DE602004011616T2 - Zünder welcher aufgrund gemessener spannungen zwischen logger- bzw. sprengmodus auswählt - Google Patents

Zünder welcher aufgrund gemessener spannungen zwischen logger- bzw. sprengmodus auswählt Download PDF

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

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung 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.
  • 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.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • 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.
  • 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.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Gesamtansicht, die einen Aufbau eines elektronischen Sprengsystems darstellt, in dem die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann.
  • 2 ist eine Gesamtansicht, die einen Aufbau einer alternativen Konfiguration eines solchen elektronischen Sprengsystems darstellt.
  • 3 ist eine Schnittansicht eines bevorzugten Sprengzünders, der in dem elektronischen Sprengsystem aus den 1 und 2 verwendet werden kann.
  • 4 ist eine schematische Darstellung der wesentlichen elektrischen Aspekte des elektronischen Zündmoduls (EIM) des Sprengzünders der 3, einschließlich eines anwendungs-spezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC).
  • 5 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Schaltkreis-Ausbildung für den anwendungs-spezifischen Schaltkreis (ASIC) der 4.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 10a, 10b, 10c und 10d sind Ablaufdiagramme, die eine bevorzugte Logiksequenz für den Betrieb eines elektronischen Sprengsystems der 1 und der 2 veranschaulichen.
  • 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.
  • 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.
  • Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Kommunikationsprotokoll
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • Serielle Datenkommunikations-(serielle Datenleitungs-)-Organisation
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • Ein anderes Wort des Pakets kann zum Kommunizieren von Befehlen verwendet werden, wie sie nachfolgend unter der entsprechenden Überschrift beschrieben sind.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • Synchronisierungswort und Neu-Synchronisierungsbits
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (20)

  1. Elektronischer Sprengzünder (20) zur Verwendung in einem elektronischen Sprengsystem, eine Sprengvorrichtung (40) und einen Protokollierer aufweisend, wobei der elektronische Sprengzünder (20) eingerichtet und/oder programmiert ist zum Eintreten in einen Sprengmodus, wenn er an eine Sprengvorrichtung (40) angeschlossen ist, und zum Eintreten in einen Protokolliermodus, wenn er an einen Protokollierer angeschlossen ist, wobei die Sprengvorrichtung (40) einen ersten Betriebsspannungsbereich aufweist und wobei der Protokollierer einen zweiten Betriebsspannungsbereich aufweist und wobei der elektronische Sprengzünder (20) eingerichtet und/oder programmiert ist zum Unterscheiden zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsspannungsbereich, und wobei der erste und der zweite Betriebsspannungsbereich einander nicht überlappen.
  2. Elektronischer Sprengzünder (20) gemäß Anspruch 1, wobei der elektronische Sprengzünder (20) ferner eingerichtet und/oder programmiert ist zum Implementieren von Sicherheitsvorkehrungen, wenn er nicht im Sprengmodus ist.
  3. Elektronischer Sprengzünder (20) gemäß Anspruch 2, ferner einen Zündkondensator (26) aufweisend, wobei die Sicherheitsvorkehrungen ein automatisches Entladen eines Zündkondensators (26) aufweisen.
  4. Elektronischer Sprengzünder (20) gemäß Anspruch 2, ferner einen Zündkondensator (26) aufweisend, wobei die Sicherheitsvorkehrungen das Verhindern des Ladens eines Zündkondensators (26) aufweisen.
  5. Elektronischer Sprengzünder (20) gemäß Anspruch 2, wobei die Sicherheitsvorkehrungen das Verhindern des Schließens eines Sprengzünder-Zündschalters aufweisen.
  6. Elektronischer Sprengzünder (20) gemäß Anspruch 2, wobei die Sicherheitsvorkehrungen das Verhindern des Annehmens eines Ladebefehls aufweisen.
  7. Elektronischer Sprengzünder (20) gemäß Anspruch 2, wobei die Sicherheitsvorkehrungen das Verhindern des Schließens eines Ladeschalters aufweisen.
  8. Elektronischer Sprengzünder (20) gemäß Anspruch 2, ferner einen Zündkondensator (26) aufweisend, und wobei die Sicherheitsvorkehrungen das Verhindern des Annehmens eines Zündbefehls aufweisen.
  9. Elektronisches Sprengsystem, das einen elektronischen Sprengzünder (20) aufweist, wobei das System derart eingerichtet und/oder programmiert ist, dass der elektronische Sprengzünder (20) entweder in den Sprengmodus oder in den Protokolliermodus eintritt, abhängig davon, ob er an eine Sprengvorrichtung (40) oder einen Protokollierer angeschlossen ist, wobei das System eine Sprengvorrichtung (40) mit einem ersten Betriebsspannungsbereich aufweist, wobei der Protokollierer einen zweiten Betriebsspannungsbereich aufweist und wobei der elektronische Sprengzünder (20) eingerichtet und/oder programmiert ist zum Unterscheiden zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsspannungsbereich, und wobei der erste und der zweite Betriebsspannungsbereich einander nicht überlappen.
  10. Elektronisches Sprengsystem gemäß Anspruch 9, wobei der elektronische Sprengzünder (20) eingerichtet und/oder programmiert ist zum Implementieren von Sicherheitsvorkehrungen, wenn er nicht im Sprengmodus ist.
  11. Elektronisches Sprengsystem gemäß Anspruch 10, wobei der elektronische Sprengzünder (20) einen Zündkondensator (26) aufweist und wobei die Sicherheitsvorkehrungen das Deaktivieren des Zündkondensators (26) aufweisen.
  12. Elektronisches Sprengsystem gemäß Anspruch 10, wobei die Sicherheitsvorkehrungen das Verhindern des Schließens eines Sprengzünder-Zündschalters aufweisen.
  13. Elektronisches Sprengsystem gemäß Anspruch 9, wobei der elektronische Sprengzünder (20) einen Zündkondensator (26) aufweist und wobei die Sicherheitsvorkehrungen das automatische Entladen eines Zündkondensators (26) aufweisen.
  14. Verfahren zum Auswählen zwischen Protokolliermodus und Sprengmodus in einem elektronischen Sprengzünder (20), aufweisend die folgenden Schritte: a) Anbringen einer Master-Vorrichtung an einem elektronischen Sprengzünder (20), die entweder eine Sprengvorrichtung (40) mit einem ersten Betriebsspannungsbereich oder ein Protokollierer mit einem zweiten Betriebsspannungsbereich ist, wobei der erste und der zweite Betriebsspannungsbereich einander nicht überlappen, ohne ein erstes manuelles Setzen des elektronischen Sprengzünders (20) in einen Modus, der auf Grundlage dessen ausgewählt ist, ob die Master-Vorrichtung eine Sprengvorrichtung (40) oder ein Protokollierer ist, b) Betreiben der angeschlossenen Master-Vorrichtung in ihrem jeweiligen Betriebsspannungsbereich und Ausgeben von einem oder mehreren Signalen aus der Master-Vorrichtung, c) wobei der elektronische Sprengzünder (20) unterscheidet, ob die angeschlossene Master-Vorrichtung eine Sprengvorrichtung (40) oder ein Protokollierer ist, und d) Betreiben des elektronischen Sprengzünders (20) in einem Modus, der damit übereinstimmt, ob die angeschlossene Master-Vorrichtung eine Sprengvorrichtung (40) oder ein Protokollierer ist.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 14, ferner aufweisend den Schritt des Durchführens von Sicherheitsvorkehrungen durch den elektronischen Sprengzünder (20), wenn dieser nicht im Sprengmodus ist.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei der elektronische Sprengzünder (20) einen Zündkondensator (26) aufweist und wobei die Sicherheitsvorkehrungen das Deaktivieren des Zündkondensators (26) aufweisen.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei Schritt a) das Anschließen der Master-Vorrichtung an dem elektronischen Sprengzünder (20) mittels einer Verbindung aufweist, die einen Bus (18) aufweist.
  18. Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei die Sicherheitsvorkehrungen das Verhindern des Schließens eines Sprengzünder-Zündschalters aufweisen.
  19. Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei die Sicherheitsvorkehrungen das Verhindern des Schließens eines Sprengzünder-Zündschalters aufweisen.
  20. Verfahren gemäß Anspruch 14, ferner den Schritt aufweisend, dass der elektronische Sprengzünder (20) mit der angeschlossenen Master-Vorrichtung mittels Strom-Modulations-basierten Gegensprechens kommuniziert.
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Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7752970B2 (en) 2000-09-06 2010-07-13 Ps/Emc West, Llc Networked electronic ordnance system
US7870825B2 (en) * 2003-07-15 2011-01-18 Special Devices, Incorporated Enhanced method, device, and system for identifying an unknown or unmarked slave device such as in an electronic blasting system
US7617775B2 (en) * 2003-07-15 2009-11-17 Special Devices, Inc. Multiple slave logging device
WO2006050542A1 (en) * 2004-11-05 2006-05-11 Rudy Willy Philomena Spiessens Electronic detonator and method of operation thereof
PE20061254A1 (es) * 2005-02-16 2006-12-19 Orica Explosives Tech Pty Ltd Sistemas y metodos de voladura
PE20061261A1 (es) * 2005-03-09 2006-12-16 Orica Explosives Tech Pty Ltd Sistema de voladura electronica
CA2677828C (en) * 2007-02-16 2015-07-21 Orica Explosives Technology Pty Ltd Method of communication at a blast site, and corresponding blasting apparatus
US20080282925A1 (en) * 2007-05-15 2008-11-20 Orica Explosives Technology Pty Ltd Electronic blasting with high accuracy
BRPI0802222B1 (pt) 2008-06-03 2022-01-04 Petróleo Brasileiro S.A. - Petrobras Processo para produzir olefinas leves a partir de uma carga contendo triglicerídeos
CN101408397B (zh) * 2008-11-26 2013-03-27 北京维深数码科技有限公司 一种本安型电子雷管起爆系统
JP6109814B2 (ja) 2011-04-28 2017-04-05 オリカ インターナショナル プライベート リミティド 状態センサを有するワイヤレス起爆装置、爆破方法および雷管
WO2015034882A1 (en) * 2013-09-06 2015-03-12 Austin Star Detonator Company Method and apparatus for logging electronic detonators
WO2015099742A1 (en) 2013-12-26 2015-07-02 Halliburton Energy Services, Inc. In-line integrity checker
CN104315931B (zh) * 2014-11-18 2017-02-22 北京理工大学 一种压敏电阻型静电防护桥丝式电雷管
CN104330001B (zh) * 2014-11-18 2017-04-26 北京理工大学 一种桥丝式电雷管用圆片式压敏电阻高效能静电防护组件
WO2018031244A1 (en) 2016-08-11 2018-02-15 Austin Star Detonator Company Improved electronic detonator, electronic ignition module (eim) and firing circuit for enhanced blasting safety
WO2019028202A1 (en) 2017-08-04 2019-02-07 Austin Star Detonator Company AUTOMATIC LOGGING METHOD AND APPARATUS FOR PREPROGRAMMED ELECTRONIC DETONATORS
KR102168254B1 (ko) * 2018-12-28 2020-10-21 주식회사 한화 뇌관 장치, 뇌관 장치의 동작 방법 및 통신 시스템
AU2020332088A1 (en) * 2019-08-16 2022-03-10 Omnia Group (Proprietary) Limited Safely testing or programming detonators in an electronic blasting system
CN112082439B (zh) * 2020-04-22 2022-08-09 北京凯米迈克科技有限公司 一种电子引火件上线系统及方法
CN111750747A (zh) * 2020-06-24 2020-10-09 无锡盛景电子科技有限公司 一种基于固态铝电容的数码电子雷管
CN111829404B (zh) * 2020-07-31 2022-11-22 重庆云铭科技股份有限公司 一种批量设置电子雷管孔号和延时时间的方法及系统
CN112129181A (zh) * 2020-08-18 2020-12-25 重庆云铭科技股份有限公司 一种电子雷管电子控制模块及其生产工艺方法
CN112595188A (zh) * 2020-12-29 2021-04-02 四川省洪雅青衣江元明粉有限公司 一种数码电子雷管系统起爆控制方法
CN115096154B (zh) * 2022-06-20 2023-08-18 上海芯飏科技有限公司 数码电子雷管起爆控制器及其级联同步方法、系统

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4884506A (en) * 1986-11-06 1989-12-05 Electronic Warfare Associates, Inc. Remote detonation of explosive charges
GB8718202D0 (en) * 1987-07-31 1987-09-09 Du Pont Canada Blasting system
ES2027197T1 (es) * 1989-12-29 1992-06-01 Union Espanola De Explosivos S.A. Sistema explosor-detonadores electronicos para detonacion escalonada de alta fiabilidad.
FR2695719B1 (fr) * 1992-09-17 1994-12-02 Davey Bickford Procédé de commande de détonateurs du type à module d'allumage électronique à retard intégré, ensemble codé de commande de tir et module d'allumage codé pour sa mise en Óoeuvre.
GB9423314D0 (en) * 1994-11-18 1995-01-11 Explosive Dev Ltd Electrical distribution system
GB9423313D0 (en) * 1994-11-18 1995-01-11 Explosive Dev Ltd Improvements in or relating to detonation means
US5721493A (en) * 1995-02-28 1998-02-24 Altech Industries (Proprietary) Limited Apparatus for locating failures in detonation devices
CN1074830C (zh) * 1995-12-06 2001-11-14 澳瑞凯炸药技术有限公司 电子炸药起爆装置
FR2749073B1 (fr) * 1996-05-24 1998-08-14 Davey Bickford Procede de commande de detonateurs du type a module d'allumage electronique, ensemble code de commande de tir et module d'allumage pour sa mise en oeuvre
DE19909535C1 (de) * 1999-03-04 2000-09-07 Siemens Ag Datenübertragungsverfahren und -system, insbesondere in einem Kraftfahrzeug-Insassenschutzsystem
AU2002320066B2 (en) * 2001-06-06 2004-10-14 Senex Explosives, Inc System for the initiation of rounds of individually delayed detonators

Also Published As

Publication number Publication date
ATE385307T1 (de) 2008-02-15
WO2005005914A1 (en) 2005-01-20
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ES2298779T3 (es) 2008-05-16
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US6789483B1 (en) 2004-09-14
EP1644688B1 (de) 2008-01-30
ZA200600323B (en) 2007-04-25

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