DE602004003826T2 - Zündbereitschaftsdiagnose einer pyrotechnischen vorrichtung wie eines elektronischen zünders - Google Patents

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    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42DBLASTING
    • F42D1/00Blasting methods or apparatus, e.g. loading or tamping
    • F42D1/04Arrangements for ignition
    • F42D1/045Arrangements for electric ignition
    • F42D1/05Electric circuits for blasting
    • F42D1/055Electric circuits for blasting specially adapted for firing multiple charges with a time delay

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ist allgemein auf elektronische pyrotechnische Vorrichtungen und insbesondere auf Zündbereitschaftsdiagnostiken in einer elektronischen pyrotechnischen Vorrichtung wie zum Beispiel einem elektronischen Detonator gerichtet.
  • Elektronische Sprengsysteme gemäß dem Stand der Technik verwendeten keine Zündbereitschaftsdiagnostiken selbst der kritischen Teile der elektronischen Detonatoren, wie zum Beispiel der Zündkondensatoren und des Zündelements. Die Systeme gemäß dem Stand der Technik erlaubten daher nicht die Detektion und Ersetzung irgendwelcher Detonatoren, die fehlerhafte Zündkondensatoren oder Zündelemente haben, vor dem Zünden.
  • WO 01/67031 A beschreibt einen elektronischen Detonator, ein elektronisch geschaltetes System und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Systems, welche die Merkmale der Präambeln der unabhängigen Ansprüche 1, 5 bzw. 8 aufweisen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung weist Zündbereitschaftsdiagnostiken in einer pyrotechnischen Vorrichtung, wie zum Beispiel einem elektronischen Detonator, auf. In einer Ausführungsform können solche Diagnostiken eine Überprüfung der Zündbereitschaft des Zündelements der Vorrichtung, wie zum Beispiel eine Widerstandsprüfung, aufweisen. Alternativ kann solch eine Zündbereitschaftsprüfung des Zündelements zusammen mit einer einfachen Durchgangsprüfung in Verbindung mit einem passend ausgewählten Zündelement, einer Systembetriebsspannung und einer Einstellung eines minimalen Widerstands für die Durchgangsüberprüfung erreicht werden. In einem solchen Fall kann das Zündelement mit einer geringen Stromstärke überprüft werden und kann von einer Schaltung durchgeführt werden, die relativ kompakt ist.
  • Zündbereitschaftsdiagnostiken weisen eine Kapazitätsprüfung eines Zündkondensators in der Vorrichtung, wie zum Beispiel durch Einführen von minimalen und/oder (bevorzugt und) maximalen Zeitbeschränkungen für das Laden des Kondensators von einem im Wesentlichen ungeladenen Zustand zu einem vorbestimmten Ladezustand unter Verwendung eines gesteuerten Ladeprozesses, auf.
  • Die vorliegende Erfindung erlaubt somit die Detektierung und Ersetzung irgendwelcher pyrotechnischer Vorrichtungen in einem elektronischen System, die fehlerhafte Zündkondensatoren aufweisen, und/oder die Detektion und Ersetzung irgendwelcher pyrotechnischer Vorrichtungen, die fehlerhafte Zündelemente aufweisen.
  • In einem gesonderten Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Zündbereitschaftsdiagnostiken eine Überprüfung der Anwesenheit irgendwelcher inkompatibler Vorrichtungen (z.B. elektrischer Detonatoren) an der Busleitung aufweisen, wie zum Beispiel durch anfängliches Anlegen einer kleinen Spannung an die Busleitung und Messen des sich ergebenden Stromverlusts, welcher im Fall einer Überschreitung eines vorbestimmten Niveaus beurteilt werden kann, dass er anzeigt, dass eine oder mehrere inkompatible Vorrichtungen an dem Bus vorhanden sind, so dass die Zündabfolge nicht ausgelöst werden soll oder abgebrochen werden soll.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Gesamtdarstellung, die einen Aufbau eines elektronischen Sprengsystems zeigt, in dem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann.
  • 2 ist eine Gesamtdarstellung, die einen Plan eines alternativen Aufbaus solch eines elektronischen Sprengsystems zeigt.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht eines bevorzugten Detonators, der in dem elektronischen Sprengsystem der 1 und 2 verwendet werden kann.
  • 4 ist eine schematische Darstellung der wichtigsten elektrischen Aspekte des elektronischen Zündmoduls (EIM) des Detonators der 3, einschließlich einer anwendungsspezifischen Schaltung (ASIC).
  • 5 ist eine schematische Darstellung eines bevorzugten Schaltungsaufbaus für die ASIC der 4.
  • 6a ist ein Schaubild einer Spannung über die Zeit, das eine bevorzugte auf einer Spannungsmodulation basierende Kommunikation von einer Sprengmaschine zu (einem) Detonator(en) in dem elektronischen Sprengsystem der 1 und 2 darstellt.
  • 6b ist ein Schaubild einer Spannung über die Zeit, das eine bevorzugte auf einer Spannungsmodulation basierende Kommunikation von einer Registriereinrichtung zu (einem) Detonator(en) des elektronischen Sprengsystems der 1 und 2 darstellt.
  • 7a ist ein Schaubild des Stroms über die Zeit, das eine bevorzugte auf einer Strommodulation basierende Rückantwort von einem Detonator an eine Sprengmaschine des elektronischen Sprengsystems der 1 und 2 darstellt.
  • 7b ist ein Schaubild des Stroms über die Zeit, das eine bevorzugte auf einer Strommodulation basierende Rückantwort von (einem) Detonator(en) an eine Registriereinrichtung des elektronischen Sprengsystems der 1 und 2 zeigt.
  • 8 ist ein Schaubild, das die Kommunikation mit einem Detonator und die Rückantwort von dem Detonator auf irgendeinen Antwort-auslösenden Befehl mit Ausnahme eines Befehls zur automatischen Bus-Detektion darstellt.
  • 9 ist ein Schaubild, das die Kommunikation mit einem Detonator und eine Rückantwort von dem Detonator in Antwort auf einen Befehl zur automatischen Bus-Detektion dargestellt.
  • Die 10a, 10b, 10c und 10d sind Flussdiagramme, die eine bevorzugte logische Abfolge für den Betrieb eines elektronischen Sprengsystems der 1 und 2 darstellen.
  • 11 ist ein Flussdiagramm, das eine bevorzugte logische Abfolge für den Betrieb eines Detonators darstellt, der in dem elektronischen Sprengsystem der 1 und 2 verwendet werden kann, beginnend mit dem Empfang eines Zündbefehls durch den Detonator.
  • 12 ist ein Schaubild der Spannung und des Stroms über die Zeit in einem Zündkondensator in einem Detonator, wie zum Beispiel dem der 3, das einen Ladeprozess mit einem konstanten Strom zeigt, der von einer Schienenspannung geregelt wird.
  • Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
  • Um die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Details einer besonderen bevorzugten Ausführungsform zu beschreiben, ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung in einem elektronischen System verwendet werden kann, das ein Netzwerk von nachgeordneten Vorrichtungen, zum Beispiel ein elektronisches Sprengsystem, aufweist, in dem die nachgeordneten Vorrichtungen elektronische Detonatoren sind. Wie in 1 gezeigt, kann eine Ausführungsform eines solchen elektronischen Sprengsystems eine Anzahl von Detonatoren 20, einen Zwei-Leitungsbus 18, Zündleitungen 19, die Anschlüsse für das Anschließen des Detonators an den Bus 18 aufweisen, eine Registriereinrichtung (nicht gezeigt) und eine Sprengmaschine 40 aufweisen. Die Detonatoren 20 sind bevorzugt mit der Sprengmaschine 40 parallel (wie in 1) oder in anderen Schaltungsanordnungen einschließlich Verzweigungen (wie der verzweigte Bus 18', der in 2 gezeigt ist), Verästelungen, Sternen oder mehrfach-paralleler Schaltungen, geschaltet. Eine bevorzugte Ausführungsform solch eines elektronischen Sprengsystems wird unten beschrieben, obwohl es leicht von einem Fachmann gewürdigt werden wird, dass andere Systeme oder Vorrichtungen ebenfalls benutzt werden können, und viele Konfigurationen, Änderungen und Modifikationen selbst des hier beschriebenen Teilsystems können ohne Abweichen von dem Geist und dem Bereich der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.
  • Die Sprengmaschine 40 und die Registriereinrichtung können bevorzugt jeweils ein Paar von Anschlüssen aufweisen, die in der Lage sind, reine Kupfer- (Bus) Leitungen bis zum Beispiel Kaliber 14 aufnehmen. Die Anschlüsse der Registriereinrichtung können auch bevorzugt dazu konfiguriert sein, Stahl-Detonatorkabel (polaritäts-unempfindlich) aufzunehmen, und die Registriereinrichtung sollte eine Schnittstelle aufweisen, die für das Anschließen der Sprengmaschine 40 geeignet ist. Die Sprengmaschine 40 und die Registriereinrichtung sind bevorzugt dazu fähig, von einer Person bedient zu werden, die typische im Bergbau und bei Sprengarbeiten verwendete Kleidung, zum Beispiel dicke Handschuhe, trägt. Die Sprengmaschine 40 und die Registriereinrichtung können bevorzugt tragbare batteriebetriebene Handvorrichtungen sein, die eine Passworteingabe erfordern, um den Betrieb zu erlauben, und beleuchtete Anzeigen aufweisen, die Menus, Anweisungen, Tastendruckwiedergabe und Meldungen (einschließlich Fehlermeldungen), soweit erforderlich, bereitstellen. Die Sprengmaschine 40 kann bevorzugt einen Klappdeckel und Bedienungselemente und Anzeigeeinrichtungen aufweisen, die ein Schloss für den Einschalt-Schlüssel, eine numerische Tastatur mit Aufwärts/Abwärtspfeilen und „Eingabe"-Taste, eine Anzeige, einen Scharfschaltungsknopf, (eine) Anzeigelampe(n) und einen Zündknopf aufweisen.
  • Die Sprengmaschine 40 und die Registriereinrichtung sollten für verlässlichen Betrieb in dem vorgesehenen Bereich der Betriebstemperaturen und die Dauer der vorgesehenen Lagertemperaturen ausgelegt sein und sie sind bevorzugt unempfindlich gegen Ammoniumnitrat und üblicherweise verwendete auf Emulsionen basierende Explosivstoffe. Die Sprengmaschine 40 und die Registriereinrichtung sind auch bevorzugt robust genug, um der üblichen Behandlung in einer Bergbau- oder Sprengumgebung, wie zum Beispiel dem herunter Fallenlassen und Drauftreten, zu widerstehen, und sie können somit Gehäuse haben, die robust, wasser- und korrosionsresistent und gegen die Umgebung abgedichtet sind, um bei den meisten Wetterbedingungen zu arbeiten. Die Sprengmaschine 40 und die Registriereinrichtung sollten, soweit erforderlich, die passenden Erfordernisse des CEN-Dokuments prCEN/TS 13763-27 (NMP 898/FABERG N 0090 D/E) E 2002-06-19 und die staatlichen und industriellen Anforderungen erfüllen. Soweit zweckmäßig, ist die Registriereinrichtung bevorzugt dazu ausgelegt, außerstande zu sein, irgendwelche bekannten elektrischen und elektronischen Detonatoren zu zünden, und ist die Sprengmaschine 40 bevorzugt dazu ausgelegt, außerstande zu sein, jegliche bekannten elektrischen Detonatoren und irgendwelche anderen bekannten elektronischen Detonatoren, die nicht für die Verwendung mit der Sprengmaschine 40 ausgelegt sind, zu zünden. Es kann ein anfänglicher elektrischer Test des Systems verwendet werden, um solch eine Vorrichtung zu ermitteln, um eine weitere Sicherheit zu gewährleisten, dass unbeabsichtigte Detonatoren nicht gezündet werden.
  • Der Bus 18 kann ein doppeltes oder ein verdrilltes Paar sein und sollte ausgewählt sein, einen vorher ausgewählten Widerstand aufzuweisen (zum Beispiel in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel bevorzugt 30 bis 75 Ω pro Einzelleiter). Das Ende des Busses 18 sollte nicht abisoliert sein, sondern seine Leitungsisolierung sollte hinreichend robust sein, um zu gewährleisten, dass der Massenschluss, die Streukapazität und die Streuinduktivität (zum Beispiel in der hierin beschriebenen Ausführungsform bevorzugt weniger als 100 mA Verlust für den gesamten Bus, 50 pF/m Leiter-zu-Leiter-Streukapazität und 1μH/m Leiter-zu-Leiter-Streuinduktivität) unter allen anzutreffenden Feldbedingungen minimiert sind.
  • Die Zündleitungen 19 und Kontakte sollten so ausgewählt werden, dass sie einen vorher ausgewählten Widerstand aufweisen, der von dem Detonatoranschluss zu dem Detonator-zu-Bus-Anschluss gemessen wird (zum Beispiel in der hier beschriebenen Ausführungsform 50 bis 100 Ω pro Einzelleiter plus 25 mΩ pro Anschlusskontakt). Es ist zu erkennen, dass der einzelne verwendete Detonator-zu-Bus-Anschluss, die Wahl der Busleitung einschränken kann. Von einem funktionalen Standpunkt aus können die Detonatoren 20 an irgendeinen Punkt an dem Bus 18 angeschlossen sein, obwohl sie natürlich in einem sicheren Abstand von der Sprengmaschine 40 liegen müssen.
  • Wie in 3 gezeigt, kann ein für die Verwendung in einem elektrischen Sprengsystem geeigneter Detonator 20, wie zum Beispiel dem hier beschriebenen, ein elektronisches Zündmodul (EIM) 23, ein Gehäuse 29, eine Ladung 36 (bevorzugt aufweisend eine Primärladung und eine Basisladung), Zündleitungen 19, und einen Endstecker 34 aufweisen, der in das offene Ende des Gehäuses 29 geklemmt werden kann. Das EIM 23 ist bevorzugt programmierbar und weist einen Zünder 28 und eine Platine auf, an die verschiedene elektronische Komponenten angeschlossen sein können. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Zünder 28 bevorzugt eine hermetisch abgedichtete Vorrichtung, die eine Glas-zu-Metall-Abdichtung und einen Brückendraht 27 aufweist, die dazu konzipiert ist, eine Ladung, die innerhalb des Zünders 28 enthalten ist, auf den Durchfluss der Elektrizität durch den Brückendraht 27 mittels der Kontakte 21 bei einem vorbestimmten „All-Zündungs"-Spannungspegel verlässlich zu zünden. Das EIM 23 (einschließlich seiner Elektronik und eines Teils oder all seiner Zünder 28) kann bevorzugt in eine Einkapselung 31 einpressgeformt sein, um eine einzige Anordnung mit Anschlüssen für den Anschluss der Zündleitungen 19 zu bilden. Die anhängigen US-Patentanmeldungen des Anmelders mit der Seriennummer 10/158,317 (auf den Seiten 5–8 und in den 15) und der Seriennummer 10/158,318 (auf den Seiten 3–8 und in den 16), die beide am 29. Mai 2002 eingereicht wurden, sind hiermit mit Bezug auf ihre anwendbaren Lehren der Konstruktion solcher Detonatoren über die Beschreibung von dem, was hierin dargestellt wird, hinaus einbezogen. Wie in diesen Anmeldungen gelehrt, kann ein EIM 23, wie das eine in 3 dargestellte, üblicherweise in freistehender Form für spätere Einbeziehung durch einen Anwender in die anwendereigene anwendungsspezifische Anwendungsdetonator-Anordnung (einschließlich eines Gehäuses 29 und einer Ladung 36) hergestellt und behandelt werden.
  • Die Platine des EIM 23 ist bevorzugt ein Mikrocontroller oder ein programmierbares Logik-Bauelement oder besonders bevorzugt ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltungschip (ASIC) 30, ein Filterkondensator 24, ein Speicherkondensator 25, bevorzugt zum Beispiel 3,3 bis 10 μF (um eine Ladung zu behalten und das EIM 23 mit Energie zu versorgen, wenn der Detonator 20 an eine Haupt-Vorrichtung, wie weiter unter diskutiert, rückantwortet), ein Zündkondensator 26 (bevorzugt zum Beispiel 47 bis 374 μF) (um eine Energiereserve aufzunehmen, die verwendet wird, um den Detonator 20 zu zünden), zusätzliche elektronische Bauelemente und Kontaktfelder 22 für den Anschluss der Zündkabel 19 und des Zünders 28. Ein Gehäuse-Masseanschluss 32, der durch die Einkapselung 31 für einen Kontakt mit dem Gehäuse 29 hervorsteht und zum Beispiel mit einem Metalldosenkontakt an dem ASIC 30 (unten beschrieben) verbunden ist, welcher mit Schaltungen innerhalb des ASIC 30 verbunden ist (zum Beispiel mit einem integrierten siliziumgesteuerten Widerstand oder einer Diode), der Schutz gegen elektrostatische Entladung und Radiofrequenzen und elektromagnetische Strahlung gewährleisten kann, die andernfalls Beschädigung und/oder Fehlfunktionen verursachen kann.
  • Mit Bezug auf 4 wird ein bevorzugter elektronischer schematischer Aufbau eines Detonators 20, wie zum Beispiel der von 3, gezeigt. Der ASIC 30 ist bevorzugt ein Misch-Signal-Chip mit Abmessungen von 3 bis 6 mm. Die Kontakte 1 und 2 des dargestellten ASIC 30 sind Eingänge zu den Zündleitungen 19 und somit zu dem Bus 18, der Kontakt 3 ist für die Verbindung mit dem Gehäuse-Masseanschluss 32 und somit mit dem Gehäuse 29, der Kontakt 6 ist mit dem Zündkondensator 26 und dem Brückendraht 27 verbunden, der Kontakt 7 ist mit dem Filterkondensator 24 verbunden, der Kontakt 10 ist mit dem Brückendraht 27 verbunden, der Kontakt 13 ist geerdet und der Kontakt 14 ist mit dem Speicherkondensator 25 verbunden.
  • Jetzt speziell Bezug nehmend auf 5 kann der ASIC 30 bevorzugt aus den folgenden Modulen bestehen: Polaritätsrichter, Kommunikationsschnittstelle, EEPROM, digitaler Logikkern, Referenzgenerator, Brückenkondensatorsteuerung, Pegeldetektoren und Brückendraht-FET. Wie gezeigt, kann das Polaritätsrichtermodul polaritätsunempfindliche Gleichrichterdioden verwenden, um die Eingangsspannung (egal mit welcher Polarität) in eine Spannung mit gemeinsamer Masse mit dem Rest der Schaltung des ASIC 30 zu wandeln. Die Kommunikationsschnittstelle erniedrigt bevorzugt die Spannungen, wenn sie von der Sprengmaschine 40 empfangen werden, so dass sie mit dem Digitalkern des ASIC 30 kompatibel sind, und sie schaltet um auf und überträgt den Gegensprechstrom (unten beschrieben) an die Gleichrichterbrücke, (und die Systembusleitungen), basierend auf der Ausgabe von dem Digitalkern. Das EEPROM-Modul speichert bevorzugt die einzelne Serienidentifikation, die Verzögerungszeit, die Lochregister und verschiedene Analog-Abgleichswerte des ASIC 30. Der digitale Logikkern enthält bevorzugt die Zustandsmaschine, welche die von der Sprengmaschine 40 eingehenden Daten und das mittels der Kommunikationsschnittstelle herausgehende Gegensprechen verarbeitet. Die Referenzgeneratoren liefern bevorzugt die geregelten Spannungen (zum Beispiel 3,3 V), die gebraucht werden, um den digitalen Kern und den Oszillator hochzufahren, und auch die analogen Bereiche, um den Zündkondensator 26 aufzuladen und den Zünd-MOSFET zu entladen. Die Brückenkondensatorsteuereinheit enthält bevorzugt einen Konstantstromgenerator, um den Zündkondensator 26 aufzuladen, und auch einen MOSFET, um den Zündkondensator 26 zu entladen, wenn es so gewünscht wird. Die Pegeldetektoren sind bevorzugt mit dem Zündkondensator 26 verbunden, um auf Basis ihrer Spannung zu ermitteln, ob er in einem Lade- oder einem Entladezustand ist. Schließlich erlaubt der Brückendraht-MOSFET bevorzugt den Durchfluss der Ladung oder des Stroms von dem Zündkondensator 26 über den Brückendraht 27 auf Betätigung durch Kurzschließen mit der Masse.
  • Kommunikationsprotokoll
  • Die Kommunikation von Daten in einem System, wie es in den 1 und 2 gezeigt ist, kann bevorzugt aus einem polaritätsunabhängigen Zweileitungsbus-Serienprotokoll zwischen den Detonatoren 20 und einer Registriereinrichtung oder einer Sprengmaschine 40 bestehen. Die Nachrichten von der Sprengmaschine 40 können entweder in einem individuellen Modus (nur auf einen speziellen Detonator 20 gerichtet) oder einem Rundfunkmodus geschehen, wobei alle Detonatoren 20 denselben Befehl (üblicherweise Lade- und Zündbefehle) empfangen. Das Kommunikationsprotokoll ist bevorzugt seriell, enthält zyklische Redundanzfehlerüberprüfungs-(CRC) und Synchronisationsbits für die Zeitabstimmungsgenauigkeit unter den Detonatoren 20. Es gibt auch einen Befehl für die automatische Detektion der Detonatoren 20 an dem Bus 18, die andernfalls nicht in die Sprengmaschine 40 eingegeben worden wären.
  • Wenn die Sprengmaschine 40 und die Detonatoren 20 angeschlossen sind, wird die Systemruhezustandsspannung bevorzugt auf VB,H eingestellt. Die nachgeschalteten Detonatoren 20 erhalten dann bevorzugt während des Hochzustands ihre Energie von dem Bus 18, welcher ihre Speicherkondensatoren 25 mit Energie versorgt. Nachrichten von der Sprengmaschine 40 oder der Registriereinrichtung zu den ASICs 30 basieren auf der Spannungsmodulation, die mit der geeigneten Baud-Rate getaktet wird, welche die ASICs 30 in zugehörige Datenpakete entschlüsseln.
  • Wie in den 6a und 6b gezeigt, können von der Registriereinrichtung gegenüber den Betriebsspannungen der Sprengmaschine 40, VB,L und VB,H unterschiedliche Betriebsspannungen VL,L und VL,H verwendet werden. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind geeignete Werte für VL,L und VL,H 1 bis 3 V bzw. 5,5 bis 14 V, während geeignete Werte für VB,L und VB,H 0 bis 15 V bzw. 28 V oder höher sind. Ferner kann ein Detonator 20 in solch einem System diese Differenz bevorzugt nutzen, um zu erkennen, ob er mit der Sprengmaschine 40 oder der Registriereinrichtung verbunden ist (d.h., ob er in dem Registriereinrichtungs- oder Sprenger-Modus ist), wie zum Beispiel durch Übergehen in den Registriereinrichtungs-Modus, wenn die Spannung niedriger als ein bestimmter Wert (z.B. 15 V) ist, und in den Sprenger-Modus, wenn sie oberhalb eines anderen Werts (z.B. 17 V) ist. Diese Differenzierung erlaubt dem ASIC 30 des Detonators 20, wenn er in dem Registriereinrichtungs-Modus ist, bevorzugt einen MOSFET einzuschalten, um den Zündkondensator 26 zu entladen und/oder sein Aufladen und/oder seine Zündlogik abzuschalten. Die Differenzierung mittels des Detonators 20 wird auch vorteilhaft vereinfacht, wenn es keine Überlappung zwischen den Hoch/Tiefbereichen der Sprengmaschine 40 und der Registriereinrichtung, wie in den 6a und 6b gezeigt, gibt. (Jede dieser Figuren zeigt nominelle Werte für hoch und tief, aber es ist ferner bevorzugt, dass die maximalen und minimalen akzeptablen Werte für die Hoch- und Tiefwerte auch kein Überlappen zulassen).
  • Andererseits basiert anstelle der Spannungsmodulation die Kommunikation von den ASICs 30 mit der Sprengmaschine 40 oder der Registriereinrichtung auf der Strommodulation („Strom-Gegensprechen"), wie in den 7a und 7b gezeigt ist. Mit der Strommodulation schalten die ASICs 30 die Stromstärke zu der Registriereinrichtung (zwischen IL,L bevorzugt 0 mA und IL,H, bevorzugt ein Wert, der mindestens 0,1 mA, aber im Wesentlichen niedriger als IB,H ist) oder zu der Sprengmaschine 40 um (zwischen IB,L, bevorzugt 0 mA und IB,H, bevorzugt ein Wert, der mindestens 5 mA, aber nicht so hoch ist, dass er das System möglicherweise überladen würde, wenn mehrere Detonatoren 20 antworten), welche dann diese Stromimpulspakete abtastet und in die zugehörigen gesendeten Daten entschlüsselt. Diese Strom-Gegensprechen von den Detonatoren zurück zu dem Hauptgerät kann durchgeführt werden, wenn die Spannung des Busses 18 hoch oder niedrig ist, aber wenn sie durchgeführt wird, wenn der Bus 18 hoch ist, füllen die ASICs 30 die Speicherkondensatoren 25 kontinuierlich auf, was einen hohen Hintergrundstromverbrauch bewirkt (insbesondere, wenn viele Detonatoren 20 mit dem Bus 18 verbunden sind). Wenn jedoch der Bus 18 bevorzugt tief gehalten wird, sind die Gleichrichterbrückendioden in Sperrrichtung geschaltet und die ASICs 30 verbrauchen eher Strom von den Speicherkondensatoren 25 als der Bus 18, so dass das Signal-Rausch-Verhältnis des an der Sprengmaschine 40 oder der Registriereinrichtung erfassten Gegensprechstroms verbessert wird. Somit wird das Strom-Gegensprechen bevorzugt durchgeführt, wenn der Bus 18 tief gehalten wird. Das Umschalten des Stroms mittels der ASICs 30 kann durch verschiedene bekannte Methoden, wie zum Beispiel Modulieren der Spannung an einem Abtastwiderstand, eine Stromrückkopplungsschleife an einem Operationsverstärker oder Einbeziehen von Konstant-Strom-Senken, wie zum Beispiel Stromspiegel, geeignet erreicht werden.
  • Organisation der seriellen Datenkommunikation (serielle Datenleitung)
  • Bei Nachrichten zu und von den Hauptvorrichtungen und nachgeschalteten Vorrichtungen kann die serielle Datenkommunikationsschnittstelle bevorzugt ein Paket aufweisen, das aus einer variierenden, oder bevorzugter, festen Anzahl (bevorzugt 10 bis 20) von "Bytes" oder "Worten" besteht, die jeweils bevorzugt zum Beispiel 12 Bits lang sind, wobei bevorzugt das signifikanteste Bit zuerst gesendet wird. In Abhängigkeit von der Anwendung können andere geeignet dimensionierte Worte alternativ verwendet werden und/oder kann eine unterschiedliche Anzahl von Worten innerhalb des Pakets verwendet werden. Auch kann alternativ eine unterschiedliche Paketstruktur für Nachrichten von der Hauptvorrichtung gegenüber denen von Nachrichten von den nachgeschalteten Vorrichtungen verwendet werden.
  • Das erste Wort des Pakets der hier beschriebenen Ausführungsform ist bevorzugt ein Anfangssynchronisationswort und kann derart strukturiert werden, dass seine ersten drei Bits Null sind, so dass es effektiv als Neun-Bit-Wort empfangen wird (z.B. 101010101 oder irgendeine andere geeignete Anordnung).
  • Zusätzlich dazu, dass sie verschiedene Daten, wie unten beschrieben, enthalten, können die nachfolgenden Worte auch bevorzugt jeweils eine Anzahl von Bits – zum Beispiel 4 Bits am Anfang oder am Ende jedes Worts – enthalten, die bereitgestellt sind, um Strommitte-Resynchronisation zu erlauben (was ein Wort ergibt, das als 0101_D7:D0 oder D7:D0_0101 strukturiert ist und somit acht Bits aufweist, die verwendet werden können, um Daten oder „Datenbits" zu übertragen). Bevorzugte Schemata der Anfangssynchronisation und der Resynchronisation werden unter der entsprechenden Überschrift unten weiter beschrieben.
  • Ein anderes Wort des Pakets kann verwendet werden, um Befehle zu kommunizieren, wie es unten unter der entsprechenden Überschrift beschrieben ist.
  • Bevorzugt werden 5 bis 8 zusätzliche Bytes des Pakets für die Serienidentifikation (Serien-ID) verwendet, um (wie gewünscht) jeden Detonator in einem System eindeutig zu identifizieren. Die Datenbits der Serien-ID-Daten können bevorzugt zumindest teilweise aus Daten, wie zum Beispiel einer Revisionsnummer, einer Gruppennummer und einer Wafer-Nummer für Rückverfolgbarkeitszwecke bestehen. Bei Rundsendungsbefehlen von der Hauptvorrichtung brauchen diese Worte keine Serien-ID für einen bestimmten Detonator enthalten und können somit aus Zufallswerten oder aus Füllwerten bestehen, die für andere Zwecke benutzt werden können.
  • Zusätzliche Worte des Pakets werden bevorzugt verwendet, um die Verzögerungszeitinformation (Register) (und sie weisen genügend Datenbits auf, um einen geeigneten Bereich der Verzögerungszeit, z.B. im Zusammenhang mit einem elektronischen Sprengsystem, einer Maximalverzögerung in der Größenordnung, z.B. einer Minute, festzulegen) in geeigneten Schrittweiten, zum Beispiel 1 ms im Zusammenhang mit einem elektronischen Sprengsystem, zu übertragen. (Eine Einstellung auf Null wird bevorzugt für einen Voreinstellungsfehler gehalten).
  • In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel werden ein oder mehrere zusätzliche Worte des Pakets bevorzugt für temporäre Information verwendet, welche verwendet werden kann, um Sprenglochidentifizierungen (Loch-IDs) zu definieren, wobei diese Worte genügend Datenbits aufweisen, um sie an die maximal gewünschte Anzahl von Loch-IDs anzupassen.
  • Ein oder mehrere zusätzliche Worte des Pakets werden bevorzugt für eine zyklische Redundanzprüfung (zum Beispiel unter Verwendung des CRC-8-Algorithmus basierend auf dem Polynom x8 + x2 + x + 1) oder weniger bevorzugt für eine Paritätsprüfung oder eine Fehlerkorrekturprüfung, z.B. unter Verwendung des Hamming-Codes verwendet. Bevorzugt werden weder das Anfangssynchronisationswort noch die Synchronisationsbits in der CRC-Berechnung für entweder die Übertragung oder den Empfang verwendet.
  • Synchronisationswort und Resynchronisationsbits
  • In der hier beschriebenen Ausführungsform und der hier beschriebenen Anwendung kann ein bevorzugter Bereich der möglichen Datenübertragungsraten 300 bis 9600 Baud sein. In einem von der Hauptvorrichtung gesendeten Paket wird das Anfangssynchronisationswort verwendet, um die Geschwindigkeit zu ermitteln, mit der die nachgeschaltete Vorrichtung das nächste Wort in dem Paket von der Hauptvorrichtung empfängt und verarbeitet; ebenso wird in einem von der nachgeschalteten Vorrichtung gesendeten Paket das Anfangssynchronisationswort verwendet, um die Geschwindigkeit zu ermitteln, mit der die Hauptvorrichtung das nächste Wort von der nachgeschalteten Vorrichtung empfängt und verarbeitet. Die ersten paar (genug, um eine relativ genaue Synchronisation zu erhalten), aber nicht alle der Bits dieses Anfangssynchronisationswort, werden bevorzugt abgetastet, um Zeit für das Verarbeiten und die Ermittlung der Datenübertragungsrate vor dem Empfang des darauf folgenden Worts zu ermöglichen. Die Synchronisation kann zum Beispiel mittels eines Zählers/Taktgebers bewirkt werden, der Übergänge in dem Spannungspegel – tief zu hoch oder hoch zu tief – überwacht, und die Raten der abgetasteten Bits werden bevorzugt zusammen gemittelt. Während der ganzen Übertragung der folgenden Worte des Pakets, d.h. in der „Strommitte" wird dann von der Empfangsvorrichtung bevorzugt Resynchronisation in der Annahme durchgeführt, dass (z.B. 4 Bit) Synchronisationsabschnitte in diesen (bevorzugt jedem davon) darauf folgenden Worten geliefert werden. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass die Synchronisation während der Übertragung eines Pakets nicht verloren geht.
  • Falls erforderlich, gibt eine nachgeschaltete Vorrichtung eine Rückantwort nach der Übertragung eines Pakets von der Hauptvorrichtung mit der letzten Abtast-Rate dieses Pakets, welche bevorzugt die des letzten Worts des Pakets ist. (Diese Rate kann als die Rate des Anfangssynchronisationsworts betrachtet werden, wie es während der Übertragung des Pakets verzerrt wird – in einer elektronischen Sprengmaschine ist eine solche Verzerrung üblicherweise ausgeprägter während der Datenübertragung von dem Detonator zu der Registriereinrichtung). Mit Bezug auf die 8 und 9 wird die Datenübertragung von einer Haupt- zu einer nachgeschalteten Vorrichtung und eine synchronisierte Rückantwort von der nachgeschalteten Vorrichtung gezeigt.
  • Wie in 8 dargestellt, kann die Vorrichtung bevorzugt konfiguriert und programmiert werden, um eine Rückantwort auf individuell adressierte Befehle spätestens in einer vorbestimmten Zeitspanne auszulösen (nach der abfallenden Flanke am Ende der seriellen Eingabe-Übertragung), aufweisend die erforderliche Zeit, um die Eingabe-Übertragung zu beenden, die serielle Schnittstelle für eine Rückantwort einzustellen und den Anfangsabschnitt des Synchronisationsworts (z.B. 000101010101) einzustellen. Der Bus 18 soll bevorzugt innerhalb der Erfassungs- und der Verarbeitungsverzögerungszeit auf tief eingestellt werden (und gehalten werden).
  • Befehlswort
  • Die Datenbits des Befehlsworts von der Hauptvorrichtung (z.B. der Sprengmaschine oder der Registriereinrichtung) in dem seriellen Kommunikationspaket können bevorzugt so organisiert werden, dass ein Bit verwendet wird, um anzuzeigen, dass die Hauptvorrichtung gerade kommuniziert (indem es z.B. hochgesetzt wird), ein anderes verwendet wird, um anzuzeigen, ob sie Lesen oder Schreiben fordert, ein anderes anzeigt, ob der Befehl ein Rundsendungsbefehl oder ein Einzelvorrichtungsbefehl ist, und andere Bits verwendet werden, um die einzelnen Befehle zu übertragen. Ebenso können die Datenbits des Befehlsworts von der nachgeschalteten Vorrichtung (z.B. dem Detonator) bevorzugt so organisiert sein, dass ein Bit verwendet wird, um anzuzeigen, dass die Vorrichtung antwortet (z.B., indem es hochgesetzt wird), ein anderes anzeigt, ob ein CRC-Fehler aufgetreten ist, ein anderes anzeigt, ob ein Vorrichtungsfehler (z.B. Überprüfen der Ladung) aufgetreten ist, und andere Bits verdeckt verwendet werden, um „Zustandsbitschalter" zu übertragen.
  • Die Bitschalterdatenbits von den Vorrichtungen können verwendet werden, um den aktuellen Zustand der Vorrichtung anzuzeigen, und sind bevorzugt in allen Vorrichtungsantworten enthalten. Diese Bitschalter können zum Beispiel so angeordnet werden, dass ein Bitschalter anzeigt, ob die Vorrichtung an dem Bus detektiert wurde oder nicht, ein anderer anzeigt, ob sie kalibriert wurde, ein anderer anzeigt, ob sie aktuell aufgeladen wird, und ein anderer anzeigt, ob sie einen Zündbefehl erhalten hat. Ein Bitschalterwert von 1 (hoch) kann dann eine bejahende Antwort und von 0 (tief) eine verneinende Antwort kennzeichnen.
  • Ein bevorzugter Satz von nützlichen substantiellen Sprengmaschinen-/Registriereinrichtungsbefehlen kann aufweisen: Abrufen eines unbekannten Detonators (der Geräteeinstellungen); Einzel-Durchgangsprüfung (des Detonatorbrückendrahts); Programmverzögerung/temporär Aufzeichnen; automatische Bus-Detektion (Detektieren nicht identifizierter Vorrichtungen); Abrufen bekannter Detonatoren; Durchgangsprüfung (der Detonatorbrückendrähte); Laden (der Zündkondensatoren); Ladungsüberprüfung; Kalibrieren (der internen Uhren der ASICs); Kalibrierungsüberprüfung; Zünden (Auslösen von Abfolgen, die zum Zünden der Detonatoren führen); Entladen; Überprüfen des Entladens; und einzeln Entladen. Wie unten weiter erläutert wird, sind einige dieser Befehle „Rundsendungs"-Befehle (die mit irgendeiner zufälligen Serienidentifikation und ihrem begleitenden eigenen CRC-Code gesendet werden), die nur eine Antwort von irgendeinem/irgendwelchen Detonator(en) auslösen, der/die identifiziert wurde(n) oder in dem/denen ein Fehler aufgetreten ist, während andere auf einen speziellen Detonator gerichtet sind, der anhand seiner Serien-ID identifiziert wird. Die 10a–d zeigen ein Flussdiagramm einer bevorzugten Logikabfolge, wie solche Befehle in dem Betrieb eines elektronischen Sprengsystems verwendet werden können, und spezielle Details der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsform werden für jeden einzelnen Befehl unter den Betriebsüberschriften dargestellt.
  • Betrieb – mittels der Registriereinrichtung
  • Bei der Verwendung werden die Detonatoren 20 bevorzugt zuerst jeder einzeln mit einer Registriereinrichtung verbunden, welche bevorzugt die Detonator-Serien-ID liest, Diagnosen durchführt und die Lochzahl mit der Detonator-Serien-ID in Beziehung setzt. An diesem Punkt kann der Bediener dann die Detonatorverzögerungszeit programmieren, wenn sie nicht schon programmiert wurde. Sobald ein Detonator 20 mit der Registriereinrichtung verbunden ist, schaltet der Bediener die Registriereinrichtung ein und befielt das Lesen der Serien-ID, das Durchführen der Diagnosen und, wenn gewünscht, das Schreiben einer Verzögerungszeit. Wenn die Serien-ID gelesen wurde, kann die Registriereinrichtung eine sequenzielle Lochnummer zuweisen und behält eine Aufzeichnung der Lochnummer, der Serien-ID und der Verzögerungszeit zurück.
  • Die vorgenannte Folge kann vorteilhaft unter Verwendung des oben vermerkten Abrufs von unbekannten Detonatoren und der Einzel-Durchgangsprüfungsbefehle und möglicherweise des Programmverzögerungs-/temporären Aufzeichnungsbefehls durchgeführt werden. Bevorzugte Details dieser Befehle werden unten dargestellt.
  • Abruf unbekannter Detonatoren
  • Mittels dieses Befehls fordert die Sprengmaschine 40 oder die Registriereinrichtung einen Abruf der Serien-ID, der Verzögerungszeit, der temporären Aufzeichnungsinformation und der Zustandsbitschalter (die besonders seinen Ladezustand aufweisen) eines einzelnen unbekannten Detonators 20 an. Der Bus-Detektionsbitschalter wird nicht mittels dieses Befehls gesetzt. (Alternativ zu diesem Befehl kann die Registriereinrichtung stattdessen die automatische Bus-Detektion und die unten beschriebenen bekannten Detonatorabrufbefehle durchführen).
  • Einzel-Durchgangsprüfung
  • Mittels dieses Befehls ruft die Registriereinrichtung eine Durchgangsprüfung eines einzelnen Detonators 20 auf, dessen Serien-ID bekannt ist. Die Registriereinrichtung kann diesen Befehl (bevorzugt) vor dem Programmieren (oder dem erneuten Programmieren) einer Verzögerungszeit für den einzelnen Detonator 20 ausgeben. In Antwort auf diesen Befehl bewirkt die ASIC 30 des Detonators 20 eine Durchgangsprüfung, die an dem Brückendraht 27 durchgeführt werden soll. Die Durchgangsprüfung kann vorteilhaft zum Beispiel mittels der ASIC 30 (bei ihrer Betriebsspannung) durchgeführt werden, die einen konstanten Strom bewirkt (z.B. ungefähr 27 μA mit einem Brückendraht 27 mit nominell 1,8 Ω in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel), der durch den Brückendraht 27 mittels zum Beispiel eines MOSFET-Schalters hindurch zu leiten ist, und die die resultierende Spannung über den Brückendraht 27 mit zum Beispiel einem A/D-Element misst. Der Gesamtwiderstand des Brückendrahts 27 kann dann anhand des Widerstandsabfalls über dem Brückendraht 27 und des verwendeten Konstantstroms berechnet werden. Wenn der berechnete Widerstand oberhalb eines Bereichs von Schwellenwerten liegt (z.B. in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel in dem Bereich von 30 bis 60 kΩ), wird der Brückendraht 27 für offen gehalten, d.h. für nicht durchgängig. Wenn solch ein Fehler detektiert wird, dann antwortet der Detonator 20 mit einem entsprechenden Fehlercode zurück (d.h. dem Durchgangsprüfversagen, wie es von dem entsprechenden Datenbit des Befehlsworts angezeigt wird).
  • Programmverzögerung/temporär Aufzeichnen
  • Wenn der Detonator 20 noch nicht mit einer Verzögerungszeit programmiert wurde oder wenn eine neue Verzögerungszeit gewünscht wird, kann der Bediener mittels dieses Befehls den Detonator 20 entsprechend programmieren. Durch diesen Befehl fragt die Sprengmaschine 40 oder die Registriereinrichtung ein Schreiben der Verzögerungs- und der temporäreren Aufzeichnungsinformation für einen einzelnen Detonator 20 ab, dessen Serien-ID bekannt ist. Dieser Befehl setzt auch bevorzugt den Bus-Detektionsbitschalter hoch (Übertragen mittels des entsprechenden Datenbits des Befehlsworts).
  • Betrieb – mittels der Sprengmaschine
  • Nachdem einige oder alle Detonatoren 20 somit von der Registriereinrichtung bearbeitet worden sein können, werden sie mit dem Bus 18 verbunden. Eine Anzahl von Detonatoren 20 (z.B. in dem speziellen hier beschriebenen Ausführungsbeispiel bis zu Tausend oder mehr) kann in Abhängigkeit von den Besonderheiten des Systems angeschlossen werden. Der Bediener schaltet dann die Sprengmaschine 40 ein, welche eine Überprüfung der Anwesenheit von inkompatiblen Detonatoren und von Verlusten auslöst, und er kann bevorzugt dazu aufgefordert werden, ein Passwort einzugeben, um fortzufahren. Die Registriereinrichtung wird dann mit der Sprengmaschine 40 verbunden und es wird ein Befehl ausgegeben, um die aufgezeichnete Information (z.B. die Lochzahl, Serien-ID und die Verzögerungszeit für alle der angemeldeten Detonatoren) zu übertragen, und die Sprengmaschine 40 liefert eine Bestätigung, wenn diese Information empfangen wurde. (Obwohl in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet, muss eine Registriereinrichtung nicht getrennt verwendet werden, um Detonatoren 20 anzumelden, und es kann ein System konfiguriert werden, in dem die Sprengmaschine 40 die Detonatoren 20 anmeldet, z.B. unter Verwendung des automatischen Bus-Detektionsbefehls, oder es werden andere Mittel verwendet, um die sachbezogene Information an die Sprengmaschine 40 zu übertragen und/oder irgendwelche anderen Funktionen auszuführen, die üblicherweise zu einer Registriereinrichtung gehören, wie zum Beispiel die oben beschriebenen Funktionen).
  • Die Sprengmaschine 40 kann bevorzugt programmiert werden, um dann den Bediener aufzufordern, eine Systemdiagnoseprüfung vor dem Fortfahren des Scharfschaltens des Detonators 20 zu befehlen oder solch eine Überprüfung automatisch durchzuführen. Dieser Befehl bewirkt, dass die Sprengmaschine 40 jeden der erwarteten Detonatoren 20 überprüft und an ihm Diagnosen durchführt und irgendwelche Fehler meldet, welche behoben werden müssen, bevor das Zünden geschehen kann. Die Sprengmaschine 40 und/oder die ASICs 30 werden auch bevorzugt so programmiert, dass der Bediener auch die Verzögerungszeit für bestimmte Detonatoren 20 wie gewünscht programmieren oder ändern kann.
  • Die Sprengmaschine 40 und/oder die ASICs 30 werden bevorzugt programmiert, so dass sie dem Bediener erlauben, die Detonatoren 20 scharf zu stellen, d.h. den Ladebefehl auszugeben (und dass die ASICs 30 diesen Befehl empfangen), sobald keine Fehler vorkommen, was das Laden der Zündkondensatoren 26 bewirkt. Ebenso werden die Sprengmaschine 40 und/oder die ASICs 30 bevorzugt so programmiert, dass sie dem Bediener erlauben, den Zündbefehl auszugeben (und die ASICs 30 diesen Befehl empfangen), sobald die Zündkondensatoren 26 geladen und kalibriert sind. Die Sprengmaschine 40 und/oder die ASICs 30 werden auch bevorzugt so programmiert, dass, wenn der Zündbefehl nicht innerhalb eines festgesetzten Zeitraums ausgegeben wird (z.B. 100 s), die Zündkondensatoren 26 entladen werden und der Bediener die Abfolge neu starten muss, wenn gewünscht ist, eine Zündung durchzuführen.
  • Die Sprengmaschine 40 wird auch bevorzugt so programmiert, dass auf das Scharfschalten (ein) Scharfstellanzeigerlicht(er) aufleuchtet/aufleuchten (z.B. rot) und dann auf das erfolgreiche Laden der Detonatoren 20, dieses Licht bevorzugt die Farbe wechselt (z.B. auf grün) oder ein anderes aufleuchtet, um anzuzeigen, dass das System bereit zum Zünden ist. Die Sprengmaschine 40 wird auch bevorzugt so programmiert, dass der Benutzer getrennte Scharfschalt- und Zündknöpfe bis zum Zünden zusammen herunterhalten muss oder sonst die Zündkondensatoren 26 entladen werden und der Bediener die Abfolge erneut starten muss, um das Zünden auszuführen.
  • Die vorhergehende Abfolge kann vorteilhaft mit anderen oben genannten Befehlen durchgeführt werden, deren bevorzugte Details unten diskutiert werden.
  • Automatische Bus-Detektion
  • Dieser Befehl erlaubt es, dass die Sprengmaschine 40 irgendwelche unbekannten (z.B. nicht angemeldeten) Detonatoren 20 detektiert, die mit dem Bus 18 verbunden sind, indem solche Detonatoren dazu gezwungen werden, mit ihrer Serien-ID, den Verzögerungsdaten, den temporäre Daten und den aktuellen Zustandsbitschaltereinstellungen zu antworten. Die Sprengmaschine 40 und die ASIC 30 können bevorzugt so konfiguriert und programmiert sein, dass dieser Befehl wie folgt verwendet wird:
    • 1. Die Sprengmaschine 40 sendet das Befehlspaket zur automatischen Bus-Detektion an den Bus 18. Alle Detonatoren 20, die den Befehl empfangen, die nicht vorher an dem Bus 18 detektiert wurden (wie mittels ihrer entsprechenden Bus-Detektions-Zustandsbitschaltereinstellungen angezeigt ist), berechnen einen „Takt"-Wert, der mit ihren Serien-IDs und/oder ihrer Verzögerungszeitinformation korreliert, und gehen dann in einen Wartezustand über. Der korrelierte Taktwert kann zum Beispiel anhand einer 11-Bit-Zahl berechnet werden, die von der CRC-8 der kombinierten Serien-ID und von ausgewählten Datenbits (z.B. 8 Bits) des Verzögerungsregisterworts des Befehlspakets zur automatischen Bus-Detektion abgeleitet wird, so dass eine angemessene Zeit zwischen jedem möglichen Taktwert für die Auslösung einer Antwort (einschließlich irgendeiner Verzögerung, wie oben beschrieben) von einem zugehörigen Detonator 20 ermöglicht wird.
    • 2. Die Sprengmaschine 40 beginnt dann, eine „Taktsignal"-Folge an den Bus 18 auszugeben, die fortdauert (mit Ausnahme, wenn sie angehalten oder abgebrochen wird, wie unten beschrieben wird), bis sie eine Zahl erreicht, die mit der höchstmöglichen Detonator-Serien-ID in dem System korreliert (z.B. kann es unter Verwendung der oben beschriebenen 11-Bit-Zahl 2048 mögliche Zeit-Werte geben). Es muss Zeit zwischen dem Ende des Befehlspakets zur automatischen Bus-Detektion und der Ausgabe eines Taktsignals ermöglicht sein, das mit der ersten möglichen Serien-ID korreliert, um die Berechnung der Taktsignalwerte mittels der ASICs 30 zu erlauben, die mit ihren Serien-IDs korrelieren. Dies kann durch Aufweisen einer Wartezeit (in der hier beschriebenen Ausführungsform z.B. 10 μs) zwischen dem Ende des Detektionsbefehlspakets und der Vorderflanke des ersten Übergangs des Taktsignal erreicht werden. Um ein Strom-Gegensprechen zu ermöglichen (wie woanders hierin beschrieben), wird der Bus 18 während dieser Zeit bevorzugt tief gehalten, aber er kann alternativ hoch gehalten werden.
    • 3. Wenn der Taktsignalwert für einen bestimmten nicht angemeldeten Detonator 20 erreicht wird, antwortet die ASIC 30 dieses Detonators 20. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Zeit (während der der Bus 18 hoch oder tief, bevorzugt tief gehalten wird) für das Auslösen einer Antwort ermöglicht, die um einen vorbestimmten Zeitraum verzögert wird, wie in 9 gezeigt ist. Das System kann bevorzugt so konfiguriert sein, dass, wenn der Bus 18 nicht vor einem vorbestimmten Zeitüberschreitungszeitraum (z.B. 4,096 ms) auf tief geschaltet wurde, der Detektionsprozess abgebrochen wird.
    • 4. Auf das Erkennen einer Antwort von einem oder mehreren Detonatoren 20 hält die Sprengmaschine 40 die Taktsignalfolge an und hält den Bus (bevorzugt tief), bis das volle Antwortpaket empfangen wurde, bei welchem Punkt die Taktsignalfolge erneut aufgenommen wird. Alternativ kann eine angemessene Zeit für die Übertragung eines vollen Pakets zwischen dem Zählen jedes Taktsignalwerts ermöglicht werden, der mit einer möglichen Serien-ID korreliert, dies würde jedoch langsamer sein. Die Sprengmaschine 40 zeichnet mindestens die Serien-ID (und optional auch die Vorrichtungseinstellungen) jeglicher antwortenden Detonatoren 20 auf. Wenn gleichzeitig mehr als eine ASIC 30 zu antworten beginnt, ignoriert die Sprengmaschine 40 bevorzugt solche Antworten und nimmt bevorzugt die Taktsignalfolge erneut auf, wie es andernfalls wäre.
    • 5. Der Prozess, der mit dem Befehlspaket zur automatischen Bus-Detektion beginnt, wird dann unter Verwendung einer unterschiedlichen Verzögerungszeit oder einer unterschiedlichen Füll-Serien-ID wiederholt, bis keine unangemeldeten Detonatoren 20 antworten (d.h., bis eine volle Taktsignalfolge, ohne dass irgendwelche Vorrichtungen antworten, ausgezählt wird), bei welchem Punkt geurteilt wird, dass alle Detonatoren 20, die mit dem Bus 18 verbunden sind, identifiziert sind.
    • 6. Wenn die automatische Bus-Detektionsabfolge beendet ist, sendet dann die Sprengmaschine 40 (in irgendeiner gewünschten Reihenfolge, wie zum Beispiel der Serien-ID) den Abrufbefehl bekannter Detonatoren (unmittelbar unten beschrieben) an jeden einzelnen bekannten Detonator 20, d.h. alle diese, die auf den Befehl zur automatischen Bus-Detektion antworteten, ebenso wie alle diese, die anfangs zu der Sprengmaschine 40 von der Registriereinrichtung identifiziert wurden.
  • Abruf bekannter Detonatoren
  • Mit diesem Befehl fordert die Sprengmaschine 40 oder die Registriereinrichtung einen Abruf eines einzelnen Detonators 20, dessen Serien-ID bekannt ist. In Antwort auf diesen Befehl liefert der Detonator 20 seine Serien-ID, seine Verzögerungszeit, seine temporäre Information und seine Zustandsbitschalter (die insbesondere seinen Ladezustand aufweisen). Dieser Befehl setzt bevorzugt die Bus-Detektionsbitschalter auf hoch, so dass die Vorrichtung nicht mehr auf einen Befehl zur automatischen Bus-Detektion antwortet.
  • Durchgangsprüfung
  • Das System soll so konfiguriert sein, dass dieser Befehl angefordert wird, ausgegeben zu werden, bevor der Ladebefehl (unmittelbar unten beschrieben) ausgegeben werden kann. Mit diesem Befehl sendet die Sprengmaschine 40 eine Anforderung an alle Detonatoren 20, die mit dem Bus 18 verbunden sind, eine Durchgangsprüfung durchzuführen. In Antwort führt jede ASIC 30 in den Detonatoren 20 eine Durchgangsprüfung an dem Brückendraht 27 so durch, wie es mit Bezug auf den Einzel-Durchgangsprüfungsbefehl oben beschrieben wurde, der an einen speziellen Detonator 20 geschickt wird.
  • Laden
  • Mit diesem Befehl fordert die Sprengmaschine 40 das Laden aller Detonatoren 20, die mit dem Bus 18 verbunden sind. Nach dem Laden jedes Detonators 20 wird sein Ladezustandsbitschalter auf hoch gesetzt. Die Detonatoren 20 geben der Sprengmaschine 40 nur Rückantwort, wenn ein Fehler aufgetreten ist (z.B. ein CRC-Fehler, der Bus-Detektionsbitschalter nicht hoch ist – oder wenn gestaffeltes Laden, wie es unten beschrieben wird, verwendet wird – das temporäre Register auf Null gesetzt wird), in welchem Fall die Antwort den entsprechenden Fehlercode aufweist.
  • Wenn eine große Anzahl von Detonatoren 20 mit dem Bus 18 verbunden ist, kann das Laden bevorzugt gestaffelt werden, so dass die Detonatoren 20 jeweils bei unterschiedlichen Zeiten, wie zum Beispiel mit den folgenden Schritten geladen werden:
    • 1. Die Sprengmaschine 40 sendet den Ladebefehl an den Bus 18.
    • 2. Die Sprengmaschine 40 beginnt dann, eine Taktsignalfolge bei einer ausgewählten Taktfrequenz an den Bus 18 auszugeben, welche Folge bis zu einer bestimmten Maximalzahl andauert, die der Maximalzahl des temporären Registers, zum Beispiel 4096 entspricht.
    • 3. Wenn die Anzahl der Taktsignale eine in dem temporären Register eines bestimmten Detonators 20 programmierte Anzahl erreicht, wird dieser Detonator 20 geladen. Die Detonatoren 20 können einzelne temporäre Werte aufweisen oder sie können mittels der temporären Zahl in Reihen (von z.B. 2 bis 100) gruppiert werden, die somit gleichzeitig geladen werden. Die Taktsignalfrequenz sollte auf solche Weise getaktet werden und die temporären Detonatorwerte sollten nacheinander auf solche Weise gesetzt werden, dass gewährleistet ist, dass eine gewünschte minimale (d.h. nicht überlappende) Einzelladezeit für jeden Detonator 20 oder jede Reihe von Detonatoren 20 ermöglicht wird, was auf verschiedene Art und Weise getan werden kann (zum Beispiel hat das Verwenden von temporären Zahlen von 1, 2, 3 ... bei einer gegebenen Taktsignalfrequenz denselben Effekt wie die temporären Zahlen von 2, 4, 6 ... bei einer Taktfrequenz, die zweimal so hoch ist). Wenn das zu dem Detonator 20 gehörende Taktsignal empfangen wird, beginnt die ASIC 30 das Laden des Zündkondensators 26 (siehe zum Beispiel in 5), bis die Kondensatorspannung eine vorbestimmte Ladungsschwelle erreicht, bei welchem Punkt dann das Vollladen des Zündkondensators 26 aufrechterhalten wird.
    • 4. Wenn die Kondensatorspannungsschwelle nicht innerhalb eines speziellen gewünschten Fensters erreicht wird (zum Beispiel in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen 1,048 s und 8,39 s, nachdem die ASIC 30 das Laden des Zündkondensators 26 begonnen hat), dann bricht die ASIC 30 ab und setzt den Ladezustandsbitschalter auf tief (aber sie braucht nicht dazu programmiert werden, eine Antwort zu senden, die den Fehler zu diesem Zeitpunkt mitteilt, angenommen, dass der Ladungsüberprüfungsbefehl, der unten beschrieben wird, verwendet wird).
    • 5. Der Ladeprozess endet, wenn der Bus 18 länger als über einen vorbestimmten Zeitüberschreitungszeitraum, zum Beispiel 4,096 ms, tief gehalten wird.
  • Die minimal erforderliche Zeit, um ein Netzwerk von Detonatoren auf gestaffelte Art zu laden, entspricht somit im Wesentlichen der gewünschten Einzel- (oder Reihen-) Kondensatorladezeit (welche wiederum von dem einzelnen verwendeten Ladeprozess und von der Größe des Zündkondensators 26 abhängt) multipliziert mit der Anzahl von Detonatoren 20 (oder Reihen). Zum Beispiel können in der vorliegenden Ausführungsform ungefähr 3 s pro Kondensator bei einem System wünschenswert sein, das 100 Detonatoren oder Detonatorreihen aufweist, in denen der Konstantstrom-Regulierungsprozess, der unten beschrieben wird, verwendet wird, und dies ergibt eine Gesamtladezeit von 300 s. Alternativ kann das Takten des Ladens über einen weiten Bereich von temporären Werten gesteuert werden, zum Beispiel durch Takten einer bestimmten Anzahl von Impulsen (wobei alle Detonatoren mit temporären Werten bis zu diesen Impulszahlen geladen werden), wobei das Takten augenblicklich gestoppt wird, um diesen Detonatoren zu ermöglichen, angemessen bis zur vollen Kapazität geladen zu werden, bevor weitere Taktimpulse ausgegeben werden, wobei gestoppt und wieder erneut aufgenommen wird, wenn es gewünscht wird, usw.
  • Auf der Geräteebene kann die Elektrizität jedem Zündkondensator 26 während des Ladens bevorzugt durch einen Konstantstromladeprozess, der durch eine Schienenspannung geregelt wird, wie es in 12 gezeigt ist, geliefert werden. In solch einem Ladeprozess wird der Stromverbrauch bei einer relativ niedrigen Menge (zum Beispiel bei 1 mA) konstant gehalten, während die Spannung linear mit der Zeit ansteigt, bis eine „Schienenspannung" (welche die Regulatorspannung ist, welche wiederum zusammen mit der Kapazität des Zündkondensators 26 und der Zündenergie des Brückendrahts 27 geeignet ausgewählt ist) erreicht ist, wonach die Spannung konstant bei der Schienenspannung bleibt und somit der Stromverbrauch schnell abnimmt. Eine solche Laderegelung, welche zum Beispiel auf dem Gebiet von Laptop-Computerbatterie-Ladegeräten bekannt ist, kann mittels verschiedener Verfahren, wie zum Beispiel Stromspiegel unter Verwendung von zwei Bipolartransistoren oder MOSFETs, einer festen Gate-Source-Spannung an einem JFET oder MOSFET oder einer Stromrückkopplung unter Verwendung eines Operationsverstärkers oder Komparators, erreicht werden.
  • Ladungsüberprüfung
  • Mit diesem Befehl sendet die Sprengmaschine 40 einen Aufruf an alle Detonatoren 20 an dem Bus 18, um zu überprüfen, ob sie geladen sind. Wenn eine ASIC 30 nicht aufgeladen hat (wie es anhand einer Niedrigladezustand-Bitschaltereinstellung für den oben beschriebenen Ladevorgang wiedergegeben wird) oder einen CRC-Fehler aufweist, antwortet sie mit dem geeigneten Fehlercode und anderen Informationen einschließlich ihrer Zustandsbitschalter sofort zurück. Der Ladungsüberprüfungsbefehl kann auch effektiv eine Überprüfung der richtigen Kapazität des Zündkondensators 26 liefern, wenn eine Ladefensterzeit, wie sie oben mit Bezug auf den Ladeprozess beschrieben ist, verwendet wird, und ihre Grenzen werden entsprechend definiert, so dass sie der geforderten Zeit (unter Verwendung des gewählten Ladeprozesses) entsprechen, um einen Zündkondensator 26 zu laden, der eine obere und unter Beschränkung der akzeptablen Kapazität aufweist. Zum Beispiel wird in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines durch Schienenspannung beschränkten Konstantstrom- (1mA) Ladens, ein 47-μF-Kondensator nominell in 1,2 s auf 25 V aufgeladen und ein Fenster von 0,5 bis 3 s entspricht akzeptablen maximalen/minimalen Kapazitätsgrenzen (d.h. ungefähr 20 bis 100 μF), oder ein 374-μF-Kondensator wird nominell in 9,4 s auf 25 V aufgeladen und ein Fenster von 6,25 bis 12,5 s entspricht akzeptablen maximalen/minimalen Kapazitätsgrenzen (d.h. ungefähr 250 bis 500 μF). Wenn die Sprengmaschine 40 eine Fehlermeldung in Antwort auf diesen Befehl empfängt, kann sie den Ladebefehl zurücksenden und die Abfolge beenden oder sie kann alternativ konfiguriert und programmiert werden, um einzelnes Diagnostizieren und einzelnes Laden irgendwelcher bestimmter Detonatoren 20, die mit Fehlern antworten, zu ermöglichen.
  • Kalibrieren
  • Jeder einzelne der Detonatoren 20 enthält einen internen Oszillator (siehe 5), welcher verwendet wird, um die Dauer irgendwelcher Verzögerungen oder Zeiträume zu steuern und zu messen, die von dem Detonator 20 erzeugt oder empfangen werden. Die exakte Oszillatorfrequenz eines gegebenen Detonators 20 ist nicht bekannt und variiert mit der Temperatur. Um eine wiederholbare und genaue Sprengzeitgebung zu erhalten, muss diese Variation kompensiert werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird dies durch Auffordern des Detonators 20 erreicht, die Dauer NOM (bezüglich seiner eigenen Oszillatorfrequenz) eines festen Kalibrierungsimpulses (in einem Ausführungsbeispiel wie dem hier beschriebenen bevorzugt zum Beispiel 0,5 bis 5 s) zu messen, welcher mittels der Sprengmaschine 40 unter Verwendung ihres internen Oszillators als Referenz erzeugt wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet der Detonator 20 dann die gemessene Impulsdauer CC, um die Zündverzögerung in Form der Oszillatorzählungen unter Verwendung der folgenden Formel zu berechnen: Anzahl = DLY·(CC/NOM), wobei DLY der Wert des Verzögerungsregisters ist. (In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass die Temperatur des Detonators 20 bis zu der Zeit, während der die tatsächliche Sprengung durchgeführt wird, stabil wurde oder sich unwesentlich ändert).
  • Über den Kalibrierungsbefehl (dessen Adressbytes irgendwelche Zufallsdaten enthalten können) sendet die Sprengmaschine 40 eine Aufforderung, alle Detonatoren 20 an dem Bus 18 zu kalibrieren. Ein Detonator 20 antwortet auf den Kalibrierungsbefehl nur zurück, wenn ein Fehler aufgetreten ist (zum Beispiel ein CRC-Fehler oder die Bus-Detektion oder Ladezustandsbitschalter sind nicht hoch), in welchem Falle die Antwort den entsprechenden Fehlercode aufweist. Wenn kein Fehler auftritt, wartet der Detonator 20 sofort, nachdem das Kalibrierungspaket empfangen wurde, bis der Bus 18 für einen vorbestimmten Zeitraum auf hoch gesetzt wird (zum Beispiel für den gleichen Zeitraum, der oben als NOM beschrieben wurde), an welchem Punkt die ASIC 30 beginnt, mit ihrer Oszillationsfrequenz zu zählen, bis der Bus 18 am Ende der Kalibrierungsabfolge zurück auf tief gestellt wird. Die Anzahl der Zählwerte, die von der ASIC 30 während diesem vorbestimmten Zeitraum gezählt wurden, wird dann in dem Kalibrierungsregister des Detonators gespeichert (und wird von dem ASIC 30 später verwendet, um Rückwärtszählwerte zu bestimmen) und der Kalibrierungsbitschalter wird auf hoch gesetzt. Das Einstellen des Busses 18 auf tief beendet die Kalibrierungsbefehlsabfolge und die ansteigende Flanke des nächsten Übergangs zu hoch an dem Bus 18 wird dann als der Anfang eines neuen Befehls erkannt.
  • Überprüfen der Kalibrierung
  • Mit diesem Befehl sendet die Sprengmaschine 40 eine Aufforderung, die Kalibrierung aller Detonatoren 20 an dem Bus 18 zu prüfen. In Antwort prüft jeder Detonator 20, ob der Wert in seinem Kalibrierungsregister innerhalb eines bestimmten Bereichs (z.B. in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel +/– 40%) eines Wertes entsprechend der idealen oder nominellen Anzahl von Oszillatorzyklen liegt, die während des Zeitraums NOM auftreten würden. Ein Detonator 20 antwortet nur zurück, wenn der Kalibrierungswert außerhalb des Bereichs ist oder ein anderer Fehler aufgetreten ist (z.B. ein CRC-Fehler oder die Bus-Detektion, Laden oder Kalibrierungszustandsbitschalter sind nicht hoch), in welchem Fall die Antwort den entsprechenden Fehlercode aufweist.
  • Zünden
  • Mit diesem Befehl sendet die Sprengmaschine 40 eine Aufforderung, alle Detonatoren 20 an dem Bus 18 zu zünden. Ein Detonator 20 antwortet auf diesen Befehl nur zurück, wenn ein Fehler aufgetreten ist (z.B. ein CRC-Fehler, die Bus-Detektion, Laden, oder Kalibrierungszustandsbitschalter sind nicht hoch, oder das Verzögerungsregister ist auf Null gesetzt), in welchem Fall die Antwort den entsprechenden Fehlercode aufweist. Andernfalls löst die ASIC 30 jedes Detonators 20 in Antwort auf diesen Befehl eine Rückzählungs/Zündabfolge aus und setzt den Zündbitschalter auf hoch. Die Sprengmaschine 40 und die Registriereinrichtung und/oder die ASIC 30 können vorteilhaft so konfiguriert und programmiert werden, dass dieser Prozess wie folgt abläuft (siehe auch 11)
    • 1. Auf den Empfang des Zündbefehls, wenn es CRC- oder Verfahrens-Fehler gibt und die ASIC 30 noch keinen Zündbefehl erfolgreich erhalten hat, antwortet dann die Vorrichtung sofort mit dem geeigneten Fehlercode zurück. (In diesem Fall antwortet die Sprengmaschine 40, wie in 10d gezeigt, bevorzugt durch Senden eines Entladebefehls an alle Detonatoren 20; alternativ könnte sie dazu konzipiert sein, eine individuelle Diagnose und Korrektur irgendwelcher Detonatoren 20 zu ermöglichen, die mit einem Fehler antworten, oder sie kann weitere Zündbefehle, wie in Schritt 3 unten erwähnt, ausgeben). Wenn keine Fehler auftreten, dann geht die ASIC 30 zu einer „Vorzündrückzählung" über, deren Verzögerungszeit von der Verzögerungsinformation des Pakets programmiert wird, das den Zündbefehl überträgt. Zum Beispiel können zwei Bits eines Verzögerungsregisterbytes vier unterschiedlichen Vorzündrückzählverzögerungen entsprechen, die auf der vorhergehenden Kalibrierungsabfolge basieren und das Verändern um zum Beispiel einen Wert von 1-1 entspricht einer Verzögerung von 4,096 s, 1-0 einer Verzögerung von 2,048 s, 0-1 einer Verzögerung von 1,024 s und 0-0 einer Verzögerung von 0,512 s.
    • 2. Zu jeder Zeit während des Herunterzählens der Vorzündrückzählung kann der Detonator 20 einen Einzel-Entlade- oder Entladebefehl oder irgendeinen anderen Zündbefehl empfangen. Wenn der Zündbefehl erneut gesendet wird, dann prüft die ASIC 30, ob keine CRC-Fehler vorliegen. Wenn es einen CRC-Fehler gibt, dann wird der neue Zündbefehl ignoriert und die vorhandene Vorzündrückzählung schreitet weiter fort. Wenn es keine CRC-Fehler gibt, dann setzt die ASIC 30 ihren Vorzündrückzählungswert auf den Wert zurück, der von dem Verzögerungsregister des neuen Zündbefehlpakets bestimmt wird, und startet eine neue Vorzündrückzählung basierend auf dem neuen Verzögerungswert. In Abhängigkeit von dem Anfangs-Vorzündrückzählungs-Verzögerungswert kann es möglich sein und ist bevorzugt, den Zündbefehl mehrere (in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel drei) zusätzliche Male vor dem Ende der Vorzündrückzählung zu senden.
    • 3. Wenn kein Entladebefehl vor dem Ende der Vorzündrückzählung gesendet wird, überprüft die ASIC 30, ob die Busspannung einen minimalen absoluten Schwellenwert überschreitet. Wenn sie das nicht tut, dann wird der Detonator 20 automatisch entladen; andernfalls beginnt eine „endgültige Zündrückzählung" und die Kommunikationsschnittstelle des Detonators 20 wird bevorzugt abgeschaltet, so dass keine weiteren Befehle empfangen werden können. Die endgültige Zündrückzählungszeit wird bevorzugt basierend auf der Kalibrierung, die oben beschrieben wurde, und einem Verzögerungswert ermittelt, der in ein Verzögerungsregister in der ASIC 30 programmiert wurde. Am Schluss der Rückzählung dieser endgültigen Zündrückzählungszeit bewirkt die ASIC 30, dass der Zündkondensator 26 durch den Brückendraht 27 entladen wird, woraus eine Detonation resultiert.
  • Es wurde herausgefunden, dass ein System, das gemäß den hier beschriebenen genauen Angaben konstruiert ist, mit bis zu 1000 oder mehr Detonatoren 20, die mit der Sprengmaschine 40 vernetzt sind, eine Taktverzögerungsgenauigkeit von besser als 80 ppm (z.B. 0,8 ms mit 10 s Verzögerung) verlässlich gewährleisten kann.
  • Entladen
  • Mit diesem Befehl sendet die Sprengmaschine 40 eine Aufforderung, alle Detonatoren 20 an dem Bus 18 zu entladen. Ein Detonator 20 antwortet auf diesen Befehl nur zurück, wenn ein CRC-Fehler aufgetreten ist, in welchem Fall die Antwort den entsprechenden Fehlercode aufweist (der Entladebefehl wird in diesem Fall nicht durchgeführt). Andernfalls stoppt die ASIC 30 jedes Detonators 20 in Antwort auf diesen Befehl jegliche Zündrückzählung, die gerade fortschreiten mag, und bewirkt, dass der Zündkondensator 26 entladen wird.
  • Überprüfen des Entladens
  • Mit diesem Befehl sendet die Sprengmaschine 40 eine Aufforderung, das Entladen aller Detonatoren 20 an dem Bus zu prüfen. In Antwort prüft die ASIC 30 jedes Detonators 20, ob der Zündkondensator 26 entladen ist, wobei sie nur zurück antwortet, wenn ein CRC- oder ein Überprüfungs-Fehler aufgetreten ist (zum Beispiel ein CRC-Fehler oder die Bus-Detektion, Laden, oder Kalibrierungszustandbitschalter sind nicht: hoch), in welchen Fall die Antwort den entsprechenden Fehlercode aufweist.
  • Einzelnes Entladen
  • Dieser Befehl ist der gleiche wie der oben diskutierte Entladebefehl, mit Ausnahme, dass er eine korrekte Serien-ID eines bestimmten Detonators 20 an dem Bus 18 anfordert, welcher Detonator mit seiner Serien-ID, seiner Verzögerung und temporären Information, seinen Zustandsbitschaltern und irgendwelchen Fehlercodes zurück antwortet.
  • Ein Fachmann wird erkennen, dass sogar das hier beschriebene spezielle System zahlreichen Hinzufügungen und Modifikationen unterworfen ist. Zum Beispiel wären nicht alle der oben beschriebenen Befehle notwendigerweise erforderlich, sie können kombiniert werden, getrennt werden und andererseits auf viele Weisen modifiziert werden, und zahlreiche zusätzliche Befehle können implementiert werden. Als einige von vielen Beispielen könnte ein Befehl implementiert werden, um alle Bus-Detektionsbitschalter der Detonatoren 20 an dem Bus 18 zu löschen, um das Zurücksetzen des Bus-Detektionsprozesses zu ermöglichen, könnte ein Befehl implementiert werden, um das einzelne Laden/oder das Überprüfen des Ladens von ausgewählten Detonatoren 20, etc., zu ermöglichen. Ferner könnten andere Synchronisationsschemata (zum Beispiel unter Verwendung einer dritten Taktsignalleitung anstatt der dynamischen Synchronisation) und/oder Protokolle verwendet werden, wenn es für eine bestimmte Anwendung geeignet ist.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einem bestimmten bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass viele andere geeignete spezifische Diagnostiken verwendet werden können, und es können viele andere Mittel zu ihrer Ausführung verwendet werden, z.B. könnte ein „fliegender Kapazitätstest" statt der oben diskutierten Spannungsschwellenzeitfenstermittel, usw. verwendet werden. Ein Fachmann wird auch einschätzen, dass die vorliegende Erfindung ebenso auf andere Vorrichtungen als Detonatoren anwendbar ist, zum Beispiel auf elektrische Zünder und Mikrogasgeneratoren, die eingebaute Elektronik aufweisen, wie zum Beispiel bei Fahrzeug-Sicherheitsanwendungen und bei militärischen und Luftfahrt-Anwendungen. Ferner können auch andere spezifische Diagnosen als die Kapazitäts- und Durchgängigkeits- oder Widerstandsprüfungen, wie zum Beispiel das Ermitteln des Gesamtverlustes des Systembusses verwendet werden, um weitere Sicherheit der Zündbereitschaft in einer elektronischen pyrotechnischen Vorrichtung zu gewährleisten.

Claims (12)

  1. Elektronischer Detonator (20) zur Verwendung im Bergbau oder beim Sprengen und welcher eine Zündungsbereitschaftsdiagnostik aufweist, aufweisend einen Zünder (28), der einen Zündkondensator (26) aufweist, und eine elektronische Schaltungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltungsanordnung konfiguriert und/oder programmiert ist, um zu überprüfen, ob der Zündkondensator (26) eine Kapazität oberhalb oder unterhalb eines bestimmten Werts aufweist.
  2. Elektronischer Detonator (20) nach Anspruch 1, wobei der elektronische Detonator (20) eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (30) aufweist, welche die elektronische Schaltungsanordnung enthält.
  3. Elektronischer Detonator (20) nach Anspruch 1, wobei der Zünder (28) hermetisch abgedichtet ist und das Zündelement ein Brückendraht (27) ist.
  4. Elektronischer Detonator (20) nach Anspruch 1, wobei die elektronische Schaltungsanordnung konfiguriert und/oder programmiert ist, um zu überprüfen, ob der Zündkondensator (26) eine Kapazität oberhalb eines ersten Werts und unterhalb eines zweiten Werts aufweist.
  5. Elektronisch geschaltetes System zur Verwendung im Bergbau oder beim Sprengen, aufweisend: a) eine Mastereinheit b) einen Bus (18), der mit der Mastereinheit verbunden ist; und c) eine Mehrzahl von elektronischen Detonatoren (20), die mit dem Bus (18) verbunden sind, wobei jeder der elektronischen Detonatoren (20) einen Zünder (28), der einen Zündkondensator (26) aufweist, und eine elektronische Schaltungsanordnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltungsanordnung konfiguriert und/oder programmiert ist, um zu überprüfen, ob der Zündkondensator (26) eine Kapazität oberhalb oder unterhalb eines bestimmten Werts aufweist.
  6. Elektronisch geschaltetes System nach Anspruch 5, wobei die elektronische Schaltungsanordnung konfiguriert und/oder programmiert ist, um zu überprüfen, ob der Zündkondensator (26) eine Kapazität oberhalb eines ersten Werts und unterhalb eines zweiten Wertes aufweist.
  7. Elektronisch geschaltetes System nach Anspruch 5, wobei der Zünder (28) hermetisch abgedichtet ist und das Zündelement ein Brückendraht (27) ist.
  8. Verfahren zum Betreiben eines Systems von elektronischen Detonatoren (20) zur Verwendung im Bergbau oder beim Sprengen, welches die folgenden Schritte aufweist: a) Bereitstellen einer Mastereinheit und eines Busses (18), der mit der Mastereinheit verbunden ist; b) Verbinden einer Mehrzahl von elektronischen Detonatoren (20), von denen jede einen Zündkondensator (26) aufweist, mit dem Bus (18); c) Erteilen eines oder mehrerer Befehle von der Mastereinheit an den Bus (18); und gekennzeichnet durch d) nach Schritt c) Überprüfen, ob der Zündkondensator (26) jedes elektronischen Detonators (20) eine Kapazität oberhalb oder unterhalb eines bestimmten Wertes aufweist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei jeder der elektronischen Detonatoren (20) einen Zünder (28) und eine elektronische Schaltungsanordnung aufweist, die konfiguriert und/oder programmiert ist, um zu überprüfen, ob der Zündkondensator (26) eine Kapazität oberhalb oder unterhalb eines bestimmten Werts aufweist.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, das ferner den Schritt des Ausgebens von Informationen an die Mastereinheit von jedem elektronischen Detonator (20) aufweist, der bei der Kapazitätsüberprüfung versagt.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, wobei jeder der Zünder (28) hermetisch abgedichtet ist und einen Brückendraht (27) aufweist.
  12. Verfahren nach Anspruch 8, das ferner den Schritt des Ladens des Zündkondensators (26) mit einem konstanten Strom in einem durch die Versorgungsspannung begrenzten Prozess aufweist, wobei der Schritt d) während des Ladeschritts durchgeführt wird.
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