以至少部分地覆盖电阻元件38。在本方法的一些实施例中，可以使用自动化过程将烟火组合物48注入到护罩40的开口端42中(例如，使用被配置为将精确的预定量的烟火组合物48注入护罩42的自动化设备)。在本方法的其它实施例中，可以使用自动化过程将烟火组合物48倒入护罩40的开口端42中(例如，使用被配置为将精确的预定量的烟火组合物48倒入护罩42的自动化设备)。在该方法的步骤125处，烟火组合物48可以固化或干燥，以形成包封电阻元件38的固体物质。
如本文所使用的，以单数形式叙述和前面有词语“一”或“一个”的元件或步骤应当被理解为不排除多个元件或步骤，除非明确地叙述了这种排除。此外，对本公开的“一个实施例”的引用不旨在被解释为排除也结合了所述特征的另外的实施例的存在。
虽然本公开参考某些实施例，但是在不脱离如所附权利要求中定义的本公开的范畴和范围的情况下，对所描述的实施例的许多修改、变更和改变都是可能的。因此，意图是本公开不限于所描述的实施例，而是具有由所附权利要求的语言及其等同物定义的全部范围。
Claims (20)
1.一种用于电子引爆器的点火器，该点火器包括：
微控制器和电容器，安装在印刷电路板PCB上并且彼此电连接，微控制器被配置为响应于由微控制器接收的致动信号而对电容器放电；
一对导电迹线，从电容器延伸；
电阻元件，在导电迹线之间延伸；以及
护罩，部署在电阻元件上方，该护罩包含至少部分地覆盖电阻元件的烟火组合物。
2.如权利要求1所述的点火器，其中护罩具有闭合端和开口端，闭合端紧固到PCB，而开口端被构造为沿着预定方向引导由烟火组合物辐射的热量。
3.如权利要求2所述的点火器，其中电阻元件安装在PCB的半岛部分上，该半岛部分从PCB的相对较宽的主要部分延伸，微控制器和电容器安装在该主要部分上，并且其中护罩的闭合端被卷曲到在半岛部分侧面形成的凹口中。
4.如权利要求1所述的点火器，其中电阻元件是表面安装电阻器。
5.如权利要求1所述的点火器，其中电阻元件是桥接丝。
6.如权利要求1所述的点火器，其中微控制器被配置为在接收致动信号与使电容器放电之间提供预定持续时间的延迟。
7.如权利要求1所述的点火器，其中烟火组合物是热原。
8.一种电子引爆器，包括：
管状壳体，具有闭合端和开口端；
点火器，部署在壳体内，该点火器包括：
微控制器和电容器，安装在印刷电路板PCB上并且彼此电连接，微控制器被配置为响应于微控制器接收的致动信号而对电容器放电；
一对导电迹线，从电容器延伸；
电阻元件，在导电迹线之间延伸；以及
护罩，部署在电阻元件上方，该护罩包含至少部分地覆盖电阻元件的烟火组合物；以及
装药，部署在壳体内与护罩的开口端相邻，该装药适于通过燃烧烟火组合物而被点燃。
9.如权利要求8所述的引爆器，其中护罩具有紧固到PCB的闭合端，而护罩的开口端被构造为朝着装药引导由烟火组合物辐射的热量。
10.如权利要求9所述的引爆器，其中电阻元件安装在PCB的半岛部分上，该半岛部分从PCB的相对较宽的主要部分延伸，微控制器和电容器安装在该主要部分上，并且其中护罩的闭合端被卷曲到在半岛部分侧面形成的凹口中。
11.如权利要求8所述的引爆器，其中电阻元件是表面安装电阻器。
12.如权利要求8所述的引爆器，其中装药是初级装药，该引爆器还包括部署在壳体内与初级装药相邻的次级装药。
13.如权利要求8所述的引爆器，还包括部署在壳体的开口端内的插头，以及穿过插头延伸到微控制器的一对腿丝。
14.一种制造用于电子引爆器的点火器的方法，该方法包括：
将微控制器和电容器彼此电连通地安装在印刷电路板(PCB)上，一对导电迹线从电容器延伸，微控制器被配置为在接收到致动信号时对电容器放电；
利用电阻元件将导电迹线彼此连接，该电阻元件适于响应于流过其中的电流而辐射热量；
将护罩放在电阻元件上方；以及
用至少部分覆盖电阻元件的烟火组合物填充护罩。
15.如权利要求14所述的方法，其中用烟火组合物填充护罩包括：使用自动化过程将预定量的液体或半液体状态的烟火组合物注入护罩中。
16.如权利要求14所述的方法，其中用烟火组合物填充护罩包括：使用自动化过程将预定量的液体或半液体状态的烟火组合物倒入护罩中。
17.如权利要求14所述的方法，其中电阻元件安装在PCB的半岛部分上，该半岛部分从PCB的相对较宽的主要部分延伸，微控制器和电容器安装在该主要部分上，并且其中将护罩放置在电阻元件上方包括：将护罩的第一端卷曲到在半岛部分侧面形成的凹口中，护罩的第二开口端定向成沿着预定方向引导由烟火组合物辐射的热量。
18.如权利要求14所述的方法，其中利用电阻元件将导电迹线彼此连接包括：使用表面安装技术(SMT)工艺在PCB上安装表面安装电阻器。
19.如权利要求14所述的方法，其中利用电阻元件将导电迹线彼此连接包括：将桥接丝焊接到导电迹线。
20.如权利要求14所述的方法，还包括：使得烟火组合物固化或干燥成至少部分地包封电阻元件的固体物质。
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