CN113324450A - 一种高可靠性高精度电子雷管起爆系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及火工品技术领域，公开了一种高可靠性高精度电子雷管起爆系统及方法，包括MCU控制电路、通讯电路、升压引爆电路、储能放电电容及发火器件检测电路和时间同步算法。所述储能放电电容及发火器件检测电路与MCU控制电路电信号连接，用于对电子雷管内引爆关键器件储能放电电容及发火器件进行持续检测，上述检测是指检测起爆前上述器件是否保持正常的工作状态，工作状态正常才能发出起爆指令，杜绝发出起爆指令但因器件故障而产生的“拒爆”现象，保证电子雷管起爆的可靠性；时间同步算法通过起爆器和电子雷管的主从时钟，进行双向数据通讯，通过延时响应机制，达到亚微秒级的时间同步精度，提高电子雷管起爆的时间精度。
Description
技术领域
本发明涉及火工品技术领域，涉及一种高可靠性高精度电子雷管起爆系统及方法。
背景技术
电子雷管，又称数码电子雷管、数码雷管或工业数码电子雷管，即采用电子控制模块对起爆过程进行控制的电雷管。电子雷管起爆系统基本上由电子雷管和起爆器构成；起爆器用于控制整个爆破网路的编程与触发起爆。
爆破用户特别是电子雷管用户普遍关心的仍然是可靠性问题。现有技术中，电子雷管起爆在起爆网络连接前进行电子雷管的通讯检测，上述检测是指检测电子雷管通过脚线与起爆器是否通讯正常和发火器件是否连通，无法知道引爆关键器件储能放电电容及发火器件的器件是否参数正常，并且在上述检测后到起爆作业之间，还有雷管安装和接线及爆炸药的安装过程，由于起爆作业都在野外，作业环境复杂，容易在作业中对电子雷管有挤压和跌落等情况，而出现雷管损坏，但起爆网络连接后起爆系统没有检测引爆关键器件储能放电电容及发火器件的设计，从而当出现上述器件损坏情况下，扔继续联网起爆作业，出现电子雷管的“拒爆”情况，无法做到电子雷管的高可靠性。同时使用电子雷管爆破作业，时间精度要求在1ms以上，但现有技术，总线波特率低难以做到发出起爆指令后的高精度要求。
发明内容
一种高可靠性高精度电子雷管起爆系统及方法，包括起爆器（1）、至少一个或多个电子雷管（2）；所述起爆器（1）内有一个连接通讯模块（12）的嵌入式系统（13）和MCU（11），与电子雷管（2）中的控制模块（21）和通讯模块（22）及电子雷管（2.1）到（2.n）构成一个主（起爆器）从（电子雷管）的双向通讯电子雷管起爆网络系统，其特征为：电子雷管（2）中的控制模块（21）内嵌入了一个储能放电电容及发火器件检测电路，提高电子雷管起爆的可靠性；起爆器（1）内的通讯模块（12）与电子雷管（2）通讯模块（22）通过时间同步算法通过起爆器和电子雷管的主从时钟，进行双向数据通讯，通过延时响应机制，达到亚微秒级的时间同步精度，提高电子雷管起爆的精度。
所述电子雷管（2）中控制模块（21）内嵌入了一个储能放电电容及发火器件检测电路，用于对电子雷管内引爆关键器件储能放电电容及发火器件进行持续检测，保证起爆前上述器件正常的工作状态，杜绝因器件故障而产生的“拒爆”现象，提高电子雷管起爆的可靠性；所述控制模块（21）内嵌储能放电电容及发火器件检测电路与通讯模块（22）连接，在联网状态下周期性给起爆器（1）发送所述检测电路的检测结果，只有在检测正常情况下才能发送起爆指令；所述控制模块（21）内嵌储能放电电容及发火器件检测电路具体实现方法为：控制模块（21）内能产生固定斜率的斜波电压进行QSCV 测量，根据所选择电容和电阻，然后根据电流，
⇨
电压和电容的基本关系确定；检测结果偏差小于特定值，则控制模块（21）给起爆器（1）的嵌入式系统（13）发送检测正常信号，并一直持续进行周期性检测直到发送起爆指令；检测结果偏差大于特定值，则控制模块（21）给起爆器（1）的嵌入式系统（13）发送检测错误的信号，起爆器提示雷管错误，无法发出起爆指令。
所述起爆器（1）内的通讯模块（12）与电子雷管（2）通讯模块（22）通过时间同步算法通过起爆器和电子雷管的主从时钟，进行双向数据通讯，通过延时响应机制，达到亚微秒级的时间同步精度，提高电子雷管起爆的精度高精度授时方法为：起爆器主时钟周期性的以广播的形式发出同步报文，并记录下同步报文从主时钟发出的精准时间T1，电子雷管中的从时钟收到同步报文记录下精准到达时间T2，从时钟发出请求报文并记录下精准时间T3，主时钟记录下请求报文的精准到达时间T4；这样从时钟就得到了T1、T2、T3、T4四个精准报文发送时间，并得到主从时钟偏差
,和传输延时
,从时钟得到M1和M2后就可以通过修正本地时钟进行时间同步。
附图说明
图1为本发明电子雷管部分的组成结构图。
图2为本发明起爆器控制部分的组成结构图 。
图3为本发明系统主从时钟授时方法示意图。
具体实施方式
电子雷管部分的实施方式。
(1)电子雷管(2) 内部的通信模块(22) 与控制模块(21) 通过内部通信接口连接，实现数据通信；控制模块(21)物理上可以被集成于通信模块(22)内，或做成一个物理上独立的单元电路。
(2)电子雷管(2) 内部有一个储存模块(24)，控制模块(21) 将起爆器(1) 通过通信模块(12) 和通信单元(22) 发送过来的身份识别代码与储存模块(24) 中的身份识别代码进行比较，以确定电子雷管(2) 身份的合法性以及起爆命令的合法性。
(3)电子雷管(2) 内部有在所述控制模块(21) 控制下的点火控制及驱动单元(25)、储能及放电路(26)、及发火器件(27) ；储能及放电路(26)在控制模块(21) 的控制下充电；储能及放电路(26)在控制模块(21) 的控制下将储能元件中的能量释放至安全阈值之下；点火控制及驱动单元(25)、储能及放电路(26)、及发火器件(27)形成一个串联回路，在控制模块(21)的控制下，瞬间释放发火；储能及放电路(26)有一信号线与控制模块(21)的某一模数转换输入端子连接，控制模块(21)由此判别储能及放电路(26)的储能状况。
起爆器部分的实施方式。
(1)起爆器(1) 通过人机对话接口将身份认证、延期时间参数、定时信号及起爆命令等指令或数据通过通信模块(12) 发送给所述电子雷管(2) 中的通信模块(22)，由通信模块(12) 传送给控制器模块(21) 进行相应的处理；电子雷管(2) 将身份确认、工作状态及起爆器(1) 所发命令的应答信号通过通信模块(22) 发送给起爆器(1) 中的通信模块(12)，由通信模块(12) 传送给所述嵌入式系统(13) 作相应的处理。
(2) 起爆器(1) 内部的通信模块(12) 通过内部接口与所述嵌入式系统(13) 连接；起爆器(1) 扫描设备可以读取电子雷管(2) 的身份代码，与电子数码雷管(2) 的身份代码事先通过通信接口(14) 从计算机或其他存储设备输入的授权起爆身份代码进行比较，通信接口(14) 为USB 接口或其他标准通信接口；嵌入式系统(13) 通过内部接口核对电子雷管(2) 的身份代码与储存模块(24) 中的身份识别代码进行比较，以确定电子雷管(2) 身份的合法性以及起爆命令的合法性。
（3）控制模块（21）内嵌储能放电电容及发火器件检测电路与通讯模块（22）连接，在联网状态下给起爆器（1）周期性发送所述检测电路的检测结果，在检测正常情况下，起爆器(1)经比较电子雷管(2) 的身份代码，与授权起爆命令的身份代码正确后，确定起爆命令的合法性，发出起爆命令电子雷管起爆。
Claims (4)
1.一种高可靠性高精度电子雷管起爆系统及方法，包括起爆器（1）、至少一个或多个电子雷管（2）；所述起爆器（1）内有一个连接通讯模块（12）的嵌入式系统（13）和MCU（11），与电子雷管（2）中的控制模块（21）和通讯模块（22）及电子雷管（2.1）到（2.n）构成一个主（起爆器）从（电子雷管）的双向通讯电子雷管起爆网络系统，其特征为：电子雷管（2）中的控制模块（21）内嵌入了一个储能放电电容及发火器件检测电路及程序，在电子雷管起爆网络系统连通后起爆器（1）内的嵌入式系统（13）和MCU（11），通过通讯模块（12）联络电子雷管（2）中的通讯模块（22），告知控制模块（21）周期性对储能放电电容及发火器件进行参数检测，检测参数值通过通讯模块（22）到起爆器（1）内的通讯模块（12）回传至嵌入式系统（13）并记录，只有前述检测参数在预设的正常值范围内，MCU（11）才能发出起爆指令，由此提高电子雷管起爆的可靠性；起爆器（1）内的通讯模块（12）与电子雷管（2）通讯模块（22）通过时间同步算法通过起爆器和电子雷管的主从时钟，进行双向数据通讯，通过延时响应机制，达到亚微秒级的时间同步精度，由MCU（11）及嵌入式系统（13）根据前述时钟信息确定延时时间和起爆时间，提高电子雷管起爆的精度。
2.权利要求1所述电子雷管（2）中的控制模块（21）内嵌入了一个储能放电电容及发火器件检测电路及程序，具体实现方法为：控制模块（21）内能产生固定斜率的斜波电压进行QSCV 测量，根据所选择的电容和电阻的电流和电阻值，依据电流
⇨
电压和电容的基本关系确定测量值，检测结果偏差小于特定值为正常值，控制模块（21）通过通讯模块（22）给起爆器（1）通讯模块（12）发送给嵌入式系统（13）检测正常的信号，并一直持续进行周期性检测至发送起爆指令；检测结果偏差大于特定值为错误值，则控制模块（21）通过通讯模块（22）给起爆器（1）通讯模块（12）发送给嵌入式系统（13）检测错误的信号，起爆器提示雷管错误，无法发出起爆指令，并显示发出错误的雷管UID和其他快速查找问题雷管的信息。
3.权利要求1所述起爆器（1）内的通讯模块（12）与电子雷管（2）通讯模块（22）通过时间同步算法通过起爆器和电子雷管的主从时钟，进行双向数据通讯，通过延时响应机制，达到亚微秒级的时间同步精度，提高电子雷管起爆的精度高精度授时，具体实现方法为：起爆器主时钟周期性的以广播的形式发出同步报文，并记录下同步报文从主时钟发出的精准时间T1，电子雷管中的从时钟收到同步报文记录下精准到达时间T2，从时钟发出请求报文并记录下精准时间T3，主时钟记录下请求报文的精准到达时间T4；这样从时钟就得到了T1、T2、T3、T4四个精准报文发送时间，并得到主从时钟偏差
,和传输延时
,从时钟得到M1和M2后就可以通过修正本地时钟进行时间同步。
4.权利要求1所述起爆器（1）内的MCU（11）和通讯模块（12），所述电子雷管（2）中的控制模块（21）和通讯模块（22），可以是独立模块也可以通过MOS工艺或其他工艺集合的集成电路；所述时钟由独立器件或集成电路内的振荡器经校准后提供。
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