CN112922568A - 便携式射孔点火系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供便携式射孔点火系统,包括电源、高压隔离电源、电容组、电阻、隔离放大器、点火开关、采集系统测量HDC端、采集系统测量FCUR端；电源连接高压隔离电源，高压隔离电源连接电容组，电容组一端连接电阻R3一端、点火开关一端，电阻R3另一端连接电阻R2一端，电阻R2两端并接在隔离放大器I上，隔离放大器I连接到采集系统测量HDC端。本发明提供一种便携式射孔点火系统，具有小体积、瞬间大电流、点火电压可控、点火电流可监控的特点。

Description

便携式射孔点火系统

技术领域

本发明属于射孔作业技术领域，尤其涉及便携式射孔点火系统。

背景技术

射孔作业过程中电流起爆为常用的起爆方式，为了保证安全一般起爆电流都比较高。起爆电流需要通过电缆传输到电雷管上才能构成回路。在深井作业过程中电缆较长导致电缆内置较大。为了保证起爆电流需要较高的起爆电压。而常规的起爆装置都为简易的隔离变压器实现升压点火。无法实现对起爆电流的实时监控，导致无法判断是否正常起爆。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种便携式射孔点火系统，具有小体积、瞬间大电流、点火电压可控、点火电流可监控的特点。

本发明采用如下技术方案：

便携式射孔点火系统，包括电源、高压隔离电源、电容组、电阻、隔离放大器、点火开关、采集系统测量HDC端、采集系统测量FCUR端。

电源连接高压隔离电源，高压隔离电源连接电容组，电容组一端连接电阻R3一端、点火开关一端，电阻R3另一端连接电阻R2一端，电阻R2两端并接在隔离放大器I上，隔离放大器I连接到采集系统测量HDC端，用于测量电容目前的充电电压。

点火开关的另一端连接电缆及电雷管，电缆及电雷管另一端连接电阻R1一端，电阻R1两端并接在隔离放大器II上，隔离放大器II连接到采集系统测量FCUR端，用于形成电雷管的点火曲线，电阻R1另一端、电阻R2另一端与电容组另一端相连，并接地。

进一步的，所述电源为12V直流电源。

进一步的，所述的高压隔离电源的额定电压是400V。

进一步的，所述的电容组是450V*2200UF。

进一步的，点火开关是继电器开关。

便携式射孔点火系统的点火方法为，包括如下步骤：

步骤1.利用12V直流电源供电给高压隔离电源，高压隔离电源将12V直流电转换为400V的高压给电容组充电；

步骤2.采集系统通过测量HDC端的电压得知目前电容组的充电电压；

步骤3，当充电电压达到400V时，手动按下点火开关，电容组上的高压通过电缆、电雷管及电阻R1放电；

步骤4.采集电阻R1两端的电压形成电雷管的点火曲线，通过点火曲线判断电雷管是否正常起爆。

本发明的有益效果：

1.可以通过控制端口控制点火电压。

2.可以通过检测端口检测当前高压的电压值。

3.可以通过电流检测端实时监控点火的电流曲线，为是否起爆提供证据。

4.可以不需要外部供电，独立装置就能起爆电雷管。

5.由于没有采用自偶变压器升压，装置体积重量比传统装置要小要轻很多。

附图说明

图1(a)为本发明的射孔点火面板主控电路原理图；

图1(b)为图1(a)中的电容充电控制电路图；

图1(c)、图1(d)均为图1(a)中的系统电源及接地电路图；

图1(e)为图1(a)中的高压采样电路图；

图1(f)、图1(g)均为图1(a)中的点火电流检测及控制电路图；

图2(a)为电雷管熔断电流数据图；

图2(b)为电雷管熔断曲线图；

图3(a)为电雷管未熔断电流数据图；

图3(b)为电雷管未熔断电流曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1(a)所示，本发明的便携式射孔点火系统，包括12V直流电源、高压隔离电源、电容组、电阻、隔离放大器、FIRE端、采集系统测量HDC端、开关K1、采集系统测量FCUR端。

12V直流电源一端连接高压隔离电源一端，高压隔离电源另一端接地，高压隔离电源连接电容组，电容组一端连接电阻R3一端、开关K1一端，电阻R3另一端连接电阻R2一端，电阻R2两端并接在隔离放大器I上，隔离放大器I连接到采集系统测量HDC端，开关K1是触发开关，由FIRE端的继电器触发，开关K1的另一端连接电缆及电雷管，电缆及电雷管另一端连接电阻R1一端，电阻R1两端并接在隔离放大器II上，隔离放大器II连接到采集系统测量FCUR端，电阻R1另一端、电阻R2另一端与电容组另一端相连，并接地。

进一步的技术方案是，所述的高压隔离电源的额定电压是400V。

进一步的技术方案是，所述的电容组是450V*2200UF。

便携式射孔点火系统的点火方法为，包括如下步骤：

步骤1.利用12V直流电源供电给高压隔离电源，高压隔离电源将12V直流电转换为400V的高压给电容组充电；

步骤2.采集系统通过测量HDC端的电压得知目前电容组的充电电压；

步骤3.当充电电压达到400V时，手动按下点火开关，电容组上的高压通过电缆、电雷管及电阻R1放电；

步骤4.采集电阻R1两端的电压形成电雷管的点火曲线，通过点火曲线判断电雷管是否正常起爆。

其中图1(a)中，高压、低压系统隔离的原因是：由于点火系统需要使用高压大电流，为了保护采集电路。必须将点火的高压系统和采集电路隔离开，高压电源系统采用了两个DC/DC隔离电源。一个用来产生400V高压给电容组供电，一个用来产生5V电压给光隔离放大器供电。这两个电源系统共地作为系统的高压地(HGND)。采集系统从12V取电通过线性稳压源产生5V给光隔离放大器另一端供电。熔断电流采样、高压采样电路通过光隔离放大器实现电气隔离，点火控制信号通过光隔离器件实现电气隔离，如此高压系统和采集系统可以实现电气隔离。

图1(b)中，当POW-ON为高电平时MOS管(IRF7811)导通，DC/DC升压模块U2开始工作通过二极管VD1和限流电阻R2给电容组充电至400V高压。

图1(c)-图1(d)，共有3个接地，分别为GND、AGND、HGND。GND为系统供电地通过0欧电阻与AGND单点共地减少信号干扰。HGND为系统的高压地与GND、AGND电气绝缘。U1为DC/DC隔离电源从12V取电产生5V给光隔离放大器高压端供电。V1为线性稳压源将12V稳压至5V给光隔离放大器低压端供电。

图1(e)中R17和R20串连后连接到高压电源两端。R20两端的分压，通过VD3的节电压实现过压保护，输入光隔离放大器U5高压端放大1倍的信号通过光隔离放大器另一端输出实现电气隔离，信号再经过U3放大9.2倍后被系统采集板采样，乘上相应的系数就可以换算成高压值。

图1(f)-图1(g)中FIRE为点火控制信号，当为高电平时三极管Q1导通，控制M1内部的可控硅导通。通过R6和R13形成回路。R13两端的分压控制可控硅IC1导通，电容上的高压通过IC1、电缆、电雷管、R11构成回路。其中HVOUT1接电缆的内芯，HVOUT2接电缆的缆皮。R1和C11构成浪涌保护电路。当电流流过R11时将在电阻两端产生分压，通过光隔离放大器实现隔离，并通过放大器放大后给系统采样，这样只要能记录熔断电流曲线，就能通过观察电流曲线判断电雷管是否正常起爆。

本发明的工作过程：

本系统采用12V直流电源供电(可以使用其他的电源。如果想用交流电，就需要加装一个220V转12V的电源模块)。通过“高压隔离电源”(此处的高压隔离电源为一个现成的器件，用来产生高压电源。)将12V转换为400V的高压给电容组充电(本系统采用的为400V高压电源，根据需要可以采用更高或低的高压电源)。电容高压在电阻R2上的分压通过隔离放大器I将高压系统和采集系统隔离。采集系统测量HDC端的电压可以得知电容目前的充电电压。

采集系统通过控制FIRE端来控制开关K1的导通。开关K1一旦导通电容上的高压将通过电缆、电雷管，以及电阻R1形成回路放电。电阻R1两端的分压和回路电流成正比。电阻R1两端的分压通过隔离放大器II实现高压系统与采集系统间的电气隔离。采集系统连续采样R1两端的电压可以形成电雷管的点火曲线。可以通过点火曲线判断电雷管是否正常起爆。

实施例

江沙21-6井：射孔井深4350米，绞车电缆为7芯电缆，电缆长度4100米。电缆内阻122欧，电雷管内阻59欧姆，点火电压为400V。如图2(a)-图2(b)为现场点火的电流曲线。

可以看到按下点火按钮后电流迅速上升到2.2A左右持续了近250毫秒电流迅速下降。表明电雷管已经正常起爆。

如图3(a)-图3(b)所示，为未正常起爆的电流曲线，通过图中可以看到如果电雷管没有熔断，点火电流将连续平滑的下降。不会出现突然降低的情况。应用本系统通过观察点火的电流曲线就可以确定井下的电雷管是否正常起爆，为射孔作业提供安全保障。

最后应说明的是：以上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精神和范围。

Claims (6)

1.便携式射孔点火系统，其特征在于,包括电源、高压隔离电源、电容组、电阻、隔离放大器、点火开关、采集系统测量HDC端、采集系统测量FCUR端；

电源连接高压隔离电源，高压隔离电源连接电容组，电容组一端连接电阻R3一端、点火开关一端，电阻R3另一端连接电阻R2一端，电阻R2两端并接在隔离放大器I上，隔离放大器I连接到采集系统测量HDC端；

点火开关的另一端连接电缆及电雷管，电缆及电雷管另一端连接电阻R1一端，电阻R1两端并接在隔离放大器II上，隔离放大器II连接到采集系统测量FCUR端，电阻R1另一端、电阻R2另一端与电容组另一端相连并接地。

2.根据权利要求1所述的便携式射孔点火系统，其特征在于，所述的高压隔离电源的额定电压是400V。

3.根据权利要求1所述的便携式射孔点火系统，其特征在于，所述的电容组是450V*2200UF。

4.根据权利要求1所述的便携式射孔点火系统，其特征在于，点火开关是继电器开关。

5.根据权利要求1所述的便携式射孔点火系统，其特征在于，电源为12V直流电源。

6.根据权利要求1所述的便携式射孔点火系统，其特征在于，其点火方法为，包括如下步骤：

步骤1.利用12V直流电源供电给高压隔离电源，高压隔离电源将12V直流电转换为400V的高压给电容组充电；

步骤2.采集系统通过测量HDC端的电压得知目前电容组的充电电压；

步骤3，当充电电压达到400V时，手动按下点火开关，电容组上的高压通过电缆、电雷管及电阻R1放电；

步骤4.采集电阻R1两端的电压形成电雷管的点火曲线，通过点火曲线判断电雷管是否正常起爆。

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