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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft insgesamt pyrotechnische Vorrichtungen, und insbesondere
eine pyrotechnische Vorrichtung wie beispielsweise einen Detonator
mit geregeltem Ladevorgang.
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Detonatoren
des Standes der Technik haben keine Stromregulierung beim Aufladen
des Zündkondensators
genutzt. Jedoch kann ohne konstanten oder regulierten Strom während des
Ladens überschüssiger Strom
in die Detonatorkondensatoren strömen, was ein Zusammenbrechen
des Busses aufgrund des I-R-Abfalls und/oder eine Beschädigung der
Kondensatoren zu Folge hat. Der Stand der Technik enthält auch
ein automatisches Laden der Zündkondensatoren
auf das Aufladen eines elektronischen Sprengsystems hin, aber dadurch
können Sicherheitsbelange
berühren
werden.
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In
EP 0261 886 A1 ,
welche die Basis für
die unabhängigen
Ansprüche
1 und 10 bildet, wird ein Verzögerungsschaltkreis
für elektrisches
Sprengen, ein Sprengzünder
mit einem Verzögerungsschaltkreis,
und ein System für
elektrisches Sprengen mit Sprengzündern offenbart, und insbesondere
ein elektrischer Sprengzünder
der verzögernden
Art zur Verwendung in einem Mehrstufen-Sprengsystem.
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In
US 5 602 713 A wird
einen elektronischer Verzögerungsdetonator
offenbart, in dem die gesamte Energie ausschließlich aus einer Sprengeinheit empfangen
wird, um eine Verzögerungszeit
zu bestimmen.
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In
DE 19 48 382 A wird
beschrieben eine Anordnung zum Erzeugen von elektrischen Pulsen
an einem Zeitpunkt, dessen zeitlicher Abstand zu einem vorbestimmten
Verschlußzeitpunkt
einer Schaltvorrichtung mittels korrespondierenden Laden eines Kondensators
gesetzt werden kann, bevor der Verschlußzeitpunkt erreicht ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung offenbart eine pyrotechnische Vorrichtung und ein Konstantstrom-Lademodul
zur Verwendung in einem elektronischen Detonator mit den Merkmalen
gemäß der unabhängigen Ansprüche 1 und
10. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
werden in den abhängigen
Ansprüchen
2 bis 9 und 11 offenbart.
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Die
Erfindung weist die regulierte Aufladung eines Energiespeichermoduls
in einer pyrotechnischen Vorrichtung wie beispielsweise einem Zündkondensator
in einem elektrischen Detonator auf. Die Regulierung findet in Form
eines Konstantstrom-Aufladens statt, das bei einer "Railspannung" (Englisch: "rail voltage") begrenzt wird,
wobei der Wert des Konstantstroms so ausgewählt ist, dass die Ladezeit
adäquat
kurz ist, aber niedrig genug ist, um irgendwelche Probleme auszuschließen, die
mit dem Ziehen eines hohen Stroms verbunden sind, wie beispielsweise
ein Zusammenbrechen eines Busses und/oder ein übermäßiges Einströmen in die
Kondensatoren. Beispielsweise kann in einem elektronischen Sprengsystem
ein Konstantstrommodul in dem elektronischen Detonator aktiviert
werden in Antwort auf das Empfangen eines geeigneten Befehls von
der Sprengmaschine während
der Scharfschaltungsstufe. Es ist möglich, dass die Konstantstromgrenze
gewählt
wird, hinreichend niedrig zu sein, um so zusätzlichen Nutzen für die pyrotechnische
Vorrichtung zu schaffen, beispielsweise eine Vermeidung, dass überschüssiger Strom
durch einen kurzgeschlossenen Kondensator fließt und/oder eine ausreichende Vermeidung,
dass Strom durch das Zündungselement
der Vorrichtung fließt
(falls zum Beispiel ein Zündungsschalter
defekt oder kurzgeschlossen ist). Das Konstantstromladen mittels
Detonator kann vereinfachte Diagnostiken und ein Überwachen
der Busleitung durch die Sprengmaschine 40 erlauben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Gesamtansicht, die den Aufbau eines elektronischen Sprengsystems
zeigt, in dem die Erfindung verwendet werden kann.
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2 ist
eine Gesamtansicht, die den Aufbau einer alternativen Konfiguration
eines solchen elektronischen Sprengsystems zeigt.
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3 ist
eine Querschnittsansicht eines bevorzugtes Detonators, der in dem
elektronischen Sprengsystem aus 1 und 2 verwendet
werden kann.
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4 ist
eine schematische Darstellung der hauptsächlichen elektrischen Aspekte
des elektronischen Zündungsmoduls
(EIM) des Detonators aus 3 zeigt, einschließlich eines
anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC).
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5 ist
eine schematische Darstellung eines bevorzugten Schaltkreisdesigns
für den
ASIC aus 4.
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6a ist
ein Graph einer Spannung, aufgetragen gegen die Zeit, der eine bevorzugte
Spannungsmodulations-basierte Kommunikation, ausgehend von einer
Sprengmaschine, zu einem Detonator/zu Detonatoren in dem elektronischen
Sprengsystem gemäß den 1 und 2 zeigt.
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6b ist
ein Graph eines Stroms, aufgetragen gegen die Zeit, der eine bevorzugte
Spannungsmodulations-basierte Kommunikation, ausgehend von einem
Mitschreiber, zu dem Detonator/den Detonatoren des elektronischen
Sprengsystems gemäß den 1 und 2 zeigt.
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7a ist
ein Graph eines Stroms, aufgetragen gegen die Zeit, der eine bevorzugte
Strommodulations-basierte Rückantwort
von einem Detonator an eine Sprengmaschine des elektronischen Sprengsystems
gemäß den 1 und 2 zeigt.
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7b ist
ein Graph eines Stroms, aufgetragen gegen die Zeit, der eine bevorzugte
Strommodulations-basierte Rückantwort
von einem Detonator/von Detonatoren an einen Mitschreiber des elektronischen
Sprengsystems gemäß den 1 und 2 zeigt.
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8 ist
ein Graph, der eine Kommunikation zu einem Detonator hin, und eine
Rückantwort
von dem Detonator auf einen Antwort-entlockenden Befehl hin, der
nicht ein Auto-Bus-Detektionsbefehl
ist, zeigt.
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9 ist
ein Graph, der eine Kommunikation zu einem Detonator und eine Rückantwort
von dem Detonator, in Antwort auf einen Auto-Bus-Detektionsbefehl
hin, zeigt.
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Die 10a, 10b, 10c, und 10d sind
ein Ablaufdiagramm, das eine bevorzugte Logiksequenz für den Betrieb
eines elektronischen Sprengsystems aus den 1 und 2 zeigt.
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11 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine bevorzugte Logiksequenz für den Betrieb
eines Detonators zeigt, der in dem elektronischen Sprengsystem aus
den 1 und 2 zeigt, beginnend mit dem Empfang
eines Zündbefehls
mittels des Detonators.
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12 ist
ein Graph einer Spannung und eines Strom, aufgetragen gegen die
Zeit, in einem Zündungskondensator
in einem Detonator wie beispielsweise der aus 3,
einen Konstantstrom sowie einen Railspannungs-regulierten Ladevorgang
zeigend.
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Ausführliche
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Um
die Erfindung unter Bezugnahme auf die Einzelheiten eines bestimmten
bevorzugten Ausführungsbeispiels
zu beschreiben, wird angemerkt, dass die Erfindung in einem elektronischen
System dazu verwendet werden kann, das ein Netzwerk aus Slave-Vorrichtungen aufweist,
beispielsweise ein elektronisches Sprengsystem, in dem die Slave-Vorrichtungen
elektronische Detonatoren sind. Wie in 1 gezeigt
wird, kann ein Ausführungsbeispiel
eines solchen elektronischen Sprengsystems aufweisen eine Anzahl
von Detonatoren 20, einen Zwei-Leitungs-Bus 18, Zünddrähte bzw. Zündleitungen (Englisch: "leg wires") 19, einschließlich von
Steckern zum Anschließen
der Detonatoren an den Bus 18, einen Mitschreiber (nicht
gezeigt), und eine Sprengmaschine 40. Die Detonatoren 20 sind
vorzugsweise parallel zur Sprengmaschine geschaltet (wie in 1) oder
in anderen Anordnungen, einschließlich von Zweig- (wie mit dem
abgezweigten Bus 18',
der in 2 gezeigt wird), Baum-, Stern-, oder mehrerer Parallel-Schaltungen. Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines solchen elektronischen Sprengsystems wird weiter unten beschrieben,
obgleich es leicht von einem Fachmann geschätzt werden wird, dass auch
andere Systeme oder Vorrichtungen verwendet werden können und
viele Konfigurationen, Variationen, und Modifizierungen von selbst
dem hierin beschriebenen bestimmten System gemacht werden können, ohne
sich aus dem Geist und dem Rahmen der Erfindung zu entfernen.
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Die
Sprengmaschine 40 und der Mitschreiber können vorzugsweise
jeder ein Paar von Anschlüssen
haben, die dazu in der Lage sind, nackten Kupfer (Bus)-Draht von
bis zu beispielsweise, dem 14er Maß (Englisch: "14-gauge") zu empfangen. Die Anschlüsse des
Mitschreibers können
vorzugsweise auch dazu gestaltet sein, Detonatordrähte aus
Stahl (Polaritätsunempfindlich)
zu empfangen, und der Mitschreiber solle eine Schnittstelle haben,
die zum Anschließen
der Sprengmaschine 40 geeignet ist. Die Sprengmaschine 40 und
der Mitschreiber sind vorzugsweise dazu in der Lage, durch eine
Person betätigt
zu werden, die Kleidung trägt,
welche bei Minen- bzw. Bergbau- und
Sprengarbeiten verwendet wird, beispielsweise dicke Handschuhe.
Die Sprengmaschine 40 und der Mitschreiber sind vorzugsweise tragbare,
batteriebetriebene Geräte,
die eine Passworteingabe erfordern, um betätigt zu werden, und beleuchtet
Anzeigen haben zum Bereitstellen von Menüs, Instruktionen, Tastenanschlag-Reproduktion, und
Nachrichten (einschließlich
Fehlernachrichten), soweit erforderlich. Die Sprengmaschine 40 kann vorzugsweise
eine Klappe und Steuerungen und Anzeiger haben, die ein Schloss
für einen
Einschaltknopf enthalten, eine nummerische Tastatur mit hoch/herunter-Pfeilen,
und eine Eingabetaste, eine Anzeige, eine Scharfstell-Taste, eines
oder mehrere Anzeigelichter, und einen Zündknopf.
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Die
Sprengmaschine 40 und der Mitschreiber 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 gegen üblicherweise
verwendete auf Emulsionen basierende Explosivstoffe. Die Sprengmaschine 40 und
der Mitschreiber sind auch bevorzugt robust genug, um der üblichen
Behandlung in einer Bergbau- oder
Sprengumgebung, wie zum Beispiel dem Herunterfallenlassen 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 der Mitschreiber sollten, soweit
erforderlich, den anwendbaren Erfordernisse des CEN-Dokuments prCEN/TS
13763-27 (NMP 898/FABERG N 0090 D/E) E 2002-06-19 und den staatlichen
und industriellen Anforderungen genügen. Soweit zweckmäßig, ist
der Mitschreiber bevorzugt dazu ausgelegt, außerstande zu sein, irgendwelche
bekannten elektrischen und elektronischen Detonatoren zu zünden, und
die Sprengmaschine 40 ist 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. Ein anfänglicher
elektrischer Test des Systems, um solch eine Vorrichtung zu ermitteln,
kann verwendet werden, um eine weitere Sicherheit zu gewährleisten, dass
unbeabsichtigte Detonatoren nicht gezündet werden.
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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).
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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 1 μH/m Leiter-zu-Leiter-Streuinduktivität) unter
allen anzutreffenden Feldbedingungen minimiert sind.
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Die
Zündleitungen 19 und
die 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 gesehen 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.
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Wie
in 3 gezeigt wird, kann ein für die Verwendung in einem elektrischen
Sprengsystem geeigneter Detonator 20, wie zum Beispiel
der hier beschriebene, 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
und die dazu konzipiert ist, eine Ladung, die innerhalb des Zünders 28 enthalten ist,
auf den Durchfluss der Elektrizität durch den Brückendraht 27 hin
mittels der Kontakte 21 bei einem vorbestimmten „All-Zündungs"-Spannungspegel verlässlich zu
zünden.
Das EIM 23 (einschließlich
seiner Elektronik und eines Teils seiner Zünder 28 oder all seiner
Zünder 28)
kann bevorzugt in eine Einkapselung 31 einpressgeformt
(Englisch: "insert
molded") 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 1–5) und der
Seriennummer 10/158,318 (auf den Seiten 3–8 und in den 1–6), die beide am 29. Mai 2002 eingereicht
wurden, sind hiermit mit Bezug auf ihre anwendbaren Lehren der Konstruktion
solcher Detonatoren, die über
die Beschreibung von dem, was hierin dargestellt wird, hinausgeht,
einbezogen. Wie in diesen Anmeldungen gelehrt wird, kann ein EIM 23,
wie das eine in 3 dargestellte, üblicherweise
in freistehender Form für spätere Einbeziehung
durch einen Anwender in die anwendereigene anwendungsspezifische
Detonatoranordnung (einschließlich
eines Gehäuses 29 und einer
Ladung 36) hergestellt und gehandhabt werden.
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Die
Platine des EIM 23 ist bevorzugt ein Mikrocontroller oder
ein programmierbares Logikbauelement oder besonders bevorzugt ein
anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreischip (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 Hauptvorrichtung rückantwortet,
wie weiter unter diskutiert wird), 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 (Englisch: "metal can pin") an den ASIC 30 (unten
beschrieben) angeschlossen 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.
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Mit
Bezug auf 4 wird schematisch ein bevorzugter
elektronischer Aufbau eines Detonators 20, wie zum Beispiel
den aus 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.
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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
wird, kann das Polaritätsrichtermodul
polaritäts-unempfindliche
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 die 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, die die von der Sprengmaschine 40 eingehenden
Daten und das über
die 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 Brückenkondensatorsteuerungseinheit
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 hin.
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Kommunikationsprotokoll
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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 einem Mitschreiber 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.
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Wenn
die Sprengmaschine 40 und die Detonatoren 20 angeschlossen
sind, wird die System-Ruhezustands-Spannung 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 dem Mitschreiber an die ASICs 30 basieren
auf der Spannungsmodulation, die mit der geeigneten Baud-Rate getaktet
wird, welche die ASICs 30 in zugehörige Datenpakete entschlüsseln.
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Wie
in den 6a und 6b gezeigt,
können
von dem Mitschreiber 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
dem Mitschreiber verbunden ist (d. h., ob er in dem Mitschreib- oder Spreng-Modus
ist), wie zum Beispiel durch Übergehen
in den Mitschreib-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
Mitschreib-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
dem Mitschreiber, 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).
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Andererseits
basiert anstelle der Spannungsmodulation die Kommunikation von den
ASICs 30 mit der Sprengmaschine 40 oder dem Mitschreiber
auf der Strommodulation („Strom-Gegensprechen"), wie in den 7a und 7b gezeigt
ist. Mit der Strommodulation schalten die ASICs 30 die Stromstärke zu dem
Mitschreiber (zwischen IL, L, bevorzugt
O 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 dem Mitschreiber 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.
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Organisation der seriellen Datenkommunikation
(serielle Datenleitung)
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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.
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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).
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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.
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Ein
anderes Wort des Pakets kann verwendet werden, um Befehle zu kommunizieren,
wie es unten unter der entsprechenden Überschrift beschrieben ist.
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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.
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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).
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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.
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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.
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Synchronisationswort und Resynchronisationsbits
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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 dem Mitschreiber). 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 dem Mitschreiber) 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" (Englisch: "status flags") zu übertragen.
-
Die
Bitschalterdatenbits bzw. Flag-Bits 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-/Mitschreiberbefehlen 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 des Mitschreibers
-
Bei
der Verwendung werden die Detonatoren 20 bevorzugt zuerst
jeder einzeln mit einem Mitschreiber 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 dem Mitschreiber verbunden ist, schaltet
der Bediener den Mitschreiber ein und befiehlt das Lesen der Serien-ID,
das Durchführen
der Diagnosen und, wenn gewünscht,
das Schreiben einer Verzögerungszeit.
Wenn die Serien-ID gelesen wurde, kann der Mitschreiber 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 der Mitschreiber
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 der Mitschreiber stattdessen die automatische Bus-Detektion
und die unten beschriebenen bekannten Detonatorabrufbefehle durchführen).
-
Einzel-Durchgangsprüfung
-
Mittels
dieses Befehls ruft der Mitschreiber eine Durchgangsprüfung eines
einzelnen Detonators 20 auf, dessen Serien-ID bekannt ist.
Der Mitschreiber 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
der Mitschreiber 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 dem Mitschreiber
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. Der Mitschreiber 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 ein Mitschreiber 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 einem Mitschreiber 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 dem Mitschreiber
identifiziert wurden.
-
Abruf bekannter Detonatoren
-
Mit
diesem Befehl fordert die Sprengmaschine 40 oder der Mitschreiber
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
wird die Elektrizität
jedem Zündkondensator 26 während des
Ladens 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, weiche 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-(1 mA)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.
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Zünden
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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 der Mitschreiber und/oder
die ASIC 30 können vorteilhaft
so konfiguriert und programmiert werden, dass dieser Prozess wie
folgt abläuft
(siehe auch 11):
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- 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.
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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.
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Entladen
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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.
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Überprüfen des Entladens
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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.
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Einzelnes Entladen
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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.
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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.
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Obgleich
die Erfindung im Zusammenhang eines bestimmten bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben
wurde, wird es verstanden werden, dass zahlreiche Variationen, Modifizierungen,
und andere Anwendungen auch innerhalb des Rahmens der vorliegenden
Ansprüche
fallen. Zum Beispiel wird ein Fachmann schätzen, dass ein Konstantstrommodul nicht
nur in digitalen und analogen Kernen eines ASIC verwendet werden
kann, sondern alternativ auch in diskreten digitalen und/oder analogen
Komponenten verwendet werden kann. Ferner kann die Erfindung in
zahlreichen pyrotechnischen Vorrichtungen verwendet werden, wie
beispielsweise diese, welche in militärischen Anwendungen und Luftfahrt-Anwendungen
verwendet werden. Daher ist die vorhergehende ausführliche
Beschreibung von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nicht dafür vorgesehen,
die Erfindung in irgend einer Weise zu beschränken; stattdessen ist die Erfindung
nur durch die folgenden Ansprüche
beschränkt.