CN1217784A - 电子炸药起爆装置 - Google Patents

Abstract

一种电子炸药起爆装置,它包括一具有一设计不引爆电压和一工作电路的引爆件,所述工作电路可以在跨过所述设计不引爆电压的电压范围内的电压下工作。

Description

电子炸药起爆装置

本发明的背景

本发明涉及一种电子炸药起爆装置和一种包括一个或多个所述装置的系统。

本发明特别涉及这样一种系统，即使各装置上的标签或标识记号被除去或被擦去，所述系统仍可以将现场的各引爆装置辨别出来，从而可以赋予各装置确定的时延，在这种系统中，可以迅速且方便地确定各装置与一引爆导线的连接的牢固性，并且可以为安装该系统的人员提供高度的安全性。

本发明的概述

在本发明的第一实施例中，提供了一种电子炸药起爆装置，它包括一种电子炸药起爆装置，它包括一具有一设计不引爆电压和一工作电路的引爆件，所述工作电路可以在跨过所述设计不引爆电压的电压范围内的电压下工作。

所述设计不引爆电压可以通过对取自一批电子炸药起爆装置的一个或多个试样进行测试来确定，所述的一批电子爆炸起爆装置由于是利用相同的技术来进行制造的，因此被设计得基本相同。

所述工作电路可以包括任何一种适当的控制或通信或其它特征。

在本发明的一个例子中，所述装置包括一可以在任何一个低于所述不引爆电压的电压下进行工作的双向通信电路。

所述双向通信电路最好是可以在任何一个在跨过所述不引爆电压的范围内的电压下工作。

可以将一个唯一的标识数字或序号赋予所述装置，所述工作电路包括用来存储所述数字的存储装置。

所述工作电路适于根据一特定的询问信号，或在所述雷管被增大功率消耗(powered up)之后，自动地传送预编程的数据，所述预编程的数据可以包括前述数字。

所述装置可以被构造成这样：当所述工作电路接上一在所述范围内并低于所述设计不引爆电压的工作电压时，所述工作电路处于联接状态，在该状态中，可以记录下与所述装置有关并存储在所述电路中的标识数据。当所述工作电路接上所述工作电压时，所述工作电路可以响应于一外施加的控制信号，藉助该控制信号，可以将所述工作电路切换到未联接状态。

所述装置可以包括至少一个位于所述引爆件附近、比所述引爆件更容易受到机械损伤的结构。

所述引爆件包括任何一种适当机构，并且可以是例如一半导体元件或由一电桥形成，或者由其它适当的机构组成。

在将电桥用作所述引爆件的情况中，可以将一个或多个从其物理性能上说没有所述电桥坚固的连接件设置在所述电桥附近，并利用电方法或其它任何一种方法对它们的机械损伤进行电监控。所述工作电路可以例如包括这样一个装置，它可以监控所述连接件或诸个所述连接件，并且如果检测到所述连接件或诸个所述连接件受到机械损伤，可以使所述电桥不工作。

所述工作电路包括这样一个装置，它可以检测出对所述装置进行的任一电连接的极性，并且可以消除所述连接的极性。

所述装置可以具有一能示出一数字或代码的标签，所述数字或代码与所述标识数据相对应或以所述标识数据为基础。所述装置可以在例如其引线上具有一与之相连的、可以用电学方法、机械方法或光学方法来读取的标签。

所述装置可以包括一检测电路，所述检测电路可以监控施加于所述装置的电压，并且如果该电压超过一预定值可以产生一警告信号。或者或另外，它包括一用来将一施加于所述装置的电压固定到一低于所述设计不引爆电压的装置。

本发明还提供这样一种爆炸系统，它包括一个或多个前述装置；以及至少一个没有一内部电源的第一控制单元，并适于记录以预定次序与之相连的每一装置的标识数据。

所述系统可以包括一用来借助所述第一控制单元将一相应时延赋于各装置的第二控制单元。为了把每一相应的装置和一适当的时延联系起来，可以使用记录在所述第一控制单元内的标识数据。

本发明还提供了一种电子炸药起爆装置，它包括一具有一设计不引爆电压并且已在一小于所述设计不引爆电压的确认不引爆电压下进行了测试的引爆件，所述装置还包括一可以在跨过所述设计不引爆电压的电压范围内的任一电压下进行工作的工作电路；以及其内存储了与所述装置有关的标识数据的存储装置，当接上一在所述范围内且低于所述设计不引爆电压的工作电压时，所述工作电路可以被切换到一联接状态，在该状态中，藉助外部装置可以获取到所述标识数据。

本发明还提供了一种爆炸系统，它包括多个炸药起爆装置，每一起爆装置包括其内存储有与所述装置有关的标识数据的相应存储装置；以及一相应的工作电路、控制装置、从所述控制装置引线出来的连接装置，每一装置可以单独与所述控制装置相连，所述装置包括用来当完成所述连接时能指示每一装置与所述连接装置连接牢固性的测试装置；以及用来存储每一装置的标识数据和各装置与所述连接装置连接顺序的存储装置。

本发明还提供了一种建立一爆炸系统的方法，它包括以下步骤：在各所选位置，将多个炸药起爆装置与从控制装置延伸出来的连接装置相连；在进行连接时，对每一接头的牢固性进行测试；将与每一相应装置有关的标识数据和各装置与所述连接装置连接的顺序存储在所述控制装置内；并利用所述控制装置将预定时延赋予各装置。

附图简要说明

下面将结合附图藉助各例子对本发明进行描述，在各附图中：

图1是本发明电子炸药起爆装置的电压特性的图解说明，

图2是一包括本发明起爆装置的雷管的剖视图，

图3是图2所示雷管的某一局部的放大俯视图，

图4是图3所示雷管的侧视图，

图5是图3所示雷管的端视图，

图6是包含了其相关集成电路的本发明起爆装置的放大图，

图7是本发明起爆装置的电路方框图，

图8是本发明的改进型起爆装置的电路方框图，以及

图9和图10分别示出了一爆炸系统内的多个装置的使用过程中的不同相位。

较佳实施例的描述

众所周知，不引爆(no fire)电流是雷管电桥特性。采用一诸如藉助使用微晶片(microchip)技术可实现的良好确定(well defined)的引爆电路，所述引爆电路本身就可以具有较高的可再现电阻(reproducible resistance)，因此可以预知不引爆电压与不引爆电流有关。不引爆电压是电桥结构的固有特性，并且它不依赖于其它电路或元件的校正功能。

图1示出了本发明电子炸药起爆装置的电压特性。所述装置具有一其中间值在0至30伏范围内的设计不引爆电压。对几个取自在基本相同条件制造的多个装置的试样进行测试，以建立一个没有一个装置可以在该电压时点火的电压。然后，假定该批装置中的剩余装置具有测试不引爆电压。

如图1所示，一低于设计不引爆电压的电压是不足以引爆所述装置的，而当电压超过该设计不引爆电压时，通过传送正确的控制顺序(sequences)，可以引爆所述装置。但是，与所述装置相连的操作双向通信电路却可以在位于以下电压范围内的任何一个电压起作用：该电压经过所述设计不引爆电压，并从小于该设计不引爆电压值一直到大于该设计不引爆电压。

设计不引爆电压是施加于所述装置的两端子的电压。

在生产过程中，事实上都将每一个所生产装置的设计不引爆电压确定得超过某一特定极限，该极限是对所生产的每一装置所进行的测试的结果，在该测试过程中，各装置都被赋予了一定功率可到达图1所示的电压水平，并且所有的回路都是工作的，以试图引爆所述装置。所有不引爆的装置都要经过所述测试。这样就可以保证接入一处于安全测试电压的带电回路内的任何一个装置都不会在任何一个信号条件下发生爆炸。

图2至图5示出了一利用图6所示类型的电子炸药起爆装置12制造的雷管10。图6示出了集成电路14，它具有一借助引爆开关18而与所述电路相连的桥式引爆件16。在所述桥式引爆件附近是一相对较薄和机械性能较弱的导体20，它用作一传感器，也可称为一保护环。借助端子22可与所述电路相连。

图2至图5示出了所述雷管内各元件的机械相互关系和某些电连接。所述雷管包括一管形壳体24，在所述管形壳体内设置有一中间壳体26和一由例如PETN或TNT组成的基本装料。

所述中间壳体携带有一诸如DDNP、碱式乙酸铅、叠氮化铅或叠氮化银之类的主炸药30、一头部(header)32、一基片34、电阻器36和一电容器38。利用如SA专利No.87/3453所揭示的那样，与增强输出相桥接，可以用诸如PETN或RDX之类的次炸药来装填所述中间壳体。

头部32是一不带有电路图案(circuit pattern)的基片。但是，正如图4中清楚图示的那样，位于所述头部内的是构成本发明电子炸药起爆装置的集成电路。

基片34带有一印刷电路图案，参见图3，正如已指出的那样，所述基片安装有体积相对较大的元件，诸如电阻器36和电容器38。

头部32和基片34之间的电性互连是利用软接合线来完成的。或者，可以利用倒装焊接法和胶带自动接合(tape automated bonding)技术来完成所述电连接。

壳体24在其一端44处具有皱纹而成一皱纹式插头46，该插头也用作一密封件，以保护壳体24内部的各元件受到湿气和灰尘的侵入。自基片34延伸出来的电引线48带有一标签50。与所述雷管有关的唯一标识数(unique identity number)以条形码的方式标示在所述标签上。该数字与存储在装置12的电路14内的数字相对应，或者与之有关。

图7是电路14的方框图。该电路包括下列主要元件：一桥式整流器52、一数据提取器模块(data extractor module)54、一控制逻辑设备56、一本机时钟58、一序号EPROM60、一延时寄存器(delay register)62，以及一比较器和多路转换器64。图中还示出了一熔丝连接16，如保护元件或保护环20那样。

在图7所示的电路中，元件R1、R2、Z1和Z2以及一火花放电隙(sparkgap)SG形成一过电压保护电路。点C和D之间的电压是由齐纳二极管21、22来箝位的。一晶体管Q1被用来在装置14和一控制单元之间进行通信的过程中使点C和D短路，并抽出电流使它通过电阻器R1和R2-参见图8和图9。

桥式整流器52可以对输入电压进行整流，并将能量存储在一与图2中的电容器38相对应的电容器C1内。从存储的能量被用来在停止发送信号之后，使所述电路可以工作。

模块54可以判定一与所述装置的输入端子A和B相连的信号的极性。可以将数据和时钟嵌入那些发送给所述雷管的信号中。

一齐纳二极管Z3、一电阻器R3以及连接设备56是被用来：当所述装置处于使能状态时，利用一晶体管Q2将所述输入电压箝位在所述不引爆电压之下。一电阻器R4和一晶体管Q3可以控制引爆电容器C2的充电过程。一晶体管Q4可以保持所述电容器C2放电，一直到开始充电为止。

通过将电容器C2充电到超过所述设计不引爆电压，并随后接通一与引爆开关18相对应的晶体管开关Q5，可以引爆桥式引爆件16。

设计不引爆电压是端子A和B之间的电压，用作使用过程中施加于这些端子的工作电压。经过引爆件16的电压等于或稍稍小于端子A、B之间的电压。

图8所示的电路与图7所示的电路基本上是相同的，只是图8所示电路只使用了一个电容器C1，并且省去了电容器C2。所述装置是在固有的安全电压(图1)下进行测试和连接的。为了能引爆所述装置，发送一不能箝位的信号，并使电压增大到超过所述不引爆电压，并传送一引爆命令序列。

在所述的两个电路中，保护环20是与控制连接设备56相连的，因此，可以对引爆件16的牢固性进行监控。这是下述前提为基础的：比引爆件16欠坚固的保护环要比所述引爆件更敏感于物理或机械损坏。因此，如果装置12在制造过程中受到物理损伤或磨伤，那么，保护环20将在所述引爆件之间断裂。如果所述保护环破损，可以对所述保护环所受到的损坏进行评定，随后可以丢弃所述装置12。

EPROM 60可以存储一赋予所述装置12的唯一序号或标识数。所述的数字与保持在标签50上的条形码数字相对应或以任何一种理想方式与之有关。该唯一的数字可以使所述装置单独寻址。所述的序号可以被访问。在增大功率消耗时，一读标识命令可以使所述经连接的装置作出响应。一解链信息可以使一装置解链。经解链的装置不会对一读标识信息作出响应。这样就可以代替(replace)其它的寻址电路(addressing schemes)，例如菊花链。

正如前文已经指出的，所述装置的不引爆电压是藉助对一些取自一批试样的试样预先进行测试来建立的。图7所示的工作电路图设计得可以在超过下述范围的电压下进行工作，所述电压范围经过所述不引爆电压，参见图1。

电路56可以与一用来控制爆炸顺序的控制单元进行双向通信。正如前文已经指出的那样，当所述装置12是被访问时，保持在EPROM 60内的所述序号可以随着其它任何理想的预编程的数据一起被传送到所述控制单元。

电桥16的牢固性是通过对所述保护环20的牢固性进行监控来直接监控的。所述保护环受到的任何一个损伤都会自动地报告给一控制单元。

从图2至图5中，应予注意的是，装置12是机械第位于头部32内，并且附加的一些电路元件是携带在所述基片34上。将所述基片培育所述头部相连的各软接合线40是一种特别可靠的连接装置。各软接合线的柔性和较轻的重量降低了断裂或不良电接触的机率。装置12相对于头部32和基片34的这种运动可能会发生在制造、操控过程中以及在高冲击环境中进行使用的过程中。

所述装置的设计是这样的：不管是交流还是直流的、高达500伏的未编码信号是不能被用来引爆所述装置的。

高达30千伏的瞬态过电压将不能起爆所述装置。

图9和图10示出了在一爆炸系统中使用多个装置10A、10B、10C等等的情况。与各装置有关的唯一数字被携带在各标签50A、50B、50C等等上。每一装置的输入引线48以任何一种极性、按照图9和图10中所示的连接次序与双线网状系统80相连。各标签上的序号是随机的，它们与所述连接次序没有任何相互关系。

在一种应用方式中的连接次序是由一第一控制单元70来监控的并存储在其内，所述第一控制单元是借助其与一测试器70的连接而给以动力的，所述测试器含有一电源(电池)，所述电源具有一更好低于电子炸药起爆装置的测试不引爆电压的最大电压输出，因此在连接爆炸系统的过程中，可以确保爆炸现场的固有安全性。随后采用为各雷管赋予各延迟周期的第二控制单元72，考虑到它们的连接次序，采用各序号作为用来识别各雷管的途径。这样就可以简单但有效地获得所需的爆炸指令序列。

即使当各雷管的标签或其它标识信息遗失时，本发明仍可以在现场将各雷管连接起来。为此，每一雷管均具有内存储的标识数据。为了寻址一雷管，人们必须对所述雷管具有辨别能力，但是，为了获得这种辨别能力，必须增加所述雷管的功率消耗。因此，必须具有一可以在某一电压下安全工作的雷管。

设计不引爆电压是所述雷管的两个端子之间的电压。正如前文指出的那样，设计不引爆电压是由各试样确定的，并且在一确定的不引爆电压下，预先对一爆炸系统中所使用的每一雷管进行测试，以保证可以在该电压下现场使用。工作和通信电压跨过所述不引爆电压。当所述雷管的功率消耗增大时，所述雷管也具有可获得标识数据的特性。

在现场，当将所述雷管与一导线相连，并且连接良好时，可以自动地产生一信号，以指明所述连接事实上是完好的。如果没有产生一信号，则技术人员必须立即重新进行连接。因此，对所述连接的牢固性的测试是自动进行的。所述系统自动地记录连接的瞬时顺序。在一个爆炸系统中，有时候，可以将所述瞬时顺序看作为各雷管的地理位置。但是，这通常不是必需的，因为可以藉助任何一种方式，例如使用一可产生那些被传送给控制单元的精确位置数据的球形位置系统来确定位置信息。因此，可以获得有效的时序或瞬时信息，以获得每一雷管的标识数据，并可以对每一雷管与一爆炸系统的连接情况的牢固性进行测试。随后，考虑到雷管顺序。每一雷管的位置，可以使用所述控制单元，以赋予各雷管一定的时延，以获得所需的爆炸模式。

利用一种考虑了各种物理因素和所需爆炸模式的算法或任何适当的计算机程序，可以产生所述时延。

正如前文已指出的那样，当一雷管的功率消耗增大时，它被联接，并且与所述雷管有关的特定信息可以从一控制单元传送给它，以使所述雷管可以用时延信息来编程。所述雷管基本上是分开的，在这种状态下，它与所述系统内也都是分开的所有剩余雷管一起可以接收广播例如引爆各雷管之类的信息。

可以在任何时候联接雷管。这可以通过利用上述雷管的标识特性完全传送信息来完成。

本发明的主要优点在于所述爆炸系统本身所具有的柔性。当对每一连接的牢固性进行监控时，可以按要求，立即在现场采取补救措施。即使外标记被擦去，也可以辨别出每一雷管、顺序连接信息和与每一雷管有关的标识数据都是可以自动获得的。可以很方便地产生位置信息。因此，在藉助一适当的计算机程序或算法将时延赋予各雷管以获得一理想的爆炸系统的过程中，是没有受到任何实际约束的。

其它显著优点在于它可以为安装所述系统的人员提供安全性。在确定的不引爆电压下藉助离开现场进行的测试所发生的屏蔽、在低于每一装置的不引爆电压的电压下起作用的工作和通信电路的使用，以及每一装置“辨别”自身的能力，可以建立一具有高固有水平安全性的爆炸系统。

Claims (22)

1．一种电子炸药起爆装置，它包括一具有一设计不引爆电压和一工作电路的引爆件，所述工作电路可以在跨过所述设计不引爆电压的电压范围内的电压下工作。

2．如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述设计不引爆电压是通过对取自一批设计得基本相同的电子炸药起爆装置的一个或多个试样进行测试来确定的。

3．如权利要求2所述的装置，其特征在于，它是在一小于所述设计不引爆电压的确认不引爆电压下进行测试的。

4．如权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于，它包括一在低于所述不引爆电压的电压下工作的双向通信电路。

5．如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述双向通信电路可以在跨过所述设计不引爆电压的电压范围内的任一电压下工作。

6．如权利要求1至5中任一权利要求所述的装置，其特征在于，当接上一在所述范围内并低于所述设计不引爆电压的工作电压时，所述工作电路是处于联接状态，在该状态下，可以记录下与所述装置有关并存储在所述电路中的标识数据。

7．如权利要求6所述的装置，其特征在于，它具有一显示出一数字或代码的标签，所述数字或代码与所述标识数据相对应或以所述标识数据为基础。

8．如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，当接上所述工作电压时，所述工作电路可以响应于一外施加的控制信号，藉助该控制信号，可以将所述工作电路切换到未联接状态。

9．如权利要求1至8中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述引爆件是一电桥，一个或多个从其物理性能上说没有所述电桥坚固的连接件设置在所述电桥附近，并对它们的机械损伤进行监控。

10．如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述工作电路包括这样一个装置，它是用来监控所述连接件或诸个所述连接件，并且如果检测到所述连接件或诸个所述连接件受到机械损伤，可以使所述电桥不工作。

11．如权利要求1至10中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述工作电路包括这样一个装置，它可以检测出对所述装置进行的任一电连接的极性，并且可以消除所述连接的极性。

12．如权利要求1至11中任一权利要求所述的装置，其特征在于，它包括一检测电路，所述检测电路可以监控施加于所述装置的电压，并且如果该电压超过一预定值可以产生一警告信号。

13．如权利要求1至12中任一权利要求所述的装置，其特征在于，它包括一用来将一施加于所述装置的电压固定到一低于所述设计不引爆电压的装置。

14．一爆炸系统，它包括多个如权利要求6或7所述的装置；以及至少一个没有一内部电源的第一控制单元，所述的多个装置可以连接于所述第一控制单元，所述第一控制单元适于记录以预定次序与之相连的每一装置的标识数据。

15．如权利要求14所述的爆炸系统，其特征在于，它包括一借助所述第一控制单元将一相应时延赋于各装置的第二控制单元。

16．一种电子炸药起爆装置，它包括一具有一设计不引爆电压并且已在一小于所述设计不引爆电压的确认不引爆电压下进行了测试的引爆件，所述装置还包括一可以在跨过所述设计不引爆电压的电压范围内的任一电压下进行工作的工作电路；以及其内存储了与所述装置有关的标识数据的存储装置，当接上一在所述范围内且低于所述设计不引爆电压的工作电压时，所述工作电路可以被切换到一联接状态，在该状态中，藉助外部装置可以获取到所述标识数据。

17．一种爆炸系统，它包括多个炸药起爆装置，每一起爆装置包括其内存储有与所述装置有关的标识数据的相应存储装置；以及一相应的工作电路、控制装置、从所述控制装置引线出来的连接装置，每一装置可以单独与所述控制装置相连，所述装置包括用来当完成所述连接时能指示每一装置与所述连接装置连接牢固性的测试装置；以及用来存储每一装置的标识数据和各装置与所述连接装置连接顺序的存储装置。

18．如权利要求17所述的爆炸系统，其特征在于，当所述装置与连接装置相连时，每一装置的工作电路被设置成联接状态，在该联接状态中，可以藉助所述控制装置来获取存储装置内的标识数据。

19．权利要求17或18所述的爆炸系统，其特征在于，所述存储装置包括用来存储与每一相应装置有关的位置信息的装置。

20．如权利要求17、18或19所述的爆炸系统，其特征在于，所述控制装置包括用来将时延赋予每一相应装置的装置。

21．一种建立一爆炸系统的方法，它包括以下步骤：在各所选位置，将多个炸药起爆装置与从控制装置延伸出来的连接装置相连；在进行连接时，对每一接头的牢固性进行测试；将与每一相应装置有关的标识数据和各装置与所述连接装置连接的顺序存储在所述控制装置内；并利用所述控制装置将预定时延赋予各装置。

22．如权利要求21所述的方法，其特征在于，它包括将与每一相应装置有关的位置信息存储在所述控制装置内。

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