CN114963902B - 电子雷管发火电阻的检测电路、方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电子雷管发火电阻的检测电路、方法及装置，主要包括：恒流源、差分运放和低精度低成本ADC，该电路结构简单，恒流源输出的电流在电阻测试模式下流过发火电阻，发火电阻两端的电压直接通过差分运放进行放大，然后进入ADC进行采样，采样值经通信电路上传到起爆控制器计算出发火电阻阻值。同时，雷管芯片内部设计了用于提高测量精度的校准参数，通过简单的校准操作，可以消除恒流源、运放和ADC基准电压的工艺偏差引入的测量误差。
Description
技术领域
本发明涉及电子雷管测量的技术领域，具体地，涉及一种电子雷管发火电阻的检测电路、方法及装置。
背景技术
电子雷管的发火电阻的自检是电子雷管的一项重要功能，因为发火电阻的异常会导致无法正常点燃药头，导致爆破现场会存留没有起爆的雷管和炸药。事后清障时可能引起机械设备损伤甚至造成人员伤亡，因此必须对雷管发火电阻进行检测，提前将电阻异常的雷管排除掉。
现有的电子雷管芯片虽然也有一些具备检测发火电阻阻值的功能，但是有的测量方案过于简单，只能大概测量电阻的通断，没办法检测电阻氧化等引起的阻值小范围变化；有的测量方案又过于复杂，因为发火电阻本身阻值较小，为了精确测量，采用了很高精度的ADC来进行测量，电路复杂，成本过高；有的测量精度高，但是需要外加复杂的校准测量电路和校准流程。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电子雷管发火电阻的检测电路、方法及装置。
根据本发明提供的一种电子雷管发火电阻的检测电路，包括：低压差线性稳压电路LDO、通信电路、测试控制逻辑、恒流源、场效应管、运算放大器、发火电阻R_fire以及数模转换电路ADC；
所述低压差线性稳压电路接收输入高压并转换为输出低压VCC，且所述低压差线性稳压电路的输出低压能够给测试控制逻辑模块、运算放大器、模数转换器和恒流源供电；
所述恒流源的输入端连接低压差线性稳压电路的输出低压VCC，恒流源的输出端连接发火电阻R_fire的一端，恒流源的使能信号端口连接场效应管的栅极；
通信电路与外部的起爆器控制器通过通信总线电连接，所述通信电路的模数转换结果输入端口连接模数转换电路ADC的模拟转换结果输出端口，模数转换电路ADC的模拟信号输入端口能够连接运算放大器的输出端；
所述测试控制逻辑模块的测试信号输出端口分别连接模数转换电路的使能信号端口和运算放大器的使能信号端口；
所述测试控制逻辑模块的开关控制端口连接场效应管的栅极及恒流源的使能信号端口；
所述场效应管的源极接地，场效应管的漏极连接发火电阻R_fire的另一端；
所述运算放大器的同相输入端与发火电阻R_fire的一端连接，运算放大器的反相输入端与发火电阻R_fire的另一端连接。
优选地，所述低压差线性稳压电路LDO连接的外部电源输入电压为5～40V，低压差线性稳压电路LDO输出端VCC输出电压为3V。
优选地，所述恒流源的恒流输出电流小于1mA。
优选地，所述数模转换电路ADC设计为8路ADC，满足测量1～10ohm电阻，精度达到0.1ohm。
优选地，所述场效应管采用NMOS管。
优选地，所述发火电阻R_fire的阻值为1～10ohm。
根据本发明提供的一种电子雷管发火电阻的测量方法，包括以下步骤：
步骤S1：通过VDD、GND供电完成测试电路的上电，通过低压差线性稳压电路LDO输出稳定的低压电源VCC用于给电阻测量相关的电路供电；
步骤S2：通过通信电路获取外部起爆控制器发送的测量指令；
步骤S3：通过测试控制逻辑使能运算放大器和数模转换电路ADC；
步骤S4：通过恒流源输出电流I，并闭合NMOS管测试开关，电流流过发火电阻R_fire产生电压信号并经过运算放大器放大A0倍，进入模数转换器ADC；
步骤S5：模数转换器ADC完成信号的采样，并将结果D存储在电子雷管芯片的寄存器中；
步骤S6：外部的起爆控制器获取结果D，并进行电阻值的推算；
步骤S7：重复执行步骤S1～步骤S6，得到多次测量的电阻值，计算平均值作为最终的发火电阻R_fire的阻值。
优选地，所述步骤S6中计算包括：
首先将D转换对应的电压值：
运放输入端电压为
从而推算出：
其中的参数K定义为：
优选地，在芯片封装测试阶段，在发火电阻端接入一个精密电阻R，通过计算得到一个D1值，然后计算出K＝R/D1，并将K值写入到芯片内部存储器。
根据本发明提供的一种电子雷管发火电阻的测量装置，所述测量装置包括上述的电子雷管发火电阻的测量电路，所述测量装置使用时执行上述的电子雷管发火电阻的测量方法。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明中恒流源电路输出电流小于1mA，保证了电阻测量时的安全性，避免发火电阻R_fire引爆药头的风险。采用恒流源代替传统的限流电阻，不需要额外的对限流电阻进行校准的步骤，也不需要增加额外的电压测量电路。
2、本发明利用电子雷管应用中发火电阻R_fire值取值范围有限(一般在1ohm～10ohm之间)的特性，通过差分放大器对发火电压信号放大，输入到模数转换器ADC(不超过8位ADC)，可以使得电阻的测量精度达到0.1ohm以内。
3、本发明采用差分放大器直接测量发火电阻R_fire两端电压，可以减少测量复杂度，避免频繁切换开关。
4、本发明将经过校准过后的参数存储在测量电路内部存储器中，在实际测量发火电阻R_fire时读出使用。通过参数校准，有效地消除芯片工艺差异导致的恒流源电流I、差分运放增益A0和模数转换器基准源VCC的误差影响。
5、本发明通过对发火电阻R_fire的高精度测量，滤除掉发火电阻R_fire不合格的电子雷管，包括但不仅限于如发火电阻R_fire生产工艺偏差过大、放置时间过长电阻氧化阻值变大等。该测量方法可以在现场实爆之前完成发火电阻R_fire的自检，保证了实爆使用的每一发电子雷管的发火电阻R_fire阻值都在有效的发火范围内，避免出现盲炮。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例电子雷管发火电阻的测量电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明公开了一种电子雷管发火电阻的检测电路，包括：低压差线性稳压电路LDO、通信电路、测试控制逻辑、恒流源、场效应管、运算放大器、发火电阻R_fire以及数模转换电路ADC；
参照图1，本发明公开的电子雷管发火电阻检测电路的各组成连接关系如下：
所述低压差线性稳压电路接收输入高压并转换为输出低压VCC，且所述低压差线性稳压电路的输出低压能够给测试控制逻辑模块、运算放大器、模数转换器和恒流源供电；
所述恒流源的输入端连接低压差线性稳压电路的输出低压VCC，恒流源的输出端连接发火电阻R_fire的一端，恒流源的使能信号端口连接场效应管的栅极；
通信电路与外部的起爆器控制器通过通信总线电连接，所述通信电路的模数转换结果输入端口连接模数转换电路ADC的模拟转换结果输出端口，模数转换电路ADC的模拟信号输入端口能够连接运算放大器的输出端；
所述测试控制逻辑模块的测试信号输出端口分别连接模数转换电路的使能信号端口和运算放大器的使能信号端口；
所述测试控制逻辑模块的开关控制端口连接场效应管的栅极及恒流源的使能信号端口；
所述场效应管的源极接地，场效应管的漏极连接发火电阻R_fire的另一端；
所述运算放大器的同相输入端与发火电阻R_fire的一端连接，运算放大器的反相输入端与发火电阻R_fire的另一端连接。
所述低压差线性稳压电路LDO连接的外部电源输入电压为5～40V，低压差线性稳压电路LDO输出端VCC输出电压为3V。所述恒流源的恒流输出电流小于1mA。所述数模转换电路ADC设计为8路ADC，满足测量1～10ohm电阻，精度达到0.1ohm。所述场效应管采用NMOS管。发火电阻R_fire用于在电子雷管芯片起爆时发火引爆药头的电阻，其阻值为1～10ohm。
将上述测量电路中的低压差线性稳压电路LDO、通信电路、测试控制逻辑、恒流源、场效应管、运算放大器、以及数模转换电路ADC进行封装，形成电子雷管测量芯片，该芯片包括供电端口：VDD、GND，包括电阻连接端口vx、vb，还包括通信端口A、B。
测量原理：
上述的电子雷管发火电阻的测量电路在测量时采用以下测量方法，包括以下步骤：
步骤S1：电子雷管测量芯片通过VDD、GND供电完成测试电路的上电，通过低压差线性稳压电路LDO输出稳定的低压电源VCC用于给电阻测量相关的电路供电；
步骤S2：通过通信电路获取外部起爆控制器发送的测量指令；
步骤S3：通过测试控制逻辑使能运算放大器和数模转换电路ADC；
步骤S4：通过恒流源输出电流I，并闭合NMOS管测试开关，电流流过发火电阻R_fire产生电压信号并经过运算放大器放大A0倍，进入模数转换器ADC；
步骤S5：模数转换器ADC完成信号的采样，并将结果D存储在电子雷管芯片的寄存器中；
步骤S6：外部的起爆控制器获取结果D，并进行电阻值的推算；
首先将D转换对应的电压值：
运放输入端电压为
从而推算出：
其中的参数K定义为：
步骤S7：重复执行步骤S1～步骤S6，得到多次测量的电阻值，计算平均值作为最终的发火电阻R_fire的阻值。
在测量电路封装测试阶段，在发火电阻端接入一个精密电阻R，通过计算得到一个D1值，然后计算出K＝R/D1，并将K值写入到电子雷管测量芯片的内部存储器中。
本发明还公开了一种电子雷管发火电阻的测量装置，该测量装置内部集成有上述的电子雷管发火电阻的测量电路，并且在使用时执行上述的电子雷管发火电阻的测量方法。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (8)
1.一种电子雷管发火电阻的检测电路，其特征在于，包括：低压差线性稳压电路LDO、通信电路、测试控制逻辑、恒流源、场效应管、运算放大器、发火电阻R_fire以及数模转换电路ADC；
所述低压差线性稳压电路接收输入高压并转换为输出低压VCC，且所述低压差线性稳压电路的输出低压能够给测试控制逻辑模块、运算放大器、模数转换器和恒流源供电；
所述恒流源的输入端连接低压差线性稳压电路的输出低压VCC，恒流源的输出端连接发火电阻R_fire的一端，恒流源的使能信号端口连接场效应管的栅极；
通信电路与外部的起爆器控制器通过通信总线电连接，所述通信电路的模数转换结果输入端口连接模数转换电路ADC的模拟转换结果输出端口，模数转换电路ADC的模拟信号输入端口能够连接运算放大器的输出端；
所述测试控制逻辑模块的测试信号输出端口分别连接模数转换电路的使能信号端口和运算放大器的使能信号端口；
所述测试控制逻辑模块的开关控制端口连接场效应管的栅极及恒流源的使能信号端口；
所述场效应管的源极接地，场效应管的漏极连接发火电阻R_fire的另一端；
所述运算放大器的同相输入端与发火电阻R_fire的一端连接，运算放大器的反相输入端与发火电阻R_fire的另一端连接；
所述恒流源的恒流输出电流小于1mA；
所述数模转换电路ADC设计为8路ADC，满足测量1～10ohm电阻，精度达到0.1ohm。
2.根据权利要求1所述的电子雷管发火电阻的测量电路，其特征在于：所述低压差线性稳压电路LDO连接的外部电源输入电压为5～40V，低压差线性稳压电路LDO输出端VCC输出电压为3V。
3.根据权利要求1所述的电子雷管发火电阻的测量电路，其特征在于：所述场效应管采用NMOS管。
4.根据权利要求1所述的电子雷管发火电阻的测量电路，其特征在于：所述发火电阻R_fire的阻值为1～10ohm。
5.一种电子雷管发火电阻的测量方法，基于权利要求1-4任一项所述的电子雷管发火电阻的测量电路，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：通过VDD、GND供电完成测试电路的上电，通过低压差线性稳压电路LDO输出稳定的低压电源VCC用于给电阻测量相关的电路供电；
步骤S2：通过通信电路获取外部起爆控制器发送的测量指令；
步骤S3：通过测试控制逻辑使能运算放大器和数模转换电路ADC；
步骤S4：通过恒流源输出电流I，并闭合NMOS管测试开关，电流流过发火电阻R_fire产生电压信号并经过运算放大器放大A0倍，进入模数转换器ADC；
步骤S5：模数转换器ADC完成信号的采样，并将结果D存储在电子雷管芯片的寄存器中；
步骤S6：外部的起爆控制器获取结果D，并进行电阻值的推算；
步骤S7：重复执行步骤S1～步骤S6，得到多次测量的电阻值，计算平均值作为最终的发火电阻R_fire的阻值。
6.根据权利要求5所述的电子雷管发火电阻的测量方法，其特征在于：所述步骤S6中计算包括：
首先将D转换对应的电压值：
运放输入端电压为
从而推算出：
其中的参数K定义为：
7.根据权利要求6所述的电子雷管发火电阻的测量方法，其特征在于：在测量电路封装测试阶段，在发火电阻端接入一个精密电阻R，通过计算得到一个D1值，然后计算出K＝R/D1，并将K值写入到测量电路内部存储器中。
8.一种电子雷管发火电阻的测量装置，其特征在于：所述测量装置包括权利要求1-4任一项所述的电子雷管发火电阻的测量电路，所述测量装置使用时执行权利要求5-7任一项所述的电子雷管发火电阻的测量方法。
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| GR01 | Patent grant | ||
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