DE602004011519T2

DE602004011519T2 - Gestaffeltes laden von nachführvorrichtungen, wie in einem elektronischen sprengsystem

Info

Publication number: DE602004011519T2
Application number: DE602004011519T
Authority: DE
Inventors: David Thomas Santa Barbara JENNINGS
Original assignee: Special Devices Inc
Current assignee: Special Devices Inc
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2004-07-14
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2024-07-15
Also published as: ZA200600319B; EP1644694B1; ES2298780T3; ATE384930T1; US20050115437A1; AU2004256315B2; EP1644694A1; US7086334B2; WO2005005920A1; AU2004256315A1; DE602004011519D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft insgesamt elektronische Systeme von Slave-Vorrichtungen, und insbesondere gestaffeltes Aufladen von Slave-Vorrichtungen in einem elektronischen System, wie beispielsweise Detonatoren in einem elektronischen Sprengsystem. Ein solches System ist aus US 4 646 640 A bekannt, welche die Grundlage für die unabhängigen Ansprüche 1, 13 und 17 bildet.
Detonatoren des Standes der Technik haben automatisches Laden der Zündkondensatoren auf einen Anschluss an den Systembus hin verwendet, jedoch kann diese Art von unkontrolliertem bzw. ungeregeltem Laden Sicherheitsaspekte berühren. Alternativ haben elektronische Sprengsysteme ein simultanes Laden aller Detonatoren in dem System auf einen Scharfschaltungsbefehl hin verwendet, jedoch kann das Laden so vieler Zündkondensatoren auf einmal einen übermäßigen Spannungsabfall über den Bus zur Folge haben, was eine unregulierte Spannung oder sogar ein zurücksetzen der Detonatoren bewirkt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung erlaubt das selektive Laden von individuellen Slave-Vorrichtungen in einem System, zum Beispiel der elektronischen Detonatoren in einem Sprengsystem, zu unterschiedlichen Zeitpunkten. In einem Ausführungsbeispiel können die Slave-Vorrichtungen jeweils mit Initialwerten (Englisch: "scratch values") programmiert sein, und wenn ein Ladebefehl erlassen wird und Taktwerte, die mit dem Initialwert einer bestimmten Vorrichtung korrelieren, erlassen wird, wird das Laden des bestimmten Detonators initiiert.
Die Erfindung erlaubt daher die Kontrolle über die Abfolge des Ladens jeder Slave-Vorrichtung in einem System, zum Beispiel von Detonatoren in einem Sprengsystem, wodurch gestaffeltes sequentielles Laden erlaubt wird, um so einen übermäßigen Spannungsabfall in dem Bus zu vermeiden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Gesamtansicht, die den Aufbau eines elektronischen Sprengsystems zeigt, in dem die Erfindung verwendet werden kann.
2 ist eine Gesamtansicht, die den Aufbau einer alternativen Konfiguration eines solchen elektronischen Sprengsystems zeigt.
3 ist eine Querschnittsansicht eines bevorzugtes Detonators, der in dem elektronischen Sprengsystem aus 1 und 2 verwendet werden kann.
4 ist eine schematische Darstellung der hauptsächlichen elektrischen Aspekte des elektronischen Zündungsmoduls (EIM) des Detonators aus 3 zeigt, einschließlich eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC).
5 ist eine schematische Darstellung eines bevorzugten Schaltkreisdesigns für den ASIC aus 4.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Ausführliche Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
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.
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.
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.
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 1 μH/m Leiter-zu-Leiter-Streuinduktivität) unter allen anzutreffenden Feldbedingungen minimiert sind.
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.
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.
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.
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.
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.
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 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.
Wenn die Sprengmaschine 40 und die Detonatoren 20 angeschlossen sind, wird die System-Ruhezustands-Spannung bevorzugt auf V_B,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.
Wie in den 6a und 6b gezeigt, können von dem Mitschreiber gegenüber den Betriebsspannungen der Sprengmaschine 40, V_B,L und V_B,H unterschiedliche Betriebsspannungen V_L,L und V_L,H verwendet werden. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind geeignete Werte für V_L,L und V_L,H 1 bis 3 V bzw. 5,5 bis 14 V, während geeignete Werte für V_B,L und V_B,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).
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 I_L,L, bevorzugt O mA und I_L,H, bevorzugt ein Wert, der mindestens 0,1 mA, aber im Wesentlichen niedriger als I_B,H ist) oder zu der Sprengmaschine 40 um (zwischen I_B,L, bevorzugt 0 mA und I_B,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.
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 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, wird das Laden gestaffelt, 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
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 (Englisch: "rail voltage") 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-(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.
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 der Mitschreiber 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.
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, obgleich eine Taktsequenz ein bevorzugtes und effizientes Mittels ist, diese nicht verwendet werden muss, um das gewünschte zeitliche Staffeln der Ladung der Slave-Vorrichtungen zu erreichen. Ferner, unter der Annahme, dass die Identifizierungen der Slave-Vorrichtungen der Master-Vorrichtung bekannt sind, können die Slave-Vorrichtungen individuell (oder in Gruppen oder Bänken) durch die Master-Vorrichtung aufgerufen werden und angewiesen werden, geladen zu werden und, sofort auf Vollendung der Ladung hin, eine Ladeverifizierung zurückzugeben, zu welcher Zeit die Master-Vorrichtung dann damit fortfahren würde, die nächste Slave-Vorrichtung zum Laden aufzurufen, usw. Ferner kann die Erfindung in jedem geeigneten System, in dem eine Anzahl von Vorrichtungen aufgeladen werden, verwendet werden, beispielsweise in der Pyrotechnik, der Automobilsicherheit, in der Luftfahrt, und in militärischen Anwendungen. Daher ist die vorhergehende ausführliche Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels nicht dazu vorgesehen, die Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken; stattdessen ist die Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt.

Claims

Verfahren zum Laden elektronischer Detonatoren (20) in einem elektronischen System in einer gestaffelten Art und Weise, welches die folgenden Schritte aufweist: a) Einrichten eines elektronischen Systems, welches eine Master-Vorrichtung und einen Bus (18) aufweist; b) Anschließen mehrerer elektronischer Detonatoren (20) an den Bus (18); und c) selektives Laden der elektronischen Detonatoren (20) mit von der Master-Vorrichtung über den Bus (18) zugeführter elektrischer Energie, wobei das Laden der elektronischen Detonatoren (20) zeitlich gestaffelt ist, indem die Master-Vorrichtung die folgenden Schritte ausführt: (i) zunächst Ausgeben eines Lade-Befehls aus dem Bus (18), der von all den in Schritt b) an den Bus (18) angeschlossenen elektronischen Detonatoren (20) empfangen wird, der jedoch von sich aus nicht ausreicht zu veranlassen, dass irgendeiner der elektronischen Detonatoren (20) mit Laden beginnt; und (ii) dann Ausgeben einer Taktfolge auf dem Bus (18), in der bestimmte Taktwerte veranlassen, dass entsprechende bestimmte elektronische Detonatoren (20) mit Laden beginnen, so dass an den Bus (18) angeschlossene ausgewählte elektronische Detonatoren (20) zu verschiedenen Zeiten von anderen an den Bus (18) angeschlossenen elektronischen Detonatoren (20) zu laden beginnen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei ein bestimmter Taktwert innerhalb der Taktfolge einer bestimmten Gruppe von mehreren an den Bus (18) angeschlossenen elektronischen Detonatoren (20) entspricht, so dass jeder elektronische Detonator (20) in der bestimmten Gruppe von mehreren elektronischen Detonatoren (20) simultan nach Ausgabe des bestimmten Taktwerts zu laden beginnt.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die mehreren an den Bus (18) angeschlossenen elektronischen Detonatoren (20) mehr als eine Gruppe von mehreren elektronischen Detonatoren (20) aufweisen, und wobei jede der Gruppen einem bestimmten Taktwert entspricht, dessen Ausgabe veranlasst, dass lediglich diese Gruppe zu laden beginnt.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das elektronische System ein elektronisches Spreng-System ist und die Master-Vorrichtung ein Spreng-Apparat (40) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das elektronische System ein elektronisches Spreng-System ist und die Master-Vorrichtung ein Spreng-Apparat (40) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei jeder der elektronischen Detonatoren (20) einen Initialwert aufweist und die Taktfolge einen Taktwert aufweist, der dem Initialwert eines jeden der elektronischen Detonatoren (20) in dem elektronischen System entspricht.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Initialwerte der elektronischen Detonatoren (20) in Gruppen gruppiert werden, so dass die elektronischen Detonatoren (20) während Schritt c) in Gruppen geladen werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Taktfolge eine zeitliche Frequenz aufweist und die Zeit, während der elektronische Detonatoren (20) selektiv geladen werden, mindestens zum Teil eine Funktion der zeitlichen Frequenz ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Laden in Schritt c) einen Konstantstrom-Versorgungspannungs-limitierten Ladeprozess aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei Schritt c) Laden der elektronischen Detonatoren (20) in Gruppen aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Taktfolge eine zeitliche Frequenz aufweist, die ausgewählt wurde sicherzustellen, dass jede Gruppe von elektronischen Detonatoren (20) geladen wird, mindestens bis zur Erreichung der Railspannung, ohne dass irgendeine andere Gruppe von elektronischen Detonatoren (20) gleichzeitig geladen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das elektronische System ein elektronisches Spreng-System ist und die Master-Vorrichtung ein Spreng-Apparat (40) ist.
Elektronisches System eingerichtet zum Laden elektronischer Detonatoren (20) in einer gestaffelten Art und Weise, aufweisend: a) einen Bus (18) und eine Master-Vorrichtung eingerichtet zum Zuführen von elektrischer Energie auf dem Bus (18); und b) mehrere an den Bus (18) angeschlossene elektronische Detonatoren (20); wobei das elektronische System derart eingerichtet und/oder programmiert ist, dass die elektronischen Detonatoren (20) mit der elektrischen Energie in einer zeitlich gestaffelten Art und Weise selektiv geladen werden, so dass in Erwiderung auf ein Ausgeben eines Lade-Befehls gefolgt von einer Taktfolge, in der bestimmte Taktwerte bestimmten elektronischen Detonatoren (20) entsprechen, durch die Master-Vorrichtung ausgewählte Detonatoren (20) zu verschiedenen Zeiten von anderen elektronischen Detonatoren (20) zu laden beginnen.
Elektronisches System gemäß Anspruch 13, wobei die Master-Vorrichtung zum Ausgeben eine Lade-Befehls und einer Takt-Folge eingerichtet und/oder programmiert ist.
Elektronisches System gemäß Anspruch 14, wobei die Takt-Folge Werte aufweist, die Gruppen von elektronischen Detonatoren (20) entsprechen.
Elektronisches System gemäß Anspruch 13, wobei das elektronische System ein elektronisches Spreng-System ist und die Master-Vorrichtung ein Spreng-Apparat (40) ist.
Elektronischer Detonator (20) zum Verwenden in einem elektronischen System mit einer Master-Vorrichtung, einem Bus (18) und mehreren elektronischen Detonatoren (20), wobei der elektronische Detonator (20) eingerichtet und/oder programmiert ist, während eines gestaffelten Ladens des elektronischen Systems selektiv geladen zu werden, so dass das Laden des elektronischen Detonators (20) zu einer verschiedenen Zeit von anderen elektronischen Detonatoren (20) beginnt.
Elektronischer Detonator (20) gemäß Anspruch 17, außerdem eingerichtet und/oder programmiert zum selektiven Laden in Erwiderung auf einen Lade-Befehl gefolgt von einer Taktfolge.
Elektronischer Detonator (20) gemäß Anspruch 18, wobei das elektronische System ein elektronisches Spreng-System ist und die Master-Vorrichtung ein Spreng-Apparat (40) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Taktfolge eine zeitliche Frequenz aufweist und die Zeit, während der elektronische Detonatoren (20) selektiv geladen werden, mindestens zum Teil eine Funktion der zeitlichen Frequenz ist.