CN1192269A - 电子定时雷管 - Google Patents

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Abstract

一种电子定时雷管包括一个电子定时器(100)和一个由点火元件点火引爆的电子雷管(200)。定时器包括一个用于存储电源提供的电能的充电电路(120),一个利用存储在充电电路中的电能计算时间周期以由此输出一个触发信号的延时电路(30),和一个响应于触发信号把存储在充电电路中的电能提供给点火元件的开关电路(140)。对外加给电子定时电路的冲击而言,电子雷管感应起爆范围冲击值的下限与电子定时器的可工作范围中冲击值的上限大致重叠。这样,甚至在不利的使用环境中,都不会存在炸药不点火的情况。当检测到石英振荡器(131)损坏时,电爆破响应于被测信号被引爆。

Description

电子定时雷管
本发明涉及一种电子定时雷管，用于在将一系列炸药放入破坏目标(如岩石或建筑物)随后将其炸裂的爆破操作中以高精度控制点火的延迟时间，并且尤其涉及没有不点火的范围并且因此提供了极高安全性的电子定时雷管。
在此以前我们知道，一种允许充电电路在其中存储由电爆机提供的电能的电子定时雷管，可以随所存储电能被激发并在一段所需延迟时间之后实现开关。
在如下的例子中提出了电子定时雷管的现有技术：
1)在已公开日本专利申请第83200/1983、91799/1987号等中公开的，用于通过利用RC电路的充电时间常数作为基准以控制点火时间的技术。
2)在美国专利第4,445,435号、DE 3,942,842、已公开日本专利申请第79797/1993，WO95/04253号等中公开的，用于通过利用象石英振荡器这样的固体振荡器的特征频率以极高的时间精度控制点火时间的技术。
如图1所示，通常，这些电子定时雷管的每一个都包括一个由电爆机10供电的电子定时器100和一个电子雷管200。电子定时器100包括一个充电电路120、一个延时电路30和一个电子开关电路140。在爆破中，电子定时器100由电爆机10供电，将电能储存在充电电路120中，然后，在电爆机10供电结束之后，在存储于充电电路120中的电能的基础上驱动延时电路30。经过一个预定延迟时间以后，延时电路30关闭了电子开关电路140以便存储于充电电路120中的电能可以提供给电子雷管200，由此电子雷管200被引爆。
这样，当包括有延时电路30的电子定时器100由于一些原因未被激励，通常由冲击损坏，电子雷管200就不能起爆。因此，用于保护电子定时器不受冲击的结构变得重要。对这些技术而言，在此以前的诸如日本已公开专利申请第35298/1982号、第290398/1988号和第153699/1987号，日本已公开实用新型申请第31398/1989号等中已经公开了一些。以下结构已在这些公报中公开。
a)一种结构，其中电子定时器插入电子雷管的外壳中并且用环氧基树脂或者带有合成橡胶的环氧基树脂的混合物密封住。
b)一种结构，用象聚苯乙烯或聚乙烯这样的热塑树脂浇铸密封。
c)一种结构，其中一个基片通过一个O形环与外壳固定；以及
d)一种结构，其中电子定时器直接插入塑料外壳中并且在外壳与电子定时器之间限定了一个空闲的间隙。
上述电子定时雷管的主要应用在于减小由于爆破而引起的地面振动或噪声。如已公开的日本专利申请第285800/1989号所述，要达到这些目标就点火时间的精度而论有必要满足下列条件：
t/σ≥10
其中t：点火时间间隔
σ：点火时间间隔的标准偏差由于点火时间间隔t经常被设定为10ms，所以希望点火时间间隔的标准偏差σ应该被限制下降至最大为±1ms。
在实际的爆破操作中，采用插入电子定时雷管中的一系列炸药，并将它们根据预定的爆破方式设置在它们相应的炮眼中。此后，炸药被以预定的时间差连续引爆以使，诸如岩石，裂开。因此，希望这些炸药炮眼根据爆破方式以一个很小的距离互相邻近。另外也认识到炸药和电子定时雷管在它们自己引爆前会受到相邻炮眼的强烈爆破冲击。尤其当爆破操作用于隧道挖掘时，确定相邻炮眼的未爆炮眼使它们相互邻近以提高破碎效果，而且在一种叫做“楔型掏槽(V cut)”的破碎方法中未爆炮眼的间隔常常达到20cm或更小。
此外，下面的不同冲击模式被认为是电子定时雷管引爆前它自己经受的爆破冲击的例子。
1)一种模式，其中电子定时雷管通过预计在爆破点产生的泉水受到来自各方向的压力；
2)一种模式，其中电子定时雷管被岩石的弹性范围内的振动挤出来，从而产生了移位加速度；
3)一种模式，其中爆炸气体进入岩石裂缝以使得在电子定时雷管中产生来自一个方向上的的挤压或者移位加速度；以及
4)一种模式，其中岩石受破坏而移动使得电子定时雷管受到被移动岩石的压挤。
每次冲击的程度都根据爆破源中的炸药量和岩石条件而不同。然而，在距爆破点大约20cm的地方冲击程度被认为达到了30MPa到70MPa的压力，或者冲击加速度达到几万个G到几十万个G。
在这种情况下，电子定时雷管会受到一个极大的爆破冲击，并且因此上面引用的一般技术在彻底消除电子雷管的不点火上有很大困难。
与此相对照，由于所有一般的单独电子雷管的点火充电没有采用电子定时器而采用延时充电，即使在通常电子雷管受到上述冲击时也会同时起爆即便每个电子雷管的爆炸力被降低(不完全爆破)雷管也很少不点火。而且，当这样的电子雷管经受的冲击非常猛烈时，由于采用延时充电的雷管(见图2A)，导火炸药、第一级炸药或基药受到压力或冲击使得电子雷管常常同时爆破。
然而，在采用电子定时器的通常电子定时雷管中，当电子定时雷管受到强烈的爆炸冲击，即挤压或移位加速度时，存在一个范围，在此范围中，在低于使电子雷管达到同时爆破的冲击水平下，电子定时器会产生损坏。此外，在使电子雷管达到同时爆破的范围与使电子定时器能工作的范围之间，存在一个使电子雷管不点火的不点火范围。
尤其在电子定时雷管带有一个采用石英振荡器的高精度电子定时器的情况下，由于移位加速度，晶体棒被弯曲。在明显弯曲下，晶体棒与主柱面相撞，使得晶体可能导致损坏。
这样，石英振荡器成为一个降低抗冲击水平的很大的因素，在这一抗冲击水平下，与其它元件相比，石英振荡器应避免损坏。石英振荡器降低了电子定时器的工作范围并由此导致不点火(见图2B)。
根据已描述的WO 95/04253，已提出一技术：RC振荡电路与石英振荡电路合起来受激励，当石英振荡器失效时将石英振荡电路的工作转为RC振荡电路的工作。然而，所提出的技术伴有这样的问题：当一个含有RC振荡电路的混合集成电路(HIC)受到会导致损坏的冲击时，不可避免会产生不点火范围，并且工作精度随着RC振荡电路的替代也会降低。
为了解决上述问题，本发明的一个目标就是允许建立在高精度点火时间基础上的受控爆破，它利用了电子定时器的优点通过采用石英振荡器或陶瓷振荡器作为在爆破操作的通常应用环境下的基准，并且即便在不利的应用环境下石英振荡器破裂以后，也可确保高精度电子定时器的工作，还可防止残留的不点火范围。
当加到电子定时雷管上的点火冲击的模式对应于，例如，岩石由于破坏而移动使得雷管受到压挤的情况时，会受到极大的冲击压力。因此认为电子定时雷管自身会被压塌。然而，根据本发明，对石英振荡器损坏的检测是在由冲击产生的石英振荡器的损坏与岩石对电子定时雷管的挤压在时间上产生差异期间进行的，因此设置一个电子雷管以便根据被检测信号将其引爆。这样，与残留的不点火有关的问题就可以解决了。
在本发明的第一方面，提供了一种电子定时雷管，包括：
一个充电电路，用于存储电源提供的电能；
一个延时电路，用于通过利用存储在充电电路中的电能确定时间周期而由此输出一个触发信号；以及
一个第一开关电路，用于根据触发信号将存储在充电电路中的电能提供给点火元件，
其中对外加给电子定时电路的冲击而言，电子雷管感应起爆范围冲击值的下限与电子定时器的可工作范围中冲击值的上限大致重迭。
这里描述的感应起爆范围表示了一个范围，它包括传统的同时起爆和一个如下所述的自起爆中的至少一个。换句话说，感应起爆范围对应于一个范围，该范围既包括雷管因为外部冲击而被引爆的所谓同时起爆，或包括根据从内部探测到的电子定时器的失效雷管被强制引爆的自起爆。即使在由于任何原因而引起引爆的情况下，雷管也会在没有电子定时器的计数时被引爆。
在本发明的第二方面，提供有一个电子定时雷管，它包括：
一个充电电路，用于存储电源提供的电能；
一个延时电路，用于利用存储在充电电路中的电能确定时间周期而由此输出一个触发信号；以及
一个第一开关电路，用于根据触发信号将存储在充电电路中的电能提供给点火元件，其中延时电路包括：
第一振荡电路，利用石英振荡器的特征频率作为基准；
第二振荡电路带有抗冲击性能；
一个计数周期产生电路，用于通过利用第二振荡电路的脉冲产生一个或多个计数周期以使计数周期与第一振荡电路的脉冲产生的基准周期相符；以及
一个触发信号发生电路用于在计数周期的基础上产生并输出触发信号。
在本发明的第三方面，提供有一个电子定时雷管，它包括：
一个充电电路，用于存储电源提供的电能；
一个延时电路，用于利用存储在充电电路中的电能确定时间周期而由此输出一个触发信号；以及
一个第一开关电路，用于根据触发信号将存储在充电电路中的电能提供给点火元件，其中电子定时器包括：
一个失效检测电路，用于检测电路元件的失效，当电路元件受到爆破冲击时发生失效，失效检测电路输出一个失效检测信号；
一个强制触发电路，用于根据失效检测信号输出一个强制触发信号；以及
一个第二开关电路，用于根据强制触发信号将存储在充电电路中的电能提供给点火元件。
在本发明的第四方面，提供有一个电子定时雷管，它包括：
一个充电电路，用于存储电源提供的电能；
一个延时电路，用于利用存储在充电电路中的电能确定时间周期以由此输出一个触发信号；以及
一个第一开关电路，用于根据触发信号将存储在充电电路中的电能提供给点火元件，其中电子定时器被装入带有抗冲击性能的圆筒，电子定时器与圆筒壁间确定的间隙充满粘弹性材料。在本发明的第五方面，提供有一个电子定时雷管，它包括：
一个充电电路，用于存储电源提供的电能；
一个延时电路，用于利用存储在充电电路中的电能确定时间周期以由此输出一个触发信号；以及
一个第一开关电路，用于根据触发信号将存储在充电电路中的电能提供给点火元件，其中电子定时器被装入带有抗冲击性能的圆筒，只有充电电路的周边盖有泡沫树脂和象凝胶一样的皮质材料中的一种，其针入度范围从10到100，而且电子定时器与圆筒壁间的全部间隙都填满了粘弹性材料。
本发明的第一个实施例的特征在于：延时电路利用石英振荡器的特征频率作为基准完成计数操作，石英振荡器的晶体长度T在2.0mm到3.5mm的范围内，而晶体长度T与宽度A之比T/A在2.0到3.5的范围内。
本发明的第二个实施例的特征在于触发信号发生电路包括：
一个基准脉冲产生电路，用于在计数周期的基础上产生一个基准脉冲；以及
一个主计数器电路，用于在主计数器电路已经按预定次数对基准脉冲进行计数后，输出触发信号。
本发明的第三个实施例的特征在于计数周期产生电路包括：
一个电路，用于在信号产生电路已经按第一和第二预定次数对第一振荡电路输出的脉冲进行计数后，产生计数周期生成开始信号和计数周期生成终止信号；以及
一个周期性计数数据电路，用于在接收到计数周期生成开始信号时启动对第二振荡电路输出的脉冲的计数，在接收计数周期生成终止信号时结束对第二振荡电路的输出脉冲的计数，然后固定住计数的结果作为计数周期。
本发明的第四个实施例的特征在于计数周期产生电路包括：
对上述基准周期，利用第一振荡电路产生的脉冲作为基准，用于产生第一至第n(≥2)个固定时间间隔的装置，这些固定时间间隔中的最小固定时间间隔与最小点火时间间隔相等，并且这些固定时间间隔是预先确定而且互不相同；以及利用第二振荡电路产生的一个脉冲序列作为基准，根据第一至第n个固定时间间隔，产生并锁住第一至第n(≥2)个计数周期的装置。
并且其中触发信号发生电路包括：
第一至第n分离装置，用于利用第二振荡电路产生的一个脉冲序列作为基准，依照第一至第n个计数周期，各自按逆序以预定次数将预定延迟时间间隔分开；以及
用于当预定延迟时间间隔在第一计数周期内已被上述分离装置按预定次数分开后，产生触发信号的装置。
本发明的第五个实施例的特征在于，产生第一至第n个固定时间间隔的装置包括：
产生第一个固定时间间隔的计数器，用于对在第一个固定时间间隔内由第一振荡电路产生的一个脉冲序列进行计数；以及
产生第二至第n个固定时间间隔的计数器，用于分别对在第二至第n个固定时间间隔内由第一振荡电路产生的脉冲序列进行计数。
本发明的第六个实施例的特征在于：第一至第n个分离装置分别包括：
闭锁电路，用于锁住第一至第n个固定时间间隔；
第一至第n分离计数器，它们被设置成第一至第n个固定时间间隔在闭锁电路上被分别锁住，第一至第n分离计数器分别对第二振荡电路产生的脉冲序列进行计数并且每次计数结束后输出脉冲信号；以及
第一至第n个计数器，用于在第一至第n分离计数器每次计数结束后对第一至第n分离计数器输出的脉冲计数，第一至第n个计数器被依次激发使得将第(m-1)个计数器响应于第m(≤n)个计数器的计数结束而从复位状态释放。
本发明的第七个实施例的特征在于：在由点火元件点火的导火炸药层与第一级炸药层间设置有间距，间距范围为4mm至14mm。
本发明的第九个实施例的特征在于：用于检测充电电路失效的电路，在充电电路充电结束后检测充电电路的电压值，并且检测到电压值已达到用于引爆电子雷管的最小引爆电压。
本发明的第十个实施例的特征在于：用于检测充电电路失效的电路，在充电电路充电结束后，检测到充电电路放电电压对时间的梯度大于一个特定值。
本发明的第十一个实施例的特征在于：粘弹性材料的硬度范围在日本工业标准肖氏A级硬度计下测为10至90。
本发明的第十二个实施例的特征在于：圆筒盖有塑料外壳。
本发明的第十三个实施例的特征在于：电子雷管与其中装有电子定时器的圆筒共轴，并且具有从圆筒投影过来的形状。
本发明的上述方面或实施例根据预计的目标可以被单独或联合起来表现。
现在将通过举例，参照附图，描述本发明的优选实施例，其中：
图1是一个电路图，大略表示出一般电子定时雷管的电路排布；
图2是一个方案视图，比较地表示出电子定时雷管和通常定时雷管的感应起爆范围和电子定时器工作范围的特征；
图3是一个电路图，表示出根据本发明用于电子定时雷管中的电子定时器的电路构造例子；
图4A和4B表示出图3中所示带有集成电路定时器的模块的例子的外观，它实际上已装在衬底上，其中图4A和图4B分别是一个侧视图和一个平面图；
图5A是一个剖面图，表示图3中所示的电子定时雷管的结构的一个例子；
图5B是一个透视图，表示并入电子定时雷管的内壳层的结构；
图6A和图6B表示图3中带有集成电路定时器模块的另一个例子的外观，它实际上已经装到衬底(印刷电路板)上，其中图6A和图6B分别是平面图和侧视图；
图7是一个剖视图，表示根据本发明的一个抗冲击电子定时雷管的结构的另一个例子；
图8A、图8B和图8C分别表示用在本发明中的电子定时器所采用的每个石英振荡器的晶体形状外观，其中图8A是一个表示一种AT式石英振荡器的晶体形状的透视图，图8B是一个表示一种E式石英振荡器的晶体形状的透视图，图8C是一个表示音叉式石英振荡器的晶体形状的透视图；
图9是一个电路图，表示用于本发明实施例的图3中的集成电路定时器的电路构造；
图10是一个脉冲波形图，用于描述图9中所示的相应元件的波形例子。
图11是一个电路图，表示图3的集成电路定时器的另一种电路构造的例子；
图12是一个脉冲波形图，用于描述图11中所示的相应元件的波形例子。
图13表示图11中所示的集成电路定时器的一个改型，并且是一个方框图，表示采用三个固定时间间隔的改型的结构；
图14表示图11中所示的集成电路定时器的另一个改型，并且是一个方框图，表示仅采用一个固定时间间隔的改型的结构；
图15是一个方框图，表示图3中集成电路定时器的电路构造进一步的例子；
图16是一个电路图表示根据本发明，用于电子定时雷管的电子定时器的电路构造的另一个例子；以及
图17是一个电路图，表示图16中所示电子定时器的改型的电路构造。
在根据本发明的第一种基本模式中，电子定时雷管的电子定时器能工作的冲击值范围的上限，被扩大到电子雷管感应起爆的冲击值范围的下限的邻域，或者直至它将下限覆盖，由此使电子定时器在较宽的冲击范围(参照图2C-(1))内可以启动以引爆电子雷管。
当能使以作为基准的石英振荡器的特征频率为基础开始计数的电子定时器可工作的冲击值范围的上限，提高到由此允许电子雷管起爆的电子雷管感应起爆范围的冲击值的下限时，可以消除不点火范围而不必损害计数精度。
用于扩大电子定时器的工作范围的专门方法，可以如下列所述：
(1)首先，电子定时器装入在压力下不变形或基本不变形的外壳中。
尽管在外部压力下外壳受到的力根据组成外壳的圆筒的材料性质或外径及其形状而变化，外壳仍需要承受直到使雷管能同时起爆的外力范围。因此，有必要设计外壳以承受30Mp及更大的静水压。外壳的外径最好降至10mm至30mm。外壳的厚度需要降至0.5mm至2mm。
用于外壳的材料的弹性模量最好为最少10,000kg/mm2或更大。对于外壳的材料，可以提到，例如，象不锈钢、铁、铜、铝或黄铜，或这些金属的合金，或玻璃纤维增强塑料(FTP)或诸如此类的材料。根据材料的加工性能和均匀性外壳的形状最好是圆柱形。此外，为增强抵抗力，最好还在柱状外壳的环向和轴向加上筋板。
(2)然后，组成电子定时器的电子元件通过一种固定剂或固定介质，与其上通过钎焊或机械方式连接有元件的衬底整体成型。
如上所述，由于在每个炮眼附近产生有从几万个G到几十万个G的加速度，仅仅通过象钎焊这样的方法将电子元件固定到衬底上可能会由于加在那里的冲击，而导致电子元件从衬底滑脱。因此有必要将电子元件与衬底更紧固地整体成型。
对用于在上述冲击下将电子元件与衬底结合成一体的固定介质而言，可以采用热固树脂，如环氧树脂、环氧丙烯酸脂树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、蜜胺树脂、尿素树脂、氨基甲酸乙酯树脂和膨胀氨基甲酸乙酯树脂；硅氧烷弹性体；弹性橡胶材料，象硅橡胶和氨基甲酸乙酯橡胶；等等。然而，这些固定剂需要具有至少在日本工业标准肖氏A级硬度计下测为10或更高的硬度。这是因为当元件硬度下降至低于10时，即用于以针入度评定硬度的凝胶类的皮质材料范围，削弱了衬底与元件成型成一个整体带来的效果，从而使元件从衬底滑脱。
(3)然后，设计电子定时器以防止与外壳碰撞。
尤其是当电子定时雷管被从一个方向冲击时，如果电子定时器不与外壳接触，它会与外壳碰撞。因此电子定时器会受到大约与第一次冲击的两倍一样强的冲击。因此从防止电子定时器与外壳碰撞的观点看，有必要在电子定时器和外壳之间设置一种间隙填充物或填料。
关于间隙填充物的选择，重要的是填料具有粘弹性的特点。换句话说，可以用低弹性模量的软性材料做填料。当其弹性模量较大时(100kg/mm2或更大)，加在圆筒上的冲击被直接传给电子元件使得元件有时产生损坏。因此，带有这么高的弹性模量的材料不是优选的。硬度最好是在日本工业标准肖氏A级硬度计下测为90或更低，如在在日本工业标准肖氏A级硬度计下测为10至90则为更佳。优选的材料可以是，例如，硅橡胶，氨基甲酸乙酯橡胶或诸如此类的材料。
(4)接下来，电子定时器被装入带有抗冲击性能的圆筒，使得只有电子定时器的特殊元件的周围是低密度区以保护特殊元件。
当放有被插入电子定时雷管的炸药的爆破炮眼，是如上所述的水门时，电子定时雷管进入一种被一种不可压缩的、均匀的媒质包围的状态，即，水，使得电子定时雷管在它的整个周边受到一个水下冲击波。由于水下冲击波特别尖锐的波穿透了外壳及间隙填充物，从而到达了电子元件，对冲击敏感的电子元件会受水下冲击波的影响。
根据本发明，在电子定时器用于一种基本模式下时，对水下冲击波最敏感的电子元件可能是一个电容器和一个石英振荡器，它们组成了一个充电电路。石英振荡器的冲击破坏水平会根据它的振动方式而改变，但是与其它电子元件相比它在结构上的抗冲击性较低。当一个阻容电路与石英振荡器结合使用并作为对时间周期的计数基准时，与仅用石英振荡器作为时间周期计数基准的延时电路相比，计数精度有所降低。然而不是不可能将电子雷管的抗冲击性提高到一定程度。
对电容器的种类而言，电解电容器对冲击最为敏感。当一个强烈的冲击加到电解电容器上时，会出现存储于其中的电荷非正常放电的现象。当电容器是由这样一种电容器组成时，引爆雷管所需的预定电能应该保存在电容器中，直至延时电路对时间周期的计数结束。这样，当由于在计数完成之前电荷因非正常放电而损失时，就会发生不点火。
因此提高上述电容器的抗冲击性能就更为重要。因此有必要抑制到达电容器的冲击波。为了抑制冲击波，在电容器周围形成有一个低密度区。具体而言，最好将电容器遮住，例如，一种可以通过在电容器周围绕上泡沫树脂，一种可以通过在电容器周围设置一种粘性很高的皮质材料层，如类凝胶的皮质材料，以形成双保护层，或者一种可以将一种泡沫介质直接加到粘弹性材料上。当电容器采用了，例如，外形为10-16mmL时，最好只将电容器的外层圆柱面盖上一层形状为厚度为0.5mm至5mm(最好为2mm至4mm)长度为10mm至15mm的保护材料。用作保护材料的泡沫树脂可以是泡沫聚乙烯、膨胀氨基甲酸乙酯或诸如此类的材料。泡沫树脂的膨胀比最好为几倍到几十倍。此外，上述的硅凝胶，氨基甲酸乙酯凝胶或诸如此类的材料也适宜作为用作保护材料的类凝胶皮质材料，并且针入度以10到100为宜。针入度被确定为采用根据日本工业标准JISK-2220的稠度试验方法，所用的针总重为9.38g，形状为1/4锥形。
将泡沫介质加入粘弹性材料的例子可以是，将颗粒直径为10至150μm的Sirasu(白沙)微球(SMB)、玻璃微球(GMB)或诸如此类的材料加入在日本工业标准肖氏A级硬度计下测硬度为10至90的粘弹性材料，如硅橡胶、氨基甲酸乙酯橡胶或诸如此类的材料。成分组成体积比以10％至50％为宜。当成分组成低于10％时，会降低冲击波缓冲力。另一方面，当成分组成超过50％时，施加到粘弹性上的影响增大。在可制造性上流动性变差。因此，上述成分组成之外的组成不是优选的。特别是当装有电子定时器的外壳为圆柱型时，在外壳的纵向上，电容器最好设置成大体与其电极板(即，铝电解电容器外壳内的电极铝片)平行。这是因为当电容器设置成其方向与外壳纵轴方向垂直的状态时，由于没有设置刚性壁，圆柱形外壳对从上方和下方所加的冲击敏感，因此导致了由于冲击使电极板互相靠近而产生绝缘击穿，或者它们会互相接触而产生内部短路放电的可能性。
(5)根据一种仅将电子雷管插入炸药并在炸药外设置电子定时器的方法配置炸药。
当雷管装填了含在水里的浆状炸药并投入使用时，放入炸药中的雷管受到相当于几倍使管受到冲击时的周围水下振动的压力。因此，在这种情况下，电子定时器最好不插入炸药中。
(6)如果电子定时器利用石英振荡器的特征频率作为基准，执行了对时间周期的计数，则可以实现电子定时雷管的高精度起爆延迟时间。
根据图8A、8B和8C所示的晶体棒的形状，石英振荡器被粗略地分为三种；第一种是AT式(见图8A)具有厚度上大体相等的平面形状或者凸形的类透镜形状，后者在中心附近较厚而在其接近边缘处越来越薄；第二种是E式(见图8B)，在厚度上相等，具有E字形类平面构造形式；而第三种是音叉式(见图8C)，在厚度上相等，具有音叉式类平面形状。
不考虑上述三种石英振荡器，可以通过采用晶体棒长度T为2.0mm至3.5mm而晶体棒的长宽比为2.0至3.5，最好是长度T为2.0mm至3.0mm而晶体棒的长宽比为2.0至3.0的石英振荡器，提高抗加速性能以扩大电子定时器的工作范围。在这种情况下，对晶体棒的厚度而言，以100μm至200μm为宜。晶体长度为2mm或以下不是优选的，因为在电路方面阻抗增加，而且可制造性变差并且成本增高。
(7)此外，通过构造出带有作为基准的石英振荡器的第一振荡电路的延时电路、第二振荡电路、用于利用第二振荡电路产生计数周期，以使计数周期与第一振荡电路产生的基准周期相符的时钟或计数周期产生电路；以及一个用于以计数周期为基准输出触发信号的触发信号发生电路，可以彻底解决石英振荡器抗低冲击性能的问题而且能以高精度实现对时间周期的计数。
触发信号发生电路最好包括一个用于产生以计数周期为基准的脉冲信号的基准脉冲输出电路，和一个用于当它已经计数完预置次数的基准脉冲，就输出触发信号的主计数器电路。
此外，计数周期产生电路包括一个用于当计数周期产生电路已经计数完第一和第二预置次数的从第一振荡电路输出的脉冲时，产生计数脉冲生成的开始信号和计数脉冲生成的终止信号的电路，以及一个用于根据对计数周期生成的开始信号，来启动对从第二振荡电路输出的脉冲的计数；根据对计数周期生成的终止信号，来终止对从第二振荡电路输出的脉冲的计数的周期性计数数据电路，然后将计数结果固定为计数周期。
更为优选的是，计数周期产生电路带有用于利用从第一振荡电路产生的脉冲作为基准，产生预定的并且互不相同的第一到第n(≥2)个固定时间间隔作为基准的装置，其中最小固定时间间隔等于最小点火时间间隔。触发信号发生电路包括用于利用从第二振荡电路产生的脉冲序列为基准，依照第一到第n个固定时间间隔，按逆序分别将预定的延迟时间间隔分成预定数目份数的第一到第n个分离装置，以及一个用于当第一个分离装置已在第一个固定时间间隔将预定延迟时间间隔分成预定数目份数时，产生触发信号的电路。
第一到第n个固定时间间隔产生装置包括用于在第一个固定时间间隔里对从第一振荡电路产生的脉冲序列进行计数的第一个固定时间间隔产生计数器，以及在第二到第n个固定时间间隔里分别对从第一振荡电路产生的脉冲序列进行计数的第二到第n个固定时间间隔产生计数器。
此外，第一到第n个分离装置分别包括用于锁住第一到第n个固定时间间隔的闭锁电路、设定有锁在闭锁电路中的第一到第n个固定时间间隔的第一到第n个分离计数器，它们可以分别用作对从第二振荡电路产生的脉冲序列计数，并且在每次计数终了输出脉冲信号，以及每次第一到第n个分离装置计数终了时，对从第一到第n个分离计数器输出的脉冲进行计数的第一到第n个计数器，它们被依次激发以响应于第m(≤n)个计数器的计数终了，而从复位状态释放第(m-1)个计数器。
上述方法可以根据预计的目标被单独或结合起来使用。
在本发明的第二种基本模式中，电子雷管同时起爆范围中冲击值的下限被扩大到电子定时器工作范围的冲击值上限的邻域，或者直到上述范围覆盖了冲击值的下限，因此消除了不点火范围(参照图2-C-(2))。
雷管的感应起爆敏感度随点火充电层和第一级炸药层间确定的间距(见图5A中的L)而变化。尤其当间距为4mm至14mm时，同时起爆范围可以被大大地扩大。
在本发明的第三种基本模式中，电子定时器带有根据检测到它的失效，甚至检测出由于主要是爆破冲击的不可预期的原因引起的失效的指示，而强制引爆电子雷管的装置(见图2-C-(3))。
电子定时器包括一个用于检测电路元件失效的失效检测电路，用于当电子定时器受到爆破冲击由此从那里输出一个失效检测信号、一个用于根据失效检测信号输出强制触发信号的强制触发电路，和一个用于根据强制触发信号将存储在充电电路中的电能提供给点火元件的开关电路。
(1)失效检测电路包括用于检测石英振荡器工作故障的故障石英振荡器。
(2)失效检测电路可以包括一个用于检测充电电路的失效的电路。最好将失效检测电路设置成在充电电路充电结束后检测充电电路的电压值，并且能检测出电压值已经降至可以引爆电子雷管的最小引爆电压。可以选择的是，可以将失效充电电路检测电路设置成在充电电路充电结束后，能检测出充电电路放电电压的时间梯度大于一个特定值。
由于这些设置，因为电子定时雷管在强制点火下是自爆破的，例如，当雷管受到一个相当于不点火范围中的阈值的冲击时，导致感应起爆范围与工作范围相连。这相当于导致了同时起爆范围被扩大到电子定时器的工作范围的邻域，或者直到上述范围覆盖了冲击值的工作范围，由此消除了不点火范围。另外，上述方法可以被单独或结合起来应用。
上述三种模式应该根据预计的目标被单独或结合起来应用。
这些模式的构思将会在图2中表示出来。
现在将参照附图详尽描述本发明的优选实施例。
图3是一个框图，表示出根据本发明的第一个实施例的电子定时雷管的混合集成电路(HIC)的电路构造。图4A和4B分别表示这种雷管的一个HIC模块，其中图3中所示的HIC实际已经装在衬底上。此外，本实施例对应于上述第一种基本模式中的段落(1)、(2)和(6)，和上述的第二个基本模式。下面将参照附图描述本实施例。
如图3所示HIC被设置成电能由电爆机(未表示出)经一根导线、一根连接线(未表示出)和一根用于爆破的引线111-1(见图4a和4B)提供。引线111-1通过钎焊与图3中所示的HIC的输入接线端113-A和113-B相连。一个用于提供输入端与内部电路间的匹配的整流器，联在接收电爆机提供的电能的输入端113-A与113-B之间。
一个电容器120并联接在整流器115的输出端之间以便能够从任一方向充电。一个分路电阻器119与电容器120并联，并且并联接在整流器115的输入接线端之间。此外，恒压电路121的输入接线端与电容器120并联。用于加速放电的电阻器122与电容器120并联，并且并联接在恒压电路121的输入接线端之间。分路电阻器119可防止杂散电流将电容器120充电至引爆雷管的电压，这可能经常发生在爆破点。电阻器被用来当电子定时雷管由于一些原因在电爆机提供了电能之后仍保持不点火状态时，对电容器120中所充的电能进行快速放电。
恒压电路121的输出接线端连有一个时间定常电路，用于产生需要对集成电路定时器130的内部功能进行复位的保持时间，它包括一个用于稳定恒压电路121的输出电压的，由电阻器125、电容器127和滤波电容器123组成的串联电路，和一个集成电路定时器130的电源接线端。时间定常电路的输出电压被输入集成电路定时器130，然后由一个包括集成电路定时器130的比较器(未表示出)，将其与一个含在集成电路定时器130中的基准电压产生电路(未表示出)的输出电压相比较。当这两个电压电平相互重合时，从集成电路定时器130内输出一个复位-释放信号。
此外，集成电路定时器130包括一个利用石英振荡器131的特征频率作为基准的振荡电路(未表示出)，一个用于将振荡电路的输出脉冲根据上述的复位-释放信号分频成每个周期为1ms的分频器，和一个用于对分频器的输出脉冲按开关电路确定的数目计数，并在计数完成后输出一个触发信号TS的计数电路(未表示出)。如图3所示，振荡反相器(未表示出)的一个门电容135和一个漏极电容137连在石英振荡器131和地之间。
用于电子雷管的由一个电子开关装置(例如，一个硅可控整流器)140和一个点火电阻器(未表示出)组成的串联电路，跨接在电容器120上使得电子开关装置可以响应触发信号TS而被关闭，以便将存储在电容器120中的电能经过引线143-1和143-2传给点火电阻器，用于分别钎焊在输出接线端141-A和141-B上的电子雷管(见图4A和4B)。
上述全集成电路块形式的元件或封装形式元件通过钎焊装在衬底(印刷板)145上。此外，引线111-1、111-2、143-1和143-2，电解电容120和石英振荡器131被允许伸过它们相应的确定在板145上的透孔，并被钎焊在板145上。
此外，本实施例被设置成为如下的一个合适的特例：即，电容器120包括一个电解电容(1,000μF)，而电阻器119和122分别由15Ω和200Ω的集成电路式电阻器组成。整流器115和恒压电路121分别由封装的类集成电路块元件构成。电阻器125由集成电路式电阻器组成而电容器123和127分别由多层陶瓷电容器组成。此外，集成电路定时器130由单片CMOS集成电路组成并且制成封装的形式。漏极电容器137和门电容135分别由多层陶瓷电容器组成。而且，电子开关装置140包括一个封装的集成电路块形状的SCR(硅可控整流器)。
图5A表示根据第一个实施例的电子定时雷管的内部电路构造。根据本实施例，参照图3、4A和4B的描述制成的HIC模块被插入不锈钢制成的金属外壳213(其外径和厚度分别为15mm和1.5mm)。在这种条件下，将树脂装入金属外壳中使得在外壳内形成一个树脂层211。一种具有慢硬化性能和柔韧性的两组分环氧化合物树脂(商品名：TB2023(主要材料)/TB2105F(固化剂)由Three Bond公司生产)，被用作装填的树脂。
此外，一种电子雷管200包括一层装有基药217的壳219、第一级炸药215、一段间隙229、一个包括有一个密封塞225的点火元件300、导火炸药223和穿过密封塞225及引线143-1、143-2并与之相连的点火电阻丝221。电子雷管200与HIC模块通过与点火电阻丝221相连的引线143-1、143-2相连。
电子雷管200的各自的元件的排列如下：导火炸药223设在点火电阻丝221周围。如图5A所示第一级炸药215插进与从导火炸药层223延伸的间隙9相邻的，一个内壳层231-1与第二个内壳层231-2之间。基药217被沿着电子雷管200的前端方向填入以与第一级炸药215接触。
当在不同方式下其结构和爆破冲击试验条件改变时，按如上描述构造的电子定时雷管在水中的爆破冲击试验会受影响。电子定时雷管在水中经受的爆破冲击，可以被假定为相当于电子定时雷管受到在实际爆破点预期产生的泉水，在各个方向上的压挤的情况。一种浆状炸药(100g：炸药直径上为英制尺寸)被用作爆破冲击的产生源，并且被放置在水下2m的深度而样品放在离浆状炸药预定距离远。而且，距离被以不同方式改变而样品种类也作多种改变。
通过改变导火炸药层223与第一级炸药层215之间的间隙229的长度(对应于图5A中的L)进行的爆破冲击试验的结果，会在下面的表1中表示出来。根据表1的结果，可以知道如果电子雷管200的构造形式，即，导火炸药层223与第一级炸药层215之间的间隙的长度L被设置以降至4mm到14mm的范围，则同时起爆范围被扩大。也可以知道如果间隙长度L降至作为优选条件的8mm到14mm的范围内，则即使用于本实施例中的石英振荡器受到爆破冲击而损坏，电子雷管200也会同时起爆，因此就避免了不点火。
此外，在与上述爆破冲击试验相同的条件下，通过在间隙长度固定为0mm的难于产生同时起爆的条件下，改变晶体棒的尺寸进行的爆破冲击试验的结果，将在下面的表2中表示出来。根据表2的结果，可以看出当采用了晶体长度T小于或等于3.5mm并且晶体棒的长度T与宽度A之比T/A小于或等于3.5的石英振荡器时，与其它样品相比，电子定时器100的工作范围被极大地扩大。尤其当采用了晶体棒长度T为2.48mm并且晶体的长度T与宽度A之比T/A为2.48的石英振荡器时，得到最满意的结果。
此外，在与上述爆破冲击试验相同的条件下，通过改变间隙长度和晶体尺寸的组合而进行的爆破冲击试验的结果，将在下面的表3中表示出来。根据表3的结果，可以看出对晶体形状的选择容许电子定时器100的工作极限增大，而且可以设置不同的抗冲击水平使得通过改变间隙长度不会导致任何不点火。
另外，在与上述爆破冲击试验相同的条件下以不同的形式，通过改变在HIC模块被插入不锈钢制成的金属外壳213(其外径和厚度分别为15mm和1.5mm)时要被密封的材料，并且对被改变材料进行比较而进行的爆破冲击试验的结果，将在下面的表4中表示出来。根据表4的结果，可以看出采用类凝胶的硅树脂作密封材料的石英振荡器的抗冲击性能得到提高。
表1
导火炸药层与第一级炸药层间的间隙长度(mm) 石英振荡器 根据爆破冲击距离的电子定时器的工作条件(正常起爆次数/试验次数)
类型 晶体尺寸(mm) T/A
全长T 宽度A 厚度
    15cm     25cm     35cm     45cm  75cm
    0   AT   7.0   1.7  0.1-0.4  4.1 0/6*6/6SD 0/6*4/6SD*2/6CD 0/6*6/6CD 1/6*5/6CD 6/6
    4   AT   7.0   1.7  0.1-0.4  4.1 0/6*6/6SD 0/6*6/6SD 0/6*1/6SD*5/6CD 2/6*4/6CD 6/6
    8   AT   7.0   1.7  0.1-0.4  4.1 0/6*6/6SD 0/6*6/6SD 0/6*6/6SD 1/6*5/6SD 6/6
    14   AT   7.0   1.7  0.1-0.4  4.1 0/6*6/6SD 0/6*6/6SD 0/6*6/6SD 0/6*6/6SD 6/6
注)  *：失效模式
SD：同时起爆
CD：晶体破裂
表2
导火炸药层与第一级炸药层间的间隙长度(mm)   石英振荡器 根据爆破冲击距离的电子定时器的工作条件(正常起爆次数/试验次数)
类型 晶体尺寸(mm)   T/A
全长T   宽度A   厚度   15cm   25cm   35cm   45cm   75cm
    0   AT     7.0     1.7   0.1-0.4     4.1 0/6*6/6SD 0/6*4/6SD*2/6CD 0/6*6/6CD 1/6*5/6CD 6/6
    0 Tun-ingfork     4.5     1.0     0.2     4.5 0/6*6/6SD 0/6*4/6SD*2/6CD 0/6*6/6CD 1/6*5/6CD 6/6
    0 Tun-ingfork     3.5     0.9     0.3     3.9 0/6*6/6SD 0/6*4/6SD*2/6CD 1/6*5/6CD 2/6*4/6CD 6/6
    0 Tun-ingfork     3.5     1.0     0.2     3.5 0/6*6/6SD 0/6*4/6SD*2/6CD 6/6 6/6 6/6
    0 Tun-ingfork     2.48     1.0     0.1    2.48 0/6*6/6SD 0/6*4/6SD 6/6 6/6 6/6
注)  *：失效模式
SD：同时起爆
CD：晶体破裂
表3
导火炸药层与第一级炸药层间的间隙长度(mm) 石英振荡器 根据爆破冲击距离的电子定时器的工作条件(正常起爆次数/试验次数)
类型 晶体尺寸(mm)   T/A
全长T 宽度A   厚度
  15cm     25cm     35cm     45cm  75cm
    14  AT     7.0     1.7     0.1-0.4   4.1 0/6*6/6SD 0/6*6/6SD 0/6*6/6SD 0/6*6/6SD 6/6
    8  Tuningfork     4.5     1.0     0.2   4.5 0/6*6/6SD 0/6*6/6SD 0/6*6/6SD 1/6*5/6SD 6/6
    8  Tuningfork     3.5     0.9     0.3   3.9 0/6*6/6SD 0/6*6/6SD 0/6*6/6SD 2/6*4/6SD 6/6
    4  Tuningfork     3.5     1.0     0.2   3.5 0/6*6/6SD 0/6*6/6SD 5/6*1/6SD 6/6 6/6
    4  Tuningfork     2.48     1.0     0.1  2.48 0/6*6/6SD 0/6*6/6SD 5/6*1/6SD 6/6 6/6
    0  Tuningfork     2.48     1.0     0.1  2.48 0/6*6/6SD 2/6*4/6SD 6/6 6/6 6/6
注)  *：失效模式
SD：同时起爆
表4
密封材料 导火炸药层与第一级炸药层间的间隙长度(mm)     石英振荡器 根据爆破冲击距离的电子定时器的工作条件(正常起爆次数/试验次数)
类型     晶体尺寸(mm) T/A
全长T 宽度A 厚度
35cm 40cm 45cm 50cm  75cm
环氧树脂     4   AT     7.0     1.7   0.1-0.4  4.1 0/6*1/6SD*5/6CD  0/6*6/6CD 0/6*4/6CD 0/6*2/6CD 6/6
硅树脂     4   AT     7.0     1.7   0.1-0.4  4.1 0/6*1/6SD*5/6CD 3/6*3/6CD 5/6*1/6CD 6/6 6/6
膨胀氨基甲酸乙脂树脂     4   AT     7.0     1.7   0.1-0.4 4.1 0/6*1/6SD*5/6CD 2/6*4/6CD 4/6*2/6CD 6/6 6/6
类凝胶硅树脂     4   AT     7.0     1.7   0.1-0.4  4.1 2/6*1/6SD*4/6CD 5/6*1/6CD 6/6 6/6 6/6
注)  *：失效模式
SD：同时起爆
CD：晶体破裂
图6A和图6B分别表示用于本实施例中的HIC模块，其中用于第一个实施例中的混合电路实际上已经装在板上。此外，图6中的电气连接情况遵照了在图4中所表示的第一个实施例，因此就省略了对它的详细描述。图7表示根据本发明的第二个实施例带有如图6A和6B所示HIC模块的电子定时雷管。此外，本实施例还表示出了对应于上述第一个基本模式中第1至第5段的一个实施例。下面将参照图7描述本实施例。
一个电子定时器100被装入包含有一个金属圆筒313的外壳311中。外壳311通过一个接合部分317与一个柱帽315相连，电子雷管200的一部分插入柱帽并固定。由于金属圆筒313被认为会在运输过程中当金属圆筒31 3暴露在外面时，由于与电子雷管200的碰撞而引起意外爆炸，所以最好按照本实施例中所描述的安全装载，用塑料盒或类似的东西盖住金属圆筒313的周边。一种粘弹性材料319被填入电子定时器100与金属圆筒313之间的孔隙内。
更具体地描述的话，电子定时器100由包括有一个电容器120的电子装置、一个石英振荡器131、一个集成电路定时器130，等等组成。这些电子部件都装在板145的表面。板145由玻璃钢板制成。而且，板145与通过柱帽31 5在输入侧与电爆机(未表示出)相连的引线111-1和111-2相连，并与通过一个用于制动雷管的制动器在输出侧与引线143-1、143-2相连。
象引线111-1、111-2、143-2、和143-2这样的分立式器件、电容器120和石英振荡器131，穿透过它们对应的确定在板145上透孔并钎焊在板145上。设在透孔周围的板145的内表面和双面上的部件，被用导电金属薄片固定在板145上。进而，通过从板145的一侧钎焊使焊锡在相反面渡过金属薄片表面，使得分立式器件与板145紧固电气连接。此外，外壳311和柱帽315的部分在金属圆筒313的两端构成了内柱帽部分323和325。如上所述构成的内柱帽部分323和325加强了金属圆筒31 3以防止金属圆筒313由于爆破冲击而压坏。内柱帽部分323和325需要与金属圆筒31 3搭接的长度最少为3mm。
此外，在外壳311的内壁上设置有一个凸块327。凸块327使电子定时器100保持在垂直位置，并且使金属圆筒313与电子定时器100间的间隙也保持垂直。设置这一间隙也是为了填满粘弹性材料319。由于板145设置成与金属圆筒313成直角，所以板145加强了金属圆筒313防止其受冲击变形。
当金属圆筒313直径减小时，板145可能变得细长以致与金属圆筒313的轴向平行。
此外，用来制造外壳311、柱帽315和雷管制动器321的材料可以是塑料，但最好具有100kg/mm2或更大的弹性模量。对应于此的材料可以是聚乙烯、聚酯、聚丙烯、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物)树脂或诸如此类的材料，最好是尼龙66、聚醛树脂或诸如此类具有200kg/mm2或更高弹性模量的材料。
最好在柱帽315的外圆周柱帽315压住雷管200的位置设置一个防错位制动器329。由于设置了防错位制动器329，本发明的电子定时雷管从插在电子定时雷管中的炸药(起爆药筒)中脱出来，因此使它可以提高爆破施工性能。
根据本发明的电子定时雷管的生产，最好将延长至电子定时器的输入引线111-1和111-2与输出引线143-1和143-2，从与金属圆筒313相同的方向取出。这是因为由于这样一种结构，可以用单触操作通过接合部分317，将带有电子定时器100的柱帽315压入包括着填有合适数量填料的外壳311中，从而将柱帽315与外壳311装在一起。另一方面，在柱帽已被装入外壳311后，树脂319被喷射入外壳311中时，需要一个注入孔而且容易将空气带入树脂319。因此，不推荐这种注入。
电子定时雷管的填料319如上所述而且改变冲击试验条件，在水和沙子中进行爆破冲击试验。电子定时雷管在水中经受的爆破冲击，可以被假定为相当于电子定时雷管受到如上所述的在实际爆破点预期产生的泉水在各个方向上的压挤的情况。电子定时雷管在沙子中经受的爆破冲击，可以被假定为相当于两种情况：一种情况下，电子定时雷管在岩石的弹性范围内受振动的挤压使得产生了移位加速度；另一种情况下，爆炸气体沿岩石裂缝进入从而产生了一个方向上的压挤的或者移位加速度。
用于金属圆筒313的材料是外径为27mm、厚度为1.7mm、长度为34mm的STKM钢(用于机械结构的碳钢管；日本工业标准G 344512typeC/Symb01STKM12C)。电子定时器采用外径为23mm、厚度为0.8mm的玻璃钢板衬底和4MHz的AT式石英振荡器。电容器采用16wV和1000μF(10mm-16mmL)的铝电解电容。此外，电容器保护材料331的厚度被设置为2mm至4mm，而金属圆筒313被填入7cc至10cc的粘弹性材料。
爆破冲击试验在下列条件下进行。即，一种浆状炸药(100g：炸药直径上为英制尺寸)被用作爆破冲击的产生源，并且被放置在水下2m的深度和沙子下80cm的深度而样品放在离浆状炸药预定距离远。而且，距离被以不同方式改变而样品种类也作多种改变。爆破冲击作用之后，将样品收回并检查有无损坏。
爆破冲击试验的结果将在下面的表5中表示出来。根据表5，可以知道本发明带来极大的影响；通过用粘弹性材料319覆盖住电子定时器，100电子定时器100所受的损坏减少了；而且通过用低密度材料331盖住电容器120的周边，存储在电容器20里电荷的非正常放电很少产生。
表5
填充物名称   硬度 对电容器周边的保护     冲击距离(cm)
    在沙中     在水中
10       15     20  40     50     60       75     90     105
环氧树脂 洛式硬度R130 无 0/5      4/5    5/5(13V)    (7V)   (1V) 0/5    1/5   *2/5     3/5    5/5(13V)  (7V)   (3V)     (1V)
有(泡沫聚乙烯) 0/5     *4/5   5/5(12V)    (7V) 0/5          *1/5(3V)          (1V)
聚苯乙烯 洛式硬度R110 无 0/5     *4/5   5/5(13V)    (6V) 0/5   *2/5 *2/5    *4/5    5/5(10V)  (8V)   (3V)
硅橡胶 A级肖氏硬度100 无 1/5      5/5    5/5(8V)     (0V) *4/5        *4/5      5/5(8V)          (3V)
硅橡胶 A级肖氏硬度90 无 *2/5     5/5(6V)     (0V) *4/5  *4/5(7V)   (5V)
有(硅凝胶) *1/5     5/5(4V)     (0V) 5/5     5/5(1V)   (1V)
有(加有体积百分比为15％的玻璃微球) *2/5     5/5(5V)     (0V) 5/5     5/5(2V)   (1V)
硅橡胶 A级肖氏硬度10 无 *1/5     5/5(5V)     (1V) 5/5     5/5(6V)   (3V)
硅凝胶 针入度100 无 1/5       5/5(4V)     (0V) 5/5     5/5(1V)   (0V)
硅凝胶 针入度20 无 (0/5)    5/5(4V) 5/5     5/5(1V)   (1V)
注1：分数表示正常电路与试验数之比。带符号*的数字表示只有石英振荡器产生损坏，其它视为正常。注2：括号内的数值表示冲击作用的时候在电容器上产生的压降。
现在将参照图9描述本发明的第三个实施例。此外，本实施例对应于上述第一种模式的第7段。图9表示用于本发明的一种集成电路定时器130内部电路构造的一个例子。集成电路定时器130按与图3中所示相同的排列构造并且由恒压电路413的一个输出电压驱动。图10是用于描述图9中所示的集成电路定时器130的脉冲波形图。
在图9中，参考标号411-A和411-B分别表示用于从电爆机(未表示出)接收电能的输入接线端。参考标号415表示一个连在输入接线端411-A与411-B间的用于分路杂散电流的分路电阻器。参考标号417表示一个二极管桥接电路，它不管加在输入接线端411-A与411-B间的直流电压极性如何，用来将预定极性的电压加到电容器419上，以防止电流从电容器419回流至输入接线端411-A和411-B。参考标号413表示利用电容器419作为电源并输出预定电能的恒压电路。
参考标号414表示一个，例如，振荡频率为3Hz的石英振荡电路。石英振荡电路414向每个第一和第二计数器423和425输出一个振荡脉冲SD。第一计数器423由一个复位电路427从复位状态释放，由此按预定数目(m)对振荡脉冲SD进行计数，随后向周期性计数数据电路429输出一个信号S1。
第二计数器425由复位电路427从复位状态释放，由此按由计数数据预置开关431设定的数目(n)对振荡脉冲SD进行计数，随后向周期性计数数据电路429输出一个信号S2。设置给第二计数器425的数目(n)大于由第一计数器423计数的数目(m)(n＞m)。
第二振荡电路435可以是冲击强度较大并且能抗邻近炸药的爆破冲击的一种。这样的一个振荡电路，最好是象CR振荡电路、环状振荡器、LC振荡电路或诸如此类的振荡电路，或者是采用了负阻程控单结晶体管(PUT)或诸如此类器件的振荡器。第二振荡电路435向每个周期性计数数据电路429及基准脉冲发生器437输出一个振荡脉冲SH。
周期性计数数据电路429响应于信号S1被从复位状态释放，以便对第二振荡电路435的振荡脉冲SH进行计数。之后，周期性计数数据电路429响应于信号S2，停止计数并保持所计数据(ΔT)。基准脉冲发生器437响应于信号S2，被从复位状态释放，以便按照对应于周期性计数数据电路429的所计数据(ΔT)，对第二振荡电路435的输出脉冲SH进行计数，并向主计数电路439输出一个基准时钟信号SI，并且也响应于信号SI被复位。
所计数据(ΔT)与根据由第一计数器423计数的预定数目(m)，并由计数数据复位开关431设定，并已被第二计数器425计数的数目(n)之差预定的时间相等：
ΔT＝(n-m)t                      …(1)
(其中t：石英振荡电路414的周期)
主计数器电路439响应于信号S2，被从复位状态释放，以便按照由计数数据预置开关441设定的数目(N)，对基准脉冲发生器437的输出信号SI进行计数，并向电子开关装置421输出一个触发信号SJ。电子开关装置421响应于触发信号SJ被关闭，以形成一个开关电路，从而放掉存储在电容器419中的电能。
现在将参照与10中所示的脉冲波形图详尽地描述图9所示的电路的操作。当电爆机产生的输出SA被输入输入接线端411-A和411-B时，电容器419被按照图10中所示的波形充电。图9中所示的电路被所充的电驱动。这样，电容器419充电结束后，在恒压电路413输出一个电压(见图10中的SD)以后，石英振荡器电路414开始振荡。
此外，经过从恒压电路413输出一个电压后的一段预定时间之后，复位电路427输出一个复位-释放信号SR。需要输出复位-释放信号SR的一段预定时间，等于石英振荡电路414稳定之后，直到石英振荡电路414产生一个输出脉冲SD的时间。响应于复位-释放信号SR，第一计数器423和第二计数器425开始分别对石英振荡电路414产生的输出脉冲SD计数。
当对石英振荡电路414产生的振荡脉冲SD计数了预定数目(m)之后，第一计数器423输出一个输出脉冲S1。响应于脉冲S1，周期性计数数据电路429开始对第二振荡电路435产生的输出脉冲SH计数。当对由预置开关431设定的振荡脉冲SD计数了预定数目(n)之后，第二计数器425输出一个输出脉冲S2。响应于脉冲S2，周期性计数数据电路429终止了对第二振荡电路435产生的输出脉冲SH的计数。从开始计数之后直到计数终止的计数时间为基准时间(ΔT)。
由第二计数器425产生的输出信号S2也被输入基准脉冲发生器437和主计数器电路439，所以它们的每个电路都响应于信号S2开始计数。基准脉冲发生器437每ΔT时间都输出一个输出脉冲SI，把自己设为初始计数状态，而主计数器电路439则对脉冲SI计数。当主计数器电路439对由预置开关441设定的输出脉冲SI计数了预定数目(n)之后，主计数器塑料439输出一个起爆触发信号SJ。然后，触发信号SJ触发了电子开关电路421从而形成了开关电路，使得存储在电容器419中的电能被放电。因此，可由下列公式给出，电爆机送出的电能输入以后直到触发信号输出的延迟时间间隔T，假定电爆机送出的电能输入以后直到输出复位信号SR的时间为tr。
T＝tr+(n×t)+(ΔT×N)             …(2)由公式可知，延迟时间T由第二计数器425的设置(431)和主计数器电路439的设置(441)决定。
此外，由于第二振荡电路435的脉冲是在起爆时计数的，所以本实施例在结构上是抗爆炸的。与同一电爆机连接的雷管其时间延迟可以根据由主计数器电路439的预置开关441设定的数目，每ΔT时间设定一次。由于这样设定的延迟时间由石英振荡电路414修正或校准，即使采用上述的第二振荡电路，它们仍然都能达到与采用石英振荡电路时相同的精度。
现在将参照图11至14描述本发明的第四个实施例。此外，本实施例表示了对应于本发明的第一种基本模式的第7段的一个实施例。
首先将描述本发明的原理以提供对本实施例的简单认识。
(1)在本发明中，通过M次产生时间间隔Tk1及N次产生时间间隔Tk2产生一个T，其中间隔Tk2比时间间隔Tk1长。即，本实施例利用了这一事实，即由下列公式给出的预期延迟时间的误差，小于仅通过产生等于最小点火时间间隔J的时间间隔Tk1而产生的预期延迟时间T。
T＝(Tk2×N)+(Tk1×M)             …(3)也就是说，本实施例利用了这一事实，即由于建立了不等式M+N＜J中的关系，延迟时间T产生了一个误差，即由下列不等式给出了一个累积计数误差，假定每次计数的计数误差由Δt表示：
Δt·(M+N)＜Δt·J               …(4)在实践中，本实施例的延迟时间T可以用一个其时间间隔设为Tk2的定时器对时间间隔连续计数N次，并且在第N次计数之后立刻用一个其时间间隔设为Tk1的定时器对一个时间间隔连续计数M次。此外，其时间间隔设为Tk2的定时器与其时间间隔设为Tk1的定时器分别由，例如，一个CR振荡电路、一个闭锁电路和一个计数器组成。
(2)以这一方式构造的每个定时器的CR振荡电路预先用一个定时器校准，此定时器由与CR振荡电路相比精度高的石英振荡电路和计数器组成。这个定时器首先用于CR振荡电路的校准而且不会在其利用以前用于计数。因此，即使在上述校准之后，石英振荡电路由于相邻炸药的爆破冲击而受到损坏，CR振荡电路及相似部件会不受损坏地接着工作，而雷管经过一段延迟时间之后会启动。
(3)时间间隔Tk2由时间间隔Tk2的发生次数N的数目、预期最大延迟时间Tmax，以及由N得到的时间间隔Tk1的发生次数M决定。即，时间间隔Tk2由2的指数次方(2x)选择，这样采用N和M所计算的累积计数误差变得最小。其中M由下式给出，M＝{(Tmax-(Tk2×N)}/Tk1    …(5)例如，当Tmax与Tk1分别设为8,191ms和1ms时时间间隔Tk2为64ms，以使累积计数误差成为最小。
下面将参照附图描述本实施例。图11表示出根据本发明的一个集成电路定时器的内部电路构造的例子。此集成电路定时器被设置成与图3中的定时器具有相同的电路排布，并且由恒压电路413输出的电压驱动。图12是用于描述图11中所示的集成电路定时器的操作的脉冲波形图。
在图11中，参考标号411-A和411-B分别表示输入接线端，用于接受电爆机提供的电能(未表示出)。参考标号415表示一个分路电阻器，连在输入接线端411-A和411-B之间，用于分路杂散电流。参考标号417表示一个二极管桥接电路，不管加在输入接线端411-A与411-B间的直流电压极性如何，用来将预定极性的电压加到电容器419上，以防止电流从电容器419回流至输入接线端411-A和411-B。参考标号413表示利用电容器419作为电源并输出预定电能的恒压电路。
参考标号414表示一个，例如，振荡频率为3Hz的石英振荡电路。参考标号451表示一个1ms计数器，在被复位电路427复位-释放后，按折合为1ms(最小点火时间间隔)的次数对石英振荡电路414产生的脉冲P1计数，并在计数终了输出一个脉冲信号CLK1。参考标号459表示一个64ms的计数器，在被复位电路427复位-释放后，按对应于64ms的次数对石英振荡电路414产生的脉冲P1计数，并在计数终了输出一个脉冲信号CLK2。
参考标号435表示一个其振荡频率大略与石英振荡电路414相等的第二振荡电路。第二振荡电路435可以是冲击强度较大并且能抵抗相邻炸药的爆破冲击的一种。这样的一个振荡电路，最好是象CR振荡电路、环状振荡器、LC振荡电路或诸如此类的振荡电路，或者是采用了PUT(负阻程控单结晶体管)或诸如此类器件的振荡器。
参考标号453表示一个闭锁电路，当闭锁电路被复位电路427从复位状态释放，并锁在脉冲信号CLK1被输入1ms计数器451时的计数值处时，闭锁电路开始对振荡电路435产生的脉冲P2计数。参考标号455表示一个计数器，它按照锁在闭锁电路453中的数目对第二振荡电路435产生的脉冲P2计数。此外，计数器455在计数终了输出一个脉冲信号CLK11并重复一个自复位周期。参照标号457表示一个闭锁电路，当它被复位电路427复位-释放时开始对振荡电路435产生的脉冲P2计数，并且在脉冲信号CLK2已被从64ms计数器459输入时，将到目前为止的计数值锁住。参照标号461表示一个计数器，它按照锁在闭锁电路457中的数目对第二振荡电路435产生的脉冲P2计数。此外，计数器461在计数终了输出一个脉冲信号CLK12并重复一个自复位周期。
参考标号467表示一个1ms的脉冲计数器，它按由一个6位(二进制数)预置开关463设定的次数对计数器455产生的脉冲信号CLK11计数，并在计数终了输出一个脉冲信号S1。参考标号469表示一个64ms的脉冲计数器，它按由一个7位(二进制数)预置开关465设定的次数对计数器461产生的脉冲信号CLK12计数，并在计数终了输出一个脉冲信号S2作为1ms计数器467的复位-释放信号。64ms脉冲计数器469由脉冲信号CLK2复位-释放。
参考标号471-A和471-B表示有点火电阻丝(未表示出)与之电气连接的输出接线端。参考标号421表示一个硅可控整流器，它通过输出接线端471-A和471-B与电容器419平行相连，并且响应于1ms脉冲计数器产生的脉冲信号S1被开启。尽管没有在图中表示出来，恒压电路413是与图11中的除了硅可控整流器以外的相应元件电气连接的，以使恒压电路413的输出电压加到元件上。
现在将描述集成电路定时器的操作。在电爆机已连在输入相等411-A和411-B之间而点火电阻丝已连在输出接线端1-B和471-B之间的状态下，电爆机开始操作，直流电压(见图12(a))加到电容器419上，并且同时通过连在输出接线端471-A和471-B之间的点火电阻丝加到硅可控整流器上。当一个恒定的电压以图12(c)中所示的脉冲波形从恒压电路413输出时，这一恒定电压被加到图11中所示的相应元件上。
由此，石英振荡电路414和第二振荡电路435开始振荡(见图12(e)和12(f))。然后，在恒压电路413输出恒定电压(见图12(d))后，经过，例如，5ms以后，1ms计数器451、64ms计数器459和闭锁电路453及457被复位电路427从复位状态释放。
当1ms计数器451和64ms计数器459从复位状态释放时，它们分别开始对石英振荡电路414产生的脉冲P1计数。另一方面，当闭锁电路453和闭锁电路457被从复位状态释放时，它们分别开始对第二振荡电路435产生的脉冲P2计数。
此外，当1ms计数器451计数终了时，1ms计数器451向闭锁电路453(见图12(g))输出脉冲CLK1，并且终止其自计数。被提供有脉冲CLK1的闭锁电路453终止了计数器455的计数操作，并在计数停止时锁住计数值。此外，闭锁电路453将被锁的值设置给计数器455，并将计数器455从复位状态释放。
另一方面，当64ms计数器459计数终了时，它向闭锁电路457输出脉冲CLK2(见图12(h))，将64ms计数器469从复位状态释放，并且还终止了它的自计数。被提供有脉冲CLK2的闭锁电路457终止了计数器的计数操作，并在计数停止时锁住计数值。此外，闭锁电路457将被锁的值设置给计数器461，并将计数器461从复位状态释放。因此，计数器455和计数器461分别被随后用作1ms计数器和64ms计数器。当计数器455和461被从复位状态释放时，它们分别开始对第二振荡电路435产生的脉冲P2计数。
此外，计数器455每次计数终了向1ms脉冲计数器467输出脉冲CLK11(见图12(i))。然而，由于1ms脉冲计数器467还没有从复位状态释放，脉冲CLK11没有被1ms脉冲计数器467计数。
另一方面，计数器461每次计数终了，向64ms脉冲计数器469输出脉冲CLK12，以便输出脉冲12由已从复位状态释放的64ms脉冲计数器469计数。然后，当64ms脉冲计数器469计数终了时，64ms脉冲计数器469向1ms脉冲计数器467输出触发信号S2以使1ms脉冲计数器467被从复位状态释放。结果，1ms脉冲计数器467开始对计数器455产生的脉冲CLK11计数。其后，1ms脉冲计数器467计数终了，并且向硅可控整流器421的整流栅传送触发信号S1(见图12(1))。
当触发信号S1被传送到硅可控整流器421的整流栅时，硅可控整流器421被开启，以便电容器419通过硅可控整流器421和连在输出接线端471-A和471-B之间的点火电阻丝被放电。由此，电容器419的电能通过点火电阻丝被转化为热能。
此外，实际上设定在预置开关463和465中的预置时间，是用预期延迟时间间隔，减去由恒压电路413输出恒定电压以后直到64ms计数器459的复位-释放的时间，以及从复位释放直到输出脉冲CLKL12的时间得到的。经过，例如，5ms以后，每一个1ms计数器451、64ms计数器459和闭锁电路453、457被复位电路427从复位状态释放。当经过64ms它们被从复位状态释放直到输出脉冲CLK12，要被设定的预置时间达到用预期延迟时间减去(5ms+64ms)的值。(1)振荡电路435的振荡频率将被确定在3MHz±20％(周期：0.33×10-6秒±20％)。即，在本实施例中，当时间间隔Tk1为1ms而时间间隔Tk2为64ms时，由6位(二进制)预置开关463和7位(二进制)预置开关465可以获得可设置的最大时间(除了预置的保持时间以外)如下：
213-1＝8191ms当延迟时间被设成最大时间间隔时，64ms脉冲计数器469对计数器461的输出脉冲CLK12计数127次，1ms脉冲计数器467对计数器455的输出脉冲CLK11计数63次，以便产生最大时间间隔。当计数器461的输出脉冲CLK12被64ms脉冲计数器469计数127次后，并且假定这种情况下的计数误差Δt为0.33×10-3则获得累计误差Δε如下：
Δε＝(0.33×127+0.33×63)×10-3＝0.04+0.02＝0.06(ms)
                                      …(6)
(2)下文中将描述另一个实施例，以与上述情况中的累计误差相比较，其中加到时间间隔Tk1和时间间隔Tk2上的时间间隔Tk3被用作固定时间间隔。
如图13中所示的根据本实施例的一个电子定时雷管中，一个1024ms计数器472、一个闭锁电路473、一个计数器475和一个1024ms脉冲计数器477进一步包括在根据上述实施例的电子定时雷管中。由于用于修正的额外提供的元件在操作上分别与用于上述实施例中的64ms计数器459、闭锁电路457、计数器461和64ms脉冲计数器469有本质不同，除了以下情况之外：64ms脉冲计数器469是由从1024ms脉冲计数器477输出的脉冲S3从复位状态释放的，1024ms脉冲计数器477是由1024ms脉冲计数器472产生的脉冲CLK3从复位状态释放的，而由预置开关463、465和479设定的位数分别为6位(二进制)、4位(二进制)和3位(二进制)，这样它们的详细介绍将被省略。
当时间间隔Tk1、Tk2和Tk3分别为1ms、64ms和1024ms时，通过由1024ms脉冲计数器477对计数器475的输出脉冲CLK13计数几次、由64ms脉冲计数器469对计数器461的输出脉冲CLK12计数15次，并且由1ms脉冲计数器467对计数器455的输出脉冲CLK11计数60次，产生8191ms的延迟时间间隔。
与上类似，当计数误差Δt为0.33×10-3时，则获得累计误差Δε如下：
Δε＝(0.33×7+0.33×15+0.33×63)×10-3
    ＝0.002+0.005+0.02＝0.027(ms)    …(7)
(3)出于参照的目的，将描述一个比较例，其中只有时间间隔Tk1被作为固定时间间隔。在根据这一参照例的电子定时雷管中，64ms计数器459、闭锁电路457、计数器461和64ms脉冲计数器469根据图13所示的上述实施例被从电子定时雷管的结构中省略。因此本电子定时雷管如图14所示设置。
与上类似，当计数误差Δt为0.33×10-3时，则获得累计误差Δε如下述公式所示：
Δε＝0.33×8191×10-3
    ＝2.70(ms)                     …(8)
上述段落(1)、(2)和(3)中的所有计数误差将被概括在如下所示的表6中。由表6可知累计计数误差随固定时间间隔数以1、2和3的顺序增加而减小。尤其当固定时间间隔数为2时，累计计数误差与固定时间间隔数为1时的情况相比，被降低很多。
因此，本实施例表示出它可以提供对爆破冲击的强抵抗力并且在不同的延迟时间时很少减小。因此有可能完成高精度点火时间控制。
此外，采用根据本实施例的加有上述功能的集成电路定时器，以与本发明的上述第一个实施例类似的方式依照图3和4设置HIC模块。如图5A所示，将HIC模块以与第一个实施例相似的方式插入不锈钢制的金属外壳213(其外径及厚度分别为15mm和1.5mm)中.在这种条件下，将树脂注入金属外壳213以形成树脂层211。一种具有慢硬化性能和柔韧性的两组分环氧化合物树脂(商品名：TB2023(主要材料)/TB2105F(固化剂)由Three Bond公司生产)，被用作装填的树脂。
如图5A中所示，在本电子雷管200中，导火炸药223设在点火电阻丝221周围。第一级炸药21 5插进与从导火炸药层223延伸的间隙229相邻的第一个内壳层231-1与第二个内壳层231-2之间，而基药217被填入雷管200的底部。
当在不同方式下其结构和爆破冲击试验条件改变时，按如上描述构造的电子定时雷管在水中的爆破冲击试验会受影响。一种浆状炸药(100g：炸药直径上为英制尺寸)被用作爆破冲击的产生源，并且被放置在水下2m的深度而样品放在离浆状炸药预定距离远。而且，距离被以不同方式改变而样品种类也作多种改变。
爆破冲击试验的结果将在下面所示的表7中表示出来。根据表7的结果，可以知道电子定时器的工作范围可以在不降低点火时间的情况下被扩大，因此可以避免不点火。
表6
计数基准次数间隔 计数基准时间×以最大延迟时间间隔计数的数目 一次计数的计数误差Δt(ms)     Δt×计数的数目(ms)     总精度
Tk1 Tk2 Tk3
比较例 1 1ms×8191 - -   0.33×10-3     2.70     2.70ms±20％
实施例 2 64ms×127  1ms×63      -   0.33×10-3     0.04+0.02     0.06ms±20％
3 1024ms×7  64ms×15   1ms×63   0.33×10-3     0.002+0.005+0.02     0.027ms±20％
表7
从导火炸药层到第一级炸药层的间隙长度(mm) 石英振荡器 根据爆破冲击距离的电子定时器的工作条件(正常起爆次数/试验次数)
类型   晶体尺寸(mm)   T/A 15cm 25cm 35cm 45cm 75cm
  全长T 宽度A     厚度
    4  AT     7.0     1.7   0.1-0.4   4.1 0/6*6/6SD 0/6*6/6SD 5/6*1/6SD 6/6 6/6
    0  AT     7.0     1.7   0.1-0.4   4.1 0/6*6/6SD 4/6*2/6SD 6/6 6/6 6/6
  注)：点火时间误差：小于±1ms*：失效模式SD：同时起爆CD：晶体破裂
现在将参照图15描述本发明的第五个实施例。此外，本实施例对应于本发明的上述第三种基本模式的段落(1)。图15表示根据本发明的集成电路定时器的内部电路构造的进一步的例子。集成电路定时器被按照与图3中所示的集成电路定时器130相同的电路设计配置连接，并且由恒压电路121的输出电压驱动。如图15所示，本集成电路定时器包括一个石英振荡电路511、一个移位信号发生器513、一个复位电路515、一个失效振荡器检测电路517、一个分频器519、一个预置计数器521、一个复位电路523和一个OR电路157。
作为移位信号发生器513的振荡电路，最后有利用了以下器件的谐振现象的振荡电路：CR振荡电路、、环状振荡器、LC振荡电路或诸如此类的振荡电路，或者是利用了PUT或诸如此类器件的负阻性的振荡器。
用于本实施例中的定时器的计数基准时钟由石英振荡电路511产生。由石英振荡电路511输出的脉冲CK1被送分频器519。在分频器519已被复位电路515从复位状态释放以后，分频器519将脉冲CK1分频并输出时钟信号CK2用来检测用于计数的石英振荡操作及时钟信号CLK1。预置计数器521被复位电路515从复位状态释放，之后对上述计数时钟信号CLK1按由预置开关133预置的数目计数。计数结束后，预置计数器521通过OR电路157输出一个触发信号TS。触发信号TS被提供给电子开关装置140(见图3)，它被设置在集成电路定时器130外面以形成一个开关电路(未表示出)。同时，时钟信号CLK2被送至失效振荡检测电路517。
失效振荡检测电路517被复位电路523从预置状态释放，并且其后经常监测是否有提供自分频器519的脉冲CLK2。当脉冲CLK2被固定在要么是一个低电平要么是一个高电平时，失效振荡检测电路517马上通过OR电路157强制输出一个触发信号TS，以形成一个外部开关电路。此外，失效振荡检测电路517可以包括一个脉冲充电电路(未表示出)和一个逻辑电路(未表示出)，用于确定，例如，充电电压电平。脉冲充电电路响应于脉冲信号CLK2而被反复充电。当提供的充电脉冲被停止时，脉冲充电电路被充电至电源电压或放电至0电压电平(地电平)。
失效振荡检测电路517可以包括一个多级移位记忆电路(未表示出)(例如10级至16级移位记忆电路)和一个逻辑电路(未表示出)用于检测所关心的重合的寄存器值。在这种情况下，移位记忆电路响应于移位信号发生器513产生的移位信号，接受信号CLK2的电位，并且将电平移位至下一级寄存器。重合检测逻辑电路总是判定相应寄存器的输出，在预定的失效检测时间ΔT期间是否都固定在要么是一个低电平要么是一个高电平。在本实施例中，采用了16级移位寄存器电路。
此外，采用根据本实施例的加有上述功能的集成电路定时器130，以与本发明的上述第一个实施例类似的方式依照图2和3设置HIC模块。将HIC模块以与第一个实施例相似的方式插入如图5A所示的不锈钢制的金属外壳213(其外径及厚度分别为15mm和1.5mm)中。在这种条件下，将树脂注入金属外壳213以形成树脂层211。一种具有慢硬化性能和柔韧性的两组分环氧化合物树脂(商品名：TB2023(主要材料)/TB2105F(固化剂)由Three Bond公司生产)，被用作装填的树脂。
如图5A中所示，在本电子雷管200中，导火炸药223设在点火电阻丝221周围。第一级炸药215插进第一个内壳层231-1与第二个内壳层231-2之间，而基药217被填入雷管200的底部。
(1)当在不同方式下其结构和爆破冲击试验条件改变时，按如上描述构造的电子定时雷管在水中的爆破冲击试验会受影响。一种浆状炸药(100g：炸药直径上为英制尺寸)被用作爆破冲击的产生源，并且被放置在水下2m的深度而样品放在离浆状炸药预定距离远。而且，距离被以不同方式改变而样品种类也作多种改变。
爆破冲击试验的结果将在下面所示的表8中表示出来。根据表8的结果，参照上述表2的结果可以知道在使石英振荡器发生损坏的冲击范围内电子定时器是自起爆的(感应起爆)。
(2)当在不同方式下其结构和爆破冲击试验条件改变时，按如上描述构造的电子定时雷管在沙子中的爆破冲击试验会受影响。电子定时雷管在沙子中经受的爆破冲击，可以被假定为相当于两种情况：一种情况下，电子定时雷管在岩石的弹性范围内受振动的挤压使得产生了移位加速度；另一种情况下，爆炸气体沿岩石裂缝进入从而产生了一个方向上的压挤的或者移位加速度。
爆破冲击试验在下列条件下进行。即，一种浆状炸药(100g：炸药直径上为英制尺寸)被用作爆破冲击的产生源，并且被放置在水下2m的深度和沙子下80cm的深度而样品放在离浆状炸药预定距离远。而且，距离被以不同方式改变而样品种类也作多种改变。
爆破冲击试验的结果将在下面的表9中表示出来。从试样炸药看出，已经发现在沙子中直到10cm的距离都不会发生同时起爆。因此，根据表9的结果，可以知道电子定时雷管受到感应起爆(自起爆)。
表8
从导火炸药层到第一级炸药层的间隙长度(mm)     石英振荡器 根据爆破冲击距离的电子定时器的工作条件(正常起爆次数/试验次数)
  类型 晶体尺寸(mm))   T/A
全长T 宽度A 厚度
    15cm     25cm     35cm     45cm   75cm
    0  AT     7.0     1.7  0.1-0.4     4.1 0/6*6/6SD 0/6*4/6SD*2/6SL 0/6*6/6SL 1/6*5/6SL   6/6
    0 音叉     4.5     1.0  0.2     4.5 0/6*6/6SD 0/6*4/6SD*2/6SL 0/6*6/6SL 1/6*5/6SL   6/6
    0 音叉     3.5     0.9  0.3     3.9 0/6*6/6SD 0/6*4/6SD*2/6SL 1/6*5/6SL 2/6*4/6SL   6/6
    0 音叉     3.5     1.0  0.2     3.5 0/6*6/6SD 0/6*4/6SD*2/6SL 6/6 6/6   6/6
    0 音叉     2.48     1.0  0.1     2,48 0/6*6/6SD 2/6*4/6SD 6/6 6/6   6/6
 注)*：失效模式SD：同时起爆SL：晶体破裂
表9
从导火炸药层到第一级炸药层的间隙长度(mm) 石英振荡器 根据爆破冲击距离的电子定时器的工作条件(正常起爆次数/试验次数)
  类型 晶体尺寸(mm)   T/A
全长T 宽度A 厚度 5cm 10cm 15cm 25cm
    4   AT     7.0     1.7     0.1-0.4     4.1 0/6*6/6SD 0/6*6/6SL 1/6*5/6SL 6/6
    4 音叉     4.5     1.0     0.2     4.5 0/6*6/6SD 0/6*6/6SL 2/6*4/6SL 6/6
    4 音叉     3.5     1.0     0.2     3.5 0/6*6/6SD 1/6*5/6SL 6/6 6/6
    4 音叉     2.48     1.0     0.1     2.48 0/6*6/6SD 6/6 6/6 6/6
 注)*：失效模式SD：同时起爆SL：晶体破裂
现在将参照图16描述本发明的第六个实施例。此外，本实施例对应于本发明的上述第三种基本模式的段落(2)。图16表示依照第六个实施例的本电子定时雷管一个HIC的内部电路构造。
如图16所示电能由电爆机(未表示出)经一根导线、一根连接线(也未表示出)和一根与每个雷管相连的引线提供。一个整流器115被与输入端113-A与113-B相连以便提供输入电与内部电路间极性的匹配。一个电容器120与整流器115相连以使整流器115能进行双向输入。一个分路电阻器119与电容器120并联并且平行接在整流器115的输入接线端之间。此外，恒压电路121的输入接线端与电容器120并联。用于检测存储在电容器120中的电压的电阻器122和124与电容器120并联并且平行接在恒压电路121的输入接线端之间。
恒压电路121的输出接线端连有一个时间定常电路，用来产生用于集成电路定时器130的内部功能的保持时间，它包括一个用于稳定恒压电路121的输出电压的，由电阻器125、电容器127和滤波电容器123组成的串联电路，和一个集成电路定时器130的电源接线端。时间定常电路的输出电压输入集成电路定时器130，然后由一个包括集成电路定时器130的比较器(未表示出)将其与一个含在集成电路定时器130中的基准电压产生电路(未表示出)的输出电压相比较。当这两个电压电平相互重合时，从集成电路定时器130内输出一个复位-释放信号。
此外，集成电路定时器130包括一个利用石英振荡器131的特征频率作为基准的振荡电路(未表示出)，一个用于将振荡电路的输出脉冲根据上述的复位-释放信号分频成每个周期为1ms的分频器，和一个用于对分频器的输出脉冲按开关电路133确定的数目计数并在计数完成后输出一个触发信号OS1的计数电路(未表示出)。此外，集成电路定时器130在一段比需要完成电容器120的充电的时间长的时间之后，将复位-释放信号Sd1输出给电压比较器155。
如图16所示，振荡反相器(未表示出)的一个门电容135和一个漏极电容137连在石英振荡器131和地之间。通过用电阻器122和124对电容器120的充电电压VC分压后得到的采样电压VC1被输入电压比较器155的电压比较输入接线端。在本实施例中，用于产生比较基准电压的电阻器151和153被与恒压电路121的输出接线端相连。由电阻器151和153分压的比较基准电压VC2，被输入电压比较器155的基准电压输入接线端。
电压比较器响应于集成电路定时器130产生的复位-释放信号Sd1而被从复位状态释放，以开始比较。当采样电压VC1与比较基准电压VC2相等时，电压比较器155向OR电路157输出一个输出信号OS2。当电容器120的被充电电压的最大值Vcp被定为，例如15(V)而恒压电路121的恒压输出Vconst.定为，例如3(V)时，若Vcp＝15(V)，电阻器122和124间的电压分配比由此被确定使得VC1＝3(V)。为了在采样电压VC1降至60％时从电压比较器155输出信号OS2，电阻器151和153间的电压分配比由此被确定使得VC2总是＝1.8(V)。因此，当电容器120的被充电电压的电平降至低于9(V)时，电压比较器可以工作，以向OR电路157输出信号OS2。
当集成电路定时器130产生的计数终止信号OS1或电压比较器155产生的信号OS2输入OR电路157时，OR电路157向电子开关装置140输出一个触发信号TS以关闭开关电路140。
在本实施例中，电阻器122和124、电压比较器155和OR电路157被设置在集成电路定时器130的外面。然而，它们也可以被包括在集成电路定时器130的内部。
现在将参照图17描述本发明的第七个实施例。此外，本实施例对应于本发明的上述第三种基本模式的段落(2)。图17表示依照第七个实施例的本电子定时雷管一个HIC的内部电路构造。
如图17所示电能由电爆机(未表示出)经一根导线、一根连接线(也未表示出)和一根与每个雷管相连的引线提供。一个整流器115被与输入端113-A与113-B相连以便与输入电与内部电路间的极性匹配。一个电容器120与整流器115相连以使整流器115能进行双向输入。一个分路电阻器119与电容器120并联并且并联接在整流器115的输入接线端之间。
此外，恒压电路121的输入接线端与电阻器122和124相连用于检测与电容器120并联的充电电压。恒压电路121的输出接线端连有一个时间定常电路，用来产生集成电路定时器130的内部功能的复位保持时间，它包括用于稳定恒压电路121的输出电压的一个电阻器125、一个电容器127和一个滤波电容器123，和一个集成电路定时器130的电源接线端。
时间定常电路的输出电压输入集成电路定时器130，然后由一个设置在集成电路定时器130内的比较器(未表示出)将其与一个含在集成电路定时器130中的基准电压产生电路(未表示出)的输出电压相比较。设置一个集成电路定时器130以便当这两个电压电平相互重合时，输出一个复位-释放信号。
此外，集成电路定时器130包括一个利用石英振荡器131的特征频率作为基准的振荡电路(未表示出)，一个用于将振荡电路的输出脉冲根据上述的复位-释放信号分频成每个周期为1ms的分频器，和一个用于对分频器的输出脉冲按开关电路133确定的数目计数并在计数完成后输出一个触发信号OS1的计数电路(未表示出)。此外，集成电路定时器130在一段比需要完成电容器120的充电的时间长的时间之后，将复位-释放信号Sd1输出给电压比较器155。如图17所示，振荡反相器(未表示出)的一个门电容135和一个漏极电容137被与石英振荡器131相连。
在本实施例中，串联的三个电阻器122、124和126连在电容器120与恒压电路121之间并与电容器120并联。经充电电压VC分压得到的比较基准电压VC2被从电阻器124和126相连的点Q处取得。而且，比较基准电压VC2被通过由电阻器128与二极管161组成的并联电路输入电压比较器155的基准电压输入接线端。当然163连在电压比较器155的基准电压输入接线端与接地接线端之间。在本实施例中，除此之外，经充电电压VC分压得到的比较基准电压VC1被从电阻器122和124相连的点P处取得，随后直接输入到电压比较器155的基准电压输入接线端。
电压比较器155响应于集成电路定时器130产生的复位-释放信号Sd1而被从复位状态释放，从而开始比较。
在本实施例中，从连接点Q流向电压比较器155的基准电压输入接线端的电流，在对电容器120充电的过程中，主要流经二极管161。因此，被设置为电容器120的电容的1/100至1/1000或更小的电容器163的电容，允许电压比较器155的基准电压输入接线端的电平，能在大体等于完成电容器120的充电所需时间的时刻，达到能提供比较操作所需的比较基准电压VC。因此，电压比较器155被设置成使得基准电压输入接线端处的电平能至少在直到复位-释放信号Sd1的时候，达到能提供比较操作所需的比较基准电压VC2。
在本实施例中，在电容器120充电完成后的正常的计数操作中，采样电压VC1与比较基准电压VC2间的关系如下：采样电压VC1比比较基准电压VC2大经过电阻器124产生的压降。
此外，被根据本发明的集成电路定时器130用尽的消耗电流小于或等于0.5mA。当电容器120为，例如，1,000μF时，电容器120的放电电压对时间的梯度在一个正常的延迟操作时间内变为1(V)/1sec或更小。
当根据本发明的电子定时雷管受到实施爆破冲击或类似影响时，会有电容器120正常放电的状态，即放电电压对时间的梯度超过1V/sec的情况。在这样一种情况下，即，当电容器120的充电电压的电平突然下降时，采样电压与电容器120的正常放电成比例放电。另一方面，连接点Q处的比较基准电压VC2与采样电压VC1大体同时下降。然而，由于在基准电压输入接线端，电阻器128使存储于电容器163中的电荷放电的延时扩大，比较基准电压VC2的下降被延时，延迟时间为从采样电压VC1开始下降的时刻的一个预定时间。这一次，与上述正常计数操作相比，在采样电压VC1与比较基准电压VC2之间建立了相反关系。因此，与比较基准电压VC2相比，采样电压VC1被暂时降低。
在本实施例中，电压比较器155检测到采样电压VC1小于比较基准电压VC2的一瞬间，并随后向OR电路157输出一个输出信号OS2。
这里，电阻器122、124、126和128及电容器163的电路常数，可以根据检测到电容器120非正常放电的时刻，电容器120的充电电压电平而随意选择。当集成电路定时器130产生的计数终止信号OS1或电压比较器155产生的信号OS2被输入OR电路157时，OR电路157向电子开关装置140输出一个触发信号TS以关闭开关电路140。
在本实施例中，电阻器122、124、126和128、二极管161、电容器163、电压比较器155和OR电路157被设置在集成电路定时器130的外面。然而，它们也可以被包括在集成电路定时器130的内部。
根据上述本发明，通过采用石英振荡器或陶瓷振荡器作为基准，而利用了电子定时器的特性的具有高精度点火时间的可控爆破，可以在通常的爆破操作中实行。即便在不利的应用环境中，也可以消除电子雷管的任何不点火。尤其当，例如加到电子定时雷管上的冲击的形式，相当于岩石受破坏而移位从而使电子定时雷管受到压挤的情况时，电子定时雷管预期会受到极大的冲击压力。由此认为电子定时雷管自身会被压塌。根据本发明，可以在石英振荡器响应于冲击而受损与岩石对电子定时雷管的挤压的时间差期间，检测石英振荡器的损坏。因此，可以通过设置电子定时雷管使它响应于检测到的信号而被引爆，从而解决这一问题。由于可以以这一方式提供更安全的电子定时雷管，可以预料其工业化应用范围会有增加。
本发明已经在建议实施例中得到详细描述，由前面所述，很明显，现在熟练技术人员在它的更广的方面不远离发明的情况下，可以做变化和修改，因此，在所附的权利要求书中，本发明涵盖了所有在本发明真正的意义内的这样的变化和修改。

Claims (27)

1、一种电子定时雷管包括一个电子定时器、和一个由点火元件点火而引爆的电子雷管，上述电子定时器包括：
一个充电电路，用于存储电源提供的电能；
一个延时电路，用于通过利用存储在上述充电电路中的电能来确定时间周期以由此输出一个触发信号；以及
一个第一开关电路，用于响应于触发信号将存储在上述充电电路中的电能提供给上述点火元件，
其中对于加到上述电子定时雷管上的外部冲击，上述电子雷管感应起爆范围中的冲击值的下限，与上述电子定时器可工作的冲击值范围的上限大致重迭。
2、权利要求1中要求的电子定时雷管，其中上述延时电路利用石英振荡器的特征频率作为基准来进行计数操作。
3、权利要求2中要求的电子定时雷管，其中上述石英振荡器的晶体长度T在2.0mm至3.5mm之间，而晶体的长度T与宽度A之比T/A在2.0至之间3.5。
4、权利要求1中要求的电子定时雷管，其中上述延时电路包括：
一个第一振荡电路，利用石英振荡器的特征频率作为基准；
一个第二振荡电路，带有抗冲击性能；
一个计数周期产生电路，用于通过利用上述第二振荡器的脉冲产生一个或多个计数周期，使得计数周期与上述第一振荡电路的脉冲产生的基准周期相符合，以及
一个触发脉冲发生电路，用于根据上述计数周期产生并输出上述触发信号。
5、权利要求1中要求的电子定时雷管，其中在由上述点火元件点火的点火炸药层，与第一级炸药层之间设置有一个间隙长度，上述间隙长度为4mm至14mm。
6、权利要求1中要求的电子定时雷管，其中上述电子定时器包括：
一个失效检测电路，用于检测电路元件的失效，上述失效发生在电路元件受到爆破冲击时，并且上述失效检测电路输出一个失效检测信号；
一个强制触发电路，用于响应于失效检测信号输出一个强制触发信号；以及
一个第二开关电路，用于响应于强制触发信号向点火元件提供存储在上述充电电路中的电能。
7、权利要求1中要求的电子定时雷管，其中上述电子定时器被容纳进一个带有抗冲击特性的圆筒，并且一种粘弹性材料被填入上述电子定时器与圆筒壁间的间隙。
8、权利要求1中要求的电子定时雷管，其中上述电子定时器被容纳进一个带有抗冲击特性的圆筒，只有上述充电电路的周边覆盖有泡沫树脂和类凝胶材料中的一种，该材料针入度为10至100，并且在上述电子定时器与圆筒壁之间的整个间隙填有一种粘弹性材料。
9、一种电子定时雷管包括一个电子定时器，和由点火元件点火而引爆的电子雷管，上述电子定时器包括：
一个充电电路，用于存储电源提供的电能；
一个延时电路，用于通过利用存储在上述充电电路中的电能来确定时间周期以由此输出一个触发信号；以及
一个第一开关电路，用于响应于触发信号将存储在上述充电电路中的电能提供给上述点火元件，其中上述延时电路包括：
一个第一振荡电路，利用石英振荡器的特征频率作为基准；
一个第二振荡电路，带有抗冲击性能；
一个计数周期产生电路，用于通过利用上述第二振荡器的脉冲产生一个或多个计数周期，使得计数周期与上述第一振荡电路的脉冲产生的基准周期相符合，以及
一个触发脉冲发生电路，用于根据上述计数周期产生并输出上述触发信号。
10、权利要求9中要求的电子定时雷管，其中上述触发信号发生电路包括：
一个基准脉冲发生电路，用于根据上述计数周期产生基准脉冲信号；以及
一个主计数器电路，用于当上述主计数器电路已经对上述基准脉冲信号计数了预置次数时输出触发信号。
11、权利要求9中要求的电子定时雷管，其中上述计数周期产生电路包括：
一个电路，用于当上述发生电路已经对由上述第一振荡电路输出的脉冲计数了第一及第二预置次数时，产生一个计数周期发生的起始信号；以及
一个周期性计数数据电路，用于在接收到计数周期生成的开始信号时启动对第二振荡电路输出的脉冲的计数，在接收到计数周期生成的终止信号时结束对第二振荡电路的输出脉冲的计数，然后固定住计数的结果作为计数周期。
12、权利要求9中要求的电子定时雷管，其中上述计数周期产生电路包括：
对上述基准周期，利用上述第一振荡电路产生的脉冲作为基准，用于产生第一至第n(≥2)个固定时间间隔的装置，这些固定时间间隔中的最小固定时间间隔与最小点火时间间隔相等，并且这些固定时间间隔是预先确定而且互不相同；以及利用第二振荡电路产生的一个脉冲序列作为基准，根据第一至第n个固定时间间隔，产生并锁住第一至第n(≥2)个计数周期的装置。
并且其中触发信号发生电路包括：
第一至第n分离装置用于利用第二振荡电路产生的一个脉冲序列作为基准，依照第一至第n个计数周期，各自按逆序以预定次数将预定延迟时间间隔分开；以及
用于当预定延迟时间间隔在第一计数周期内已被上述分离装置按预定次数分开后，产生触发信号的装置。
13、权利要求12中要求的电子定时雷管，其中上述第一至第n个固定时间间隔产生装置包括：
用于在第一个固定时间间隔里，对从第一振荡电路产生的脉冲序列进行计数的，第一个固定时间间隔产生计数器；以及
用于在第二到第n个固定时间间隔里，分别对从第一振荡电路产生的脉冲序列进行计数的，第二到第n个固定时间间隔产生计数器。
14、权利要求12中要求的电子定时雷管，其中上述第一至第n个分离装置分别包括：
第一到第n个分离计数器，它被分别设置第一至第n个计数周期，上述第一到第n个分离计数器分别对从第二振荡电路产生的脉冲序列计数并且在每次计数结束时输出脉冲信号；以及
第一到第n个计数器，用于在上述第一到第n个分离计数器每次计数结束时，对从第一到第n个分离计数器输出的脉冲进行计数，上述第一到第n个计数器被依次激发从而响应于第m(≤n)个计数器的计数结束而将第(m-1)个计数器从复位状态释放。
15、一种电子定时雷管包括一个电子定时器，和由点火元件点火而引爆的电子雷管，上述电子定时器包括：
一个充电电路，用于存储电源提供的电能；
一个延时电路，用于通过利用存储在上述充电电路中的电能来确定时间周期以由此输出一个触发信号；以及
一个第一开关电路，用于响应于触发信号将存储在上述充电电路中的电能提供给上述点火元件，其中上述电子定时器包括：
一个失效检测电路，用于检测电路元件的失效，上述失效发生在电路元件受到爆破冲击时，并且上述失效检测电路输出一个失效检测信号；
一个强制触发电路，用于响应于失效检测信号输出一个强制触发信号；以及
一个第二开关电路，用于响应于强制触发信号向点火元件提供存储在上述充电电路中的电能。
16、权利要求15中要求的电子定时雷管，其中上述失效损坏检测电路包括一个石英振荡器损坏检测电路，用于检测石英振荡器中的损坏。
17、权利要求15中要求的电子定时雷管，其中上述失效损坏检测电路包括一个电路，用于检测上述充电电路的损坏。
18、权利要求17中要求的电子定时雷管，其中上述用于检测上述充电电路的失效的电路在上述充电电路充电结束后检测上述充电电路的电压值，并检测出电压值已经达到了用于引爆上述电子雷管的最小引爆电压。
19、权利要求17中要求的电子定时雷管，其中上述用于检测上述充电电路失效的电路在上述充电电路充电结束后，检测出上述充电电路的放电电压对时间的梯度大于一个特定值。
20、权利要求18中要求的电子定时雷管，其中上述延时电路包括：
一个第一振荡电路，利用石英振荡器的特征频率作为基准；
一个第二振荡电路，带有抗冲击性能；
一个计数周期产生电路，用于通过利用上述第二振荡器的脉冲产生一个或多个计数周期，使得计数周期与上述第一振荡电路的脉冲产生的基准周期相符合，以及
一个触发脉冲发生电路，用于根据计数周期产生并输出一个触发信号，并且其中上述电子雷管由一个点火元件点火而引爆，上述计数周期产生电路包括：
对上述基准周期，利用上述第一振荡电路产生的脉冲作为基准，用于产生第一至第n(≥2)个固定时间间隔的装置，这些固定时间间隔中的最小固定时间间隔与最小点火时间间隔相等，并且这些固定时间间隔是预先确定而且互不相同；以及利用上述第二振荡电路产生的一个脉冲序列作为基准，根据第一至第n个固定时间间隔，产生并锁住第一至第n(≥2)个计数周期的装置，并且其中触发信号发生电路包括：
第一至第n分离装置用于利用第二振荡电路产生的一个脉冲序列作为基准，依照第一至第n个计数周期，各自按逆序以预定次数将预定延迟时间间隔分开；以及
用于当预定延迟时间间隔在第一计数周期内已被上述分离装置按预定次数分开后，产生触发信号的装置。
21、权利要求20中要求的电子定时雷管，其中上述电子雷管由一个点火元件点火而引爆，并且对于加到上述电子定时雷管上的外部冲击，上述电子雷管感应起爆范围中的冲击值的下限，与上述电子定时器可工作的冲击值范围的上限大致重迭。
22、一种电子定时雷管包括一个电子定时器、和一个电子雷管，它由一个点火元件点火，上述电子定时器包括：
一个充电电路，用于存储电源提供的电能；
一个延时电路，用于通过利用存储在上述充电电路中的电能来确定时间周期以由此输出一个触发信号；以及
一个第一开关电路，用于响应于触发信号将存储在上述充电电路中的电能提供给上述点火元件，其中上述电子定时器被容纳进一个带有抗冲击特性的圆筒，并且一种粘弹性材料被填入上述电子定时器与圆筒壁间的间隙。
23、一种电子定时雷管包括一个电子定时器、和一个电子雷管，它由一个点火元件点火，上述电子定时器包括：
一个充电电路，用于存储电源提供的电能；
一个延时电路，用于通过利用存储在上述充电电路中的电能来确定时间周期以由此输出一个触发信号；以及
一个第一开关电路，用于响应于触发信号将存储在上述充电电路中的电能提供给上述点火元件，其中上述电子定时器被容纳进一个带有抗冲击特性的圆筒，只有上述充电电路的周边覆盖有泡沫树脂和类凝胶材料中的一种，该材料针入度为10至100，并且在上述电子定时器与圆筒壁之间的整个间隙内填有一种粘弹性材料。
24、权利要求2 3中要求的电子定时雷管，其中上述粘弹性材料包含占体积10％至50％的发泡剂。
25、权利要求23中要求的电子定时雷管，其中上述粘弹性材料在日本工业标准肖氏A级硬度计下测硬度为10至90。
26、权利要求22或2 3中要求的电子定时雷管，其中上述圆筒盖有塑料外壳。
27、权利要求22或23中要求的电子定时雷管，其中上述电子雷管与上述电子定时器容纳其中的圆筒共轴，并且具有从上述圆筒投影过来的形状。
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