CN113686214B - 一种基于半导体桥的无点火药数码电子雷管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于半导体桥的无点火药数码电子雷管，包括：雷管外壳和封装于雷管外壳内部的控制电路板，在所述控制电路板的前端设置SCB半导体桥点火元件，在所述控制电路板上设置有储能电容，SCB半导体桥点火元件和储能电容均与控制电路板的雷管控制芯片连接，储能电容为SCB半导体桥点火元件提供点火的电能；其中，雷管外壳的一端填装起爆药剂，SCB半导体桥点火元件插入起爆药剂中；所述控制电路板包括防静电电路，所述防静电电路与雷管控制芯片连接，并与雷管外壳电连接。本申请数码电子雷管能够保证起爆的成功率。

Description

一种基于半导体桥的无点火药数码电子雷管

技术领域

本发明涉及电子雷管技术领域，特别是涉及一种基于半导体桥的无点火药数码电子雷管。

背景技术

火药雷管用于山体爆破、隧道开挖，历史由来已久，火药雷管需要布长距离引线，通过点火引线然后引爆雷管，从而进行爆破，长距离引线可能中途熄灭导致雷管不能成功引爆，或者工作人员在不确定引线是否熄灭的情况下去查看，工作人员的生命安全不能保障，因此，现在普及使用电子雷管，通过电子远程遥控的方式引爆雷管，能够避免引线熄灭的情况发生。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雷管，其本质在于用一个含有微型电子芯片的控制模块驱动点火头；其中，电子控制模块是指置于数码电子雷管内部，具备雷管起爆延期时间控制、起爆能量控制功能，能对自身功能、性能以及雷管点火元件的电性能进行测试，并能和起爆控制器及其他外部控制设备进行通信的专用电路模块。

现有的数码电子雷管，如图1所示，包括脚线101、橡胶塞102、管壳103、雷管电子模组104、药头105、加强帽106和起爆药107，图1中药头105部分具体是一个电阻桥丝，上面蘸有点火药(敏感度高，烈度低)；点火时桥丝通电发热，引燃点火药，点火药爆炸点燃起爆药(敏感度中等，烈度中等)；起爆药爆炸，点燃雷管外的炸药(敏感度低，烈度高)。

然而，现有的数码电子雷管中药头部分中桥丝上的点火药具有高敏感度，火星、静电甚至碰撞都有可能使其被引燃，进而引爆起爆药，使整个雷管爆炸，造成人员伤亡和财产损失；另外，桥丝是两个电极上的细金属丝，现有工艺是把桥丝放进药剂中蘸药，再组装到PCB上，这过程中很有可能把桥丝碰断，这种工艺必须由人工操作，无法实现自动化，人力成本高。如图1中可见，药头105位于起爆药107的外侧，在雷管受到剧烈震动时，起爆药可能会变得松散，这时药头通电后产生的火花可能只会点燃距离较近一部分起爆药，致使雷管不能被完全引爆，导致作业事故。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种基于半导体桥的无点火药数码电子雷管。

一种基于半导体桥的无点火药数码电子雷管，包括：雷管外壳和封装于雷管外壳内部的控制电路板，在所述控制电路板的前端设置SCB半导体桥点火元件，在所述控制电路板上设置有储能电容，SCB半导体桥点火元件和储能电容均与控制电路板的雷管控制芯片连接，储能电容能够为SCB半导体桥点火元件提供点火的电能；其中，雷管外壳的一端填装起爆药剂，SCB半导体桥点火元件插入起爆药剂中；所述控制电路板包括防静电电路，所述防静电电路与雷管控制芯片连接，并与雷管外壳电连接。

在其中一个实施例中，所述防静电电路包括弹片和TVS瞬变抑制二极管，弹片通过自身弹性与雷管外壳接触并形成电连接，所述弹片和TVS瞬变抑制二极管连接，所述TVS瞬变抑制二极管与雷管控制芯片连接。

在其中一个实施例中，所述防静电电路包括弹片、TVS瞬变抑制二极管和静电阻抗器，弹片通过自身弹性与雷管外壳接触并形成电连接，静电阻抗器与弹片串联后与TVS瞬变抑制二极管并联，TVS瞬变抑制二极管与雷管控制芯片连接。

在其中一个实施例中，所述防静电电路还包括整流桥，母线与所述整流桥连接后与雷管控制芯片连接。

在其中一个实施例中，所述雷管外壳为金属圆筒状，所述储能电容为圆柱形，储能电容在所述控制电路板的尾端固定时轴线与所述雷管外壳的轴线重合。

在其中一个实施例中，所述为储能电容为圆柱形的电解电容器，设置在所述雷管外壳尾端开口处，所述储能电容的容值大于等于100μf。

在其中一个实施例中，所述控制电路板尾端设置电容托架，储能电容通过电容托架安装在控制电路板尾端，注胶固定，所述电容托架为导体制成，两端分别连接母线与雷管控制芯片。

在其中一个实施例中，所述控制电路板尾端设置电容托架，储能电容通过电容托架安装在控制电路板尾端，注胶固定，所述电容托架为导体制成，两端分别连接母线与雷管控制芯片，所述防静电电路设置在电容托架与雷管控制芯片之间。

在其中一个实施例中，所述雷管控制芯片包括电源模块、LDO模块、充电开关、放电开关、点火开关和LDO电容，所述电源模块与充电开关串联后与储能电容连接，放电开关与储能电容连接，点火开关与SCB半导体桥点火元件串联后与储能电容连接，LDO模块与电源模块并联。

在其中一个实施例中，所述起爆药剂为DDNP、GTX、硝酸肼镍中的任意一种或多种混合。

上述一种基于半导体桥的无点火药数码电子雷管，通过在控制电路板的尾端设置储能电容、前端固定SCB半导体桥点火元件，改进了点火头的安装方式，将点火头贴在PCB板的侧面，插入起爆药剂内部，点火效率高，能量大，具备直接点燃起爆药的可能。SCB点火头通电后能产生垂直于PCB板爆轰的离子流，离子流碰到管壳时会变向，在管壳内多次折射，能够充分地点燃起爆药剂，即使起爆药剂松散也能够全部引爆。

电容托架兼具导线的作用，使得储能电容选用大尺寸，大容量的电容器成为可能，可为SCB半导体桥点火元件提供足够的电量，保证SCB半导体桥点火元件的点火成功率，并且把储能电容设置在控制电路板的尾端，储能电容兼具管塞的作用。

在使用大电容的前提下，电路板与管壳之间更有可能产生意外放电的现象，技术方案中的防静电电路能够有效地解决这一问题，以弹片的形式与管壳连接更加利于组装。

附图说明

图1为现有的数码电子雷管的结构示意图；

图2为一个实施例中基于半导体桥的无点火药数码电子雷管立体图；

图3为另一个实施例中基于半导体桥的无点火药数码电子雷管立体图；

图4为一个实施例中基于半导体桥的无点火药数码电子雷管主视图；

图5为一个实施例中雷管控制芯片的电路结构图；

图6为一个实施例中防静电电路的电路结构图；

图7为另一个实施例中防静电电路的电路结构图；

图8为另一个实施例中防静电电路的电路结构图。

1-控制电路板；101-脚线；102-橡胶塞；103-管壳；104-雷管电子模组；105-药头；106-加强帽；107-起爆药；2-雷管控制芯片；3-防静电电路；4-储能电容；5-电容托架；6-工作电容；7-SCB半导体桥点火元件；8-起爆药剂填装区域；21-电源模块；22-LDO模块；23-充电开关；24-放电开关；25-点火开关；221-LDO电容；31-弹片；32-TVS瞬变抑制二极管；33-静电阻抗器。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

在一个实施例中，如图2、图3和图4所示，一种基于半导体桥的无点火药数码电子雷管，包括：雷管外壳(图中未示出)和封装于雷管外壳内部的控制电路板1，在所述控制电路板1的前端设置SCB半导体桥点火元件7，在所述控制电路板1上设置有储能电容4，SCB半导体桥点火元件7和储能电容4均与控制电路板1的雷管控制芯片2连接，储能电容4能够为SCB半导体桥点火元件7提供点火的电能；其中，雷管外壳的一端填装剂，SCB半导体桥点火元件7插入起爆药剂中；所述控制电路板1包括防静电电路3，所述防静电电路3与雷管控制芯片2连接，并与雷管外壳电连接。

其中，所述控制电路板1可为PCB板，如图4所示，PCB板一端插入起爆药剂填装区域8，起爆药剂的深度要刚好将SCB半导体桥点火元件7埋住为佳。

现有的数目电子雷管都是采用贴片电容，其容量较低，不足以支持更大点火功率的点火头。本实施例中，所述储能电容的电容大于100μf，储能电容为大容量电容，需要横向放置于控制电路板尾端才能放入雷管外壳。

SCB半导体桥点火元件的工作原理：其作用元件是一薄层半导体膜，通过来自储能系统的电流脉冲流经半导体桥使半导体膜加热、汽化直至击穿，形成高温高压等离子体，灼热的硅等离子体颗粒通过微对流运动渗入到与其相邻的烟火剂或高能炸药中,并在其颗粒上凝结,把能量传递给烟火剂或高能炸药颗粒进而诱发化学反应，使其点燃。其中，SCB半导体桥点火元件可为多晶硅半导体桥SCB电阻点火器。储能电容可以通过胶粘方式固定在控制电路板尾端，储能电容固定时水平设置，以尽量减少控制电路板的高度，避免雷管外壳直径过大，不便起爆药剂的填充。雷管控制芯片2可为ASIC芯片，其用于对控制电路板的电路进行控制，包括控制开关的开启、储能电容充放电的控制。具体的，SCB半导体桥点火元件固定于控制电路板前端侧面。

雷管外壳为金属结构，具体可为铝、铁、钢等。雷管外壳为圆筒状、矩形筒状、半圆筒状等形状。所述雷管外壳一端开口、一端封闭，封闭的一端用于填充起爆药剂。

上述一种基于半导体桥的无点火药数码电子雷管，通过在控制电路板的尾端设置储能电容、前端固定SCB半导体桥点火元件，改进了点火头的安装方式，将点火头贴在PCB板的侧面，插入起爆药剂内部，点火效率高，能量大，具备点燃起爆药的可能，储能电容为大容量电容可为SCB半导体桥点火元件提供足够的电量，保证SCB半导体桥点火元件的点火成功率，并且把储能电容控制电路板的尾端，储能电容兼具管塞的作用。

在其中一个实施例中，如图5和图6所示，所述控制电路板1包括防静电电路3，所述防静电电路3与雷管控制芯片2连接，并与雷管外壳接触。防静电电路3用于消除雷管外壳与控制电路板之间的电势差，这种电势差容易放电产生火花，尤其是在遇到雷击等情况时，产生电火花容易造成雷管误爆，通过防静电电路3的设置可以消除电势差避免雷管误爆。

在其中一个实施例中，如图6所示，所述防静电电路3包括弹片31和TVS瞬变抑制二极管32，弹片31通过自身弹性与雷管外壳接触并形成电连接，所述弹片31和TVS瞬变抑制二极管32连接，所述TVS瞬变抑制二极管32与雷管控制芯片2连接。

其中，所述TVS瞬变抑制二极管32为两个，串联后接在两根脚线之间，弹片31接在两个TVS瞬变抑制二极管32之间。

其中，储能电容需要充电，在充电时，脚线、起到脚线作用的电容托架上都有电压，与金属制的雷管外壳之间形成了电势差，此处在脚线和雷管外壳间设置带有TVS瞬变抑制二极管32的电路，在脚线电压急剧升高时，吸收过大的电流，避免产生电火花。本实施例中，弹片可通过触点代替，将触点焊接于雷管外壳。

在其中一个实施例中，如图7所示，所述防静电电路3包括弹片31、TVS瞬变抑制二极管32和静电阻抗器33，弹片31通过自身弹性与雷管外壳接触并形成电连接，静电阻抗器33与弹片31串联后与TVS瞬变抑制二极管32并联，TVS瞬变抑制二极管32与雷管控制芯片2连接。弹片31与静电阻抗器33一个接口连接。

其中，TVS瞬变抑制二极管32接在两根脚线之间，静电阻抗器33(ESD)与TVS瞬变抑制二极管32也接在两根脚线之间。本实施例中，防静电电路3即使在大电流的情况下，也能避免静电火花产生。

在其中一个实施例中，如图8所示，所述防静电电路还包括整流桥，母线与所述整流桥连接后与雷管控制芯片2连接。

其中，母线(图中未示出)与起爆器(图中未示出)连接，一个起爆器可通过母线与多个数码电子雷管连接，母线与数码电子雷管的脚线连接，起爆器的作用是向数码电子雷管传输指令和充电。

其中，整流桥与TVS瞬变抑制二极管32及静电阻抗器33并联在两根脚线之间。如图8中所示，相比于图7，右侧增加了四个二极管组成的一个整流桥，能够防止数码电子雷管中电流逆流，使母线带电；其中，数码电子雷管的工作方式是：起爆器通过母线与数码电子雷管的脚线连接，母线上并联很多枚数码电子雷管，当起爆器发出起爆指令时，起爆器向母线供电，各数码电子雷管开始充电，充电完毕后起爆器停止供电，雷管开始延时并等待点火，所以充电完毕后这段时间母线是没有电流的，如果有数码电子雷管发生故障，其中控制电路板上的电容会把电流放回到母线上，产生安全隐患，本申请通过整流桥的设计方式，能够避免此安全隐患。

在其中一个实施例中，所述雷管外壳为金属圆筒状，所述储能电容4为圆柱形，储能电容4在所述控制电路板1的尾端固定时轴线与所述雷管外壳的轴线重合。本实施例中，圆柱形的储能电容嵌入金属圆筒状外壳内，能够减少雷管外壳的半径，保证起爆药剂填装半径。

在其中一个实施例中，所述为储能电容4为圆柱形的电解电容器，设置在所述雷管外壳尾端开口处，所述储能电容的容值大于等于100μf。

在其中一个实施例中，所述控制电路板1尾端设置电容托架5，储能电容4通过电容托架5安装在控制电路板1尾端，注胶固定，所述电容托架5为导体制成，电容托架5两端分别连接母线与雷管控制芯片。本实施例中，电容托架能够将储能电容固定在控制电路板的尾端，同时电容托架还能充当脚线的作用与母线连接。

在其中一个实施例中，所述控制电路板1尾端设置电容托架5，储能电容4通过电容托架5安装在控制电路板1尾端，注胶固定，所述电容托架5为导体制成，电容托架5两端分别连接母线与雷管控制芯片，所述防静电电路3设置在电容托架5与雷管控制芯片2之间。其中，电容托架5呈雪橇状，由导电金属制成。

本实施例中，雷管壳体内部空间有限，储能电容设置位置受限，电容托架将储能电容挂在控制电路板1尾端，储能电容兼具管塞的作用，电容托架兼具导线的作用。

在其中一个实施例中，如图5所示，所述雷管控制芯片2包括电源模块21、LDO模块22、充电开关23、放电开关24、点火开关25和LDO电容26，所述电源模块21与充电开关23串联后与储能电容4连接，放电开关24与储能电容4连接，点火开关25与SCB半导体桥点火元件7串联后与储能电容4连接，LDO模块22与电源模块21并联。

其中，电源模块21通过脚线与起爆器连接，电源模块21与储能电容4连接后用于向储能电容4充电，LDO模块22与工作电容6及LDO电容221共同构成稳压模块用于稳定电源模块21输出的电压，储能电容4通过放电开关24将储存电量释放，再需要点火时，点火开关25闭合，储能电容4向SCB半导体桥点火元件提供电量点火。

在其中一个实施例中，所述起爆药剂为DDNP、GTX、硝酸肼镍中的任意一种或多种混合。其中，所述起爆药剂填装值雷管外壳封闭的一端，填装时压实。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种基于半导体桥的无点火药数码电子雷管，其特征在于，包括：雷管外壳和封装于雷管外壳内部的控制电路板，在所述控制电路板的前端设置SCB半导体桥点火元件，在所述控制电路板上设置有储能电容，SCB半导体桥点火元件和储能电容均与控制电路板的雷管控制芯片连接，储能电容能够为SCB半导体桥点火元件提供点火的电能；其中，雷管外壳的一端填装起爆药剂，SCB半导体桥点火元件贴在PCB板的侧面，SCB半导体桥点火元件插入起爆药剂中；所述控制电路板包括防静电电路，所述防静电电路与雷管控制芯片连接，并与雷管外壳电连接，所述储能电容为圆柱形的电解电容器，设置在所述雷管外壳尾端开口处，所述储能电容的容值大于等于100μf；

所述防静电电路包括弹片、TVS瞬变抑制二极管和静电阻抗器，弹片通过自身弹性与雷管外壳接触并形成电连接，静电阻抗器与弹片串联后与TVS瞬变抑制二极管并联，TVS瞬变抑制二极管与雷管控制芯片连接；所述防静电电路还包括整流桥，母线与所述整流桥连接后与雷管控制芯片连接。

2.根据权利要求1所述的基于半导体桥的无点火药数码电子雷管，其特征在于，所述雷管外壳为金属圆筒状，所述储能电容为圆柱形，储能电容在所述控制电路板的尾端固定时轴线与所述雷管外壳的轴线重合。

3.根据权利要求1所述的基于半导体桥的无点火药数码电子雷管，其特征在于，所述控制电路板尾端设置电容托架，储能电容通过电容托架安装在控制电路板尾端，注胶固定，所述电容托架为导体制成，两端分别连接母线与雷管控制芯片。

4.根据权利要求1-3任一项所述的基于半导体桥的无点火药数码电子雷管，其特征在于，所述控制电路板尾端设置电容托架，储能电容通过电容托架安装在控制电路板尾端，注胶固定，所述电容托架为导体制成，两端分别连接母线与雷管控制芯片，所述防静电电路设置在电容托架与雷管控制芯片之间。

5.根据权利要求1所述的基于半导体桥的无点火药数码电子雷管，其特征在于，所述雷管控制芯片包括电源模块、LDO模块、充电开关、放电开关、点火开关和LDO电容，所述电源模块与充电开关串联后与储能电容连接，放电开关与储能电容连接，点火开关与SCB半导体桥点火元件串联后与储能电容连接，LDO模块与电源模块并联。

6.根据权利要求1所述的基于半导体桥的无点火药数码电子雷管，其特征在于，所述起爆药剂为DDNP、GTX、硝酸肼镍中的任意一种或多种混合。