CN201184775Y - 可编程智能电子延期电雷管 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种雷管，具体地说为一种可编程智能电子延期电雷管。它包括雷管壳、防静电橡胶塞、防静电橡胶套、脚线、延期电路板、药头、火药。脚线、延期电路板、药头封装在防静橡胶套中，防静橡胶套置于雷管壳内以防静橡胶塞封口，脚线穿过橡胶塞与延期电路板连接，延期电路板通过药头与火药连接。延期电路设计采用双振荡电路双延期时序和多级开关控制模式。它解决了现有电子延期雷管本质安全性不高、不可编程的技术问题，具有在线检测、编程功能、可与普通雷管混用、组网能力好、可使用数字密码起爆等优点。

Description

可编程智能电子延期电雷管

技术领域

本实用新型涉及起爆器材领域，具体地说为一种可编程智能电子延期电雷管。

背景技术

目前世界许多国家，正在进行以电子延期电路取代传统化学延期药剂的电子雷管的研究和应用，在欧美发达国家尤其活跃。与普通雷管相比，使用延期电路代替延期药的电子延期雷管有着明显的优点。电子延期雷管采用一个微电子芯片取代普通电雷管中的化学延期药剂，不仅大大地提高了延期精度，降低了爆破震动危害，而且通过控制电路，很大的提高了雷管的抗干扰能力，有效地减少了静电可能造成的危害。

现有的电子延期雷管一般是非编程的电子雷管，缺点是只具有延期功能，对实时在线功能开发不足。延期时间在出厂前已经固化不能改变，同种电路对设定不同延期时间要求的适应性差，不能使用数字密码信号起爆，缺乏在线检测能力，不能实现在线检测雷管内部系统电路功能及状态，负载通断状态，读取内部身份编码，并与出厂编码核对等功能。组网能力不理想，成本过高，不能和普通电雷管混用等缺点，实用性不强。

另外，现有电子延期雷管的安全性也存在问题。本质安全性是雷管安全使用的根本保障，怎样使雷管丢跑造成的危害降到最低，一直以来都是雷管设计工作的重点。以往化学延期雷管往往没有很好的方法解决此问题。普通的化学延期雷管丢炮的形成多由于桥丝的电阻特性引起，网络中的雷管桥丝已经通电而药头却没有发火就成了丢炮。桥丝一旦通过了电流，药头就受到激发变得不稳定，这将给处理未爆雷管的人带来生命危险。虽然电子延期电路的设计和应用，极大的提高了雷管的可靠性，降低了发生丢炮的概率，然而由于各种原因丢炮依旧可能发生。现有电子雷管大多采用并联网络和内置储能电容的方法解决丢炮的问题。储能式电子电路的最大缺点是雷管发生丢炮时电路内部的电能没有通过桥丝释放而是还处于储能状态，亚稳定状态的电路随时可能放电。雷管一旦发生丢炮，电子电路的内部储能若不能及时释放，雷管就变会得极不稳定。这将给处理丢炮的工作人员带来巨大的安全隐患。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有在线检测、编程功能、组网能力好、可使用数字密码起爆、高本质安全性的可编程智能电子延期电雷管。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种可编程智能电子延期电雷管，包括雷管壳、防静电橡胶塞、防静电橡胶套、脚线、延期电路板、药头、火药，其中：

脚线、延期电路板、药头封装在防静橡胶套中，防静橡胶套置于雷管壳内以防静橡胶塞封口，脚线穿过防静电橡胶塞与延期电路板连接，延期电路板通过药头与火药连接。

延期电路板的延期电路包括整流桥，抗干扰电路，升压电路，高压储能电路，低压储能电路，译码电路，晶体振荡电路，单片机，多级开关电路；其中，整流桥输出经过抗干扰电路后分为三路，第一路连接译码电路，第二路经低压储能电路连接晶体振荡电路，第三路经升压电路和高压储能电路连接多级开关电路，晶体振荡电路和译码电路输出连接单片机，单片机的输出连接多级开关电路。

多级开关电路由开关01、开关02、开关03组成，单片机的输出信号分别连接三个开关，开关01为总控制开关，连接于升压电路和高压储能电路之间，开关02连接于高压储能电路与桥丝电阻之间，开关03连接于高压储能电路与非桥丝电阻之间。

电子延期电路前端设置一个手动安全开关。

脚线被注塑固定在防静橡胶塞中，防静电橡胶塞铸有小台，在脚线与延期电路板连接之间加装塑料固定块。

防静电橡胶套和防静电橡胶塞可采用一体式塞套的结构，上部是橡胶塞，下部是橡胶套，中间留有穿入脚线的孔。

延期电路板上设置有焊接药头两脚的基片或基针或板孔。

本实用新型所具有的积极效果是：

1、可编程性。本实用新型使用单片机作为雷管延期电路的控制芯片，通过总线可以将雷管的状态反馈给外部控制器，并且可以随时按照给定程序响应要求。外部控制器通过控制芯片来使雷管电路完成各种动作。增强了实时操作功能，实现了在线编程，在线检测。可现场在线检测雷管ID码，编程确定延期时间，使用数字密码指令起爆。通信采用自主回路协议，雷管电路和外部控制器之间的通信不会受到杂乱信号或其他可以编程器件信号的影响和干扰。克服了非编程电子延期雷管的弊端，操作人员可以根据现场需要、使用习惯确定延期时间，现场对整个爆破网络进行检测和设定各雷管的延期秒量。整个网络中只需要对一种电子延期雷管通过简单编程便可以实现毫秒，1/4秒，半秒，秒延期等不同延期时间的功能，从而不需要采购多种延期段别的雷管，简化了爆破操作的复杂性。

2、安全性更高。为了提高安全性，本实用新型改进了延期电路的本质安全性，系统电路稳定可靠，不成功率极低。雷管电路加强了抗干扰电路，外部控制器采用安全授权开启，只有爆破员才能操作设备，避免误触发的事故。

最重要的是，本实用新型解决了雷管延期电路中储能电路丢炮后处于亚稳态的问题。雷管延期电路采用了晶体振荡电路和RC两个荡电路双时序模式和多级开关控制模式。电路已经充电和接收到起爆指令后，若第一延期时序未能正常工作时，电路便自动转入第二时序控制模式，使电路中的储能释放在另一个非桥丝电阻上，完全消除了危险。

同时，本实用新型改进了雷管的储能电路，提高了可靠性。采用双储能电路供电模式，高压储能电路负责对雷管桥丝放电，可靠性更高，激发时间更短。低压储能电路负责电路的工作耗电，电路可靠工作时间更长。

雷管电路的前端另加一个手动开关，打开开关后电路方能正常工作，进一步方便有效地提高雷管的本质安全性。

3、延期时间精确。以1MS为间隔任意设定时间，精确度高。克服了非编程电子延期雷管的缺陷，一个爆破工程只需要一种雷管。爆破人员可以按照自己的使用习惯和设计要求对每一发雷管确定延期时间。

4、组网能力强。若干电子雷管可通过总控制器和起爆器组成网络。

附图说明

图1为实施例1的雷管结构图，

图2为实施例2的雷管结构图，

图3为雷管延期电路方框图，

图4为多级开关电路方框图，

图5为双延期时序原理示意图，

图6为防静电橡胶塞与脚线结构示意图，

图7为延期电路板与脚线之间连接方式结构示意图，

图8为一体式塞套的结构示意图，

图9为一体式塞套与延期电路板装配示意图，

图10为延期电路板与药头板孔式连接示意图，

图11为图10中的药头局部示意图，

图12为延期电路板与药头基片式连接示意图，

图13为药头与基片的局部示意图，

图14为延期电路板与药头基针式连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型提出了一种适于我国工程现况的可编程智能电子延期电雷管的设计方案。

如图1、2所示，可编程智能电子延期电雷管，包括雷管壳、防静橡胶塞1、防静橡胶套2、脚线3、延期电路板4、药头5、火药6。脚线3、延期电路板4和药头5封装在防静橡胶套2中，防静橡胶套2置于雷管壳内以防静橡胶塞1封口，脚线3穿过防静电橡胶塞1与延期电路板4连接，延期电路板4通过药头5与火药6连接。

如图3所示，延期电路板4的延期电路包括整流桥，抗干扰电路，升压电路，高压储能电路，低压储能电路，译码电路，晶体振荡电路，单片机，多级开关电路；其中，整流桥输出经过抗干扰电路后分为三路，第一路连接译码电路，第二路经低压储能电路连接晶体振荡电路，第三路经升压电路和高压储能电路连接多级开关电路，晶体振荡电路和译码电路输出连接单片机，单片机的输出连接多级开关电路。

如图4所示，多级开关电路由开关01、开关02、开关03组成，单片机的输出信号分别连接三个开关，开关01为总控制开关，连接于升压电路和高压储能电路之间，开关02连接于高压储能电路与桥丝电阻之间，开关03连接于高压储能电路与非桥丝电阻之间。

如图3所示，电子延期电路前端设置一个手动安全开关。手动将其打开后，延期电路板4延期电路才可以工作。

其中，雷管延期电路的设计采用了双储能电路、双振荡电路双延期时序和多级开关控制模式。

双储能电路供电模式，高压储能电容负责对雷管桥丝放电，可靠性更高，激发时间更短。低压储能电容与晶体振荡电路相连接，负责电路的工作耗电，电路可靠工作时间更长。改进了安全性设计，并且可以在雷管前端另加一个手动开关，去掉开关后电路方能工作。增加抗干扰电路，防静电防射频能力增强，安全性得到保障。简化了译码电路，不使用额外的译码芯片，减少不必要的资源浪费，降低成本。

如图5所示，延期电路采用双振荡电路双延期时序模式，一套精确用于延期起爆，另一套稳定用于过期放电。这两个时序由两个振荡电路完成。

延期电路采用第一延期时序和第二延期时序的两个工作模式，电路已经充电并且接收到起爆信号后，网路正常时延期电路使用第一延期时序工作；当因为网络断路或电路故障等原因，第一延期时序未能正常工作时，延期电路将自动转入第二延期时序工作。

第一延期时序和第二延期时序由两个振荡电路完成，第一个振荡电路为晶体振荡电路，其构成了第一延期时序，晶体振荡电路产生的时基信号输入给单片机进行运算，延期达到预定时间后，单片机驱动开关02使高压电容对桥丝放电；第二个振荡电路为单片机内部RC振荡电路，其构成第二延期时序，单片机内部RC振荡电路产生的时基信号输入给单片机自身进行运算，延期达到预定时间后，单片机驱动开关02使高压电容对桥丝放电或驱动开关03使高压电容对非桥丝电阻放电。

当电路已经充电并且接收到起爆信号后，单片机接收由晶体振荡电路产生的时基信号，精确延期达到预定时间后，驱动开关02打开，使高压电容对桥丝放电。当因为网络断路或电路故障第一时序未能正常点火时，单片机将自动转入第二时序。单片机在计时工作中未接收到外部时基信号时，自动使用芯片内部的RC振荡电路产生的时基信号。经过延期达到预设秒量后单片机驱动开关03，高压电容将电能释放在另一个非桥丝负载上。通过两个时序和多级开关电路，雷管可以实现紧急情况电容放电，过期自动放电两种安全保障功能。

编程确定延期起爆时间时，如果起爆网络的准爆率要求较高，则可以编程使第一时序和第二时序完成同一个指定的延期时间。那么当第一时序故障时第二时序也可以完成延期工作，只是延期精度不再那么精确。也可以通过编程使第二时序的延期时间超过第一时序的延期时间，那样延期电路就可以实现过期功能。当第一时序未能完成工作时，电路会再经过一段时间完成第二时序的延期时间后电路过期，电能释放在非桥丝电阻上。

在组网使用时，控制雷管的外部控制器包括起爆器和总控制器。总控制器等级最高，多个起爆器并联在总控制之下组成网络。总控制器由专用设备或PC担当，负责起爆器之间的联网控制。起爆器之间并联具有同等地位，共同接收来自总控制器的指令信号，共同动作。

雷管非电路部分的设计解决了电路板4和脚线3、药头5和其他部分的连接问题。电子延期雷管的结构特点就是在普通雷管的脚线3和药头5之间加上了一块电子电路板4。普通延期雷管的基本装药结构完全可以适用在电子延期雷管上。而其中最大的不同就在于引火药头结构设计。

特殊设计的防静电橡胶塞1和防静电橡胶套2可以增强雷管的抗静电抗射频功能。

防静电橡胶塞1由加入一定比例石墨粉(或其他导电材料)的橡胶注塑形成，与管壳紧配合制成具有防静电防射频功能的塞子。

防静电橡胶套2是由橡胶注塑而成的有一定强度圆筒套，也可以在模具表面加石墨粉末(或其他导电材料)，使得绝缘的橡胶套表面具有一定的导电性。其特征是长度能包含整个延期电路板4和药头5部分，延期电路板4和药头5焊接在一起装入防静电橡胶套2中，最后装入雷管壳。在装配入管壳前，向延期电路板4与导电橡胶套2之间的空隙中注入一定量的粘弹性物质充满其中。粘弹性物质是泡沫树脂或类凝胶材料，被注入待其凝固后电路板部分被全部封装在其中。一定硬度的凝固体其防振功能可以减轻电子电路板在振动中与管壳之间的碰撞作用，同时绝缘材料可有效阻止脚壳间的放电。

如图6所示，防静电橡胶塞1是独立的，防静橡胶塞1与一定形状的脚线3一起注塑形成，注塑后脚线3被固定在防静橡胶塞1中。塞子的结构基本维持现有结构一般不需改变。雷管脚线3与延期电路板4的焊接处，在雷管的橡胶塞卡口过程中会产生应力。所以电路板与连接线之间的连接要求有一定的刚性，塞子可以铸有小台7。外部脚线可能有很强拉力，橡胶塞要有强的抗拉能力。

防静电橡胶塞1内部脚线3可以保持现有的缠线式结构，或者采用并行式结构。并行式结构指的是将两股并行的线浇铸在橡胶塞中，并行的线也可以有各种增加阻力的结构和放电片、放电电阻等。缠线式结构一般适用于铁质线，并行式结构更适用于强度大的钢质线。

要保证卡口时对焊点的作用力最小，也可以在脚线3与延期电路板4连接之间加装一个塑料固定块12起刚化作用。脚线3与延期电路板4装配方法如图7所示。

如图8所示，橡胶套和橡胶塞也可以采用一体式塞套13结构。塞子中间留有穿入脚线3的孔，加石墨(或其他导电材料)一次性注塑成型。装配方法如图9，脚线3与橡胶塞开始是松配合，橡胶塞可以在脚线3上滑动。脚线3穿入橡胶塞后，将塞套向外部脚线一侧滑动，使脚线3伸出足够长的距离。伸出的裸脚线很容易与延期电路板4焊接。焊接完毕后再将塞套滑下，覆盖药头5和延期电路板4整体。

电子延期雷管电路板的连接在结构上只是用延期电路板4对延期体的进行了替换。若电路板的安装采用插入雷管管壳内部的结构，延期电路板4连接在穿过防静电橡胶塞1的脚线3与药头5之间。在雷管基本装药部分维持了现有的状态，起爆药，主装药基本不变。需要改变的部分主要在延期电路板4与药头5、脚线3的连接方法和防静电橡胶套2安装方法上。药头5的连接与以往不同，要更适应与延期电路板4的连接，要有利于延期电路板4的装配。制作延期电路板4时先留有焊接药头5的基片8、基针9或板孔10，再将预制的药头5焊接于基片8、基针9或板孔10内。基片8适用于热压焊接，板孔10适用于普通锡焊。延期电路板4最后要安装在防静电橡胶套2内，防静电橡胶套2的大小、硬度、含有导电材料量按要求设计。

延期电路板4与药头5的连接分为板孔式、基片式、基针式三种焊接方式。

A板孔焊接式连接：

延期电路板与药头板孔式连接的示意图如图10所示，预制电路板时在板的两端留孔，称为板孔10。孔的直径、间距与刚性药头两脚间距一致。图11为图10中的药头局部示意图。预制刚性药头时，将两脚末端折有90°弯角。装配时将药头的两脚11折弯的部分插入电路板的板孔10中，然后焊接。板孔10焊接大多采用锡焊，此时需要实验确定的是焊接时烙铁的温度是否会引燃药头。可以参照焊接易损元器件的方法，工具采用储能式电烙铁。

B基片焊接式连接：

图12为延期电路板与药头基片式连接的示意图。预制电路板时焊有金属薄板，称为基片8。基片8的位置与药头两脚11位置对应，图13为药头与基片的局部示意图。基片8前沿超出延期电路板4前沿大约5mm，基片8厚度和宽度大致与药头的两脚11一致或稍大，材料可以是铁质的。药头的两脚11与基片8重叠后适宜采用热压焊接。

C基针焊接式连接：

图14为延期电路板与药头基针式连接的示意图。预制电路板时留有板孔10，板孔10中焊有金属针状物，称为基针9。基针9的位置与药头的两脚11一致，可以使用现有直径约为0.52mm的爆破线或直径稍大的铁丝或钢丝截取制得。基针9超出延期电路板4部分长度约8-10mm。刚性药头的两脚11与基针9焊接的方法与现有的刚性药头与脚线焊接的方法一致。此方法最方便操作，无需更改设备易于实现，缺点是增加了雷管的整体长度，不利于雷管的小型化。

如图7所示，延期电路板4与脚线3连接要保证焊接牢固，有一定的抗拉强度，并且要保证卡口时对焊点的作用力最小。防静电橡胶塞1底端铸有的小台7可以缓解卡口时的挤压作用，也可以在脚线3与延期电路板4连接之间加装一个塑料固定块12起刚化作用。焊接方法可以是基片式或者板孔式。

延期电路板4与药头5、脚线3的装配过程分为三步，第一药头5与延期电路板4的连接，第二延期电路板4与脚线3的连接，第三延期电路板3套入防静电橡胶套2封装。

延期电路板4采用装入雷管壳的安装结构，延期电路板4和药头5、防静电橡胶塞1先后装配完毕并封装后，作为整体被装入原先准备好的半成品火雷管中，压紧防静电橡胶塞1即可。

Claims (7)

1、可编程智能电子延期电雷管，包括雷管壳、防静电橡胶塞[1]、防静电橡胶套[2]、脚线[3]、延期电路板[4]、药头[5]、火药[6]，其特征在于：

脚线[3]、延期电路板[4]、药头[5]封装在防静橡胶套[2]中，防静橡胶套[2]置于雷管壳内以防静橡胶塞[1]封口，脚线[3]穿过防静电橡胶塞[1]与延期电路[4]板连接，延期电路板[4]通过药头[5]与火药[6]连接。

2、如权利要求1所述可编程智能电子延期电雷管，其特征在于：延期电路板[4]的延期电路包括整流桥，抗干扰电路，升压电路，高压储能电路，低压储能电路，译码电路，晶体振荡电路，单片机，多级开关电路；其中，整流桥输出经过抗干扰电路后分为三路，第一路连接译码电路，第二路经低压储能电路连接晶体振荡电路，第三路经升压电路和高压储能电路连接多级开关电路，晶体振荡电路和译码电路输出连接单片机，单片机的输出连接多级开关电路。

3、如权利要求2所述可编程智能电子延期电雷管，其特征在于：多级开关电路由开关[01]、开关[02]、开关[03]组成，单片机的输出信号分别连接三个开关，开关[01]为总控制开关，连接于升压电路和高压储能电路之间，开关[02]连接于高压储能电路与桥丝电阻之间，开关[03]连接于高压储能电路与非桥丝电阻之间。

4、如权利要求2所述可编程智能电子延期电雷管，其特征在于：电子延期电路前端设置一个手动安全开关。

5、如权利要求1或2所述可编程智能电子延期电雷管，其特征在于：脚线[3]被注塑固定在防静橡胶塞[1]中，防静电橡胶塞[1]铸有小台[7]，脚线[3]与延期电路板[4]连接之间加装塑料固定块[12]。

6、如权利要求1或2所述可编程智能电子延期电雷管，其特征在于：防静电橡胶套和防静电橡胶塞采用一体式塞套[13]结构，上部是橡胶塞，下部是橡胶套，中间留有穿入脚线[3]的孔。

7、如权利要求1或2所述可编程智能电子延期电雷管，其特征在于：延期电路板[4]上设置有焊接药头两脚的基片[8]或基针[9]或板孔[10]。

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