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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen elektronische Sprengsysteme
und im Besonderen ein elektronisches Sprengsystem, bei welchem der
elektronische Sprengzünder,
abhängig
von der gefühlten
Betriebsspannung der Master-Vorrichtung, an welcher der Sprengzünder angebracht
ist, entweder in einen Sprengmodus oder in einen Protokolliermodus
eintritt. Solch ein Sprengsystem ist aus der
US 6085659 A bekannt, die
die Grundlage für
die unabhängigen
Ansprüche
1, 9 und 14 bildet.
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Elektronische
Sprengsysteme des Standes der Technik weisen keinen elektronischen
Sprengzünder
auf, der bei einem Anschließen
an eine Sprengvorrichtung oder einen Protokollierer fähig ist, automatisch
zu unterscheiden, ob der Sprengzünder mit
einer Sprengvorrichtung oder mit einem Protokollierer verbunden
ist. Elektronische Sprengzünder
des Standes der Technik waren somit nicht in der Lage, wenn sie
beispielsweise an einen Protokollierer angebracht waren, automatisch
zu bestimmen, dass sie an einem Protokollierer statt an einer Sprengvorrichtung
angebracht waren.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung weist ein elektronisches Sprengsystem auf,
in welchem der elektronische Sprengzünder, wenn er an einer Sprengvorrichtung
oder einem Protokollierer angebracht ist, automatisch erfasst und
bestimmt, ob er an einer Sprengvorrichtung oder einem Protokollierer
angebracht ist. Dies erfolgt vorzugsweise durch die Verwendung einer
unterschiedlichen Betriebsspannung für die Sprengvorrichtung im
Gegensatz zu der Betriebsspannung des Protokollierers, wobei der
Sprengzünder
geeignet ist, auf der Grundlage dieser Spannung die Art von Master-Vorrichtung
zu ermitteln, mit der er verbunden ist.
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Die
vorliegende Erfindung erlaubt somit die Anwendung von automatischen
Sicherheitsmaßnahmen,
wie zum Beispiel eines Protokolliermodus, wobei der Sprengzünder automatisch
(entweder zu jeder Zeit während
er nicht an einer Sprengvorrichtung angebracht ist oder sobald er
an einem Protokollierer angebracht ist) seinen Zündkondensator entlädt, das Laden
des Zündkondensators
unterdrückt
und/oder jegliche Sprengzünder-Zündungs-Schalter
deaktiviert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Gesamtansicht, die einen Aufbau eines elektronischen Sprengsystems
darstellt, in dem die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann.
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2 ist
eine Gesamtansicht, die einen Aufbau einer alternativen Konfiguration
eines solchen elektronischen Sprengsystems darstellt.
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3 ist
eine Schnittansicht eines bevorzugten Sprengzünders, der in dem elektronischen Sprengsystem
aus den 1 und 2 verwendet werden
kann.
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4 ist
eine schematische Darstellung der wesentlichen elektrischen Aspekte
des elektronischen Zündmoduls
(EIM) des Sprengzünders
der 3, einschließlich
eines anwendungs-spezifischen
integrierten Schaltkreises (ASIC).
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5 ist
eine schematische Darstellung einer bevorzugten Schaltkreis-Ausbildung
für den
anwendungs-spezifischen Schaltkreis (ASIC) der 4.
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6a ist
ein Spannung-gegen-Zeit Diagramm, welches eine bevorzugte Spannungs-Modulations-basierte
Kommunikation von einer Sprengvorrichtung an (einen) Sprengzünder im
elektronischen Sprengsystem aus den 1 und 2 darstellt.
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6b ist
ein Spannung-gegen-Zeit Diagramm, welches eine bevorzugte Spannungs-Modulations-basierte
Kommunikation von einem Protokollierer zu (einem) Sprengzünder(n)
in dem elektronischen Sprengsystem aus den 1 und 2 darstellt.
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7a ist
ein Strom-gegen-Zeit-Diagramm, welches eine bevorzugte Strom-Modulations-basierte
Antwort zurück
von einem Sprengzünder
an eine Sprengvorrichtung des elektronischen Sprengsystems der 1 und 2 darstellt.
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7b ist
ein Strom-gegen-Zeit-Diagramm, welches eine bevorzugte Strom-Modulations-basierte
Antwort zurück
von (einem) Sprengzünder(n)
an einen Protokollierer des elektronischen Sprengsystems der 1 und
der 2 darstellt.
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8 ist
ein Diagramm, welches die Kommunikation an einen Sprengzünder und
die Antwort zurück
von dem Sprengzünder
an einen antwortauslösenden
Befehl, der kein Auto-Bus-Detektions-Befehl
ist, darstellt.
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9 ist
ein Diagramm, welches die Kommunikation an einen Sprengzünder und
eine Antwort zurück
von dem Sprengzünder
in Antwort an einen Auto-Bus-Detektions-Befehl darstellt.
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10a, 10b, 10c und 10d sind
Ablaufdiagramme, die eine bevorzugte Logiksequenz für den Betrieb
eines elektronischen Sprengsystems der 1 und der 2 veranschaulichen.
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11 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine bevorzugte Logiksequenz für den Betrieb
eines Sprengzünders
darstellt, der in dem elektronischen Sprengsystem aus den 1 und 2 verwendet
werden kann, wobei mit dem Empfang eines Zündbefehls durch den Sprengzünder begonnen
wird.
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12 ist
ein Diagramm einer Spannung und eines Strom, aufgetragen gegen Zeit,
in einem Zündkondensator
in einem Sprengzünder,
wie zum Beispiel dem aus 3, das einen Konstantstrom-Schwellenspannungs-regulierten
Ladeprozess (Engl.: rail voltage) darstellt.
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Ausführliche Beschreibung einer
bevorzugten Ausführungsform
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Um
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Einzelheiten
einer besonderen bevorzugten Ausführungsform zu beschreiben,
wird angemerkt, dass die vorliegende Erfindung in einem elektronischen
System eingesetzt werden kann, das ein Netzwerk von Slave-Vorrichtungen
aufweist, zum Beispiel ein elektronisches Sprengsystem, in welchem
die Slave-Vorrichtungen
elektrische Sprengzünder
sind. Wie in 1 dargestellt, kann eine Ausführungsform
solch eines elektronischen Sprengsystems eine Anzahl von Sprengzündern 20,
einen Zweileitungs-Bus 18, Zünddrähte 19, die Anschlüsse zum
Anbringen des Sprengzünders
an dem Bus 18 aufweisen, einen Protokollierer (nicht dargestellt)
und eine Sprengvorrichtung aufweisen. Die Sprengzünder 20 sind
vorzugsweise parallel (wie in 1) oder in
anderen Anordnungen mit der Sprengvorrichtung 40 verbunden,
einschließlich
Zweigschaltungen (wie bei dem verzweigten Bus 18', der in 2 dargestellt ist),
Baum-Schaltungen, Stern-Schaltungen oder Mehrfach-Parallel-Schaltungen.
Eine bevorzugte Ausführungsform
eines solchen elektronischen Sprengsystems wird an späterer Stelle
beschrieben, obgleich ein durchschnittlicher Fachmann sogleich erkennen
wird, dass auch andere Systeme oder Vorrichtungen verwendet werden
können
und dass viele Konfigurationen, Variationen und Modifikationen selbst
bei dem hier beschriebenen besonderen System erfolgen können, ohne
dabei den Erfindungsgedanken oder den Schutzbereich der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Die
Sprengvorrichtung 40 und der Protokollierer können vorzugsweise
jeweils ein Paar von Anschlüssen
aufweisen, die geeignet sind zum Aufnehmen von reinem Kupfer-(Bus)-Draht
bis zu beispielsweise dem Maß 14 (Englisch:
14 Gauge). Die Anschlüsse
des Protokollierers können
ferner vorzugsweise so eingerichtet sein, dass sie Stahlzünddraht (polaritätsunempfindlich)
aufnehmen, und der Protokollierer sollte eine Schnittstelle aufweisen,
die zum Anschließen
an die Sprengvorrichtung 40 geeignet ist. Die Sprengvorrichtung 40 und
der Protokollierer sind vorzugsweise geeignet, von einer Person
bedient zu werden, die typische Kleidung trägt, die bei Verminungs- und
Sprengvorgängen
verwendet wird, zum Beispiel dicke Handschuhe. Die Sprengvorrichtung 40 und
der Protokollierer können
vorzugsweise tragbare, batteriebetriebene Handgeräte sein,
die die Eingabe eines Passworts erfordern, um eine Bedienung zu
erlauben, und die beleuchtete Anzeigen aufweisen, die je nach Anforderung
Menüs,
Befehle, Tastenanschlagsreproduktion und Nachrichten (einschließlich Fehlerbenachrichtigungen)
bereitstellen. Die Sprengvorrichtung 40 kann vorzugsweise
aufweisen: einen Klappdeckel und einen Regler und Anzeigeeinrichtungen,
die ein Schloss für
den Einschalt-Knopf aufweisen, einen Nummernblock mit Aufwärts-/Abwärts-Pfeilen
und eine "Eingabe"-Taste, ein Display,
einen Scharfschaltungs-Knopf, (eine) Kontroll-Leuchte(n), und einen
Zündungsknopf.
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Die
Sprengvorrichtung 40 und der Protokollierer sollten für einen
zuverlässigen
Betrieb in dem erwarteten Bereich von Betriebstemperaturen und für Beständigkeit
gegen die erwarteten Lagerungstemperaturen eingerichtet sein und
sind vorzugsweise beständig
gegenüber
Ammoniumnitrat und üblicherweise
verwendeten Emulsionssprengstoffen. Die Sprengvorrichtung 40 und
der Protokollierer sind ferner vorzugsweise widerstandsfähig genug,
um einer typischen Behandlung in einem Minen- oder Sprengungsumfeld,
zum Beispiel einem Fallen oder Darauftreten zu widerstehen, und
können
somit Gehäuse
aufweisen, die mechanisch stabil, wasserfest und korrosionsbeständig sind
und gegen Umwelteinflüsse
versiegelt sind, um bei den meisten Wetterbedingungen zu funktionieren.
Die Sprengvorrichtung 40 und der Protokollierer sollten,
falls erforderlich, anwendbare Anforderungen des CEN-Dokuments prCEN/TS
13763-27 (NMP 898/FABERG N 0090 D/E) E 2002-06-09 sowie staatliche
und industrielle Anforderungen erfüllen. Im praktischen Umfang
ist der Protokollierer vorzugsweise so eingerichtet, dass er zum
Zünden
von bekannten elektrischen und elektronischen Sprengzündern ungeeignet
ist und die Sprengvorrichtung 40 ist so eingerichtet, dass
sie zum Zünden
aller bekannter elektrischer Sprengzünder und jeglicher anderer
bekannter elektronischer Sprengzünder
ungeeignet ist, die nicht für
die Verwendung mit der Sprengvorrichtung 40 eingerichtet sind.
Ein anfänglicher
elektrischer Test des Systems zum Detektieren einer solchen Vorrichtung
kann eingesetzt werden, um weitere Sicherheit dahingehend bereitzustellen,
dass unbeabsichtigte Sprengzünder nicht
gezündet
werden.
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Der
Bus 18 kann ein doppeltes oder verdrilltes Paar sein und
sollte so ausgewählt
sein, dass er einen vor-ausgewählten
Widerstand aufweist (zum Beispiel bei der hier beschriebenen Ausführungsform vorzugsweise
30 Ω bis
75 Ω pro
einzelner Leitung). Das Ende des Busses 18 sollte nicht
mit einem Shunt versehen sein, seine Aderisolierung sollte jedoch ausreichend
widerstandsfähig
sein, um sicherzustellen, dass bei sämtlichen angetroffenen Feldbedingungen
Erdschlüsse,
Streukapazität
und Streu-Induktivität
minimiert werden (zum Beispiel bei der hier beschriebenen Ausführungsform
vorzugsweise weniger als 100 mA Streuverlust für den gesamten Bus, 50 pF/m
Leitung-zu-Leitung-Streukapazität,
und 1 μH/m
Leitung-zu-Leitung-Streu-Induktivität).
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Die
Zünddrähte 19 und
die Kontakte sollten so ausgewählt
sein, dass sie, gemessen von dem Sprengzünder-Anschluss zu dem Sprengzünder-zu-Bus-Anschluss,
einen vor-ausgewählten
Widerstand aufweisen (zum Beispiel bei der hier beschriebenen Ausführungsform
50 Ω bis
100 Ω pro einzelner
Leitung plus 25 mΩ pro
Anschlusskontakt). Es wird angemerkt, dass der besondere Sprengzünder-zu-Bus-Anschluss,
der verwendet wird, die Bus-Draht-Auswahl
einschränken
kann. Von einem funktionellen Standpunkt aus gesehen können die Sprengzünder 20 an
jedem beliebigen Punkt auf dem Bus 18 angebracht werden,
obwohl sie natürlich
einen sicheren Abstand von der Sprengvorrichtung 40 aufweisen
müssen.
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Wie
in 3 dargestellt, kann ein geeigneter Sprengzünder 20 zur
Verwendung in einem elektronischen Sprengsystem, wie es hier beschrieben
ist, ein elektronisches Zündmodul
(EIM) 23, eine Ummantelung 29, eine Ladung 36 (die
vorzugsweise eine Primärladung
und eine Grundladung aufweist), Zünddrähte 19 und einen Endstecker 34 aufweisen,
der in dem offenen Ende der Ummantelung 29 hineingepresst
sein kann. Das EIM 23 ist vorzugsweise programmierbar und
weist einen Zünder 28 und
eine Schalttafel auf, an welcher verschiedene elektronische Bauteile
angeschlossen sein können.
In der hier beschriebenen Ausführungsform
ist der Zünder 28 vorzugsweise
eine hermetisch abgeschlossene Vorrichtung, die eine Glas-zu- Metall-Abdichtung
und einen Brückendraht 27 aufweist,
der zum zuverlässigen
Zünden
einer in dem Zünder 28 enthaltenen
Ladung eingerichtet ist, beim Passieren von Elektrizität durch
den Brückendraht 27 über Anschluss-Stifte 21 bei
einem vorbestimmten "Gesamtzündungs"-Spannungspegel.
Das EIM 23 (einschließlich
seiner Elektronik und einem Teil von oder seinem gesamten Zünder 28)
kann vorzugsweise in eine Einkapselung 31 eingegossen sein,
um eine einzelne Anordnung mit Anschlüssen zum Anbringen der Zünddrähte 19 zu
bilden. Die ebenfalls anhängigen
US-Patentanmeldungen des Rechtsnachfolgers mit den Nummern 10/158,317
(auf den Seiten 5 bis 8 und in den 1 bis 5)
und 10/158,318 (auf den Seiten 3 bis 8 und in den 1 bis 6), die beide am 29. Mai 2002 angemeldet
wurden, werden hier für
ihre anwendbaren Lehren der Konstruktion solcher Sprengzünder, die über die
hier dargelegte Beschreibung hinausgehen, als Referenz angegeben.
Gemäß der Lehre
in diesen Anmeldungen kann ein EIM 23, im Allgemeinen wie das in 3 dargestellte
EIM, in unabhängiger
Form für
ein späteres
Einfügen
durch einen Benutzer in die dem eigene spezifische Sprengzünder-Anordnung
(eine Ummantelung 29 und eine Ladung 36 aufweisend)
hergestellt und bearbeitet werden.
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Die
Schalttafel des EIM 23 ist vorzugsweise eine Mikrocontroller-
oder programmierbare logische Vorrichtung oder am meisten bevorzugt
ein anwendungsspezifischer integrierter-Schaltkreis-Chip (ASIC) 30,
ein Filterkondensator 24, ein Speicherkondensator 25,
vorzugsweise zum Beispiel 3,3 μF bis
10 μF (zum
Halten einer Ladung und zum Antreiben des EIM 23, wenn
der Sprengzünder 20 einer Master-Vorrichtung
zurück
antwortet, wie an späterer Stelle
noch genauer erläutert
wird), ein Zündkondensator 26 (vorzugsweise
zum Beispiel 47 μF
bis 374 μF)
(zum Halten einer Energiereserve, die zum Zünden des Sprengzünders 20 verwendet wird),
zusätzliche
elektronische Bauteile und Kontaktpads 22 zum Anschließen an die
Zünddrähte 19 und
den Zünder 28.
Ein Ummantelungserdungsstecker 32, der durch die Verkapselung 31 für einen
Kontakt mit der Schale 29 hervorsteht und zum Beispiel
mit einem Metallhülsen-Anschlussstift
auf dem ASIC 30 (an späterer Stelle
beschrieben) verbunden ist, der mit Schaltkreisen innerhalb des
ASIC 30 verbunden ist (zum Beispiel einem integrierten
Silizium-gesteuerten Widerstand oder einer Diode), welcher Schutz
gegen elektrostatisches Entladen und Funkfrequenz und elektromagnetische
Strahlung bereitstellen kann, was andernfalls Schäden und/oder
Fehlfunktionen bewirken könnte.
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Unter
Bezugnahme auf die 4 ist eine bevorzugte elektronische
schematische Anordnung eines Sprengzünders 20, wie zum
Beispiel des Sprengzünders
aus 3, dargestellt. Der ASIC 30 ist vorzugsweise
ein Misch-Signal-Chip mit Abmessungen von 3 bis 6 mm. Anschluss-Stifte 1 und 2 des dargestellten
ASIC 30 sind Eingänge
zu den Zünddrähten 19 und
somit dem Bus 18, der Anschluss-Stift 3 ist für den Anschluss
an dem Ummantelungserdungsstecker 32 und somit der Schale 29, der
Anschluss-Stift 6 ist an den Zündungskondensator 26 und
den Brückendraht 27 angeschlossen,
der Anschluss-Stift 7 ist mit dem Filterkondensator 24 verbunden,
der Anschluss-Stift 10 ist mit dem Brückendraht 27 verbunden,
der Anschluss-Stift 13 ist geerdet, und der Anschluss-Stift 14 ist
mit dem Speicherkondensator 25 verbunden.
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Insbesondere
unter Bezugnahme auf die 5 kann der ASIC 30 vorzugsweise
aus den folgenden Modulen aufgebaut sein: Polaritätskorrektur, Kommunikations-Schnittstelle,
EEPROM, digitaler Logik-Kern, Referenz-Generator, Brücken-Kondensator-Steuerung,
Pegel-Detektoren und Brückendraht-FET.
Wie dargestellt ist, kann das Polaritätskorrektur-Modul polaritätsunempfindliche
Gleichrichterdioden verwenden, um die eingehende Spannung (unabhängig von
ihrer Polarität)
in eine Spannung mit gemeinsamer Erde für den Rest der Schaltkreise
des ASIC 30 zu transformieren. Die Kommunikations-Schnittstelle
zieht die Spannungen, wie sie von der Sprengvorrichtung 40 erhalten
werden, vorzugsweise hinunter, so dass sie mit dem digitalen Kern des
ASCI 30 kompatibel sind, und toggelt und übermittelt
außerdem
den Gegensprech-Strom (an späterer
Stelle beschrieben) an die Gleichrichter-Brücke (und die System-Bus-Leitungen)
auf der Grundlage der Ausgabe aus dem digitalen Kern. Das EEPROM-Modul speichert vorzugsweise
die eindeutige Serien-Identifizierung,
die Verzögerungszeit,
Lochregister und verschiedene analoge Trimmwerte des ASIC 30.
Der digitale Logikkern hält
vorzugsweise die Zustandsmaschine, die die von der Sprengvorrichtung 40 eingehenden
Daten und das ausgehende Gegensprechen über die Kommunikations-Schnittstelle
verarbeitet. Referenz-Generatoren stellen vorzugsweise die regulierten
Spannungen bereit, die zum Einschalten des Digitalkerns und des
Oszillators (zum Beispiel 3,3 V) benötigt werden, sowie die analogen
Abschnitte zum Laden des Zündungskondensators 26 und
zum Entladen des Zündungs-MOSFET.
Die Brücken-Kondensator-Steuerung
weist vorzugsweise einen Konstantstrom-Generator zum Aufladen des
Zündungskondensators 26 und
auch einen MOSFET zum Entladen des Zündungskondensators 26 auf,
wenn dies gewünscht
wird. Die Pegeldetektoren sind vorzugsweise mit dem Zündungskondensator 26 verbunden,
um auf der Grundlage seiner Spannung zu ermitteln, ob er sich in
einem geladenen oder in einem entladenen Zustand befindet. Schließlich erlaubt
der Brückendraht-MOSFET
vorzugsweise das Passieren von Ladung oder Strom von dem Zündungskondensator 26 über den
Brückendraht 27 bei Betätigung mittels
Ziehens auf Masseniveau hin.
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Kommunikationsprotokoll
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Die
Datenkommunikation in einem System, wie dem, das in den 1 und 2 dargestellt
ist, kann vorzugsweise aus einem polaritätsunabhängigen seriellen Zweidrahtbus-Protokoll
zwischen den Sprengzündern 20 und
einem Protokollierer oder einer Sprengvorrichtung 40 bestehen.
Die Kommunikation von der Sprengvorrichtung 40 kann entweder in
einem Einzelmodus (nur auf einen bestimmten Sprengzünder 20 ausgerichtet)
oder in einem Sammelruf-Modus erfolgen, in welchem alle Sprengzünder 20 den
gleichen Befehl erhalten (üblicherweise Lade-
und Zündungs-Befehle).
Das Kommunikationsprotokoll ist vorzugsweise seriell, enthält eine
zyklische Redundanz-Fehler-Prüfung (CRC,
engl. Cylclic Redundancy Error Checking) und Synchronisations-Bits
für eine
Zeitabstimmungs-Genauigkeit
zwischen den Sprengzündern 20.
Es gibt auch einen Befehl für
die Selbst-Detektion von Sprengzündern 20 an
dem Bus 18, die andernfalls nicht in die Sprengvorrichtung 40 eingetreten
wären.
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Wenn
die Sprengvorrichtung 40 und die Sprengzünder 20 miteinander
verbunden sind, wird die System-Leerlauf-Zustands-Spannung vorzugsweise auf VB,H gesetzt. Die Slave-Sprengzünder 20 erhalten dann
ihre Spannung vorzugsweise aus dem Bus 18 während des
hohen Zustandes, der ihre Speicherkondensatoren 25 hochfährt. Kommunikation von
der Sprengvorrichtung 40 oder dem Protokollierer zu den
ASICs 30 basiert auf die mit der entsprechenden Baud-Rate
gepulsten Spannungsmodulation, die die ASICs 30 in die
assoziierten Datenpakete dechiffriert.
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Wie
in den 6a und 6b dargestellt, werden
verschiedene Betriebsspannungen VL,L und VL,H von dem Protokollierer verwendet, im
Vergleich zu denen der Sprengvorrichtung 40, VB,L und
VB,H. In der Ausführungsform, die hier beschrieben
ist, sind geeignete Werte für
VL,L und VL,B 1
V bis 3 V beziehungsweise 5,5 V bis 14 V, während geeignete Werte für VB,L und VB,H von
0 V bis 15 V beziehungsweise 28 V oder höher sind. Ferner verwendet
ein Sprengzünder 20 in
einem solchen System diesen Unterschied zum Erfassen, ob er mit
der Sprengvorrichtung 40 oder dem Protokollierer verbunden
ist (das heißt,
ob er sich in dem Protokollier-Modus oder dem Spreng-Modus befindet),
wie zum Beispiel durch ein Übergehen
in den Protokolliermodus, wenn die Spannung unter einem bestimmten
Wert (zum Beispiel 15 V) liegt, und in einen Protokolliermodus, wenn
sie über
einem bestimmten Wert liegt (zum Beispiel 17 V). Diese Differenzierung
ermöglicht
es dem ASIC 30 des Sprengzünders 20 im Protokolliermodus
vorzugsweise einen MOSFET anzuschalten, um den Zündungskondensator 26 zu
entladen und/oder seine Lade- und/oder
Zündlogik
zu deaktivieren. Die Differenzierung durch den Sprengzünder 20 ist
auch dahingehend vorteilhaft vereinfacht, dass es kein Überlappen
zwischen den hohen/niedrigen Bereichen der Sprengvorrichtung 40 und
des Protokolliers gibt, wie es in 6a und
in 6b dargestellt ist. (Jede dieser Figuren zeigt
Nennwerte für
hoch und niedrig, es wird jedoch weiterhin bevorzugt, dass der maximale
und der minimale akzeptable Wert für die Höhen und Tiefen auch kein Überlappen
erlauben).
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In
einer weiteren Ausführungsform,
die nicht Teil der Erfindung ist, basiert die Kommunikation von den
ASICs 30 zu der Sprengvorrichtung 40 oder dem Protokollierer
statt auf der Spannungsmodulation auf einer Strom-Modulation ("Strom-Gegensprechen"), wie es in 7a und 7b dargestellt
ist. Bei der Strom-Modulation toggeln die ASICs 30 die
Menge des Stroms an den Protokollierer (zwischen IL,L,
vorzugsweise 0 mA, und IL,H, vorzugsweise
ein Wert, der mindestens 0,1 mA beträgt, jedoch im Wesentlichen niedriger
als IB,H ist) oder an die Sprengvorrichtung 40 (zwischen
IB,L, vorzugsweise 0 mA, und IB,H,
vorzugsweise ein Wert, der mindestens 5 mA beträgt, jedoch nicht so hoch ist,
dass möglicherweise
das System überlastet
wird, wenn mehrere Sprengzünder 20 antworten),
die dann diese Strom-Impuls-Pakete erfasst und in die assoziierten
gesendeten Daten dechiffriert. Dieses Strom-Gegensprechen von den Sprengzündern zurück zu dem
Master kann erfolgen, wenn die Spannung des Busses 18 hoch
oder niedrig ist, wenn es jedoch erfolgt, wenn der Bus 18 hoch
ist, dann füllen
die ASICs 30 die Speicherkondensatoren 25 kontinuierlich
auf, wodurch eine hohe Hintergrund-Stromaufnahme verursacht wird (insbesondere,
wenn viele Sprengzünder 20 mit
dem Bus 18 verbunden sind). Wenn der Bus 18 vorzugsweise
niedrig gehalten wird, sind die Gleichrichter-Brückendioden entgegengesetzt
vorgespannt, und die ASICs 30 beziehen Betriebsstrom von
den Speicherkondensatoren 25 eher als der Bus 18,
damit das Signal-Rausch-Verhältnis
des erfassten Gegensprech-Stroms an der Sprengvorrichtung 40 oder dem
Protokollierer verbessert wird. Somit wird das Strom-Gegensprechen
vorzugsweise ausgeführt, wenn
der Bus 18 niedrig gehalten ist. Das Toggeln von Strom
durch die ASICs 30 kann auf geeignete Weise durch verschiedene
bekannte Verfahren erreicht werden, wie zum Beispiel durch Modulieren
der Spannung auf einem Fühlwiderstand,
eine Stromrückführschleife
auf einem Operationsverstärker, oder
durch Einbeziehen konstanter Stromsenken, zum Beispiel Stromspiegel.
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Serielle Datenkommunikations-(serielle
Datenleitungs-)-Organisation
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Bei
der Kommunikation zu und von den Master-Vorrichtungen und Slave-Vorrichtungen
kann die serielle Datenkommunikations-Schnittstelle vorzugsweise ein Paket
aufweisen, das aus einer variierenden oder vorzugsweise einer festen
Anzahl (vorzugsweise 10 bis 20) von "Bytes" oder "Worten" besteht, die jeweils vorzugsweise zum
Beispiel zwölf
Bit lang sind, wobei vorzugsweise das signifikanteste Bit zuerst
gesendet wird. Abhängig
von der Anwendung können
alternativ auch andere geeignet bemessene Wörter verwendet werden, und/oder
eine unterschiedliche Wortanzahl kann innerhalb des Pakets verwendet
werden. Es kann alternativ auch eine unterschiedliche Paketstruktur
für die
Kommunikation von dem Master-Gerät
im Vergleich zu der der Kommunikation aus den Slave-Geräten verwendet
werden.
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Das
erste Wort des Paketes der hier beschriebenen Ausführungsform
ist vorzugsweise ein initiales Synchronisierungswort und kann so
strukturiert sein, dass seine ersten drei Bits Null sind, so dass
es effektiv als ein Neun-Bit-Wort empfangen wird (zum Beispiel 101010101
oder jede beliebige andere geeignete Anordnung).
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Zusätzlich dazu,
dass sie, wie an späterer Stelle
beschrieben, verschiedene Daten enthalten, können die aufeinander folgenden
Wörter
vorzugsweise auch jeweils eine Anzahl von Bits enthalten – zum Beispiel
vier Bits am Anfang oder Ende von jedem Wort – die bereitgestellt werden,
um eine Strommitten-Resynchronisation zu erlauben (woraus ein Wort
resultiert, das als 0101 D7:D0 oder D7:D0 0101 strukturiert ist
und somit 8 Bits aufweist, die zum Übermitteln von Daten verwendet
werden können, oder "Datenbits"). Bevorzugte Schemata
der Anfangs-Synchronisation und Resynchronisation werden an späterer Stelle
unter der entsprechenden Überschrift
weiter beschrieben.
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Ein
anderes Wort des Pakets kann zum Kommunizieren von Befehlen verwendet
werden, wie sie nachfolgend unter der entsprechenden Überschrift
beschrieben sind.
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Vorzugsweise
fünf bis
acht zusätzliche
Bytes des Pakets werden für
die serielle Identifizierung (serielle ID) verwendet, um (je nach
Wunsch) jeden Sprengzünder
in einem System eindeutig zu identifizieren. Die Datenbits der seriellen
ID-Daten können zu
Nachverfolgungszwecken vorzugsweise zumindest teilweise aus solchen
Daten, wie zum Beispiel der Revisionsnummer, Postennummer und Wafernummer,
bestehen. Bei Sammelbefehlen von der Master-Vorrichtung müssen diese
Wörter
keine serielle ID für
einen bestimmten Sprengzünder
aufweisen und können
somit aus beliebigen Werten bestehen, oder aus Blindwerten, die
für andere
Zwecke verwendet werden können.
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Zusätzliche
Wörter
des Pakets werden vorzugsweise zum Übermitteln von Verzögerungszeit-Information
(Register) übermittelt
(und weisen genügend
Datenbits auf, um einen geeigneten Bereich von Verzögerungszeit
zu spezifizieren, zum Beispiel im Zusammenhang mit einem elektronischen
Sprengsystem eine maximale Verzögerung
im Bereich von zum Beispiel einer Minute), in geeigneten Inkrementierungen,
zum Beispiel 1 ms im Zusammenhang mit einem elektronischen Sprengsystem. (Ein
Setzen von Null wird vorzugsweise als ein Vorgabefehler betrachtet).
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In
der hier beschriebenen Ausführungsform werden
vorzugsweise ein oder mehrere zusätzliche Wörter des Pakets für Arbeitsinformation
(Englisch: "scratch
information") verwendet,
die zum Definieren von Sprengloch-Identifizierungen (Loch-IDs) verwendet
werden kann, wobei diese Wörter
genug Datenbits aufweisen, um die maximale gewünschte Anzahl von Loch-IDs
aufzunehmen.
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Ein
oder mehrere zusätzliche
Wörter
des Pakets werden vorzugsweise für
eine zyklische Redundanzprüfung
verwendet (zum Beispiel mittels des CRC-8-Algorithmus auf der Grundlage
des Polynoms x8 +x2 +x
+1), oder, weniger bevorzugt, für
eine Paritätsprüfung oder
eine Fehlerkorrektur-Prüfung,
zum Beispiel mittels eines Hamming-Codes. Vorzugsweise werden weder
das Anfangs-Synchronisationswort noch die Synchronisationsbits in
der CRC-Berechnung für
entweder das Senden oder den Empfang verwendet.
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Synchronisierungswort und
Neu-Synchronisierungsbits
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In
der hier beschriebenen Ausführungsform und
Anwendung kann ein bevorzugter Bereich von möglichen Kommunikationsraten
zwischen 300 Baud und 9600 Baud betragen. In einem von der Master-Vorrichtung
gesendeten Paket wird das Anfangs-Synchronisierungswort zum Bestimmen
der Geschwindigkeit verwendet, mit welcher die Slave-Vorrichtung
das nächste
Wort in dem Paket von der Master-Vorrichtung empfängt und
verarbeitet; gleichermaßen
wird in einem von der Slave-Vorrichtung
gesendeten Paket das Anfangs-Synchronisierungswort
zum Bestimmen der Geschwindigkeit verwendet, mit welcher die Master-Vorrichtung
das nächste
Wort von der Slave-Vorrichtung empfängt und verarbeitet. Die ersten
paar (zum Erhalten einer relativ genauen Synchronisierung ausreichenden), jedoch
nicht alle, von den Bits des Anfangs-Synchronisierungswortes werden
vorzugsweise gesampelt, um eine Zeit zum Verarbeiten und Bestimmen
der Kommunikationsrate vor dem Empfangen des darauf folgenden Worts
zu erlauben. Die Synchronisierung kann zum Beispiel durch die Verwendung
eines Zählers/Timers
durchgeführt
werden, der die Übergänge in dem
Spannungspegel überwacht – niedrig
zu hoch oder hoch zu niedrig – und
aus den Raten der gesampelten Bits wird vorzugsweise ein Durchschnitt
gebildet. Während
der gesamten Übertragung
der darauf folgenden Wörter
des Pakets, das heißt
durch den "Mittelstrom" wird die Resynchronisierung
dann vorzugsweise durch die empfangende Vorrichtung durchgeführt, unter
der Annahme dass (zum Beispiel 4-Bit-)Synchronisierungs-Abschnitte
in (vorzugsweise jedem von) den darauf folgenden Wörtern bereitgestellt
werden. Auf diese Weise kann es sichergestellt werden, dass die
Synchronisierung nicht während
des Übermittelns
eines Pakets verloren geht.
-
Falls
erforderlich, antwortet eine Slave-Vorrichtung nach dem Senden eines
Pakets von der Master-Vorrichtung mit der letzten gesampelten Rate des
Pakets zurück,
wobei dies vorzugsweise die des letzten Wortes des Pakets ist. (Diese
Rate kann als die Rate des Anfangs-Synchronisations-Wortes betrachtet
werden, die während
der Übermittlung
des Pakets verschoben wird – in
einer elektronischen Sprengvorrichtung ist solch eine Abweichung
im Allgemeinen ausgeprägter
während
der Kommunikation von dem Sprengzünder zu dem Protokollierer). Unter
Bezugnahme auf die 8 und 9 werden die
Kommunikation von einer Master-Vorrichtung zu einer Slave-Vorrichtung
und eine synchronisierte Antwort zurück von der Slave-Vorrichtung
dargestellt.
-
Wie
in 8 dargestellt, kann die Vorrichtung vorzugsweise
so eingerichtet und programmiert sein, dass sie eine Antwort zurück zu den
individuell adressierten Befehlen nicht später als einen vorbestimmte
Zeitdauer (nach der End-Abfallflanke der seriellen Eingabe-Übertragung)
zu initiieren, die die Zeit aufweist, die zum Beenden der Eingabe-Übertragung,
des seriellen Schnittstellen-Setups für eine Rückantwort und den Anfangsabschnitt
des Synchronisierungswortes (zum Beispiel 000101010101) erforderlich
ist. Vorzugsweise sollte der Bus 18 innerhalb der Erfassungs-
und Verarbeitungsverzögerung nach
unten gezogen (und gehalten) werden.
-
Befehlswort
-
Die
Datenbits des Befehlswortes von der Master-Vorrichtung (zum Beispiel
Sprengvorrichtung oder Protokollierer) in dem seriellen Kommunikationspaket
können
vorzugsweise so organisiert sein, dass ein Bit verwendet wird (zum
Beispiel dadurch, dass es hoch gesetzt wird) anzugeben, dass die Master-Vorrichtung
kommuniziert, ein weiteres wird dazu verwendet, anzugeben, ob ein
Lesen oder Schreiben angefordert wird, ein weiteres gibt an, ob der
Befehl ein Sammelbefehl oder ein Einzelvorrichtungsbefehl ist, und
andere Bits werden zum Übermitteln
des besonderen Befehls verwendet. Ähnlich können die Datenbits des Befehlswortes
von der Slave-Vorrichtung
(zum Beispiel dem Sprengzünder) vorzugsweise
so organisiert sein, dass ein Bitt zum Anzeigen verwendet wird,
dass die Vorrichtung antwortet (zum Beispiel dadurch, dass es hoch
gesetzt wird), ein weiteres gibt an, ob ein CRC-Fehler aufgetreten
ist, ein weiteres gibt an, ob ein Vorrichtungsfehler aufgetreten
ist (zum Beispiel Ladungsverifizierung), und andere Bits werden
diskret zum Übermitteln
von "Statusanzeigen" verwendet.
-
Die
Kennzeichnungs-Datenbits von Vorrichtungen können zum Anzeigen des aktuellen
Zustands der Vorrichtung verwendet werden und sind bevorzugt in
allen Vorrichtungsantworten enthalten. Diese Kennzeichnungen können zum
Beispiel so angeordnet sein, dass eine Kennzeichnung anzeigt, ob die
Vorrichtung auf dem Bus detektiert wurde oder nicht, eine weitere
anzeigt, ob sie kalibriert wurde, eine weitere anzeigt, ob sie gerade
geladen wird, und eine weitere angibt, ob sie einen Zündbefehl
erhalten hat. Ein Kennzeichnungswert von 1 (hoch) kann dann eine
bejahende Antwort bedeuten, und ein Kennzeichnungswert von 0 (niedrig)
eine verneinende Antwort.
-
Ein
bevorzugter Satz von nützlichen
wesentlichen Sprengvorrichtungs-/Protokollierer-Befehlen kann aufweisen:
Unknown Detonator Read Back (Abrufen von unbekanntem Sprengzünder) (von
Vorrichtungseinstellungen); Single Check Continuity (Einzel-Prüfungs-Kontinuität) (des
Sprengzünder-Brückendrahtes);
Program Delay/Scratch (Programmverzögerung/-arbeit); Auto Bus Detection (Auto-Bus-Detektion)
(Detektieren unidentifizierter Vorrichtungen); Known Detonator Read
Back (Abrufen von bekanntem Sprengzünder); Check Continuity (Kontinuitätsprüfung) (der
Brückendrähte des Sprengzünders);
Charge (Laden) (der Zündkondensatoren);
Charge Verify (Ladungsverifizierung); Calibrate (Kalibrieren) (der
Taktgeber); Calibrate Verify (Kalibrierungs-Verifizierung); Fire
(Zünden)
(initiiert Sequenzen, die zum Zünden
der Sprengzünder
führen);
Discharge (Entladen); Discharge Verify (Entladungsverifizierung);
und Single Discharge (Einzel-Entladung).
Wie an späterer
Stelle weiter erläutert
wird, sind manche dieser Befehle "Sammel"-Befehle (mit irgendeiner beliebigen
seriellen Identifizierung und deren begleitenden eigenen CRC-Code), die
lediglich eine Antwort von einem beliebigen Sprengzünder (beliebigen
Sprengzündern)
auslösen, der
(die) zuvor nicht identifiziert wurde oder bei welchem ein Fehler
aufgetreten ist, während
andere auf einen besonderen Sprengzünder ausgerichtet sind, der
durch seine serielle ID identifiziert ist. Die 10a–d
zeigen ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten logischen Sequenz in
Bezug darauf, wie solche Befehle beim Betreiben eines elektronischen Sprengsystems
verwendet werden können,
und besondere Einzelheiten der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsform
werden für
jeden einzelnen Befehl unter den Operations-Überschriften dargestellt.
-
Operation – mittels Protokollierer
-
Im
Betrieb werden die Sprengzünder
vorzugsweise zuerst jeweils einzeln mit einem Protokollierer verbunden,
der vorzugsweise die serielle Sprengzünder-ID liest, eine Diagnose
durchführt
und die Lochnummer mit der seriellen ID des Sprengzünders korreliert.
An diesem Punkt kann der Anwender dann die Sprengzünder-Verzögerungszeit
programmieren, wenn diese nicht bereits programmiert wurde. Sobald
der Sprengzünder 20 mit
dem Protokollierer verbunden ist, fährt der Anwender den Protokollierer
hoch und erteilt den Befehl für
das Lesen der seriellen ID, das Durchführen der Diagnose und, falls dies
gewünscht
wird, das Schreiben einer Verzögerungszeit.
Wenn die serielle ID gelesen wurde, kann der Protokollierer eine
sequentielle Lochnummer zuweisen und behält eine Aufzeichnung der Lochnummer,
der seriellen ID und der Verzögerungszeit.
-
Die
vorangehende Sequenz kann vorteilhafterweise mittels der oben genannten
Befehle " Abrufen
von unbekanntem Sprengzünder" und "Einzel-Prüfungs-Kontinuität" und möglicherweise
des Befehls "Programmverzögerung/-arbeit" erfolgen. Bevorzugte
Einzelheiten dieser Befehle werden nachfolgend dargelegt.
-
Abrufen von unbekannten Sprengzündern
-
Durch
diesen Befehl fordert die Sprengvorrichtung 40 oder der
Protokollierer ein Abrufen der seriellen ID, der Verzögerungszeit,
der Arbeitsinformation und Status-Kennzeichnungen (insbesondere einschließlich des
Ladezustandes) eines einzelnen unbekannten Sprengzünders 20 an.
Die Bus-Detektions-Kennzeichnung wird durch diesen Befehl nicht gesetzt.
(Alternativ zu diesem Befehl könnte
der Protokollierer stattdessen eine Version der im Nachfolgenden
beschriebenen Befehle "Auto-Bus-Detektion" und "Abrufen von bekanntem
Sprengzünder" durchführen.)
-
Einzel-Prüfungs-Kontinuität
-
Durch
diesen Befehl fordert der Protokollierer eine Kontinuitätsprüfung eines
einzelnen Sprengzünders 20,
dessen serielle ID bekannt ist. Der Protokollierer kann (vorzugsweise)
diesen Befehl vor dem Programmieren (oder Neu- Programmieren) einer Verzögerungszeit
für den
besonderen Sprengzünder 20 ausgeben.
In Antwort auf diesen Befehl bewirkt der ASIC 30 des Sprengzünders 20,
dass auf dem Brückendraht 27 eine
Kontinuitätsprüfung durchgeführt wird.
Die Kontinuitätsprüfung kann
vorteilhafterweise zum Beispiel dadurch erfolgen, dass der ASIC 30 (mit
seiner Betriebsspannung) bewirkt, dass ein Konstantstrom (zum Beispiel
ungefähr
27 μA mit
einem nominellen 1,8 Ω-Brückendraht 27 in der
hier beschriebenen Ausführungsform)
durch den Brückendraht 27 geführt wird,
zum Beispiel über
einen MOSFET-Schalter, wobei die sich ergebende Spannung zum Beispiel
mit einem A/D-Element über den
Brückendraht 27 gemessen
wird. Der Gesamtwiderstand des Brückendrahtes 27 kann
dann ausgehend von den ohmschen Verlusten über den Brückendraht 27 und dem
verwendeten Konstantstrom berechnet werden. Wenn der berechnete
Widerstand über
einem Bereich von Schwellwerten liegt (in der hier beschriebenen
Ausführungsform
ein Bereich von 20 kΩ bis
60 kΩ),
dann wird der Brückendraht 27 als offen
betrachtet, das heißt
als nicht durchgehend. Wenn solch ein Fehler detektiert wird, dann
antwortet der Sprengzünder 20 mit
einem entsprechenden Fehlercode zurück (das heißt, Kontinuitäts-Prüfung fehlgeschlagen,
wie es von dem entsprechenden Datenbit des Befehlswortes angezeigt
wird).
-
Programmverzögerung/-arbeit
-
Durch
diesen Befehl kann der Anwender den Sprengzünder 20 entsprechend
programmieren, wenn der Sprengzünder
nicht bereits mit einer Verzögerungszeit
programmiert wurde oder wenn eine neue Verzögerungszeit gewünscht wird.
Durch diesen Befehl fordert die Sprengvorrichtung 40 oder
der Protokollierer das Schreiben der Verzögerungs- und Arbeitsinformation
für einen
einzelnen Sprengzünder 20 an, dessen
serielle ID bekannt ist. Dieser Befehl setzt auch vorzugsweise die
Bus-Detektions-Kennzeichnung hoch (übertragen durch das jeweilige
Datenbit des Befehlswortes).
-
Operation – durch die Sprengvorrichtung
-
Nachdem
einige oder alle Sprengzünder 20 so
durch den Protokollierer prozessiert wurden, werden sie mit dem
Bus 18 verbunden. Eine Anzahl von Sprengzündern 20 kann
abhängig
von den besonderen Eigenschaften des Systems angeschlossen werden
(zum Beispiel bis zu tausend oder mehr in der hier beschriebenen
Ausführungsform).
Der Anwender schaltet dann die Sprengvorrichtung 40 ein,
wodurch eine Prüfung
auf die Anwesenheit von inkompatiblen Sprengzündern und Streuverlusten initiiert wird,
und kann vorzugsweise dazu aufgefordert werden, ein Passwort einzugeben,
um fortzufahren. Dann wird der Protokollierer mit der Sprengvorrichtung 40 und
einem Befehl verbunden, der zum Übermitteln
der protokollierten Information ausgegeben wird (das heißt die Lochnummer,
die serielle ID und die Verzögerungszeit
für alle
protokollierten Sprengzünder),
und die Sprengvorrichtung 40 stellt eine Bestätigung bereit,
wenn die Information nicht empfangen wurde. (Obwohl er in der bevorzugten
Ausführungsform
verwendet wird, muss ein Protokollierer zum Protokollieren von Sprengzündern 20 nicht
separat verwendet werden, und ein System könnte eingerichtet sein, in
welchem die Sprengvorrichtung 40 die Sprengzünder 20 zum
Beispiel mittels des "Auto-Bus-Detektions"-Befehls oder anderer
Mittel protokolliert, die zum Übermitteln
der entsprechenden Information an die Sprengvorrichtung 40 verwendet werden
und/oder irgendwelche andere Funktionen durchzuführen, die typischerweise mit
einem Protokollierer assoziiert werden, wie zum Beispiel die weiter
oben beschriebenen Funktionen).
-
Die
Sprengvorrichtung 40 kann vorzugsweise so programmiert
sein, dass es dann erforderlich ist, dass der Anwender einen Befehl
für eine
System-Diagnose-Prüfung
erteilt, bevor das Zünden
der Sprengzünder 20 durchgeführt wird,
oder dass solch eine Prüfung
automatisch durchgeführt
wird. Dieser Befehl bewirkt, dass die Sprengvorrichtung 40 jeden der
erwarteten Sprengzünder 20 prüft und Diagnosen
bei ihm durchführt,
und über
jegliche Fehler berichtet, die behoben werden müssen, bevor das Zünden erfolgen
kann. Die Sprengvorrichtung 40 und/oder die ASICs 30 sind
ferner vorzugsweise so programmiert, dass der Anwender die Verzögerung für besondere
Sprengzünder 20 auch
je nach Wunsch programmieren oder ändern kann.
-
Die
Sprengvorrichtung 40 und/oder die ASICs 30 sind
vorzugsweise so programmiert, dass es dem Anwender erlaubt ist,
die Sprengzünder 20 scharf
zu machen, das heißt,
den Ladebefehl auszugeben (und dass die ASICs 30 diesen
Befehl erhalten), sobald es keine Fehler gibt, was das Laden der Zündkondensatoren 26 bewirkt. Ähnlicherweise
sind die Sprengvorrichtung 40 und/oder die ASICs 30 vorzugsweise
so programmiert, dass es dem Anwender erlaubt ist, den Zündbefehl
auszugeben (und den ASICs 30, diesen Befehl zu empfangen),
sobald die Zündkondensatoren 26 geladen
und kalibriert wurden. Die Sprengvorrichtung 40 und/oder
die ASICs 30 sind ferner vorzugsweise so programmiert,
dass, wenn der Zündbefehl
innerhalb eines gesetzten Zeitraums (zum Beispiel 100 s) nicht ausgegeben
wird, die Zündkondensatoren 26 entladen
werden und der Anwender die Sequenz neu starten muss, wenn es gewünscht wird,
eine Zündung
durchzuführen.
-
Die
Sprengvorrichtung 40 ist ferner vorzugsweise so programmiert,
dass beim Scharfstellen (eine) Scharfstellungs-Anzeigeleuchte(n) leuchtet (zum Beispiel
rot), und dass dann, nach einem erfolgreichen Laden der Sprengzünder 20,
diese Leuchte vorzugsweise ihre Farbe ändert (zum Beispiel zu grün) oder
eine andere Leuchte leuchtet, um anzuzeigen, dass das System zum
Zünden
bereit ist. Die Sprengvorrichtung 40 ist ferner vorzugsweise
so programmiert, dass der Benutzer getrennte Scharfstell- und Zündungs-Knöpfe zusammen
bis zum Zünden
unten halten muss, oder ansonsten die Zündkondensatoren 26 entladen
werden und der Benutzer die Sequenz wieder neu starten muss, um
eine Zündung durchzuführen.
-
Die
vorherige Sequenz kann vorteilhafterweise mit anderen oben genannten
Befehlen erfolgen, wobei bevorzugte Einzelheiten in diesem Zusammenhang
nachfolgend erläutert
werden.
-
Auto-Bus-Detektion
-
Dieser
Befehl erlaubt, dass die Sprengvorrichtung 40 jegliche
unbekannte (das heißt
unprotokollierte) Sprengzünder 20 detektiert,
die mit dem Bus 18 verbunden sind, wobei derartige Sprengzünder gezwungen
werden, mit ihrer seriellen ID, ihren Verzögerungsdaten, Arbeitsdaten
und aktuellen Status-Kennzeichnungs-Einstellungen zu antworten.
Die Sprengvorrichtung 40 und der ASIC 30 können vorzugsweise
so eingerichtet und programmiert sein, dass der Befehl folgendermaßen verwendet
wird:
- 1. Die Sprengvorrichtung 40 sendet
das Auto-Bus-Detektions-Befehlspaket
auf dem Bus 18. Alle Sprengzünder 20, die den Befehl
erhalten, die nicht zuvor auf dem Bus 18 detektiert wurden (wie
es durch ihre jeweiligen Bus-Detektions-Status-Kennzeichnungs-Einstellungen angegeben ist),
berechnen einen "Takt"-Wert, der mit ihren seriellen IDs und/oder
ihrer Verzögerungszeit-Information
korreliert, und treten dann in einen Wartezustand ein. Der korrelierte
Taktwert kann ausgehend von zum Beispiel einer 11-Bit-Zahl berechnet
werden, die aus dem CRC-8 der kombinierten seriellen ID und der
ausgewählten
Datenbits (zum Beispiel 8 Bits) des Verzögerungsregister-Wortes des
Auto-Bus-Detektions-Befehlspakets
abgeleitet wird, so dass eine adäquate
Zeit zwischen jedem möglichen
Taktwert für
die Initiierung einer Antwort (einschließlich jeglicher Verzögerung,
wie an späterer
Stelle erläutert
wird) von einem entsprechenden Sprengzünder 20 erlaubt wird.
- 2. Die Sprengvorrichtung 40 beginnt dann mit dem Ausgeben
einer "Takt"-Sequenz auf dem
Bus 18, die sich fortsetzt (außer wenn sie, wie an späterer Stelle
beschrieben wird, angehalten oder vorzeitig beendet wird), bis sie
eine Zahl erreicht, die mit der höchstmöglichen seriellen Sprengzünder-ID
im System korreliert (zum Beispiel kann es mittels der oben beschriebenen
11-Bit-Zahl 2,048 mögliche
Taktwerte geben). Es muss eine Zeit zwischen dem Ende des Auto-Bus-Detektions-Befehlspaketes
und dem Ausgeben eines Taktes erlaubt sein, der mit der ersten möglichen seriellen
ID korreliert, um die Berechnung durch die ASICs 30 der
Taktwerte zu erlauben, die mit ihren seriellen IDs korrelieren.
Dies kann durch Einfügen
einer Wartezeit (zum Beispiel 10 μs
in der hier beschriebenen Ausführungsform)
zwischen dem Ende des Detektions-Befehls-Paketes und der Anstiegflanke
des ersten Übergangs
des Taktes erfolgen. Um ein Strom-Gegensprechen zu ermöglichen (wie an anderer Stelle
beschrieben), wird der Bus 18 vorzugsweise während dieser
Zeit niedrig gehalten, kann jedoch alternativ hoch gehalten werden.
- 3. Wenn der Taktwert für
einen bestimmten unprotokollierten Sprengzünder 20 erreicht ist,
antwortet der ASIC 30 dieses Sprengzünders 20. In der hier
beschriebenen Ausführungsform
wird eine Zeit (während
welcher der Bus 18 hoch oder niedrig und vorzugsweise niedrig
gehalten wird) für
die Initiierung einer Antwort erlaubt, die um einen in 9 dargestellten
vorbestimmten Zeitraum verzögert
ist. Das System kann vorzugsweise so eingerichtet sein, dass, wenn
der Bus 18 vor einem vorbestimmten Zeitüberschreitungszeitraum (zum Beispiel
4,096 ms) nach unten gezogen wird, der Detektionsprozess vorzeitig
beendet wird.
- 4. Beim Erfassen einer Antwort von einem oder mehreren Sprengzündern 20 hält die Sprengvorrichtung 40 die
Taktsequenz an und hält
den Bus (vorzugsweise niedrig), bis das vollständige Antwortpaket empfangen
ist, an welchem Punkt die Taktsequenz sich fortsetzt. Alternativ
kann ausreichend Zeit für
die Übermittlung
eines vollständigen
Pakets zwischen dem Zählen
von jedem Taktwert erlaubt werden, der mit einer möglichen
seriellen ID korreliert, dies wäre
jedoch langsamer. Die Sprengvorrichtung 40 zeichnet zumindest
die serielle ID (und optional auch die Vorrichtungseinstellungen)
von jedem antwortenden Sprengzünder 20 auf.
Wenn mehr als ein ASIC 30 gleichzeitig mit dem Antworten
beginnt, ignoriert die Sprengvorrichtung 40 vorzugsweise
solche Antworten und setzt vorzugsweise die Taktsequenz weiter fort,
wie sie es ansonsten tun würde.
- 5. Der Prozess, der mit dem Auto-Bus-Detektions-Befehlspaket startet,
wird dann unter der Verwenung einer anderen Verzögerungszeit oder einer anderen
unechten seriellen ID wiederholt, bis keine unprotokollierten Sprengzünder 20 antworten
(das heißt,
bis eine vollständige
Taktsequenz ausgezählt
ist, ohne dass irgendwelche Vorrichtungen antworten), an welchem
Punkt angenommen wird, dass alle Sprengzünder 20, die mit dem Bus 18 verbunden
sind, identifiziert sind.
- 6. Wenn die Auto-Bus-Detektions-Sequenz vollständig ist,
sendet die Sprengvorrichtung 40 (in jeder gewünschten
Reihenfolge wie durch die serielle ID) den Befehl "Abrufen von bekanntem Sprengzünder" (der nachfolgend
sofort beschrieben wird) an jeden einzelnen bekannten Sprengzünder 20,
das heißt
an alle die, die auf den Auto-Bus-Detektions-Befehl geantwortet
haben, sowie an alle die, die anfangs durch den Protokollierer für die Sprengvorrichtung 40 identifiziert
wurden.
-
Abrufen von bekanntem Sprengzünder
-
Durch
diesen Befehl fordern die Sprengvorrichtung 40 oder der
Protokollierer ein Abrufen eines einzelnen Sprengzünders 20 an,
dessen serielle ID bekannt ist. In Antwort auf diesen Befehl stellt
der Sprengzünder 20 seine
serielle ID, die Verzögerungszeit,
die Arbeitsinformation und Status-Kennzeichnungen (insbesondere einschließlich seines
Ladezustands) bereit. Dieser Befehl setzt die Bus-Detektions-Kennzeichnung vorzugsweise
hoch, so dass die Vorrichtung nicht länger auf einen Auto-Bus-Detektions-Befehl
antwortet.
-
Kontinuitäts-Prüfung
-
Das
System sollte so eingerichtet sein, dass dieser Befehl ausgegeben
werden muss, bevor der Lade-Befehl (nachfolgend sofort beschrieben)
ausgegeben werden kann. Durch diesen Befehl sendet die Sprengvorrichtung 40 eine
Anfrage an alle Sprengzünder 20,
die mit dem Bus 18 verbunden sind, eine Kontinuitäts-Prüfung durchzuführen. In Antwort
darauf führt
jeder ASIC 30 in den Sprengzündern 20 eine Kontinuitätsprüfung auf
dem Brückendraht 27 durch,
wie es weiter oben in Bezug auf den Einzel-Kontinuitätsprüfungs-Befehl
beschrieben ist, der an einen bestimmten Sprengzünder 20 gesendet wird.
-
Laden
-
Bei
diesem Befehl verlangt die Sprengvorrichtung 40 ein Laden
von allen Sprengzündern 20, die
mit dem Bus 18 verbunden sind. Nach dem Laden von jedem
Sprengzünder 20 wird
dessen Lade-Status-Kennzeichnung hochgestellt. Die Sprengzünder 20 antworten
nur dann an die Sprengvorrichtung 40 zurück, wenn
ein Fehler aufgetreten ist (zum Beispiel ein CRC-Fehler, die Bus-Detektions-Kennzeichnung ist
nicht hoch, oder wenn ein versetztes Laden angewendet wird, wie
es an späterer
Stelle beschrieben wird – das
Arbeitsregister ist auf Null gesetzt), wobei in diesem Fall die
Antwort den entsprechenden Fehlercode enthält.
-
Wenn
eine große
Anzahl von Sprengzündern 20 mit
dem Bus 18 verbunden ist, dann kann das Laden vorzugsweise
versetzt sein, so dass die Sprengzünder 20 jeweils zu
unterschiedlichen Zeiten geladen werden, zum Beispiel durch die
folgenden Schritte:
- 1. Die Sprengvorrichtung 40 sendet
den Ladebefehl an den Bus 18.
- 2. Die Sprengvorrichtung 40 beginnt dann mit dem Ausgeben
einer Taktsequenz in der ausgewählten
Zeitfrequenz auf dem Bus 18, wobei die Sequenz sich bis
zu einer bestimmten maximalen Zahl fortsetzt, die der maximalen
Zahl des Arbeitsregisters entspricht, zum Beispiel 4096.
- 3. Wenn die Anzahl von Takten eine in dem Arbeitsregister eines
bestimmten Sprengzünders 20 programmierte
Zahl erreicht, dann lädt
der Sprengzünder 20.
Die Sprengzünder 20 können eindeutige
Arbeitswerte aufweisen oder sie können durch die Arbeitszahl
in Reihen (von zum Beispiel 2 bis 100) gruppiert sein und können somit gleichzeitig
laden. Die Taktfrequenz sollte zeitlich abgestimmt sein und die
Sprengzünder-Arbeitswerte sequenziell
auf solch eine Weise eingestellt sein, dass sichergestellt wird,
dass eine gewünschte
minimale individuelle (das heißt
nicht überlappende)
Ladezeit für
jeden Sprengzünder 20 oder
jede Reihe von Sprengzündern 20 erlaubt wird,
was auf eine verschiedene Art und Weisen erfolgen kann (zum Beispiel
hat das Verwenden von Arbeitszahlen (Englisch: "scratch values") von 1, 2, 3, ... bei einer gegebenen
Taktfrequenz die gleiche Wirkung wie Arbeitszahlen von 2, 4, 6 ...
bei einer Taktfrequenz, die zweimal so schnell ist). Wenn der dem
Sprengzünder 20 entsprechende
Takt empfangen wird, dann beginnt der ASIC 30 mit dem Laden
des Zündungskondensators 26 (siehe
zum Beispiel 5), bis die Kondensatorspannung
eine vordefinierte geladene Schwelle erreicht, bei welchem Punkt
der Ladungs-Gipfel des Zündungskondensators 26 dann
gehalten wird.
- 4. Wenn die Kondensator-Spannungs-Schwelle nicht innerhalb eines
bestimmten gewünschten Fensters
erreicht wird (in der vorliegenden Ausführungsform zum Beispiel zwischen
1,048 s und 8,39 s nachdem der ASIC 30 mit dem Laden des Zündungskondensators 26 beginnt),
dann unterbricht der ASIC 30 und setzt die Ladungs-Status-Kennzeichnung auf
niedrig (aber muss nicht programmiert werden, zu dieser Zeit eine
Antwort zu senden, die den Fehler kommuniziert, unter der Annahme,
dass der Ladungs-Verifizierungs-Befehl verwendet wird, der später beschrieben
wird).
- 5. Der Ladeprozess endet, wenn der Bus 18 für mehr als
einen vorbestimmten Unterbrechungszeitraum, zum Beispiel 4,096 ms)
niedrig gehalten wird.
-
Die
Mindestzeit, die zum Laden eines Netzwerks von Sprengzündern in
einer versetzen Weise benötigt
wird, ist somit im Wesentlichen gleich der gewünschten individuellen (oder
Reihen-)-Kondensator-Ladungszeit (die wiederum von dem bestimmten
Ladungsprozess, der verwendet wird, und von der Größe des Zündungskondensators 26 abhängt) multipliziert
mit der Anzahl von Sprengzündern 20 (oder
Reihen). Zum Beispiel können
in der vorliegenden Ausführungsform
bei einem System, das 100 Sprengzünder oder Sprengzünder-Reihen
aufweist, bei welchem der an späterer
Stelle beschriebene Konstantstrom-Regulierungsprozess verwendet wird,
ungefähr
3 s pro Kondensator wünschenswert sein,
wobei dies zu einer Gesamt-Ladezeit
von 300 Sekunden führt.
Alternativ kann das Ladungstakten über einen großen Bereich
von Arbeitswerten (Englisch: "scratch
values") gesteuert
werden, die, zum Beispiel, Takten auf eine bestimmte Anzahl von
Impulsen (wo alle Sprengzünder
mit Arbeitswerten von bis zu dieser Impulszahl laden), das Takten
vorübergehend
anhalten, um zu erlauben, dass diese Sprengzünder vor der Ausgabe von weiteren
Taktimpulsen angemessen auf eine volle Kapazität laden, Anhalten und Wiederaufnehmen,
falls gewünscht, und
so weiter.
-
Auf
Geräteebene
kann die Elektrizität,
die an jeden Zündkondensator 26 während des
Ladens bereitgestellt wird, vorzugsweise durch einen Konstantstrom-Railspannungs-regulierten Ladeprozess
erfolgen, wie es in 12 dargestellt ist. Bei einem
solchen Ladeprozess wird die Stromaufnahme bei einem relativ niedrigen
Wert (zum Beispiel bei 1 mA) konstant gehalten, während die
Spannung linear mit der Zeit ansteigt, bis eine „Railspannung" (welche die Regulierungsspannung
ist, die wiederum entsprechend zusammen mit Kapazitanz des Zündkondensators 26 und
der Zündenergie
des Brückendrahtes 27 gewählt wird)
erreicht ist, wonach die Spannung bei der Railspannung konstant
bleibt und die Stromaufnahme somit schnell abnimmt. Solch eine Laderegulierung,
die zum Beispiel im Bereich von Laptop-Computer-Batterieladern bekannt ist,
kann durch verschiedene Verfahren erfolgen, wie zum Beispiel ein
Stromspiegeln mittels zweier bipolarer Transistoren oder MOSFETs,
einer festen Gate-Source-Spannung auf einem JFET oder MOSFET oder
einer Strom-Rückkopplung
mittels eines Operationsverstärkers
oder Komparators.
-
Ladungsverifizierung
-
Durch
diesen Befehl sendet die Sprengvorrichtung 40 eine Anfrage
an alle Sprengzünder 20 an dem
Bus 18, um zu Verifizieren, dass sie geladen sind. Wenn
ein ASIC 30 nicht geladen hat (wie es durch ein Niedrig-Lade-Status-Flag-Einstellung durch
den oben beschriebenen Ladeprozess angezeigt ist) oder einen CRC-Fehler
aufweist, antwortet er sofort mit dem entsprechenden Fehlercode
oder einer anderen Information, die seine Statusflags enthält. Der
Ladungsverifizierungs-Befehl kann auch effektiv eine Verifizierung
der richtigen Kapazität
des Zündkondensators 26 bereitstellen,
wenn eine Ladefensterzeit, wie weiter oben unter Bezugnahme auf den
Ladeprozess beschrieben, verwendet wird, und seine Grenzen werden
entsprechend definiert, um der benötigten Zeit zu entsprechen
(unter Verwendung des ausgewählten
Ladeprozesses), um einen Zündkondensator 26 mit
der oberen und unteren Grenze einer akzeptablen Kapazität zu laden.
Zum Beispiel lädt
in der hier beschriebenen Ausführungsform
unter Verwendung eines Konstantstroms (1 mA) und Railspannungs-begrenztem
Laden ein 47 μF-Kondensator
nominell auf 25 V in 1,2 Sekunden, und ein Fenster von zwischen
0,5 und 3 s entspricht akzeptablen maximalen/minimalen Kapazitätsgrenzen
(das heißt,
ungefähr 250 μF bis 500 μF). Wenn die
Sprengvorrichtung 40 in Antwort auf diesen Befehl eine
Fehlernachricht empfängt,
kann sie den Ladebefehl erneut senden und die Sequenz beenden, oder
könnte
alterativ so eingerichtet und programmiert sein, dass das individuelle
Diagnostizieren und das individuelle Laden von bestimmten Sprengzündern 20,
die mit Fehlern antworten, erlaubt wird.
-
Kalibrieren
-
Jeder
der Sprengzünder 20 enthält einen
internen Oszillator (sie 5), der zum Steuern und Messen
der Dauer jeglicher Verzögerungen
oder Zeiträume
verwendet wird, die durch den Sprengzünder 20 erzeugt oder
erhalten werden. Die genaue Oszillator-Frequenz eines gegebenen
Sprengzünders 20 ist
nicht bekannt und variiert mit der Temperatur. Um ein wiederholbares
und genaues Sprengtiming zu erhalten, muss diese Variation kompensiert
werden. In der vorliegenden Ausführungsform
wird dadurch erreicht, dass angefragt wird, dass der Sprengzünder 20 die
Dauer eines festen Kalibrierungs-Impulses NOM (in Bezug auf die
eigene Oszillator-Frequenz) misst (vorzugsweise zum Beispiel 0,5
s bis 5 s in einer Ausführungsform,
wie der hier beschriebenen), der von der Sprengvorrichtung 40 unter
Verwendung ihres internen Oszillators als Referenz generiert wird.
In der vorliegenden Ausführungsform verwendet
der Sprengzünder 20 dann
die gemessene Impulsdauer, CC, um die Zündungsverzögerung in Bezug auf die Oszillator-Zählungen
unter Anwendung der folgenden Formel zu berechnen: Zählungen =
DLY·(CC/NOM),
wobei DLY der Wert des Verzögerungsregisters
ist. (In der vorliegenden Ausführungsform
wird angenommen, dass die Temperatur des Sprengzünders 20 stabil geworden
ist oder sich geringfügig
verändert
bis zu dem Zeitpunkt, wenn die tatsächliche Sprengung erfolgt).
-
Durch
den Kalibrierungs-Befehl (dessen Adress-Bytes beliebige Daten enthalten
können) sendet
die Sprengvorrichtung 40 eine Anfrage zum Kalibrieren aller
Sprengzünder 20 an
dem Bus 18. Ein Sprengzünder 20 gibt
lediglich dann eine Rückantwort
auf den Kalibrierungsbefehl, wenn ein Fehler aufgetreten ist (zum
Beispiel ein CRC-Fehler oder die Bus-Detektions- oder Ladezustandsflags
sind nicht hoch), wobei in diesem Fall die Antwort den entsprechenden
Fehlercode aufweist. Wenn es unmittelbar nachdem das Kalibrierungspaket
empfangen wurde, keinen Fehler gibt, dann wartet der Sprengzünder 20, bis
der Bus 18 für
einen gesetzten Zeitraum hoch gesetzt ist (zum Beispiel den selben
Zeitraum, der weiter oben als NOM beschrieben ist), bei welchem Punkt
der ASIC 30 mit seiner Schwingungsfrequenz zu zählen beginnt,
bis der Bus 18 wieder auf niedrig zurückgezogen wird, um die Kalibrierungssequenz zu
beenden. Die Anzahl von Zählungen,
die durch den ASIC 30 während
dieses gesetzten Zeitraums ausgezählt werden, wird dann in dem
Kalibrierungsregister des Sprengzünders gespeichert (und später von
dem ASIC 30 zum Bestimmen der Countdown-Werte verwendet),
und das Kalibrierungsflag wird hochgesetzt. Ein Herunterziehen des
Busses 18 beendet die Kalibrierungs-Befehlssequenz, und
die Anstiegsflanke des nächsten Übergangs
auf "Hoch" auf dem Bus 18 wird
dann als der Start eines neuen Befehls erkannt.
-
Kalibrierungs-Verifizierung
-
Durch
diesen Befehl versendet die Sprengvorrichtung 40 eine Anfrage
zum Verifizieren der Kalibrierung aller Sprengzünder 20 auf dem Bus 18.
Als Antwort prüft
jeder Sprengzünder 20,
dass der Wert in seinem Kalibrierungsregister in einem bestimmten Bereich
(zum Beispiel in der hier beschriebenen Ausführungsform +/–40%) eines
Wertes liegt, der der idealen oder nominalen Anzahl von Oszillator-Zyklen entspricht,
die während
der Periode NOM auftreten würden.
Ein Sprengzünder 20 antwortet
nur dann, wenn der Kalibrierungswert außerhalb des Bereichs liegt
oder wenn ein anderer Fehler aufgetreten ist (zum Beispiel ein CRC-Fehler
oder die Bus-Detektions-, Lade- oder
Kalibrierungs-Statusflaggen sind nicht hoch), wobei in diesem Fall
die Antwort den entsprechenden Fehlercode enthält.
-
Zünden
-
Durch
diesen Befehl versendet die Sprengvorrichtung 40 eine Anfrage
zum Zünden
aller Sprengzünder 20 auf
dem Bus 18. Ein Sprengzünder 20 antwortet
nur dann auf diesen Befehl, wenn ein Fehler aufgetreten ist (zum
Beispiel ein CRC-Fehler, die Bus-Detektions-, Lade- oder Kalibrierungs-Statusflags
sind nicht hoch oder das Verzögerungsregister
ist auf Null gesetzt), wobei in diesem Fall die Antwort den entsprechenden
Fehlercode aufweist. Andernfalls initiiert der ASIC 30 von
jedem Sprengzünder 20 in
Antwort auf diesen Befehl eine Countdown-/Zündsequenz und setzt das Zündungsflag hoch.
Die Sprengvorrichtung 40 und der Protokollierer und/oder
ASIC 30 können
vorteilhafterweise so eingerichtet und programmiert sein, dass dieser
Prozess wie folgt abläuft
(siehe auch 11):
- 1.
Bei Empfang des Zündbefehls
antwortet die Vorrichtung, wenn keine CRC- oder verfahrenstechnische
Fehler vorliegen und der ASIC 30 noch nicht einen Zündbefehl
erfolgreich erhalten hat, sofort mit dem entsprechenden Fehlercode. (Wobei
in diesem Fall, wie es in 10d dargestellt
ist, die Sprengvorrichtung 40 vorzugsweise durch Aussenden
eines Entlade-Befehls an alle Sprengzünder 20 antwortet;
alternativ könnte
sie derart eingerichtet sein, dass die individuelle Diagnose und
Korrektur von jeglichen Sprengzündern 20 erlaubt
wird, die mit einem Fehler antworten, oder es können weitere Zündbefehle
ausgegeben werden, wie es im nachfolgenden Schritt 3 beschrieben
ist). Wenn keine Fehler vorliegen, dann beginnt der ASIC 30 einen „Vorzündungs-Countdown", für welchen
die Verzögerungszeit
durch Verzögerungsinformation
des Pakets programmiert ist, welches den Zündbefehl übermittelt. Zum Beispiel können zwei
Bit eines Verzögerungs-Register-Bytes
vier verschiedenen Vorzündungs-Countdown-Verzögerungen
entsprechen, die auf der vorhergehenden Kalibrierungssequenz und
-Verschiebung basieren, wobei zum Beispiel ein Wert von 1-1 einer
Verzögerung
von 4,096 s entspricht, 1-0 einer Verzögerung von 2,048 s entspricht,
0-1 einer Verzögerung
von 1,024 s entspricht, und 0-0 einer Verzögerung von 0,512 s entspricht.
- 2. Zu jedem Zeitpunkt während
des Zurückzählens des
Vorzündungs-Countdowns
kann der Sprengzünder 20 einen
Einzel-Entladungs- oder Entladungsbefehl oder einen weiteren Zündbefehl erhalten.
Wenn der Zündbefehl
erneut gesendet wird, dann verifiziert der ASIC 30, dass
keine CRC-Fehler vorliegen. Wenn ein CRC-Fehler vorliegt, dann wird
der neue Zündbefehl
ignoriert und der vorhandene Vorzündungs-Countdown läuft weiter.
Wenn keine CRC-Fehler
vorliegen, dann setzt der ASIc 30 seinen Vorzündungs-Countdown-Wert
auf den Wert zurück,
der durch das Verzögerungsregister
des neuen Zündbefehls-Paketes bestimmt
wird, und startet einen neuen Vorzündungs-Countdown auf der Grundlage
des neuen Verzögerungswertes.
Abhängig
von dem Anfangs-Vorzündungs-Countdown-Verzögerungs-Wert
kann es möglich
sein und wird es bevorzugt, dass der Zündbefehl mehrere (in der hier beschriebenen
Ausführungsform
drei) zusätzliche Male
vor dem Ablauf des Vorzündungs-Countdowns gesendet
wird.
- 3. Wenn vor dem Ablaufen des Vorzündungs-Countdowns keiner der
Entladungsbefehle gesendet wird, dann prüft der ASIC 30, dass
die Bus-18-Spannung einen minimalen absoluten Schwellwert überschreitet.
Wenn dies nicht erfolgt, dann entlädt sich der Sprengzünder 20 automatisch;
andernfalls beginnt ein „endgültiger Zündcountdown", und die Kommunikations-Schnittstelle
des Sprengzünders 20 wird
vorzugsweise deaktiviert, so dass keine weiteren Befehle erhalten
werden können.
Die endgültige Zündcountdown-Zeit
wird vorzugsweise auf der Grundlage der weiter oben beschriebenen
Kalibrierung und einem Verzögerungswert
bestimmt, der in einem Verzögerungsregister
in dem ASIC 30 programmiert ist. Beim Abschluss des Zurückzählens dieser
endgültigen
Zündcountdown-Zeit bewirkt
der ASIC 30, dass der Zündkondensator 26 durch
den Brückendraht 27 entladen
wird, wobei dies zur Detonation führt.
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Es
wurde herausgefunden, dass ein System, das gemäß den hier beschriebenen Besonderheiten aufgebaut
ist, mit bis zu tausend oder mehr Sprengzündern 20, die mit
der Sprengvorrichtung 40 vernetzt sind, zuverlässig eine
Timing-Verzögerungs-Genauigkeit
von besser als 80 ppm bereitstellen kann (zum Beispiel 0,8 ms mit
10 s Verzögerung).
-
Entladen
-
Durch
diesen Befehl versendet die Sprengvorrichtung 40 eine Anfrage,
alle Sprengzünder 20 auf
dem Bus 18 zu entladen. Ein Sprengzünder 20 antwortet
auf diesen Befehl nur, wenn ein CRC-Fehler aufgetreten ist, wobei
in diesem Fall die Antwort den entsprechenden Fehlercode enthält (der
Entladebefehl wird in diesem Fall nicht ausgeführt). Andernfalls stoppt der
ASIC 30 von jedem Sprengzünder 20 in Antwort
auf diesen Befehl einen Zündcountdown,
der gerade durchgeführt
werden kann, und bewirkt, dass der Zündkondensator 26 entladen
wird.
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Entlade-Verifizierung
-
Durch
diesen Befehl versendet die Sprengvorrichtung 40 eine Anfrage
zum Verifizieren des Entladens aller Sprengzünder 20 an dem Bus 18.
Als Antwort verifiziert der ASIC 30 von jedem Sprengzünder 20,
dass der Zündungskondensator 26 entladen ist,
wobei die Rückantwort
nur erfolgt, wenn ein CRC- oder Verifizierungsfehler aufgetreten
ist (zum Beispiel ein CRC-Fehler
oder die Bus-Detektions-, Lade- oder Kalibrierungs-Status-Flaggen sind
nicht hoch), wobei in diesem Fall die Antwort den entsprechenden
Fehlercode enthält.
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Einzel-Entladen
-
Dieser
Befehl entspricht dem Entlade-Befehl, der weiter oben erläutert wurde,
mit der Ausnahme, dass er eine korrekte serielle ID eines spezifischen
Sprengzünders 20 auf
dem Bus erfordert, wobei dieser Sprengzünder mit seiner seriellen ID,
seiner Verzögerungs-
und Arbeitsinformation, seinem Statusflag und jeglichen Fehlercodes
antwortet.
-
Der
durchschnittliche Fachmann wird erkennen, dass sogar das hier beschriebene
besondere System zahlreichen Ergänzungen
und Modifizierungen unterworfen werden kann. Zum Beispiel sind nicht
alle weiter oben beschriebenen Befehle notwendigerweise erforderlich,
sie können
kombiniert, getrennt und anderweitig auf viele Arten modifiziert werden,
und zahlreiche zusätzliche
Befehle könnten implementiert werden.
Als einige von vielen Beispielen sei erwähnt, dass ein Befehl implementiert
sein kann zum Löschen
aller Bus-Detektions-Flags
von Sprengzündern 20 auf
dem Bus 18, um ein Rücksetzen
des Bus-Detektionsprozesses zu erlauben, oder ein Befehl kann implementiert
sein um ein einzelnes Laden und/oder Ladeverifizierung von ausgewählten Sprengzündern 20 zu
erlauben, und so weiter. Ferner können andere Synchronisierungs-Schemata
(zum Beispiel unter Verwendung einer dritten Taktleitung anstelle
einer dynamischen Synchronisierung) und/oder Protokolle verwendet
werden, wenn dies für eine
besondere Anwendung geeignet wäre.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einer besonderen bevorzugten Ausführungsform
beschrieben wurde, wird erkannt werden, dass zahlreiche Variationen,
Modifizierungen und andere Anwendungen innerhalb des Schutzumfangs
der vorliegenden Ansprüche
liegen. Zum Beispiel wird es leicht ersichtlich, obwohl eine bevorzugte
Ausführungsform
unter der Verwendung von differenzierten Betriebsspannungen beschrieben wurde,
dass andere Mittel verwendet werden können um zu erlauben, dass der
Sprengzünder
unterscheidet, an welcher Vorrichtung er angebracht ist, so dass
die Sprengvorrichtung und der Protokollierer so eingerichtet und/oder
programmiert sind, dass sie eine Anfangs-Identifizierungs-Anzeige
ausgeben, die von jeder angebrachten Slave-Vorrichtung interpretiert
werden kann, wenn die Sprengvorrichtung oder der Protokollierer
eingeschalten werden und/oder wenn ihre Endgeräte mit irgendetwas verbunden sind.
Somit soll die vorhergehende ausführliche Beschreibung einer
bevorzugten Ausführungsform
die Erfindung in keiner Weise einschränken. Stattdessen wird die
Erfindung lediglich durch die folgenden Ansprüche eingeschränkt.