CN111707152B - 一种基于光纤供能的多点爆破系统及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于光纤供能的多点爆破系统及工作方法，包括光纤、激光器、光伏电池、脉冲发生器和起爆装置，脉冲发生器调制输出一个可编程控制的脉冲，后续的激光器接收该脉冲信号并输出光脉冲信号，然后通过光纤传输到光伏电池，光伏电池将光脉冲信号转换为电信号，通过导线传输到起爆装置，触发起爆装置从而引爆起爆装置内部的爆炸物。通过多条光纤完成对多个起爆装置的控制，从而实现多点爆破。由于光纤抗电磁干扰，且不同光纤之间传输干扰低，可在（例如抗高压电、强磁场干扰）特殊环境中完成爆破，具有较强的抗干扰性。

Description

一种基于光纤供能的多点爆破系统及工作方法
技术领域
本发明涉及多点爆破技术领域，尤其涉及一种基于光纤供能的多点爆破系统及工作方法。
背景技术
在桥梁与矿山施工初期，经常利用爆破装置来对一些地形较复杂难处理的山地进行多点爆破处理，从而对施工场地进行高效、快速的地形处理，然而现有爆破装置及方式仅利用人工延长炸药引信或设置定时装置的方式进行爆破作业，采用人工延长炸药引信的方式需考虑延长引信途中的环境因素，适用性较低，采用定时装置仅能进行单次作业，无法重复使用，损失较大。
在工程爆破中也会经常用到多点爆破技术，由于设置多个起爆点,需要调控起爆时差。但目前国内调控起爆时差大多使用延期雷管或数码电子雷管,延期雷管大都是采用化学药剂作延期体。药剂延期存在时间不准、延期时间一致性差、储存时间短等缺陷,延期误差较大,不能在高精度控制爆破中使用。数码电子雷管采用电子延期体取代传统化学药剂延期体,能有效改善化学延期体的延期精度不稳定、延时精度差等技术难题。
现有的爆破作业方式受环境影响大，例如在高压电或者强磁场的环境下，用电导线传输会受到强烈的电磁干扰，易产生误爆；而且，电导线的传输损耗高，也难以实现长距离、高精度的多点爆破，适用性较低；因此，亟待一种抗电磁干扰、精度高、适用性强的多点爆破系统。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种基于光纤供能的多点爆破系统及工作方法，通过脉冲发生器、激光器、光纤、光伏电池和起爆装置，可实现对多个爆破点的精确爆破，具有较好抗干扰性。
本发明提供一种基于光纤供能的多点爆破系统，包括光纤、激光器、光伏电池、脉冲发生器和起爆装置，所述脉冲发生器通过导线与激光器输入端相连，用于控制激光器发射光脉冲信号，所述激光器与光纤输入端相连，用于发射光脉冲信号；所述光纤与激光器输出端和光伏电池输入端相连，用于传输待处理的光脉冲信号；所述光伏电池通过导线与起爆装置相连，用于接收待处理的光脉冲信号，并将其转换为电脉冲信号，所述起爆装置通过导线与光伏电池输出端相连，接收电脉冲信号后，传输到起爆逻辑控制单元，引爆起爆装置内部的爆炸物。
本发明还提供一种基于光纤供能的多点爆破系统的工作方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一：设置脉冲发生器的脉宽、脉冲周期和输出时间等参数，以用于输出控制激光器的电脉冲信号；
步骤二：不同激光器输出的光脉冲信号，通过光纤传输到对应的光伏电池；
步骤三：光伏电池将光脉冲信号转换为电脉冲信号，通过导线传输到起爆装置；
步骤四：起爆装置接收到传输来的电脉冲信号，然后控制起爆逻辑控制单元发出起爆信号，引爆起爆装置内部的爆炸物。
进一步改进在于：所述步骤一中利用脉冲发生器根据需求输出的爆破控制信号，在需要的时间点控制不同爆破点的起爆，达到多点爆破。
进一步改进在于：所述步骤二中多个激光器输出光脉冲信号，通过多条长距离光纤分别传输至对应的光伏电池，由于光纤传输损耗小、抗电磁干扰，且不同光纤之间传输干扰低，不仅可以在需抗干扰的特殊环境中完成爆破，例如高压电，强磁场，还可以实现长距离的起爆控制。
进一步改进在于：所述步骤三中利用光伏电池将光脉冲信号转换为电脉冲信号，以控制起爆装置。
进一步改进在于：所述步骤四中起爆装置将接收到的电脉冲信号分离成同步控制信号和供电信号，其中同步控制信号用于引爆起爆装置内部的爆炸物，而供电信号给整个起爆装置供电。
系统首先采用脉冲发生器对电脉冲的脉宽、脉冲周期和输出时间等参数进行调制后输出到激光器，后续的激光器接收该电脉冲信号并输出经过调制的光脉冲信号，然后通过光纤传输到光伏电池，光伏电池将光脉冲信号转换为电信号，通过导线传输到起爆装置，触发起爆装置从而引爆起爆装置内部的爆炸物。
本发明的有益效果是：脉冲发生器根据多个爆破点情况对电脉冲的脉宽、脉冲周期和输出时间等参数进行调制后输出到激光器，后续的激光器接收该脉冲信号并输出光脉冲信号，然后通过光纤传输到光伏电池，光伏电池将光脉冲信号转换为电信号，通过导线传输到起爆装置，触发起爆装置从而引爆起爆装置内部的爆炸物。本发明通过多条光纤完成对多个起爆装置的控制，实现多点爆破。由于光纤传输损耗低、抗电磁干扰，且不同光纤之间传输干扰低，所以系统不仅可在需抗电磁干扰的特殊环境中完成爆破，还可以实现长距离的起爆控制。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
图2是本发明的脉冲发生器工作方式框图。
图3是本发明的光伏电池结构框图。
图4是本发明的起爆装置具体工作原理框图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步的详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
本实施例提供一种基于光纤供能的多点爆破系统，包括光纤、激光器、光伏电池、脉冲发生器和起爆装置，所述脉冲发生器通过导线与激光器输入端相连，用于控制激光器发射光脉冲信号，所述激光器与光纤输入端相连，用于发射光脉冲信号；所述光纤与激光器输出端和光伏电池输入端相连，用于传输待处理的光脉冲信号；所述光伏电池通过导线与起爆装置相连，用于接收待处理的光脉冲信号，并将其转换为电脉冲信号，所述起爆装置通过导线与光伏电池输出端相连，接收电脉冲信号后，传输到起爆逻辑控制单元，引爆起爆装置内部的爆炸物。
所述脉冲发生器，工作方式框图如图2所示，在外加时钟触发信号经过锁存器后输出一个前置触发脉冲，此脉冲信号经过分束器分路后分别进入延迟模块
Figure DEST_PATH_IMAGE001
1，
Figure 347866DEST_PATH_IMAGE001
2，…，
Figure 671531DEST_PATH_IMAGE001
n，以便经过一段可调节的延迟时间后输出多路并行的脉冲信号，其中延迟时间
Figure 716848DEST_PATH_IMAGE001
1，
Figure 393948DEST_PATH_IMAGE001
2，…，
Figure 739479DEST_PATH_IMAGE001
n可以根据不同爆破点的先后爆破的顺序或同时爆破来设置，然后通过导线i1，i2，…，in分别传输到激光器1，2，…，n。
所述激光器1，2，…，n，为808nm红外半导体激光器，具有体积小、效率高、寿命长和可靠性好的优点。与光纤输入端相连，受到脉冲发生器的控制而发射光脉冲信号；
所述光纤1，2，…，n，为纤芯105um的多模光纤，分别与激光器1，2，…，n和光伏电池1，2，…，n相连，用于传输待处理的光脉冲信号。
所述光伏电池1，2，…，n，作为光纤传能系统中的核心器件之一，通过导线1，2，…，n与起爆控制、装置相连，接收传能光纤传输而来的光脉冲信号，并将其转换为电脉冲信号，控制起爆装置。所述光伏电池，选取的材料为半导体材料砷化镓（GaAs），针对红光或近红外光（波长在700~870nm）设计，具有良好的抗辐照性能和耐高温性。具体结构框图如图3所示，该光伏电池结构自上而下分别为表面接触层、防反膜、n-型AlGaAs窗口层、n型GaAs发射层、p型GaAs基层、p+型AlGaAs背散层、n型GaAs缓冲层和n型GaAs基底。
所述光伏电池，利用光电转换原理，当光入射到P区和N区的交界面（发射层和基层之间、基层和背散层之间）时产生光电流；输入到光伏电池的光脉冲信号越强，产生的电脉冲信号越大。因此，输出的电脉冲信号会随着输入光脉冲信号的变化而变化，即产生对应的电脉冲信号。
所述起爆装置1，2，…，n，具体工作原理图如图4所示;经过光伏电池转换后的电脉冲信号输入到起爆装置，首先经过分离电路后被分离成一个同步控制信号和一个供电信号，其中同步控制信号经解调器解调后输出到起爆逻辑控制单元，起爆逻辑控制单元发出起爆信号经过导线传输到雷管，导线正负极两端放电产生火花引爆雷管；传输到电源管理模块的供电信号经过升压、稳压后输出到起爆逻辑控制单元，用于给起爆逻辑控制单元提供稳定的电源，保证起爆装置的安全性和稳定性。
本实施例还提供一种基于光纤供能的多点爆破系统的工作方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一：设置脉冲发生器的脉宽、脉冲周期和输出时间等参数，以用于输出控制激光器的电脉冲信号；
步骤二：不同激光器输出的光脉冲信号，通过光纤传输到对应的光伏电池；
步骤三：光伏电池将光脉冲信号转换为电脉冲信号，通过导线传输到起爆装置；
步骤四：起爆装置接收到传输来的电脉冲信号，然后控制起爆逻辑控制单元发出起爆信号，引爆起爆装置内部的爆炸物。
所述步骤一中利用脉冲发生器根据需求输出的爆破控制信号，在需要的时间点控制不同爆破点的起爆，达到多点爆破。
所述步骤二中多个激光器输出光脉冲信号，通过多条长距离光纤分别传输至对应的光伏电池，由于光纤传输损耗小、抗电磁干扰，且不同光纤之间传输干扰低，不仅在需抗干扰的特殊环境中完成爆破，例如高压电，强磁场，还实现长距离的起爆控制。
所述步骤三中利用光伏电池将光脉冲信号转换为电脉冲信号，以控制起爆装置。
所述步骤四中起爆装置将接收到的电脉冲信号分离成同步控制信号和供电信号，其中同步控制信号用于引爆起爆装置内部的爆炸物，而供电信号给整个起爆装置供电。
系统首先采用脉冲发生器对电脉冲的脉宽、脉冲周期和输出时间等参数进行调制后输出到激光器，后续的激光器接收该电脉冲信号并输出经过调制的光脉冲信号，然后通过光纤传输到光伏电池，光伏电池将光脉冲信号转换为电信号，通过导线传输到起爆装置，触发起爆装置从而引爆起爆装置内部的爆炸物。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于光纤供能的多点爆破系统，其特征在于：包括光纤、激光器、光伏电池、脉冲发生器和起爆装置，所述脉冲发生器通过导线与激光器输入端相连，用于控制激光器发射光脉冲信号，所述激光器与光纤输入端相连，用于发射光脉冲信号；所述光纤与激光器输出端和光伏电池输入端相连，用于传输待处理的光脉冲信号；所述光伏电池通过导线与起爆装置相连，用于接收待处理的光脉冲信号，并将其转换为电脉冲信号，所述起爆装置通过导线与光伏电池输出端相连，接收电脉冲信号，电脉冲信号通过起爆装置中分离电路后分离成同步控制信号和供电信号；其中，供电信号通过电源管理单元给整个起爆装置提供工作所需的能量，而同步控制信号传输到起爆逻辑控制单元，引爆起爆装置内部的爆炸物，利用脉冲发生器根据需求输出的爆破控制信号，在需要的时间点控制不同爆破点的起爆，达到多点爆破。
2.一种如权利要求1所述的基于光纤供能的多点爆破系统的工作方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤一：设置脉冲发生器的脉宽、脉冲周期和输出时间参数，以用于输出控制激光器的电脉冲信号；
步骤二：不同激光器输出的光脉冲信号，通过光纤传输到对应的光伏电池；
步骤三：光伏电池将光脉冲信号转换为电脉冲信号，通过导线传输到起爆装置；
步骤四：起爆装置接收到传输来的电脉冲信号，然后控制起爆逻辑控制单元发出起爆信号，引爆起爆装置内部的爆炸物。
3.如权利要求2所述的一种基于光纤供能的多点爆破系统的工作方法，其特征在于：所述步骤二中多个激光器输出光脉冲信号，通过多条长距离光纤分别传输至对应的光伏电池。
4.如权利要求2所述的一种基于光纤供能的多点爆破系统的工作方法，其特征在于：所述步骤四中起爆装置将接收到的电脉冲信号分离成同步控制信号和供电信号，其中同步控制信号用于引爆起爆装置内部的爆炸物，而供电信号给整个起爆装置供电。
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