CN115077313B - 电子雷管母线电阻高精度测量的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子雷管母线电阻高精度测量的系统及方法，包括起爆器、整流桥和控制逻辑器；起爆器对电子雷管进行起爆控制，包括主控单元、二总线驱动电路及反馈电流采样电路，二总线驱动电路产生A、B总线电源和信号；整流桥将交流信号转换为直流信号；控制逻辑器通过接收起爆命令调整反馈档位，通过控制MOS开关1、MOS开关2的开关实现电流反馈。本发明的电子雷管芯片只需要包含2档以上反馈电流档位，实现简单，成本极低；本发明的起爆器不需要做任何特别的改动，现有的硬件就完全可以支持，只需要对起爆器软件做个软件升级，通过多次电流采样并通过简单的运算就可以快速实现母线电阻的测量。

Description

电子雷管母线电阻高精度测量的系统及方法

技术领域

本发明涉及电子雷管的技术领域，具体地，涉及电子雷管母线电阻高精度测量的系统及方法。

背景技术

在电子雷管的现场实爆中，所有电子雷管用母线连接到起爆器，起爆器通过母线与雷管进行通信，为了保证可靠的通信和起爆，通常会使用标准规格的母线。而实际现场使用的母线由于各种原因可能偏离标准比较多，如果所用的母线电阻偏大，就会导致通信不稳定，充电电压不足等问题，轻则影响现场通信可靠性需要反复尝试效率极低，严重时更会导致盲炮，而盲炮后的处理风险极大，可能会危及施工人员的生命安全。所以在实爆现场先对组网用的母线进行在线的电阻测量，对母线的电阻及质量做出合理的评估，是非常有必要的，而且要求测量的精度尽可能高，防止做出误判。

现有的电子雷管模块及起爆系统都不具备此类功能，现场实爆时出现了较多的通信不可靠和拒爆的问题，急需一种有效的方法来实现母线电阻的测量。

在公开号为CN111239494A的专利文献中公开了一种在线测量电子雷管通讯母线电阻值的方法及系统。其包括起爆器电流测量电路和雷管芯片电流反拉电路，其中起爆器漏电流测量电路包括起爆器微控制器U1、运算放大器U7、开关管Q4A、开关管Q7A、电阻R21、电阻R23和R24、电阻R25、R27、R29、R31、R32、R45、母线接口LG1；其中雷管芯片电流反拉电路包括开关管Q1、整流电路D1、通信模块U2、驱动电路U3、逻辑控制单元U5、电阻R3。该专利主要是芯片内部完全通过电阻和MOS开关管来实现拉反馈电流，但是在推算母线电阻的过程中存在两点明显的缺陷：第一点反馈通路上的电阻R3＝300ohm是当作精确电阻来用于计算的，实上际芯片内部电阻的精度一般在10％～20％左右，而且受温度的影响也较大；第二点在于反馈通路上的MOS管，因为在芯片内实现，考虑到芯片成本原因不可能用大体积的MOS来实现，所以MOS管本身的电阻可能也有几十甚至上百ohm，而上述专利在计算过程中完全忽略了这个MOS管的电阻。所以上述专利最终测量得到的母线电阻的精度是比较低的，有可能在爆破现场把不合格的母线当成是合格母线，导致最终引爆失败。

因此，需要提出一种新的技术方案以改善上述技术问题。

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母线电阻高精度测量的系统及方法。

根据本发明提供的一种电子雷管母线电阻高精度测量的系统，包括起爆器、整流桥和控制逻辑器；所述起爆器与整流桥相连接，所述整流桥与控制逻辑器相连接；

所述起爆器对电子雷管进行起爆控制，所述起爆器包括主控单元、二总线驱动电路及反馈电流采样电路，所述二总线驱动电路产生A、B总线电源和信号；

所述整流桥将交流信号转换为直流信号；

所述控制逻辑器通过接收起爆命令调整反馈档位，通过控制MOS开关1、MOS开关2的开关实现电流反馈；MOS开关1和MOS开关2在芯片内部实现的电路完全一样。

优选地，所述反馈电流采样电路包括B总线的采样电路，所述B总线的采样电路包括稳压管D1和运算放大器，所述稳压管的正极接地，所述稳压管的负极连接有电阻R3和运算放大器的正相输入端，所述运算放大器的反相输入端连接有电阻R4和电阻R5，所述运算放大器的输出端连接有电阻R5的另一端和电阻R6，所述电阻R4的另一端接地，所述电阻R6的另一端连接有电容C1，所述电容C1的另一端接地。

优选地，所述稳压管D1为3V稳压管，运算放大器倍数为7.8倍，RC滤波为200Ω+22nF，截止频率约36K，B_ADC_TEST接单片机的模数采样ADC通道。

本发明还提供一种电子雷管母线电阻高精度测量的方法，所述方法应用上述中的电子雷管母线电阻高精度测量的系统，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：起爆器输出母线通信电压U给组网的电子雷管供电，所有电子雷管正常上电经初始化之后进入待机状态，等待接收起爆器命令；

步骤S2：起爆器先通过采样电阻Rs,采集到当前网络中的所有雷管的静态电流总和I₀；

步骤S3：起爆器对某一雷管下发选择反馈档位1的命令，再次通过采样电阻Rs,采集到当前网络中的电流I₁，满足：

U-I₁*(Rs+Rb)-U1＝(I₁-I₀)*Rm

其中，Rb为总线电阻，U1为桥堆压降电压，Rm为两个MOS管电阻；

步骤S4：起爆器对某一雷管下发选择反馈档位2的命令，再次通过采样电阻Rs,采集到当前网络中的电流I₂，满足：

步骤S5：上述两个式里面只有Rb和Rm是未知的，求解出母线电阻：

优选地，所述步骤S2中的反馈开关1和反馈开关2是断开状态。

优选地，所述步骤S3中的起爆器对某一雷管下发选择反馈档位1的命令，对应MOS开关1合上。

优选地，所述步骤S4中的起爆器对某一雷管下发选择反馈档位2的命令，对应MOS开关1、2同时合上，两个Rm电阻并联。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明的电子雷管芯片只需要包含2档以上反馈电流档位，实现简单，成本极低；

2、本发明的起爆器不需要做任何特别的改动，现有的硬件就完全可以支持，只需要对起爆器软件做个软件升级，通过多次电流采样并通过简单的运算就可以快速实现母线电阻的测量；

3、本发明可以有效地消除芯片内部MOS开关电阻精度差异及温度的影响，起爆器可以在线地完成对母线电阻的精确测量，从而对母线的质量做出精准的判断，是否适用于当前的爆破或需要更换，避免出现通信异常或更严重的盲炮问题。

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为本发明的电子雷管组网示意图；

图2为本发明的电子雷管芯片示意图；

图3为本发明的二总线驱动电路图；

图4为本发明的反馈电流采样电路电路图；

图5为本发明的测量原理等效电路示意图。

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。

实施例1：

根据本发明提供的一种电子雷管母线电阻高精度测量的系统，包括起爆器、整流桥和控制逻辑器；起爆器与整流桥相连接，整流桥与控制逻辑器相连接；起爆器对电子雷管进行起爆控制，起爆器包括主控单元、二总线驱动电路及反馈电流采样电路，二总线驱动电路产生A、B总线电源和信号；整流桥将交流信号转换为直流信号；控制逻辑器通过接收起爆命令调整反馈档位，通过控制MOS开关1、MOS开关2的开关实现电流反馈；MOS开关1和MOS开关2在芯片内部实现的电路完全一样。

反馈电流采样电路包括B总线的采样电路，B总线的采样电路包括稳压管D1和运算放大器，稳压管的正极接地，稳压管的负极连接有电阻R3和运算放大器的正相输入端，运算放大器的反相输入端连接有电阻R4和电阻R5，运算放大器的输出端连接有电阻R5的另一端和电阻R6，电阻R4的另一端接地，电阻R6的另一端连接有电容C1，电容C1的另一端接地。

稳压管D1为3V稳压管，运算放大器倍数为7.8倍，RC滤波为200Ω+22nF，截止频率约36K，B_ADC_TEST接单片机的模数采样ADC通道。

本发明还提供一种电子雷管母线电阻高精度测量的方法，方法应用上述中的电子雷管母线电阻高精度测量的系统，方法包括如下步骤：

步骤S1：起爆器输出母线通信电压U给组网的电子雷管供电，所有电子雷管正常上电经初始化之后进入待机状态，等待接收起爆器命令；

步骤S2：起爆器先通过采样电阻Rs,采集到当前网络中的所有雷管的静态电流总和I₀；反馈开关1和反馈开关2是断开状态。

步骤S3：起爆器对某一雷管下发选择反馈档位1的命令，对应MOS开关1合上，再次通过采样电阻Rs,采集到当前网络中的电流I₁，满足：

U-I₁*(Rs+Rb)-U1＝(I₁-I₀)*Rm

其中，Rb为总线电阻，U1为桥堆压降电压，Rm为两个MOS管电阻；

步骤S4：起爆器对某一雷管下发选择反馈档位2的命令，对应MOS开关1、2同时合上，两个Rm电阻并联，再次通过采样电阻Rs,采集到当前网络中的电流I₂，满足：

步骤S5：上述两个式里面只有Rb和Rm是未知的，求解出母线电阻：

实施例2：

实施例2为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。

本发明公开的是一种电子雷管母线电阻高精度测量的方法和系统。该方法中涉及的电子雷管芯片包含至少两个反馈电流档位，同时该电流档位的选择可以通过起爆器下发指令来实现。起爆器通过在三种场景下的电流采样值，可以精准计算出母线的电阻，雷管没有反馈，雷管通过反馈档位1进行反馈，雷管通过反馈档位2反馈。

采用该测量方法，可以有效地消除芯片内部MOS管电阻精度差异及温度的影响，起爆器可以在实际爆破现场完成对母线电阻的精确测量，从而对母线的质量做出精准的判断，是否适用于当前的爆破，避免出现通信异常或更严重的盲炮问题。

起爆器：完成对电子雷管的起爆控制，一般包含了主控单元、二总线驱动电路及反馈电流采样电路功能，二总线驱动电路产生A、B总线电源和信号。

整流桥：实现交流信号到直流信号的转换。

控制逻辑器：通过接收起爆命令调整反馈档位，即通过控制MOS开关1、MOS开关2的开关来实现电流反馈功能。MOS开关1和MOS开关2在芯片内部实现的电路完全一样，并且进行了精确的电路匹配，可以保证两个开关在任何情况下的导通电阻是完全一样的。

B总线的采样电路，D1为3V稳压管，运算放大器倍数为7.8倍，RC滤波为200Ω+22nF，截止频率约36K，B_ADC_TEST接单片机的模数采样ADC通道。

如图5，总线输出电压U是已知的通信电压，根据不同应用取值在6-16V之间；采样电阻Rs是一个已知的精确电阻，通常取10ohm-20ohm左右；桥堆压降U1也是固定已知的，在1V左右；在线雷管等效电流源用于模拟在线所有雷管的待机静态电流总和，这个值在多次连续测量过程也是不变的；两个MOS管电阻Rm是未知的，总线电阻Rb是未知的。

电路工作原理：

步骤一：起爆器输出母线通信电压U，给组网的电子雷管供电，所有电子雷管正常上电经初始化之后进入待机状态，等待接收起爆器命令。

步骤二：起爆器先通过采样电阻Rs,采集到当前网络中的所有雷管的静态电流总和I₀，此时反馈开关1、2都是断开状态。

步骤三：起爆器对某发雷管下发选择反馈档位1的命令，对应MOS开关1合上，再次通过采样电阻Rs,采集到当前网络中的电流I₁，满足：

U-I₁*(Rs+Rb)-U1＝(I₁-I₀)*Rm

其中，Rb为总线电阻，U1为桥堆压降电压，Rm为两个MOS管电阻。

步骤四：起爆器对某发雷管下发选择反馈档位2的命令，对应MOS开关1、2同时合上，两个Rm电阻并联，再次通过采样电阻Rs,采集到当前网络中的电流I₂，满足：

步骤五：上述两个式里面只有Rb和Rm是未知的，因此可以求解出母线电阻：

本发明公开的是一种电子雷管母线电阻高精度测量的方法和系统。该方法中涉及的电子雷管芯片包含至少两个反馈电流档位，同时该电流档位的选择可以通过起爆器下发指令来实现。起爆器分别通过雷管没有反馈、雷管通过反馈档位1进行反馈、雷管通过反馈档位2反馈三种情况下的电流采样来精准计算出母线的电阻。

本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1、实施例2的更为具体的说明。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

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 (6)

1.一种电子雷管母线电阻高精度测量的系统，其特征在于，包括起爆器、整流桥和控制逻辑器；所述起爆器与整流桥相连接，所述整流桥与控制逻辑器相连接；

所述起爆器对电子雷管进行起爆控制，所述起爆器包括主控单元、二总线驱动电路及反馈电流采样电路，所述二总线驱动电路产生A、B总线电源和信号；

所述整流桥将交流信号转换为直流信号；

所述控制逻辑器通过接收起爆命令调整反馈档位，整流桥与控制逻辑器之间并联连接一个MOS开关1和一个MOS开关2，通过控制MOS开关1、MOS开关2的开关实现电流反馈；MOS开关1和MOS开关2在芯片内部实现的电路完全一样；所述反馈电流采样电路包括B总线的采样电路，所述B总线的采样电路包括稳压管D1和运算放大器，所述稳压管的正极接地，所述稳压管的负极连接有电阻R3和运算放大器的正相输入端，所述运算放大器的反相输入端连接有电阻R4和电阻R5，所述运算放大器的输出端连接有电阻R5的另一端和电阻R6，所述电阻R4的另一端接地，所述电阻R6的另一端连接有电容C1，所述电容C1的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的电子雷管母线电阻高精度测量的系统，其特征在于，所述稳压管D1为3V稳压管，运算放大器倍数为7.8倍，RC滤波为200Ω+22nF，截止频率为36K，B_ADC_TEST接单片机的模数采样ADC通道。

3.一种电子雷管母线电阻高精度测量的方法，其特征在于，所述方法应用如权利要求1-2任一项所述的电子雷管母线电阻高精度测量的系统，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：起爆器输出母线通信电压U给组网的电子雷管供电，所有电子雷管正常上电经初始化之后进入待机状态，等待接收起爆器命令；

步骤S2：起爆器先通过采样电阻Rs,采集到当前网络中的所有雷管的静态电流总和I₀；

步骤S3：起爆器对某一雷管下发选择反馈档位1的命令，再次通过采样电阻Rs,采集到当前网络中的电流I₁，满足：

U-I₁*(Rs+Rb)-U1＝(I₁-I₀)*Rm

其中，Rb为总线电阻，U1为桥堆压降电压，Rm为两个MOS管电阻；

步骤S4：起爆器对某一雷管下发选择反馈档位2的命令，再次通过采样电阻Rs,采集到当前网络中的电流I₂，满足：

步骤S5：上述两个式里面只有Rb和Rm是未知的，求解出母线电阻：

4.根据权利要求3所述的电子雷管母线电阻高精度测量的方法，其特征在于，所述步骤S2中的反馈开关1和反馈开关2是断开状态。

5.根据权利要求3所述的电子雷管母线电阻高精度测量的方法，其特征在于，所述步骤S3中的起爆器对某一雷管下发选择反馈档位1的命令，对应MOS开关1合上。

6.根据权利要求3所述的电子雷管母线电阻高精度测量的方法，其特征在于，所述步骤S4中的起爆器对某一雷管下发选择反馈档位2的命令，对应MOS开关1、2同时合上，两个Rm电阻并联。