EP0064774A1 - Security ignition circuit for an under water igniter - Google Patents

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EP0064774A1
EP0064774A1 EP82104693A EP82104693A EP0064774A1 EP 0064774 A1 EP0064774 A1 EP 0064774A1 EP 82104693 A EP82104693 A EP 82104693A EP 82104693 A EP82104693 A EP 82104693A EP 0064774 A1 EP0064774 A1 EP 0064774A1
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EP
European Patent Office
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circuit
signal
ignition
time
detonator
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EP82104693A
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Dieter Dipl.-Ing. Kaltbeitzer
Hendrik Veldhoen
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Rheinmetall Industrie AG
Original Assignee
Rheinmetall GmbH
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Publication date
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Application granted granted Critical
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42CAMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C14/00Mechanical fuzes characterised by the ammunition class or type
    • F42C14/04Mechanical fuzes characterised by the ammunition class or type for torpedoes, marine mines or depth charges
    • F42C14/045Mechanical fuzes characterised by the ammunition class or type for torpedoes, marine mines or depth charges having electric igniters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42BEXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B22/00Marine mines, e.g. launched by surface vessels or submarines
    • F42B22/04Influenced mines, e.g. by magnetic or acoustic effect
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42CAMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F42C11/00Electric fuzes
    • F42C11/001Electric circuits for fuzes characterised by the ammunition class or type
    • F42C11/005Electric circuits for fuzes characterised by the ammunition class or type for marine warheads, e.g. torpedoes, mines, depth charges
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    • F42AMMUNITION; BLASTING
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    • F42C11/008Power generation in electric fuzes
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    • F42C15/00Arming-means in fuzes; Safety means for preventing premature detonation of fuzes or charges
    • F42C15/40Arming-means in fuzes; Safety means for preventing premature detonation of fuzes or charges wherein the safety or arming action is effected electrically
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42CAMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C15/00Arming-means in fuzes; Safety means for preventing premature detonation of fuzes or charges
    • F42C15/44Arrangements for disarming, or for rendering harmless, fuzes after arming, e.g. after launch

Definitions

  • the invention relates to a safety ignition circuit for M inenvernichtungsladungen o. The like., In which a signal is used from a sound frequency range, in order to trigger the ignition of the charge.
  • the object of the invention is therefore to provide a safety ignition circuit with which it is possible to construct a safe ignition device which can be ignited optionally at defined times and in which unintentional ignition is practically impossible.
  • the solution according to the invention consists in designing a safety ignition circuit in such a way that it has an analog receiving part, a digital logic part and two parallel discharge circuits connected via driver stages, in order to either ignite a detonator or to disconnect the circuit from its voltage supply and short-circuit the latter, and that the digital logic part controls the actuation of the two discharge circuits in successive time intervals depending on two frequency signals which are correlated in terms of frequency and time.
  • the selective bandpass behavior of the analog receiving part is advantageously used, which is only possible over a narrow frequency range Input signals is designed, whereby there is a clear locking of the digital circuit against alien signals.
  • the circuit according to the invention offers the advantage of a high level of operational reliability using C-MOS components that require little electricity during operation and an energy source in the form of a lithium battery that can be stored for a number of years.
  • the ignition circuit according to the invention can be used both for a wide variety of mine destruction charges and for other underwater devices.
  • the switch used in the embodiment of a water pressure safety device by another switch the ignition circuit of which is put into operation when it is closed.
  • the use of the ignition circuit according to the invention with a mechanical arrangement of pre-plugs and water pressure fuses is a suitable type of use, the circuit according to the invention is by no means restricted to this.
  • the entire ignition circuit of the igniter electronics is activated in that when a predetermined water depth of a few meters is reached, the ignition circuit is connected via the switch 42 of the water pressure safety device to the internal battery 40, which is expediently a lithium battery.
  • the internal battery 40 which is expediently a lithium battery.
  • U Batt With a battery voltage of U Batt , a normal load current flows in normal operation, while an increased, approximately twice as large load current flows for about 1 second at switch-on instant. This behavior is at the same time the control for the function of the directional signal generator 26, which ensures that the digital time base 22 and the other digital assemblies 24-32 are brought into a defined starting position at the start of the mission.
  • the gate electrode of the firing thyristor Thy1 is also short-circuited during the first operating second, thus reliably preventing the firing of this firing thyristor Thy1.
  • the digital time base 22 begins with the generation of a time clock.
  • the pulse diagram is shown in FIG. 1, in which the logic output levels of the two outputs Q11 and Q12 of the divider IC7 used are plotted against time.
  • the total mission duration thus consists of three main intervals, namely a dead time t 1 , an adjoining arming time t 2 and finally a battery discharge time t 3 .
  • the generation and use of the logic signals shown in FIG. 1 is explained in more detail below.
  • a sound signal received by the hydrophone 10 can be amplified and are switched through by the Schmitt triggers, which are essentially made up of transistors T3 and T5 or T4 and T6, but the digital logic and decision logic prevents the output of an output signal from the power inverter I3 of the integrated circuit IC9 to the ignition Thyristor Thy1, so that ignition is not yet possible in this time interval t 1 .
  • the input decoder IC4A in conjunction with the time base decoder IC4B enables the preparation of the NAND gate G1 in the IC8, so that when a correct ignition signal arrives, the power inverter 13 of the IC9 is switched through and the ignition process is initiated.
  • the battery 40 is discharged during the subsequent time interval t 3 and the entire evaluation electronics is disconnected from the power supply via a fuse Si. Ignition is impossible in this way, although nterwasserzünders possible after the mission duration during a salvage the associated mine destruction charge or U, but is not required.
  • the analog part of the ignition circuit according to the invention which essentially has a preamplifier 12, a bandpass filter 14, an isolation amplifier 16 and first and second selective filters 18 and 20, is shown schematically in FIG. 2 and in detail in FIG. 6A.
  • a ceramic pressure transducer or a hydrophone 10 is used to record the from a transmitter emitted, coded audio frequency signals.
  • the hydrophone 10 is already connected to a resistor R1 directly at the input of the circuit (see FIG. 6A) in order to linearize the transmission factor and to avoid the formation of a static DC voltage due to the intrinsic capacity of the hydrophone 10.
  • the sound signal received by the pressure transducer or hydrophone 10 is then fed via the coupling capacitor C2 to the inverting input of the analog operational amplifier IC1, which is the essential component of the preamplifier 12.
  • the inverting input of the operational amplifier IC1 with two high-impedance resistors R3 and R2, lies symmetrically between the ground and the supply voltage U Batt ', while the supply line itself has two capacitors C1 and C15 is blocked from the crowd.
  • Two measuring points MP5 and MP6 for the received sound signal are located at the two ends of the resistor R1.
  • the non-inverting input of the operational amplifier IC1 is connected to ground via a resistor R 4 and a capacitor C3.
  • the output voltage of the pressure transducer or hydrophone 10 has a value U1, so that a correspondingly amplified signal with a value of U2 is available for further processing at the output of the preamplifier 12.
  • the RC element consisting of the resistor R4 and the capacitor C3 provides a frequency-dependent amplification of the output signal, the attenuation measure being approximately 6 dB per octave.
  • the capacitor C4 is used for frequency compensation of the operational amplifier IC1.
  • the output of the IC1 is connected to the supply voltage via a resistor R6 and via a capacitor C5,
  • the bandpass filter 14 essentially consists of two operational amplifiers IC2A and IC2B with appropriate circuitry in order to implement the bandpass behavior already desired in the preamplifier 12 with an even more pronounced attenuation curve.
  • the output of the operational amplifier IC2A is connected via a resistor R9 to the inverting input and via a capacitor C6 to the input of the capacitor C7 and to one side of a resistor R8 which is connected to ground on the other side.
  • the non-inverting input of the operational amplifier IC2A is on one side of a resistor R10, on the other side via a capacitor C8 to ground, via a resistor R12 also to ground, via a resistor R14 to the non-inverting input of the next operational amplifier IC2B and is connected to the supply voltage via a resistor R11.
  • the output of the operational amplifier IC2A is connected via a resistor R13 and a capacitor C10 to the inverting input of the second operational amplifier IC2B of the bandpass filter 14.
  • the output of the operational amplifier IC2B is via a resistor R16 with its inverting input and via a capacitor C9 with the input of the capacitor C10 and connected to one side of a resistor R15, which is connected to ground on the other side.
  • the desired bandpass behavior with a pronounced attenuation curve can be achieved, for example, by connecting two selective filters of the 1st order in series, the resonance frequencies of which are slightly out of tune with one another, which is also referred to as "staggered tuning".
  • the qualitative attenuation curve is shown in FIG. 3, in which the amount of the normalized gain is plotted against the normalized frequency. Curves 1 and 2 show the frequency response of the individual filters, while curve 3, which is drawn out more strongly, shows the resulting frequency response.
  • the saddling of the transmission dimension at the band ends shown in FIG. 5 is a maximum of 6 dB and is insignificant in practice since the gain is constant at + 1 dB in the area actually used.
  • the signal amplified in the preamplifier 12 and processed and amplified in the bandpass filter 14 is applied via a coupling capacitor C11 to the inverting input of an operational amplifier IC3.
  • the input side of the capacitor C11 is connected to the supply voltage via a resistor R17, while the inverting input of the IC3 with two high-resistance resistors R18 and R19 is symmetrical between the ground and the supply voltage.
  • the non-inverting input of the operational amplifier IC3 is connected to ground via a resistor R20 and a capacitor C12, so that the operational amplifier IC3 is negatively coupled via the RC element R20 / C12 depending on the frequency.
  • the output of the IC3 is connected to its non-inverting input via a potentiometer P1, so that the output voltage required to control the Schmitt trigger in the two selective filters 18 and 20 can be set.
  • the capacitor C13 is used for frequency compensation of the operational amplifier IC3. Furthermore, the output of the operational amplifier IC3 is connected to the supply voltage via a resistor R21.
  • All four operational amplifiers IC1, IC2A, IC2B and IC3 are connected in the usual way to the supply voltage U Batt and to ground (cf. FIG. 6A).
  • the now low-impedance and low-frequency output signal present at the output of the isolating amplifier 16, that is to say at the output of the operational amplifier IC3, is coupled out via a coupling-out capacitor C14 and passes through an RC low-pass element, which consists of a resistor R22 and a capacitor C16, to which are connected as limiters Zener diode D1, which limits the low-frequency output signal when the Zener voltage is reached.
  • the low-frequency voltage available at the output of the isolating amplifier 16 is fed to the two selective filter channels for the code frequencies F1 and F2 via the two decoupling resistors R23 and R24 for further signal processing, where they can be processed separately.
  • the required high selectivity and transmission quality can only be achieved with relatively little circuitry using piezo-electric tuning fork filters, which exactly maintain the resonance target frequency printed on + 1 Hz.
  • the two tuning fork filters StG1 and StG2 are each followed by a transistor T1 or T2 in channel F1 or F2 connected as an emitter follower, which each trigger a Schmitt trigger via coupling capacitors C19 and C20, which trigger consists of the two transistors T3 and T5 and T4 and T6 is built.
  • the base of the transistor T1 is connected to the supply voltage via a resistor R25, while the emitter of T1 is connected to ground via a resistor R27 and a parallel capacitor C17 and the collector is connected directly to the supply voltage.
  • the capacitor C19 is connected on the input side to the emitter of T1, is connected to ground on the output side via the reverse-connected diode D2 and supplies the output signal from T1 via the forward-connected diode D4 to the base of the transistor T3 of the first Schmitt trigger.
  • the base of T3 is connected to the supply voltage via a resistor R29 and to ground via a capacitor C21.
  • the collector of the transistor T3 lies over one Resistor R31 on the supply voltage and is directly connected to its own emitter via a capacitor C23 and to the base of the downstream transistor T5.
  • the emitter of T3 is connected to ground via a resistor R32 and is connected to the emitter of the transistor T5 connected downstream.
  • the emitter of T5 is connected to its base via capacitor C23, while its collector is connected to the supply voltage via a resistor R35.
  • the measuring point MP3 is also located at the collector of T5.
  • the base of the transistor T2 connected as an emitter follower is connected to the second tuning fork filter StG2 and via a resistor R26 to the supply voltage, while the collector of T2 is connected directly to the supply voltage.
  • the emitter of T2 is connected to ground via a parallel connection of resistor R28 and capacitor C18, while the output signal from T2 is connected to the base of transistor T4 of the second Schmitt trigger via the emitter, coupling capacitor C20 and a forward-connected diode D5.
  • the output side of the capacitor C20 is connected to ground via a diode D3 switched in the reverse direction.
  • the base of T4 is connected to the supply voltage U Batt via a resistor R30 and to ground via a capacitor C22.
  • the collector of T4 is connected to the supply voltage via a resistor R33 and directly to the base of the transistor T6 of the second Schmitt trigger.
  • a capacitor C24 is connected between the collector and the emitter of T4, while the emitter of T4 is connected to ground via a resistor R34 and is connected directly to the emitter of transistor T6.
  • the collector of transistor T6 is connected to the supply voltage via a resistor R36, and also forms the collector of T6 the measuring point MP4 for the signal F2 with the second code frequency.
  • Both Schmitt triggers work with switching delays in the millisecond range, so that interference pulses and noise signals cannot lead to false tripping.
  • the measure thus serves to introduce a switching delay for operational safety.
  • the setting of the isolating amplifier 16 for the downstream selective filter is done in such a way that an input signal is fed in at the measuring point MP5, both frequencies F1 and F2 being selected in accordance with the marked fuse coding.
  • All integrated circuits IC4A, IC4B, IC5, IC6, IC7, IC8 and IC9 in the digital part of the ignition circuit are constructed using C-MOS technology and are connected in a conventional manner to the supply voltage U Batt or to ground, these connections being provided for the sake of clarity the drawing are omitted.
  • the signals F1 and F2, which are amplified and filtered in the analog part, are fed, as shown in FIG. 6B, at the two inputs A and B into the input decoder IC4A, while the signal F1 is also at the fourth input of the NAND gate G1.
  • the supply voltage of the input decoder IC4A is blocked against ground via a capacitor C26.
  • the outputs QO and Q3 of the IC4A are brought out freely, while the output Q1 of IC4A is connected to the P / S control input of the shift register IC5 and the output Q2 of IC4A is connected to the second input of the NAND gate G1.
  • the input of the Inverter 12 via a resistor R 48, the base of transistor T7, the clock input E of the time base decoder IC4B, the reset input R of the divider IC7, the reset input R of the divider IC6 and the clock input E of the input decoder IC4A connected.
  • the output Q12 of the divider IC6 is brought out, the output Q13 of the divider IC6 is connected to the clock input CL of the shift register IC5 and the output Q14 of the divider IC6 is connected to the clock input CL of the divider IC7.
  • the outputs Q11 and Q12 of the divider IC7 are connected to the inputs A and B of the time base decoder IC4B.
  • the output Q0 is brought out, the two outputs Q1 and Q2 are connected to the two inputs of the NOR gate G3 and the output Q3 is connected to the fourth input of the NAND gate G2.
  • the output of NOR gate G3 is connected to the third input of NAND gate G2 and to the input of inverter I5.
  • the output of the inverter I5 is on the one hand at the third input of the NAND gate G1 and on the other hand via a resistor R39 at the measuring point MP8, which is blocked against ground via a capacitor C27.
  • the output RI of the inverter I2 is connected to the first two inputs of the NAND gate G2 and to the eight parallel data inputs PI1 to PI8 of the shift register IC5.
  • the input DS of the shift register IC5 is grounded, its two outputs Q7 and Q8 are brought out and the output Q6 is connected to the first input of the NAND gate G1.
  • the outputs of the two NAND gates G1 and G2 are connected to inverters I3 and I4, which deliver the signals for the detonator ignition circuit and the battery discharge circuit via resistors R40 and R41.
  • the output of the inverter I2 is via a Resistor R42 is fed back to the input of inverter I1.
  • the divider IC6 is connected in the manner specified, so that the input 0 via a capacitor C25 and a resistor R37 to the input ⁇ and is connected to input 0 via a series circuit comprising a potentiometer P2 and a resistor R38.
  • Input 0 itself is at measuring point MP7, which can be used as a time-lapse input.
  • the input decoder IC4A and the time base decoder IC4B are designed in the form of an integrated circuit and operate according to the truth table given below.
  • Two input functions are formed by the two signals F1 and F2, which are trapezoidal pulses that run from “L” to " ⁇ " and a rise time of about 50 ms, a rise ver delay of about 50 ms and a fall time of about 50 ms.
  • the pulse duration is approximately 1 second when the transmission is correct and the reception is undisturbed, but the transmission pulse can fluctuate or be chopped due to interference on the transmission path.
  • the pulses are suitable for further processing in the subsequent C-MOS circuits. There is a certain pulse pause between the two signals F1 and F2.
  • Another input function is the supply, voltage or battery voltage U Batt , because the directional signal RI is derived from its rise when the battery 40 is switched on by the switch 42 of the water pressure safety device, and all flip-flops within the C-MOS circuits are in it Starting position brings and also locks the ignition release with a safety circuit during the settling time.
  • the two output functions of the digital part are the ignition current for the detonator 38 and the battery discharge current of the battery 40.
  • the two signals F1 and F2 are supplied at the measuring points MP3 and MP4 from the outputs of the two Schmitt triggers, at which the interface between the analog parts and the digital part of the ignition circuit is located.
  • the two signals are fed to an input decoder IC4A constructed using C-MOS technology, the input code being to be understood as a 2-bit binary code, i.e. the logic signals F1 and F2 are binary variables and can occur in any distribution.
  • the output code of the input decoder IC4A is a 1-out-of-4 code, whereby one of the four outputs can carry an L signal.
  • the additional clock input E is driven only by the directional signal RI from the inverter I1 and blocks all four outputs of the input decoder IC4A during the switching on process of the battery 40.
  • FIG. 6B shows, only the two outputs Q1 and Q2 of the IC4A are used, with Q1 then becoming active and carrying an L signal when F1 is at the ⁇ level, ie when the frequency F1 has been emitted by the transmitter and the analog part as the receiving part has properly picked up, selected and amplified the oscillation train.
  • the two inverters I1 and 12 connected in series form a C-MOS buffer inverter in IC9 with positive feedback via resistor R42 together with a series resistor R43, a Schmitt trigger.
  • This Schmitt trigger controls the charging voltage of the capacitor C30, which is expediently designed as a tantalum electrolytic capacitor.
  • the downstream Schmitt trigger tips about 1 second after switching on.
  • the output RI remains at ⁇ level during this time and then jumps to L level (RI signal).
  • the complementary output RI goes to L level immediately after switching on and tilts back to the ⁇ level about 1 second later. Both Signals are used in the digital part of the ignition circuit, as follows:
  • the signal RI brings all flip-flops of the binary converter into the zero position and blocks the input decoder IC4A and the time base decoder IC4B via the clock inputs E during the target time.
  • the signal RI supplies the drive signal for the base of the transistor T7 for the function of a short-circuit which ensures that the firing thyristor Thy1: remains blocked for the time of the directional signal generation.
  • the signal RI holds the parallel data inputs PI1 to PI8 of the shift register IC5, which is used to generate the 3-second time window, for about 1 second at the 0 level. At the same time, the signal RI blocks the NAND gate G2 for 1 second, so that no firing of the discharge thyristor Thy2 is possible.
  • the input decoder IC4A and the time base decoder IC4B as well as the NAND gate G2 at the output for the ignition of the discharge thyristor Thy2 are unlocked Ignition thyristors Thy1 canceled for the detonator 38 and all binary converters in the dividers IC6 and IC7 released.
  • the parallel data inputs PI1 - PI8 of the shift register IC5, which works as a time window 28, are set to .L level. The entire ignition circuit is thus in operation and is no longer dependent on the signals RI or RI.
  • the function of the time window 28 is realized with an 8-stage, static C-MOS shift register IC5, in which the eight parallel data inputs PI1 to PI8 are constantly at the L level after the switch-on process.
  • the only serial data input, namely the DS input of the IC5 is permanently at the 0 level.
  • the three outputs Q6, Q7 and Q8 of the last three flip-flops of the shift register IC5 are brought out, but only the output Q6 is used to pass on the time window pulse.
  • the clock input CL of the shift register IC5 is constantly supplied with symmetrical rectangular pulses, which are supplied by the clock system of the digital time base 22, which is described in more detail below.
  • the pulse repetition frequency is 2.2755 Hz, which corresponds to a period of 0.44 seconds.
  • the parallel-serial control input P / S determines the function of the shift register IC5.
  • the shift register IC5 works in parallel operation, i. H. it works asynchronously and parallel operation has priority.
  • the shift register IC5 If there is a signal with 0 level at the control input P / S of the shift register IC5, the shift register IC5 operates in serial mode, i.e. synchronized with the clock pulses at the clock input CL.
  • the control input P / S of the shift register IC5 is driven by the output Q1 of the input decoder IC4A (cf. FIG. 6B).
  • the shift register IC5 switches to parallel operation when the output Q1 of the IC4A goes low, ie when the signals "F1" and "F2" are received by the circuit.
  • the output Q6 goes of the shift register I C 5 at L level and remains at L level as long as the signal "F1 and F2" is present.
  • the pulse called the time window is generated, which has the following duration: T F1 is hidden in the output link for firing the detonator 38, so that the duration of the time window is between 2.2 and 2.64 seconds.
  • T F1 is hidden in the output link for firing the detonator 38, so that the duration of the time window is between 2.2 and 2.64 seconds.
  • the tolerance range is explained by the fact that the positive edges of the clock pulses are asynchronous to the signal F1, their phase position is purely random. The next edge at the transition from 0 level to L level after the disappearance of the signal F1 can come immediately after or only after 0.44 seconds.
  • the pulse width of the time window pulse is dependent on this tolerance, which is customary for digital counter circuits, only on the accuracy of the oscillator frequency of 2.2755 Hz, which will be discussed in more detail below in connection with the digital time base 22.
  • the Output pulse at the output Q6 of the shift register IC5 is at the first input of the NAND gate G1 for the output combination of the ignition of the detonator 38.
  • the RC oscillator is part of a divider IC6 which is designed in C-MOS technology and has 14 flip-flops connected in series, which form a binary coaster 1: 16 384, the operation is asynchronous (ripple-carry).
  • the zeroing of the divider IC6 takes place via a common reset input R, with the directional signal RI from the inverter 11 already explained above.
  • the RC oscillator integrated with the binary coaster is tuned by the trimming potentiometer P2, the total load resistance being determined by the measuring arrangement at the measuring point MP7 is 1 M ⁇ .
  • the clock input or clock input of the first flip-flop of the divider IC6 is brought out and labeled "0".
  • the oscillator can be overridden by applying an external rectangular pulse sequence to the measuring point MP7 and thus to the clock input, so that the own RC circuit is ineffective.
  • the following binary coaster processes frequencies up to approx. 8 MHz.
  • z. B. feed an external frequency in the MHz range via the measuring point MP7 into the clock input, which shortens the clock time to a few seconds, to avoid long waiting times during the test and setting, ie you work in time-lapse mode at measuring point MP7.
  • the controlling square-wave signal should never run symmetrically around the zero point, but should be approximately 10 V SS , starting from ground. Please note that negative voltages of ⁇ 0.7 volts at measuring point MR7 can destroy the divider IC6.
  • the last output Q14 of the 14-stage binary reducer in the divider IC6 outputs a square-wave frequency of 1.13775 Hz at the downstream 12-stage binary reducer of the divider IC7 (18641: 16384).
  • This divider IC7 divides the square frequency once again in a ratio of 1: 4096, ie by the value 2 12 , so that at its last output a square frequency of 2.7777. 1 0 - 4 H z can be tapped.
  • the following frequencies and times are tapped and evaluated from the entire divider chain, which consists of the two dividers IC6 and IC7:
  • the frequency of 2.2755 Hz serves as the clock frequency at the clock input CL for the shift register IC5.
  • the other two frequencies at the two outputs Q11 and Q12 of the divider IC7 are fed to the time base decoder IC4B at its two inputs A and B for evaluation.
  • the input code of the time base decoder IC4B is a 2-bit binary code, its output code is a 1-out-of-4 code. According to the pulse diagram shown in FIG. 1, the three time ranges t 1 , t 2 and t 3 ' result at the output of the time base decoder, as can be seen from the table below.
  • the two NAND gates G1 and G2 at the output of the digital logic part 24 in the two ignition channels for the ignition of the detonator 38 on the one hand and the discharge of the battery 40 on the other hand are blocked.
  • the signal with L level changes to output Q1 of the time base decoder IC4B.
  • This signal with L level then goes to the output Q2 and finally after t 1 + t 2 after switching on to the output Q3 of the time base decoder IC4B, the outputs Q1, Q2 and Q3 leading to the output combination of the digital logic part 24.
  • a signal with a ⁇ level is produced if the four conditions mentioned are fulfilled.
  • the downstream inverter 13 generates an L-level signal from this 0-level signal, i.e. a signal for firing the firing thyristor Thy1 of the detonator 38.
  • This L-level signal is fed to the gate electrode as the firing electrode of the firing thyristor Thy1, where it is also subject to a link to the directional signal RI from the inverter I1.
  • the transistor T7 whose base is driven by a base voltage divider with the two resistors R48 and R49, short-circuits the gate electrode during the target time.
  • a signal with a ⁇ level is present at the output of the second NAND gate G2 in the IC8, which signal is converted into a signal with an L level by a downstream inverter 14 and is then used to ignite the discharge thyristor Thy2 for battery discharge.
  • the output signal of the inverter 13 of the first driver stage 30 in the IC9 is fed to an RC filter, which consists of the resistor R40 and the capacitor C28, for deriving interference peaks.
  • the gate electrode as the ignition electrode of the ignition thyristor Thy1 in the ignition circuit of the detonator 38 is then driven directly via a series resistor R44 and a diode D8 operated in the forward direction.
  • the power diode D8 brings an additional safety threshold of approximately 0.65 V into the ignition circuit.
  • a capacitor C33 expediently a tantalum electrolytic capacitor, is connected to the thyristor Thy1 on the anode side and is charged by the battery 40 to the supply voltage of U Batt via the resistor R58.
  • the anode of the ignition thyristor Thy1 takes the ignition current for the detonator 38 from this capacitor C33, the capacitor C33 ensuring the required current surge.
  • the detonator 38 itself lies in the cathode circuit of the ignition thyristor Thy1 to ground.
  • the resistor R56 is connected to ground to discharge thyristor reverse currents, while the cathode of the thyristor Thy1 itself lies at measuring point MP9.
  • the gate electrode of the thyristor Thy1 is connected to ground via a resistor R54 and a capacitor C32 connected in parallel with it, in order to discharge any positive interference peaks at the gate electrode of the ignition thyristor Thy1.
  • the output signal of the inverter 14 of the second driver stage 32 in the IC9 passes through an RC filter, similar to the detonator ignition circuit, which consists of the resistor R41 and the capacitor C29. From there, the signal runs as an ignition pulse for the discharge thyristor Thy2 via a resistor R45 and a Zener diode D7 to the gate electrode as the ignition electrode of the discharge thyristor Thy2, the Zener diode D7 having a Zener voltage of 5.1 V to raise the thyristor Ignition threshold ensures.
  • the gate electrode of the discharge thyristor Thy1 is connected to ground via a bleeder resistor R47, while a capacitor C31, expediently a tantalum electrolytic capacitor, is connected in parallel with R47 in order to short-circuit any interference peaks.
  • the cathode of the discharge In contrast to the ignition thyristor Thy1, thyristor Thy1 is connected directly to ground, while the thyristor is mounted on a heat sink for better dissipation of the power loss that occurs in the discharge thyristor Thy2.
  • the battery 40 is discharged via four resistors R50 to R53 connected in parallel, which have a total resistance of approximately 11 ohms.
  • the discharge thyristor Thy2 remains fired and discharges the battery 40 with an initial discharge current in the amp range.
  • the rest of the ignition circuit is de-energized when the discharge thyristor Thy2 is fired, since at the same time the fuse Si, which is designed as a carrier fuse, is melted through a series circuit consisting of a diode D9 and a resistor R55.
  • the load resistor R57 ensures a constant load, so that the battery discharge process is not interrupted prematurely even when the holding current of the discharge thyristor Thy2 is undershot during the discharge phase.
  • the signals are received by the hydrophone 10 and pass through the preamplifier 12, the bandpass filter 14, the isolation amplifier 16 and the two selective filters 18 and 20, which deliver the two signals F1 and F2, which are further processed as logic signals in the digital logic part, which is connected to a directional signal generator 26, a time window 28 and a digital time base 22 and contains the logic and decision logic, which, depending on the input signals received by the hydrophone 10, the first driver stage 30 or the second driver stage 32 is supplied with an output signal which either ignites the detonator 38 via an ignition circuit 34 or in the discharge circuit 36 for the disconnection of the supply voltage and the discharge of the battery 40.
  • the ignition circuit described above is connected to the battery 40 with the switch 42 of the water pressure safety device and is thus put into operation if the pin and the water pressure safety devices have previously been unlocked according to the forced sequence unlocking principle.
  • the dead time t 1 of the igniter begins, so that an emergency vehicle which has brought an ignition charge provided with the ignition circuit to the place of use can easily move away, since an ignition of the detonator 38 is not possible in this time interval.
  • the share time t 2 of the ignition circuit begins, during which the detonator can be ignited by coded signals with corresponding frequencies.
  • coded signals with corresponding frequencies.
  • ship noises or detonation impacts in or above the water are recognized and suppressed by the evaluation electronics of the ignition circuit as non-coded signals.
  • the detonator code can be specified differently in the evaluation electronics of the ignition circuit and the transmitter providing the triggering pulse can be set to the individual detonator codes.
  • the battery 40 carried in the igniter is discharged with a discharge current in the ampere range via a discharge circuit 36 with the thyristor Thy2.
  • the evaluation part of the ignition circuit that is Analog part to the selection of the input signals, as well as the entire detonator ignition circuit separated from the battery 40 via the fuse Si, while the discharge thyristor Thy2 used for discharging the battery 40 remains switched through even after the discharge time t 3 . If the holding current falls below about 10 milliamperes, the discharge resistor R57 discharges the battery 40 until it is completely exhausted.
  • C-MOS components are expediently used, which have a relatively slow switching behavior in the microsecond range, but are completely sufficient for the present purpose and also offer the advantage that they do not unnecessarily load the battery because the individual components practically only in the switching moment for some / us draw significant electricity.

Abstract

1. Detonator safety circuit for an under-water detonator in which a signal comprising a number of time-correlated frequencies from a sonic frequency range is used to initiate the detonation, an analog receiving part (10-20) for the conversion of the sonic signals into electrical signals and a digital logic part (22-28) for their further processing being provided, in which the analog receiving part (10-20) has successively a hydrophone (10), a preamplifier (12), a band-pass filter (14), a differential amplifier (16) and a number of parallel-connected selective filters (18, 20) the outputs (MP3, MP4) of which provide signals with a logic level (F1, F2) for processing in the digital logic part (22-28), characterized by the fact that the digital logic part (22-28) is followed by two parallel trigger circuits (34, 38, Thy1, 36, Thy2), which are connected via drivers (30, 32) and which optionally either fire a detonator (38) or disconnect the circuit from a voltage source (40) and short-circuit the said source in which process the logic part (22-28) causes the two discharge circuits (34, 38, Thy1, 36, Thy2), to be actuated at successive time intervals (t1 , t2 , t3 ), in accordance with the signal comprising the time-correlated frequencies.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheits-Zündschaltung für Minenvernichtungsladungen o. dgl., bei der ein Signal aus einem Schallfrequenzbereich verwendet wird, um die Zündung der Ladung auszulösen.The invention relates to a safety ignition circuit for M inenvernichtungsladungen o. The like., In which a signal is used from a sound frequency range, in order to trigger the ignition of the charge.

Bei den bisher verwendeten Zündeinrichtungen für Minenvernichtungsladungen erfolgt die Auslösung bislang durch Schallsignale, die nicht codiert sind und die beispielsweise durch die Zündung von Unterwasserhandgranaten erzeugt werden können. Es ist einsichtig, daß ein derartiges Auslösungsprinzip den gravierenden Nachteil aufweist, daß eine Zündung der Ladung auch zu einem unbeabsichtigten und gefährlichen Zeitpunkt ausgelöst werden kann, und zwar sowohl von gegnerischen als auch eigenen Einheiten. Mit Schallsignalen, die ausreichend große Unterwasser-Schalldruckpegel besitzen, sind solche Zündeinrichtungen praktisch beliebig zündbar, nämlich beispielsweise durch Schiffsgeräusche oder irgendwelche anderen Detonationen.In the previously used ignition devices for mine destruction charges, the triggering has so far been carried out by sound signals which are not coded and which can be generated, for example, by firing underwater hand grenades. It is clear that such a triggering principle has the serious disadvantage that ignition of the load can also be triggered at an unintentional and dangerous point in time, both by opposing units and by its own units. With sound signals that have sufficiently large underwater sound pressure levels, such ignition devices can be ignited practically as desired, namely, for example, by ship noises or any other detonations.

Aus der DE-OS 26 17 775 sind auch bereits Sicherheitszünder für derartige Sprengladungen bekannt, die eine ausschließlich mechanische Sicherheitseinrichtung besitzen, bei der nach Entfernen einer mechanischen Sicherung die gesamte Ladung ins Wasser geworfen wird, woraufhin der beim Absinken zunehmende Wasserdruck über eine Membran und einen Kolben einen Zwischenzünder betätigt, der dann die Hauptladung zur Explosion bringt. Eine derartige Anordnung detoniert somit nach Entfernen der mechanischen Sicherung zwangsläufig bei Erreichen eines vorgegebenen hydrostatischen Druckes, der auf sie nach einer bestimmten Zeit einwirkt, die von der Sinkgeschwindigkeit und damit von etwaigen Strömungsverhältnissen abhängt. Ein definiertes Einwirken auf den Zündzeitpunkt sowie ein Abwenden der Zündung ist nach dem Abwerfen praktisch nicht mehr möglich.From DE-OS 26 17 775 safety detonators for such explosive charges are already known, which have an exclusively mechanical safety device in which, after removal of a mechanical fuse, the entire charge is thrown into the water, whereupon the increasing water pressure via a membrane and a Piston actuates an intermediate fuse, which then explodes the main charge. Such an arrangement thus inevitably detonates after removal of the mechanical fuse when a predetermined hydrostatic pressure is reached, which acts on it after a certain time, which depends on the sinking speed and thus on any flow conditions. A defined effect on the ignition timing and averting the ignition is practically no longer possible after being thrown off.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Sicherheits- Zündschaltung anzugeben, mit der es möglich ist, eine sichere Zündeinrichtung aufzubauen, die wahlweise zu definierten Zeitpunkten zündbar ist und bei der ein unbeabsichtigtes Zünden praktisch ausgeschlossen ist.The object of the invention is therefore to provide a safety ignition circuit with which it is possible to construct a safe ignition device which can be ignited optionally at defined times and in which unintentional ignition is practically impossible.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, eine Sicherheits-Zündschaltung so auszubilden, daß sie ein analoges Empfangsteil, ein digitales Logikteil sowie zwei über Treiberstufen angeschlossene parallele Entladungskreise aufweist, um wahlweise einen Detonator zu zünden oder die Schaltung von ihrer Spannungsversorgung abzutrennen und letztere kurzzuschließen, und daß das digitale Logikteil die Betätigung der beiden Entladungskreise in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen in Abhängigkeit von zwei frequenzmässig und zeitlich korrelierten Eingangssignalen steuert.The solution according to the invention consists in designing a safety ignition circuit in such a way that it has an analog receiving part, a digital logic part and two parallel discharge circuits connected via driver stages, in order to either ignite a detonator or to disconnect the circuit from its voltage supply and short-circuit the latter, and that the digital logic part controls the actuation of the two discharge circuits in successive time intervals depending on two frequency signals which are correlated in terms of frequency and time.

Weiterbildende Merkmale der erfindungsgemäßen Schaltung sind in den Unteransprüchen sowie in der nachstehenden Detailbeschreibung der Schaltung näher erläutert.Further features of the circuit according to the invention are explained in more detail in the subclaims and in the detailed description of the circuit below.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltung wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß innerhalb eines ersten Zeitintervalls keine Zündung möglich ist, um Unfälle auszuschließen, innerhalb eines zweiten Zeitintervalls zu beliebigen Zeitpunkten eine Zündung möglich, aber nicht erforderlich ist, um den jeweiligen Verhältnissen Rechnung zu tragen, und in einem dritten Zeitintervall die Spannungsversorgung dauerhaft abgeschaltet wird, um Unfälle zu vermeiden und zufällige Zündungen sicher auszuschließen.With the circuit according to the invention it is advantageously achieved that no ignition is possible within a first time interval to rule out accidents, ignition is possible at any time within a second time interval, but is not necessary to take account of the respective conditions, and in a third time interval, the power supply is switched off permanently to avoid accidents and to safely rule out accidental ignitions.

Dabei wird in vorteilhafter Weise das selektive Bandpaßverhalten des analogen Empfangsteiles ausgenutzt, das nur auf einen schmalen Frequenzbereich des möglichen Eingangssignales ausgelegt ist, wobei eine eindeutige Verriegelung der Digitalschaltung gegen artfremde Signale gegeben ist. Außerdem bietet die erfindungsgemäße Schaltung den Vorteil einer hohen Betriebssicherheit unter Verwendung von C-MOS-Bauelementen, die im Betrieb wenig Strom brauchen, und einer eine Reihe von Jahren lagerfähigen Energiequelle in Form einer Lithium-Batterie.In this case, the selective bandpass behavior of the analog receiving part is advantageously used, which is only possible over a narrow frequency range Input signals is designed, whereby there is a clear locking of the digital circuit against alien signals. In addition, the circuit according to the invention offers the advantage of a high level of operational reliability using C-MOS components that require little electricity during operation and an energy source in the form of a lithium battery that can be stored for a number of years.

Es ist einsichtig, daß die erfindungsgemäße Zündschaltung sowohl für die verschiedensten Minenvernichtungsladungen als auch für andere Unterwassergeräte einsetzbar ist. Darüber hinaus bestehen selbstverständlich auch andere Verwendungsmöglichkeiten, wenn man z. B. den beim Ausführungsbeispiel verwendeten Schalter einer Wasserdrucksicherung durch einen anderen Schalter ersetzt, bei dessen Schließen die Zündschaltung in Betrieb gesetzt wird. Während die Verwendung der erfindungsgemäßen Zündschaltung mit einer mechanischen Anordnung von Vorstecker und Wasserdrucksicherungen eine geeignete Einsatzart darstellt, ist die erfindungsgemäße Schaltung keinesfalls darauf beschränkt.It is clear that the ignition circuit according to the invention can be used both for a wide variety of mine destruction charges and for other underwater devices. In addition, there are of course other uses, if you z. B. the switch used in the embodiment of a water pressure safety device by another switch, the ignition circuit of which is put into operation when it is closed. While the use of the ignition circuit according to the invention with a mechanical arrangement of pre-plugs and water pressure fuses is a suitable type of use, the circuit according to the invention is by no means restricted to this.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

  • Fig. 1 ein Impulsdiagramm von Ausgangssignalen an zwei Ausgängen eines Teilers zur Erläuterung der Abfolge von Totzeit, Scharfzeit und Batterieentladungszeit bei der erfindungsgemäßen Zündschaltung;
  • Fig. 2. Blockschaltbild zur Erläuterung des Signalflusses bei der erfindungsgemäßen Zündschaltung
  • Fig. 3 eine Bandfiltercharakteristik der bei der Zündschaltung verwendeten Filter im Bandpaßfilter;
  • Fig. 4 ein.Schaltbild des verwendeten selektiven Bandpaßfilters;
  • Fig. 5 eine grafische Darstellung zur Erläuterung des Dämpfungsverlaufes des selektiven Bandpaßfilters nach Fig. 4;
  • Fig.. 6A und 6B ein Schaltbild zur Erläuterung von Einzelheiten der gesamten erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, wobei Fig. 6A Einzelheiten der Baugruppen nach Fig. 2A und Fig. 6B Einzelheiten der Baugruppen nach Fig. 2B zeigt.
The invention is explained below with reference to the description of exemplary embodiments and with reference to the accompanying drawings. The drawing shows in
  • Figure 1 is a timing diagram of output signals at two outputs of a divider to explain the sequence of dead time, arming time and battery discharge time in the ignition circuit according to the invention.
  • Fig. 2. Block diagram to explain the signal flow in the ignition circuit according to the invention
  • 3 shows a band filter characteristic of the filters used in the ignition circuit in the band pass filter;
  • 4 shows a circuit diagram of the selective bandpass filter used;
  • FIG. 5 is a graphical representation to explain the attenuation curve of the selective bandpass filter according to FIG. 4;
  • 6A and 6B show a circuit diagram for explaining details of the entire circuit arrangement according to the invention, FIG. 6A showing details of the modules according to FIG. 2A and FIG. 6B showing details of the modules according to FIG. 2B.

Allgemeine FunktionGeneral function

Die gesamte Zündschaltung der Zünderelektronik wird dadurch aktiviert, daß bei Erreichen einer vorgegebenen Wassertiefe von einigen Metern die Zündschaltung über den Schalter 42 der Wasserdrucksicherung mit der internen Batterie 40 verbunden wird, bei der es sich zweckmäßigerweise um eine Lithium-Batterie handelt. Bei einer Batteriespannung von UBatt fließt im Normalbetrieb ein normaler Laststrom, während im Einschaltaugenblick für etwa 1 Sekunde ein erhöhter, etwa doppelt so großer Laststrom fließt. Dieses Verhalten ist gleichzeitig die Kontrolle für die Funktion des Richtsignalgenerators 26, der dafür sorgt, daß bei Missionsbeginn die digitale Zeitbasis 22 und die übrigen digitalen Baugruppen 24-32 in eine definierte Ausgangsposition gebracht werden. Außerdem wird neben weiteren Sicherheitsmaßnahmen zusätzlich während der ersten Betriebssekunde die Gate-Elektrode des Zünd-Thyristors Thy1 kurzgeschlossen und damit eine Zündung dieses Zünd-Thyristors Thy1 sicher verhindert.The entire ignition circuit of the igniter electronics is activated in that when a predetermined water depth of a few meters is reached, the ignition circuit is connected via the switch 42 of the water pressure safety device to the internal battery 40, which is expediently a lithium battery. With a battery voltage of U Batt , a normal load current flows in normal operation, while an increased, approximately twice as large load current flows for about 1 second at switch-on instant. This behavior is at the same time the control for the function of the directional signal generator 26, which ensures that the digital time base 22 and the other digital assemblies 24-32 are brought into a defined starting position at the start of the mission. In addition to other safety measures, the gate electrode of the firing thyristor Thy1 is also short-circuited during the first operating second, thus reliably preventing the firing of this firing thyristor Thy1.

Mit dem Ende des Richtsignales beginnt die digitale Zeitbasis 22 mit der Erzeugung eines Zeittaktes. Das Impulsdiagramm ist in Fig. 1 dargestellt, in der die logischen Ausgangspegel der beiden verwendeten Ausgänge Q11 und Q12 des Teilers IC7 gegenüber der Zeit aufgetragen sind. Die Gesamt-Missionsdauer besteht somit aus drei Hauptintervallen, nämlich einer Totzeit t1, einer daran anschließenden Scharfzeit t 2 und schließlich einer Batterieentladungszeit t3. Die Erzeugung und Verwendung der in Fig. 1 dargestellten Logiksignale wird nachstehend näher erläutert.With the end of the directional signal, the digital time base 22 begins with the generation of a time clock. The pulse diagram is shown in FIG. 1, in which the logic output levels of the two outputs Q11 and Q12 of the divider IC7 used are plotted against time. The total mission duration thus consists of three main intervals, namely a dead time t 1 , an adjoining arming time t 2 and finally a battery discharge time t 3 . The generation and use of the logic signals shown in FIG. 1 is explained in more detail below.

Während der Totzeit im Zeitintervall t1 kann zwar ein vom Hydrophon 10 empfangenes Schallsignal verstärkt und von den Schmitt-Triggern, die im wesentlichen aus den Transistoren T3 und T5 bzw. T4 und T6 aufgebaut sind, durchgeschaltet werden, jedoch verhindert die digitale Verknüpfungs- und Entscheidungslogik die Abgabe eines Ausgangssignales vom Leistungsinverter I3 des integrierten Schaltkreises IC9 an den Zünd-Thyristor Thy1, so daß eine Zündung in diesem Zeitintervall t1 noch nicht möglich ist.During the dead time in the time interval t 1 , a sound signal received by the hydrophone 10 can be amplified and are switched through by the Schmitt triggers, which are essentially made up of transistors T3 and T5 or T4 and T6, but the digital logic and decision logic prevents the output of an output signal from the power inverter I3 of the integrated circuit IC9 to the ignition Thyristor Thy1, so that ignition is not yet possible in this time interval t 1 .

Während der Scharfzeit im anschließenden Zeitintervall t2 ermöglicht der Eingangsdecoder IC4A in Verbindung mit dem Zeitbasisdecoder IC4B die Vorbereitung des NAND-Gatters G1 im IC8, so daß beim Eintreffen eines korrekten Zündsignales der Leistungsinverter 13 des IC9 durchgeschaltet und damit der Zündvorgang eingeleitet wird. Bleibt aber ein derartiges Zündsignal während der Scharfzeit im Zeitintervall t2 aus, so wird während des anschließenden Zeitintervalles t3 die Batterie 40 entladen und über eine Schmelzsicherung Si die gesamte Auswerte-Elektronik von der Stromversorgung abgetrennt. Eine Zündung ist auf diese Weise unmöglich, während eine Bergung der dazugehörigen Minenvernichtungsladung oder des Unterwasserzünders zwar nach der Missionsdauer möglich, aber nicht erforderlich ist.During the arming time in the subsequent time interval t 2 , the input decoder IC4A in conjunction with the time base decoder IC4B enables the preparation of the NAND gate G1 in the IC8, so that when a correct ignition signal arrives, the power inverter 13 of the IC9 is switched through and the ignition process is initiated. However, if such an ignition signal fails during the time interval t 2 , the battery 40 is discharged during the subsequent time interval t 3 and the entire evaluation electronics is disconnected from the power supply via a fuse Si. Ignition is impossible in this way, although nterwasserzünders possible after the mission duration during a salvage the associated mine destruction charge or U, but is not required.

Analogteil mit Vorverstärker, Bandpaßfilter und Trennverstärker (vgl. Fig. 2 und Fig. 6A)Analog section with preamplifier, bandpass filter and isolation amplifier (see Fig. 2 and Fig. 6A)

Der Analogteil der erfindungsgemäßen Zündschaltung, der im wesentlichen einen Vorverstärker 12, ein Bandpaßfilter 14, einen Trennverstärker 16 sowie ein erstes und ein zweites Selektiv-Filter 18 bzw. 20 aufweist, ist schematisch in Fig. 2 und im einzelnen in Fig. 6A dargestellt.The analog part of the ignition circuit according to the invention, which essentially has a preamplifier 12, a bandpass filter 14, an isolation amplifier 16 and first and second selective filters 18 and 20, is shown schematically in FIG. 2 and in detail in FIG. 6A.

VorverstärkerPreamplifier

Zur Aufnahme der von einem Sender
abgestrahlten, codierten Tonfrequenzsignale wird ein keramischer Druckwandler oder ein Hydrophon 10 verwendet. Das Hydrophon 10 ist bereits unmittelbar am Eingang der Schaltung (vgl. Fig. 6A) mit einem Widerstand R1 beschaltet, um das Ubertragungsmaß zu linearisieren und um die Ausbildung einer statischen Gleichspannung infolge der Eigenkapazität des Hydrophons 10 zu vermeiden.
To record the from a transmitter
emitted, coded audio frequency signals, a ceramic pressure transducer or a hydrophone 10 is used. The hydrophone 10 is already connected to a resistor R1 directly at the input of the circuit (see FIG. 6A) in order to linearize the transmission factor and to avoid the formation of a static DC voltage due to the intrinsic capacity of the hydrophone 10.

Das vom Druckwandler oder Hydrophon 10 empfangene Schallsignal wird dann über den Koppelkondensator C2 -dem invertierenden Eingang des analogen Operationsverstärkers IC1 zugeführt, der das wesentliche Bauteil des Vorverstärkers 12 darstellt. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers IC1 liegt mit zwei hochohmigen Widerständen R3 und R2 symmetrisch zwischen der Masse bzw. der Versorgungsspannung UBatt' während die Versorgungsleitung selbst über zwei Kondensatoren Cl und C15 gegenüber der Masse abgeblockt ist. Zwei Meßpunkte MP5 und MP6 für das empfangene Schallsignal befinden sich an den beiden Enden des Widerstandes R1. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers IC1 liegt über einem Widerstand R 4 und einen Kondensator C3 an Masse.The sound signal received by the pressure transducer or hydrophone 10 is then fed via the coupling capacitor C2 to the inverting input of the analog operational amplifier IC1, which is the essential component of the preamplifier 12. The inverting input of the operational amplifier IC1, with two high-impedance resistors R3 and R2, lies symmetrically between the ground and the supply voltage U Batt ', while the supply line itself has two capacitors C1 and C15 is blocked from the crowd. Two measuring points MP5 and MP6 for the received sound signal are located at the two ends of the resistor R1. The non-inverting input of the operational amplifier IC1 is connected to ground via a resistor R 4 and a capacitor C3.

Die Verstärkung dieser ersten Verstärkerstufe beträgt V1 = 1000 60 dB, entsprechend der gewählten frequenzabhängigen Gegenkopplung des Operationsverstärkers IC1 über den Widerstand R5 und der Reihenschaltung des Widerstandes R4 und des Kondensators C3. Für ein empfangenes Schallsignal hat die Ausgangsspannung des Druckwandlers oder Hydrophons 10 einen Wert U1, so daß am Ausgang des Vorverstärkers 12 ein entsprechend verstärktes Signal mit einem Wert von U2 zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung steht.The gain of this first amplifier stage is V 1 = 1000 60 dB, corresponding to the selected frequency-dependent negative feedback of the operational amplifier IC1 via the resistor R5 and the series connection of the resistor R4 and the capacitor C3. For a received sound signal, the output voltage of the pressure transducer or hydrophone 10 has a value U1, so that a correspondingly amplified signal with a value of U2 is available for further processing at the output of the preamplifier 12.

Das aus dem Widerstand R4 und dem Kondensator C3 bestehende RC-Glied sorgt für eine frequenzabhängige Verstärkung des Ausgangssignals, wobei das Dämpfungsmaß ungefähr 6 dB pro Oktave beträgt. In Verbindung mit dem aus dem Kondensator C2 und dem Widerstand R3 bestehenden RC-Glied bzw. dem Widerstand R1, die miteinander einen Hochpaß bilden, ergibt sich bereits an dieser Stelle ein leichtes Bandpaßverhalten. Der Kondensator C4 dient der Frequenzkompensation des Operationsverstärkers IC1. Der Ausgang des IC1 liegt über einen Widerstand R6 an der Versorgungsspannung und über einen Kondensator C5,The RC element consisting of the resistor R4 and the capacitor C3 provides a frequency-dependent amplification of the output signal, the attenuation measure being approximately 6 dB per octave. In connection with the RC element or the resistor R1 consisting of the capacitor C2 and the resistor R3, which together form a high-pass filter, a slight band-pass behavior already results at this point. The capacitor C4 is used for frequency compensation of the operational amplifier IC1. The output of the IC1 is connected to the supply voltage via a resistor R6 and via a capacitor C5,

einen Widerstand R7 und einen Kondensator C7 am invertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers IC2A des anschließenden Bandpaßfilters 14.a resistor R7 and a capacitor C7 at the inverting input of a first operational amplifier IC2A of the subsequent bandpass filter 14.

BandpaßfilterBandpass filter

Das Bandpaßfilter 14 besteht im wesentlichen aus zwei Operationsverstärkern IC2A und IC2B mit entsprechender Beschaltung, um das bereits im Vorverstärker 12 angestrebte Bandpaßverhaltenmit noch ausgeprägterem Dämpfungsverlauf zu realisieren.The bandpass filter 14 essentially consists of two operational amplifiers IC2A and IC2B with appropriate circuitry in order to implement the bandpass behavior already desired in the preamplifier 12 with an even more pronounced attenuation curve.

Der Ausgang des Operationsverstärkers IC2A ist über einen Widerstand R9 mit dem invertierenden Eingang verbunden sowie über einen Kondensator C6 mit dem Eingang des Kondensators C7 sowie der einen Seite eines Widerstandes R8 verbunden, der auf der anderen Seite an Masse liegt. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers IC2A liegt an der einen Seite eines Widerstandes R10, der auf der anderen Seite über einen Kondensator C8 mit der Masse, über einen Widerstand R12 ebenfalls mit der Masse, über einen Widerstand R14 mit dem nichtinvertierenden Eingang des nächsten Operationsverstärkers IC2B und über einen Widerstand R11 mit der Versorgungsspannung verbunden ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers IC2A liegt über einen Widerstand R13 und einen Kondensator C10 am invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers IC2B des Bandpaßfilters 14. Der Ausgang des Operationsverstärkers IC2B ist über einen Widerstand R16 mit seinem invertierenden Eingang sowie über einen Kondensator C9 mit dem Eingang des Kondensators C10 und der einen Seite eines Widerstandes R15 verbunden, der auf der anderen Seite auf Masse liegt.The output of the operational amplifier IC2A is connected via a resistor R9 to the inverting input and via a capacitor C6 to the input of the capacitor C7 and to one side of a resistor R8 which is connected to ground on the other side. The non-inverting input of the operational amplifier IC2A is on one side of a resistor R10, on the other side via a capacitor C8 to ground, via a resistor R12 also to ground, via a resistor R14 to the non-inverting input of the next operational amplifier IC2B and is connected to the supply voltage via a resistor R11. The output of the operational amplifier IC2A is connected via a resistor R13 and a capacitor C10 to the inverting input of the second operational amplifier IC2B of the bandpass filter 14. The output of the operational amplifier IC2B is via a resistor R16 with its inverting input and via a capacitor C9 with the input of the capacitor C10 and connected to one side of a resistor R15, which is connected to ground on the other side.

Das angestrebte Bandpaßverhalten mit ausgeprägtem Dämpfungsverlauf läßt sich beispielsweise dadurch erreichen, daß man zwei selektive Filter 1. Ordnung in Reihe schaltet, deren Resonanzfrequenzen geringfügig gegeneinander verstimmt sind, was auch als "staggered tuning" bezeichnet wird. Der qualitative Dämpfungsverlauf ist in Fig. 3 dargestellt, in der der Betrag der normierten Verstärkung über der normierten Frequenz aufgetragen ist. Dabei zeigen die Kurven 1 und 2 den Frequenzgang der Einzelfilter, während die stärker ausgezogene Kurve 3 den resultierenden Frequenzgang wiedergibt.The desired bandpass behavior with a pronounced attenuation curve can be achieved, for example, by connecting two selective filters of the 1st order in series, the resonance frequencies of which are slightly out of tune with one another, which is also referred to as "staggered tuning". The qualitative attenuation curve is shown in FIG. 3, in which the amount of the normalized gain is plotted against the normalized frequency. Curves 1 and 2 show the frequency response of the individual filters, while curve 3, which is drawn out more strongly, shows the resulting frequency response.

Man erkennt, daß der in Kurve 3 dargestellte resultierende Frequenzgang in der Nähe der Resonanzfrequenz wesentlich flacher verläuft als der der einzelnen Tiejpaßfilter, jedoch bei höheren und niedrigeren Frequenzen steiler abfällt. Ein für den Ubertragungsbereich optimiertes Bandpaßfilter, wie es bei der gesamten Schaltungsanordnung verwendet wird, ist im einzelnen in Fig. 4 dargestellt.It can be seen that the resulting frequency response shown in curve 3 is substantially flatter in the vicinity of the resonance frequency than that of the individual low-pass filters, but drops more steeply at higher and lower frequencies. A bandpass filter optimized for the transmission range, as used in the entire circuit arrangement, is shown in detail in FIG. 4.

Es ergibt sich der in Fig. 5 dargestellte Dämpfungsverlauf des selektiven Bandpaßfilters gemäß Fig. 4 bzw. 6A.This results in the attenuation curve shown in FIG. 5 of the selective bandpass filter according to FIGS. 4 and 6A.

Unter Verwendung von Bauelementen mit einer maximalen Toleranz von 1 % für die Widerstände R7 bis R13 bzw. von 2,5 % für die Kondensatoren C6 bis C10 ergibt sich eine ausreichend geringe Frequenzänderung über den Temperaturbereich von -20 °C bis +50 °C.Using components with a maximum tolerance of 1% for the resistors R7 to R13 or 2.5% for the capacitors C6 to C10 results in a sufficiently small frequency change over the temperature range from -20 ° C to +50 ° C.

Die in Fig. 5 dargestellte Einsattelung des übertragungsmaßes an den Bandenden beträgt maximal 6 dB und ist in der Praxis unerheblich, da im tatsächlich zur Anwendung gelangenden Bereich die Verstärkung auf + 1 dB konstant ist.The saddling of the transmission dimension at the band ends shown in FIG. 5 is a maximum of 6 dB and is insignificant in practice since the gain is constant at + 1 dB in the area actually used.

TrennverstärkerIsolation amplifier

Das im Vorverstärker 12 verstärkte und im Bandpaßfilter 14 aufbereitete und verstärkte Signal wird über einen Kopplungskondensator C11 an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers IC3 angelegt.The signal amplified in the preamplifier 12 and processed and amplified in the bandpass filter 14 is applied via a coupling capacitor C11 to the inverting input of an operational amplifier IC3.

Die Eingangsseite des Kondensators C11 ist über einen Widerstand R17 mit der Versorgungsspannung verbunden, während der invertierende Eingang des IC3 mit zwei hochohmigen Widerständen R18 und R19 symmetrisch zwischen der Masse und der Versorgungsspannung liegt. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers IC3 liegt über einen Widerstand R20 und einen Kondensator C12 an Masse, so daß der Operationsverstärker IC3 über das RC-Glied R20/C12 schwach frequenzabhängig gegengekoppelt ist. Der Ausgang des IC3 ist über ein Potentiometer P1 mit seinem nicht-invertierenden Eingang verbunden, so daß sich die erforderliche Ausgangsspannung zur Ansteuerung der Schmitt-Trigger in den beiden Selektiv-Filtern 18 und 20 einstellen läßt. Kriterium für das Einhalten der gewählten Empfindlichkeit ist das eindeutige Schalten der Schmitt-Trigger, das für die beiden Frequenzen F1 und F2 an den beiden Meßpunkten MP3 und MP4 am Ausgang der beiden Selektiv-Filter nachweisbar ist. Der Kondensator C13 dient der Frequenzkompensation des Operationsverstärkers IC3. Ferner liegt der Ausgang des Operationsverstärkers IC3 über einen Widerstand R21 an der Versorgungsspannung.The input side of the capacitor C11 is connected to the supply voltage via a resistor R17, while the inverting input of the IC3 with two high-resistance resistors R18 and R19 is symmetrical between the ground and the supply voltage. The non-inverting input of the operational amplifier IC3 is connected to ground via a resistor R20 and a capacitor C12, so that the operational amplifier IC3 is negatively coupled via the RC element R20 / C12 depending on the frequency. The output of the IC3 is connected to its non-inverting input via a potentiometer P1, so that the output voltage required to control the Schmitt trigger in the two selective filters 18 and 20 can be set. criteria to maintain the selected sensitivity is the clear switching of the Schmitt trigger, which is detectable for the two frequencies F1 and F2 at the two measuring points MP3 and MP4 at the output of the two selective filters. The capacitor C13 is used for frequency compensation of the operational amplifier IC3. Furthermore, the output of the operational amplifier IC3 is connected to the supply voltage via a resistor R21.

Sämtliche vier Operationsverstärker IC1, IC2A, IC2B und IC3 sind in üblicher Weise an die Versorgungsspannung UBatt und an Masse angeschlossen (vgl. Fig. 6A).All four operational amplifiers IC1, IC2A, IC2B and IC3 are connected in the usual way to the supply voltage U Batt and to ground (cf. FIG. 6A).

Das am Ausgang des Trennverstärkers 16, also am Ausgang des Operationsverstärkers IC3 vorliegende, nunmehr niederohmige und niederfrequente Ausgangssignal wird über einen Auskoppelkondensator C14 ausgekoppelt und gelangt über ein RC-Tiefpaßglied, das aus einem Widerstand R22 und einem Kondensator C16 besteht, auf die als Begrenzer geschaltete Zenerdiode D1, die bei Erreichen der Zenerspannung das niederfrequente Ausgangssignal begrenzt.The now low-impedance and low-frequency output signal present at the output of the isolating amplifier 16, that is to say at the output of the operational amplifier IC3, is coupled out via a coupling-out capacitor C14 and passes through an RC low-pass element, which consists of a resistor R22 and a capacitor C16, to which are connected as limiters Zener diode D1, which limits the low-frequency output signal when the Zener voltage is reached.

Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, daß bei konstanter Verstärkung bei stärker einfallendem Eingangssignal, etwa bei einer geringen Zünd- und Sprengentfernung, die nachgeschalteten Stimmgabelfilter StG1 und StG2 nicht vor den Schmitt-Triggern übersteuert werden. Das hätte zur Folge, daß die zulässige Schaltbandbreite der Stimmgabelfilter zu sehr von der Nennfrequenz abweichen würde. Auf diese Weise würde ein Teil der erreichten hohen Selektivität wieder eingebüßt.This measure ensures that with constant amplification with a stronger input signal, for example with a short ignition and blasting distance, the downstream tuning fork filters StG1 and StG2 are not overridden before the Schmitt triggers. The result would be that the permissible switching bandwidth of the tuning fork filter would deviate too much from the nominal frequency. In this way, part of the high selectivity achieved would be lost again.

Selektiv-Filter und Schmitt-TriggerSelective filter and Schmitt trigger

Die am Ausgang des Trennverstärkers 16 verfügbare niederfrequente Spannung wird zur weiteren Signalaufbereitung über die beiden Entkopplungswiderstände R23 und R24 den beiden Selektivfilterkanälen für die Codefrequenzen F1 und F2 zugeführt, wo sie getrennt weiterverarbeitet werden können. Die erforderliche hohe Selektivität und übertragungsgüte läßt sich mit relativ geringem Schaltungsaufwand nur über piezo-elektrische Stimmgabelfilter realisieren, die die aufgedruckte Resonanz-Sollfrequenz auf + 1 Hz exakt einhalten.The low-frequency voltage available at the output of the isolating amplifier 16 is fed to the two selective filter channels for the code frequencies F1 and F2 via the two decoupling resistors R23 and R24 for further signal processing, where they can be processed separately. The required high selectivity and transmission quality can only be achieved with relatively little circuitry using piezo-electric tuning fork filters, which exactly maintain the resonance target frequency printed on + 1 Hz.

Den beiden Stimmgabelfiltern StG1 und StG2 ist jeweils ein als Emitterfolger geschalteter Transistor T1 bzw. T2 im Kanal F1 bzw. F2 nachgeschaltet, welche über Auskoppelkondensatoren C19 bzw. C20 jeweils einen Schmitt-Trigger ansteuern, der aus den beiden Transistoren T3 und T5 bzw. T4 und T6 aufgebaut ist. Im Kanal für das Signal F1 liegt die Basis des Transistors T1 über einen Widerstand R25 an der Versorgungsspannung, während der Emitter von T1 über einen Widerstand R27 und einen parallelen Kondensator C17 auf Masse liegt und der Kollektor direkt mit der Versorgungsspannung verbunden ist. Der Kondensator C19 ist eingangsseitig mit dem Emitter von T1 verbunden, liegt ausgangsseitig über die in Sperrichtung geschaltete Diode D2 an Masse und liefert das Ausgangssignal von T1 über die in Durchlaßrichtung geschaltete Diode D4 an die Basis des Transistors T3 des ersten Schmitt-Triggers. Die Basis von T3 liegt über einen Widerstand R29 an der Versorgungsspannung und über einen Kondensator C21 an Masse.The two tuning fork filters StG1 and StG2 are each followed by a transistor T1 or T2 in channel F1 or F2 connected as an emitter follower, which each trigger a Schmitt trigger via coupling capacitors C19 and C20, which trigger consists of the two transistors T3 and T5 and T4 and T6 is built. In the channel for the signal F1, the base of the transistor T1 is connected to the supply voltage via a resistor R25, while the emitter of T1 is connected to ground via a resistor R27 and a parallel capacitor C17 and the collector is connected directly to the supply voltage. The capacitor C19 is connected on the input side to the emitter of T1, is connected to ground on the output side via the reverse-connected diode D2 and supplies the output signal from T1 via the forward-connected diode D4 to the base of the transistor T3 of the first Schmitt trigger. The base of T3 is connected to the supply voltage via a resistor R29 and to ground via a capacitor C21.

Der Kollektor des Transistors T3 liegt über einen Widerstand R31 an der Versorgungsspannung und ist mit seinem eigenen Emitter über einen Kondensator C23 sowie mit der Basis des nachgeschalteten Transistors T5 direkt verbunden. Der Emitter von T3 liegt über einen Widerstand R32 an Masse und ist an den Emitter des nachgeschalteten Transistors T5 angeschlossen. Der Emitter von T5 liegt über den Kondensator C23 an seiner Basis, während sein Kollektor über einen Widerstand R35 an die Versorgungsspannung angeschlossen ist. Am Kollektor von T5 liegt außerdem der Meßpunkt MP3.The collector of the transistor T3 lies over one Resistor R31 on the supply voltage and is directly connected to its own emitter via a capacitor C23 and to the base of the downstream transistor T5. The emitter of T3 is connected to ground via a resistor R32 and is connected to the emitter of the transistor T5 connected downstream. The emitter of T5 is connected to its base via capacitor C23, while its collector is connected to the supply voltage via a resistor R35. The measuring point MP3 is also located at the collector of T5.

Im zweiten Selektiv-Filter liegt die Basis des als Emitterfolger geschalteten Transistors T2 am zweiten Stimmgabelfilter StG2 und über einen Widerstand R26 an der Versorgungsspannung, während der Kollektor von T2 direkt an der Versorgungsspannung liegt. Der Emitter von T2 liegt über eine Barallelschaltung von Widerstand R28 und Kondensator C18 an Masse, während das Ausgangssignal von T2 über den Emitter, den Koppelkondensator C20 und eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode D5 an der Basis des Transistors T4 des zweiten Schmitt-Triggers liegt. Die Ausgangsseite des Kondensators C20 liegt über eine in Sperrichtung geschaltete Diode D3 an Masse. Die Basis von T4 liegt über einen Widerstand R30 an der Versorgungsspannung U Batt und über einen Kondensator C22 an Masse. Der Kollektor von T4 liegt über einen Widerstand R33 an der Versorgungsspannung und direkt an der Basis des Transistors T6 des zweiten Schmitt-Triggers. Zwischen den Kollektor und den Emitter von T4 ist ein Kondensator C24 geschaltet, während der Emitter von T4 über einen Widerstand R34 an Masse liegt und direkt mit dem Emitter des Transistors T6 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors T6 ist über einen Widerstand R36 an die Versorgungsspannung angeschlossen, außerdem bildet der Kollektor von T6 den Meßpunkt MP4 für das Signal F2 mit der zweiten Codefrequenz.In the second selective filter, the base of the transistor T2 connected as an emitter follower is connected to the second tuning fork filter StG2 and via a resistor R26 to the supply voltage, while the collector of T2 is connected directly to the supply voltage. The emitter of T2 is connected to ground via a parallel connection of resistor R28 and capacitor C18, while the output signal from T2 is connected to the base of transistor T4 of the second Schmitt trigger via the emitter, coupling capacitor C20 and a forward-connected diode D5. The output side of the capacitor C20 is connected to ground via a diode D3 switched in the reverse direction. The base of T4 is connected to the supply voltage U Batt via a resistor R30 and to ground via a capacitor C22. The collector of T4 is connected to the supply voltage via a resistor R33 and directly to the base of the transistor T6 of the second Schmitt trigger. A capacitor C24 is connected between the collector and the emitter of T4, while the emitter of T4 is connected to ground via a resistor R34 and is connected directly to the emitter of transistor T6. The collector of transistor T6 is connected to the supply voltage via a resistor R36, and also forms the collector of T6 the measuring point MP4 for the signal F2 with the second code frequency.

Beide Schmitt-Trigger arbeiten mit Schaltverzögerungen im Millisekundenbereich, so daß Störimpulse und Rauschsignale nicht zu einer Fehlauslösung führen können. Somit dient die Maßnahme der Einführung einer Schaltverzögerung der Betriebssicherheit. Nach dem Durchschalten der beiden Schmitt-Trigger mit den Transistoren T3 und T5 bzw. T4 und T6 steht an beiden Meßpunkten MP3 und MP4 jeweils ein Gleichspannungssignal mit einem Pegel von ungefähr 0 V_ an, die als Eingangssignale für den digitalen Logik- und Verknüpfungsteil der Zündschaltung dienen.Both Schmitt triggers work with switching delays in the millisecond range, so that interference pulses and noise signals cannot lead to false tripping. The measure thus serves to introduce a switching delay for operational safety. After switching through the two Schmitt triggers with transistors T3 and T5 or T4 and T6, a DC voltage signal with a level of approximately 0 V_ is present at both measuring points MP3 and MP4, which are used as input signals for the digital logic and logic part of the ignition circuit serve.

Die Einstellung des Trennverstärkers 16 für die nachgeschalteten Selektiv-Filter geschieht in der Weise, daß am Meßpunkt MP5 ein Eingangssignal eingespeist wird, wobei beide Frequenzen F1 und F2 entsprechend der gekennzeichneten Zündercodierung gewählt werden.The setting of the isolating amplifier 16 for the downstream selective filter is done in such a way that an input signal is fed in at the measuring point MP5, both frequencies F1 and F2 being selected in accordance with the marked fuse coding.

Daraufhin wird am Meßpunkt MP3 das Schalten des Schmitt-Triggers mit den Transistoren T3 und T5 für die Frequenz F1 überwacht, während die Verstärkung am Potentiometer P1 eingestellt wird. Ein zunächst anstehendes Gleichspannungssignal mit einem Pegel von U Batt geht beim Schalten des Schmitt-Triggers auf einen Pegel von ungefähr 0 V=. In gleicher Weise wird am Meßpunkt MP4 beim Einspeisen des Eingangssignales mit der Frequenz F2 das Schalten des zweiten Schmitt-Triggers mit den Transistoren T4 und T6 kontrolliert. Damit ist die Einstellung der Verstärkung abgeschlossen, wobei die Gesamtverstärkung der Verstärker-Filterkette gleich der Summe der Verstärkungen der Einzelverstärker ist.Thereupon, the switching of the Schmitt trigger with the transistors T3 and T5 for the frequency F1 is monitored at the measuring point MP3, while the gain is set at the potentiometer P1. An initially applied DC voltage signal with a level of U Batt goes to a level of approximately 0 V = when the Schmitt trigger is switched. In the same way, at the measuring point MP4 when the input signal is fed in with the frequency F2 controls the switching of the second Schmitt trigger with transistors T4 and T6. This completes the setting of the gain, the total gain of the amplifier filter chain being equal to the sum of the gains of the individual amplifiers.

Digitalteil der ZündschaltungDigital part of the ignition circuit

Sämtliche integrierten Schaltkreise IC4A, IC4B, IC5, IC6, IC7, IC8 und IC9 im Digitalteil der Zündschaltung sind in C-MOS-Technik aufgebaut und in herkömmlicher Weise an die Versorgungsspannung UBatt bzw. an Masse angeschlossen, wobei diese Anschlüsse der Deutlichkeit halber in der Zeichnung weggelassen sind. Die im Analogteil verstärkten und gefilterten Signale F1 und F2 werden, wie in Fig. 6B dargestellt, an den beiden Eingängen A und B in den Eingangsdecoder IC4A eingespeist, während das Signal F1 außerdem am vierten Eingang des NAND-Gatters G1 liegt. Die Versorgungsspannung des Eingangsdecoders IC4A ist über einen Kondensator C26 gegenüber Masse abgeblockt. Die Ausgänge QO und Q3 des IC4A sind frei herausgeführt, während der Ausgang Q1 von IC4A mit dem P/S-Steuereingang des Schieberegisters IC5 verbunden ist und der Ausgang Q2 von IC4A mit dem zweiten Eingang des NAND-Gatters G1 verbunden ist.All integrated circuits IC4A, IC4B, IC5, IC6, IC7, IC8 and IC9 in the digital part of the ignition circuit are constructed using C-MOS technology and are connected in a conventional manner to the supply voltage U Batt or to ground, these connections being provided for the sake of clarity the drawing are omitted. The signals F1 and F2, which are amplified and filtered in the analog part, are fed, as shown in FIG. 6B, at the two inputs A and B into the input decoder IC4A, while the signal F1 is also at the fourth input of the NAND gate G1. The supply voltage of the input decoder IC4A is blocked against ground via a capacitor C26. The outputs QO and Q3 of the IC4A are brought out freely, while the output Q1 of IC4A is connected to the P / S control input of the shift register IC5 and the output Q2 of IC4A is connected to the second input of the NAND gate G1.

An den Ausgang RI des Inverters I1 sind der Eingang des Inverters 12, über einen Widerstand R 48 die Basis des Transistors T7, der Takteingang E des Zeitbasisdecoders IC4B, der RücksetzeingangR des Teilers IC7, der Rücksetzeingang R des Teilers IC6 und der Takteingang E des Eingangsdecoders IC4A angeschlossen. Der Ausgang Q12 des Teilers IC6 ist herausgeführt, der Ausgang Q13 des Teilers IC6 ist mit dem Takteingang CL des Schieberegisters IC5 verbunden und der Ausgang Q14 des Teilers IC6 an den Takteingang CL des Teilers IC7 angeschlossen. Die Ausgänge Q11 und Q12 des Teilers IC7 sind mit den Eingängen A bzw. B des Zeitbasisdecoders IC4B verbunden.At the output RI of the inverter I1 are the input of the Inverter 12, via a resistor R 48, the base of transistor T7, the clock input E of the time base decoder IC4B, the reset input R of the divider IC7, the reset input R of the divider IC6 and the clock input E of the input decoder IC4A connected. The output Q12 of the divider IC6 is brought out, the output Q13 of the divider IC6 is connected to the clock input CL of the shift register IC5 and the output Q14 of the divider IC6 is connected to the clock input CL of the divider IC7. The outputs Q11 and Q12 of the divider IC7 are connected to the inputs A and B of the time base decoder IC4B.

Beim Zeitbasisdecoder IC4B sind der Ausgang Q0 herausgeführt, die beiden Ausgänge Q1 und Q2 an die beiden Eingänge des NOR-Gatters G3 angeschlossen und der Ausgang Q3 mit dem vierten Eingang des NAND-Gatters G2 verbunden. Der Ausgang des NOR-Gatters G3 ist mit dem dritten Eingang des NAND-Gatters G2 und mit dem Eingang des Inverters I5 verbunden. Der Ausgang des Inverters I5 liegt einmal am dritten Eingang des NAND-Gatters G1 und zum anderen über einen Widerstand R39 am Meßpunkt MP8, der über einen Kondensator C27 gegenüber Masse abgeblockt ist. Der Ausgang RI des Inverters I2 liegt an den beiden ersten Eingängen des NAND-Gatters G2 sowie an den acht parallelen Dateneingängen PI1 bis PI8 des Schieberegisters IC5. Der Eingang DS des Schieberegisters IC5 liegt auf Masse, seine beiden Ausgänge Q7 und Q8 sind herausgeführt und der Ausgang Q6 ist mit dem ersten Eingang des NAND-Gatters G1 verbunden. Die Ausgänge der beiden NAND-Gatter G1 und G2 liegen an Invertern I3 bzw. I4, welche über Widerstände R40 bzw. R41 die Signale für den Detonatorzündkreis bzw. den Batterieentladekreis liefern. Der Ausgang des Inverters I2 ist über einen Widerstand R42 auf den Eingang des Inverters I1 zurückgeführt.In the time base decoder IC4B, the output Q0 is brought out, the two outputs Q1 and Q2 are connected to the two inputs of the NOR gate G3 and the output Q3 is connected to the fourth input of the NAND gate G2. The output of NOR gate G3 is connected to the third input of NAND gate G2 and to the input of inverter I5. The output of the inverter I5 is on the one hand at the third input of the NAND gate G1 and on the other hand via a resistor R39 at the measuring point MP8, which is blocked against ground via a capacitor C27. The output RI of the inverter I2 is connected to the first two inputs of the NAND gate G2 and to the eight parallel data inputs PI1 to PI8 of the shift register IC5. The input DS of the shift register IC5 is grounded, its two outputs Q7 and Q8 are brought out and the output Q6 is connected to the first input of the NAND gate G1. The outputs of the two NAND gates G1 and G2 are connected to inverters I3 and I4, which deliver the signals for the detonator ignition circuit and the battery discharge circuit via resistors R40 and R41. The output of the inverter I2 is via a Resistor R42 is fed back to the input of inverter I1.

Der Teiler IC6 ist in der angegebenen Weise beschaltet, so daß der Eingang 0 über einen Kondensator C25 und einen Widerstand R37 mit dem Eingang φ und über eine Serienschaltung aus einem Potentiometer P2 und einem Widerstand R38 mit dem Eingang 0 verbunden ist. Der Eingang 0 selbst liegt am Meßpunkt MP7, der als Zeitraffereingang verwendbar ist.The divider IC6 is connected in the manner specified, so that the input 0 via a capacitor C25 and a resistor R37 to the input φ and is connected to input 0 via a series circuit comprising a potentiometer P2 and a resistor R38. Input 0 itself is at measuring point MP7, which can be used as a time-lapse input.

Der Eingangsdecoder IC4A und der Zeitbasisdecoder IC4B sind in Form eines integrierten Schaltkreises ausgebildet und arbeiten gemäß der nachstehend angegebenen Wahrheitstabelle.The input decoder IC4A and the time base decoder IC4B are designed in the form of an integrated circuit and operate according to the truth table given below.

Wahrheitstabelle für die beiden Decoder IC4A und IC4B

Figure imgb0001
Truth table for the two decoders IC4A and IC4B
Figure imgb0001

Eingangs- und Ausgangsfunktionen des DigitalteilesInput and output functions of the digital part

Zwei Eingangsfunktionen werden von den beiden Signalen F1 und F2 gebildet, bei denen es sich um trapezförmige Impulse handelt, die von "L" nach "φ" verlaufen und eine Anstiegszeit von etwa 50 ms, eine Anstiegsverzögerung von etwa 50 ms und eine Abfallzeit von etwa 50 ms aufweisen. Die Impulsdauer beträgt bei ordnungsgemäßer Sendung und ungestörtem Empfang ungefähr 1 Sekunde, der Sendeimpuls kann aber durch Störungen auf dem Ubertragungswege schwankend oder auch zerhackt sein. Trotz der oben angegebenen, bewußt flach eingestellten Flankensteilheit sind die Impulse zur Weiterverarbeitung in den anschließenden C-MOS-Schaltkreisen geeignet. Zwischen den beiden Signalen F1 und F2 liegt eine bestimmte Impulspause.Two input functions are formed by the two signals F1 and F2, which are trapezoidal pulses that run from "L" to "φ" and a rise time of about 50 ms, a rise ver delay of about 50 ms and a fall time of about 50 ms. The pulse duration is approximately 1 second when the transmission is correct and the reception is undisturbed, but the transmission pulse can fluctuate or be chopped due to interference on the transmission path. Despite the above-mentioned, deliberately flat edge steepness, the pulses are suitable for further processing in the subsequent C-MOS circuits. There is a certain pulse pause between the two signals F1 and F2.

Eine weitere Eingangsfunktion stellt die Versorgungs-, spannung oder Batteriespannung UBatt dar, weil aus ihrem Anstieg beim Einschalten der Batterie 40 durch den Schalter 42 der Wasserdrucksicherung das Richtsignal RI abgeleitet wird, das sämtliche Flip-Flops innerhalb der C-MOS-Schaltkreise in ihre Ausgangsposition bringt und außerdem während der Einschwingzeit mit einer Sicherheitsschaltung die Zündfreigabe sperrt.Another input function is the supply, voltage or battery voltage U Batt , because the directional signal RI is derived from its rise when the battery 40 is switched on by the switch 42 of the water pressure safety device, and all flip-flops within the C-MOS circuits are in it Starting position brings and also locks the ignition release with a safety circuit during the settling time.

Die beiden Ausgangsfunktionen des Digitalteiles sind der Zündstrom für den Detonator 38 sowie der Batterieentladestrom der Batterie 40.The two output functions of the digital part are the ignition current for the detonator 38 and the battery discharge current of the battery 40.

Wie eingangs bereits erwähnt, besitzt der Digitalteil der Zündschaltung mehrere Aufgaben. Einmal kontrolliert der Digitalteil, ob die Signale F1 und F2 ungefähr mit der richtigen Impulslänge und der vorgegebenen Zeitfolge erscheinen. Ferner wird der Detonatorzündkreis gesperrt, wenn diese Bedingung nicht erfüllt wird. Außerdem werden die Eingangsfunktionen logisch miteinander verknüpft und die beiden Signale zum Zünden des Zünd-Thyristors Thy1 für den Detonator bzw. des Entlade-Thyristors Thy2 für die Batterie gebildet bzw. diese Signale in Abhängigkeit von den Zeitfunktionen verriegelt. Außerdem werden sämtliche Speicher beim Einschalten der Batterie ausgerichtet und die Ausgangsfunktionen gesperrt. Zur Durchführung dieser verschiedenen Aufgaben werden folgende Zeitfunktionen gebildet:

  • a) Scharfzeit: Freigabe der Zündung des Detonators 38 nach t1 nach dem Schließen des Schalters 42 der Wasserdrucksicherung in einer vorgegebenen Wassertiefe von einigen Metern;
  • b) Ende der Scharfzeit: Sperren der Freigabe der Zündung des Detonators 38 nach t1 + t2 nach dem Schließen des Schalters 42 der Wasserdrucksicherung und Abtrennen der gesamten Zündschaltung von der Batterie 40;
  • c) Entladen der Batterie 40 ebenfalls nach t1 + t2 nach dem Schließen des Schalters 42 der Wasserdrucksicherung;
  • d) Zeitfenster mit 3 Sekunden: Freigabe des Signals zur Zündung des Detonators 38 für etwa 3 Sekunden, wenn das Signal F1 wieder verschwunden ist, so daß der Pegel wieder auf eine Spannung von U Batt ansteigt. In dieses Zeitfenster muß das Signal F2 fallen, damit die Zündbedingung für den Detonator 38 erfüllt ist.
As already mentioned at the beginning, the digital part of the ignition circuit has several tasks. Once the digital part checks whether the signals F1 and F2 appear approximately with the correct pulse length and the specified time sequence. Furthermore, the detonator ignition circuit is blocked if this condition is not met. In addition, the input functions are logically linked to one another and the two signals for firing the ignition thyristor Thy1 for the detonator and the discharge thyristor Thy2 for the battery are formed Signals locked depending on the time functions. In addition, all memories are aligned when the battery is switched on and the output functions are blocked. The following time functions are formed to carry out these various tasks:
  • a) arming time: release of the ignition of the detonator 38 after t 1 after closing the switch 42 of the water pressure safety device in a predetermined water depth of a few meters;
  • b) end of the arming time: blocking the release of the ignition of the detonator 38 after t 1 + t 2 after closing the switch 42 of the water pressure safety device and disconnecting the entire ignition circuit from the battery 40;
  • c) discharging the battery 40 also after t 1 + t 2 after closing the switch 42 of the water pressure safety device;
  • d) Time window with 3 seconds: release of the signal to ignite the detonator 38 for about 3 seconds when the signal F1 has disappeared again, so that the level rises again to a voltage of U Batt . The signal F2 must fall within this time window so that the ignition condition for the detonator 38 is fulfilled.

Die einzelnen Baugruppen der Zündschaltung werden nachstehend im einzelnen erläutert.The individual components of the ignition circuit are explained in detail below.

EingangsdecoderInput decoder

Der Eingangsdecoder IC4A dient zum Abtasten der beiden Signale F1 und F2, die von den beiden Schmitt-Triggern in den beiden Selektiv-Filtern 18 bzw. 20 erzeugt werden. In der nachstehenden Beschreibung wird folgende Schreibweise für die Signale verwendet:

  • F1, F2: logisch "L" (DC-Signal mit 11,2 V )
  • F1, F2: logisch "φ" (Nullsignal).
The input decoder IC4A is used to sample the two signals F1 and F2 by the two Schmitt triggers are generated in the two selective filters 18 and 20. In the description below, the following notation is used for the signals:
  • F1, F2: logic "L" (DC signal with 11.2 V)
  • F1 , F2 : logical "φ" (zero signal).

Die beiden Signale F1 und F2 werden an den Meßpunkten MP3 und MP4 von den Ausgängen der beiden Schmitt-Trigger geliefert, bei denen die Schnittstelle zwischen Analogteile und Digitalteil der Zündschaltung liegt. Die beiden Signale werden einem in C-MOS-Technik aufgebauten Eingangsdecoder IC4A zugeführt, wobei der Eingangscode als 2-Bit-Binärcode aufzufassen ist, d: h. die Logiksignale F1 und F2 gelten als Binärvariable und können in beliebiger Verteilung auftreten. Der Ausgangscode des Eingangsdeco-ders IC4A ist ein 1-aus-4-Code, wobei jeweils einer der vier Ausgänge ein L-Signal führen kann. Der zusätzliche Takteingang E wird nur mit dem Richtsignal RI vom Inverter I1 angesteuert und sperrt sämtliche vier Ausgänge des Eingangsdecoders IC4A während des Einschaltvorganges der Batterie 40.The two signals F1 and F2 are supplied at the measuring points MP3 and MP4 from the outputs of the two Schmitt triggers, at which the interface between the analog parts and the digital part of the ignition circuit is located. The two signals are fed to an input decoder IC4A constructed using C-MOS technology, the input code being to be understood as a 2-bit binary code, i.e. the logic signals F1 and F2 are binary variables and can occur in any distribution. The output code of the input decoder IC4A is a 1-out-of-4 code, whereby one of the four outputs can carry an L signal. The additional clock input E is driven only by the directional signal RI from the inverter I1 and blocks all four outputs of the input decoder IC4A during the switching on process of the battery 40.

Wie Fig. 6B zeigt, werden nur die beiden Ausgänge Q1 und Q2 des IC4A verwendet, wobei Q1 dann aktiv wird und ein L-Signal führt, wenn F1 auf dem φ-Pegel ist, d.h. wenn die Frequenz F1 vom Sender abgestrahlt worden ist und der Analogteil als Empfangsteil den Schwingungszug ordnungsgemäß aufgenommen, selektiert und verstärkt hat.As FIG. 6B shows, only the two outputs Q1 and Q2 of the IC4A are used, with Q1 then becoming active and carrying an L signal when F1 is at the φ level, ie when the frequency F1 has been emitted by the transmitter and the analog part as the receiving part has properly picked up, selected and amplified the oscillation train.

Aufgrund der oben angegebenen Wahrheitstabelle des Eingangsdecoders IC4A existiert die weitere Bedingung, daß nicht gleichzeitig mit F1 auch F2 anliegen darf. Umgekehrt gilt für die nächste Phase der Signalübertragung, daß das Signal F1 wieder verschwunden sein muß, bevor das Signal F2 kommt. In diesem Falle wird der Ausgang Q2 des Eingangsdecoders IC4A aktiv, während alle anderen Ausgänge ein 0-Signal führen. Bei richtigem Empfang der Signale F1 und F2 mit den entsprechenden Frequenzen erscheint zuerst ein L-Signal am Ausgang Q1 mit der Aussage "F1 und F2", darauf wechselt das L-Signal zum Ausgang Q2 und bedeutet dann "F1 und F2". Fehlen beide Signale F1 und F2 mit den entsprechenden Frequenzen oder treten beide Signale gleichzeitig auf, so sind die beiden Ausgänge Q1 und Q2 beide auf φ-Pegel.Due to the truth table of the input decoder IC4A given above, there is the further condition that not at the same time F1 also F2 may apply. Conversely, the signal over applies to the next phase carry that the signal F1 must have disappeared again before the signal F2 comes. In this case, output Q2 of the input decoder IC4A becomes active, while all other outputs carry a 0 signal. If signals F1 and F2 are received correctly with the corresponding frequencies, an L signal appears at output Q1 with the statement "F1 and F2", then the L signal changes to output Q2 and then means "F1 and F2". If both signals F1 and F2 are missing with the corresponding frequencies or if both signals occur simultaneously, the two outputs Q1 and Q2 are both at φ level.

RichtsignalgeneratorDirectional signal generator

Im Richtsignalgenerator 26 (vgl. Fig.6B) bilden die beiden in Reihe geschalteten Inverter I1 und 12 als C-MOS-Buffer-Inverter im IC9 mit positiver Rückkopplung über den Widerstand R42 zusammen mit einem Vorwiderstand R43 einen Schmitt-Trigger. Dieser Schmitt-Trigger kontrolliert die Ladespannung des Kondensators C30, der zweckmäßigerweise als Tantalelektrolytkondensator ausgebildet ist. Beim Einschalten der Zündschaltung über den Schalter 42 der Wasserdrucksicherung wird der Kondensator C30 über den Ladewiderstand R46 auf die Versorgungsspannung UBatt aufgeladen. Die Aufladezeitkonstante liegt etwa bei 1/2 Sekunde.In the directional signal generator 26 (see FIG. 6B), the two inverters I1 and 12 connected in series form a C-MOS buffer inverter in IC9 with positive feedback via resistor R42 together with a series resistor R43, a Schmitt trigger. This Schmitt trigger controls the charging voltage of the capacitor C30, which is expediently designed as a tantalum electrolytic capacitor. When the ignition circuit is switched on via the switch 42 of the water pressure fuse, the capacitor C30 is charged to the supply voltage U Batt via the charging resistor R46. The charging time constant is approximately 1/2 second.

Der nachgeschaltete Schmitt-Trigger kippt ca. 1 Sekunde nach dem Einschalten. Der Ausgang RI bleibt während dieser Zeit auf φ-Pegel und springt dann auf L-Pegel (RI-Signal). Der komplementäre Ausgang RI geht unmittelbar nach dem Einschalten auf L-Pegel und kippt ca. 1 Sekunde später auf den φ-Pegel zurück. Beide Signale werden im Digitalteil der Zündschaltung verwendet, und zwar folgendermaßen:The downstream Schmitt trigger tips about 1 second after switching on. The output RI remains at φ level during this time and then jumps to L level (RI signal). The complementary output RI goes to L level immediately after switching on and tilts back to the φ level about 1 second later. Both Signals are used in the digital part of the ignition circuit, as follows:

Das Signal RI bringt sämtliche Flip-Flops des BinärUntersetzers in die Nullage und sperrt den Eingangsdecoder IC4A und den Zeitbasisdecoder IC4B über die Takteingänge E während der Richtzeit. Außerdem liefert das Signal RI das Ansteuersignal für die Basis des Transistors T7 für die Funktion einer Kurzschlußschaltung, die dafür sorgt, daß für die Zeit der Richtsignalerzeugung der Zünd-Thyristor Thy1: gesperrt bleibt.The signal RI brings all flip-flops of the binary converter into the zero position and blocks the input decoder IC4A and the time base decoder IC4B via the clock inputs E during the target time. In addition, the signal RI supplies the drive signal for the base of the transistor T7 for the function of a short-circuit which ensures that the firing thyristor Thy1: remains blocked for the time of the directional signal generation.

Das Signal RI hält die parallelen Dateneingänge PI1 bis PI8 des Schieberegisters IC5, das zur Erzeugung des 3 Sekunden langen Zeitfensters dient, für ca. 1 Sekunde auf dem 0-Pegel. Gleichzeitig sperrt das Signal RI für 1 Sekunde das NAND-Gatter G2, so daß kein Zünden des Entlade-Thyristors Thy2 möglich ist.The signal RI holds the parallel data inputs PI1 to PI8 of the shift register IC5, which is used to generate the 3-second time window, for about 1 second at the 0 level. At the same time, the signal RI blocks the NAND gate G2 for 1 second, so that no firing of the discharge thyristor Thy2 is possible.

Mit dem Abklingen des Signals RI und des dazu komplementären Signals RI werden der Eingangsdecoder IC4A und der Zeitbasisdecoder IC4B sowie das am Ausgang liegende NAND-Gatter G2 für die Zündung des Entlade-Thyristors Thy2 entriegelt.Gleichzeitig wird der Kurzschluß der Gate-Elektrode als Zündelektrode des Zünd-Thyristors Thy1 für den Detonator 38 aufgehoben und sämtliche BinärUntersetzer in den Teilern IC6 und IC7 freigegeben. Die parallelen Dateneingänge PI1 - PI8 des Schieberegisters IC5, das als Zeitfenster 28 arbeitet, werden auf .L-Pegel gelegt. Die gesamte Zündschaltung ist damit in Betrieb und nicht mehr von den Signalen RI bzw. RI abhängig.With the decay of the signal RI and the complementary signal RI, the input decoder IC4A and the time base decoder IC4B as well as the NAND gate G2 at the output for the ignition of the discharge thyristor Thy2 are unlocked Ignition thyristors Thy1 canceled for the detonator 38 and all binary converters in the dividers IC6 and IC7 released. The parallel data inputs PI1 - PI8 of the shift register IC5, which works as a time window 28, are set to .L level. The entire ignition circuit is thus in operation and is no longer dependent on the signals RI or RI.

ZeitfensterTime window

Die Funktion des Zeitfensters 28 wird mit einem 8-stufigen,statischen C-MOS-Schieberegister IC5 realisiert, bei dem die acht parallelen Dateneingänge PI1 bis PI8 nach dem Einschaltvorgang ständig auf L-Pegel liegen. Der einzige serielle Dateneingang, nämlich der Eingang DS des IC5 liegt fest auf 0-Pegel. Die drei Ausgänge Q6, Q7 und Q8 der drei letzten Flip-Flops des Schieberegisters IC5 sind herausgeführt, es wird jedoch nur der Ausgang Q6 verwendet, um den Zeitfenster-Impuls weiterzugeben.The function of the time window 28 is realized with an 8-stage, static C-MOS shift register IC5, in which the eight parallel data inputs PI1 to PI8 are constantly at the L level after the switch-on process. The only serial data input, namely the DS input of the IC5, is permanently at the 0 level. The three outputs Q6, Q7 and Q8 of the last three flip-flops of the shift register IC5 are brought out, but only the output Q6 is used to pass on the time window pulse.

Der Takteingang CL des Schieberegisters IC5 wird ständig mit symmetrischen Rechteckimpulsen versorgt, die von dem nachstehend näher beschriebenen Taktsystem der digitalen Zeitbasis 22 geliefert werden. Die Impulsfolgefrequenz beträgt 2,2755 Hz, was einer Periodendauer von 0,44 Sekunden entspricht. Der Parallel-Seriell-Steuereingang P/S bestimmt die Funktion des Schieberegisters IC5.The clock input CL of the shift register IC5 is constantly supplied with symmetrical rectangular pulses, which are supplied by the clock system of the digital time base 22, which is described in more detail below. The pulse repetition frequency is 2.2755 Hz, which corresponds to a period of 0.44 seconds. The parallel-serial control input P / S determines the function of the shift register IC5.

Liegt am Steuereingang P/S des IC5 ein Signal mit L-Pegel so arbeitet das Schieberegister IC5 im Parallelbetrieb, d. h. es arbeitet asynchron, und parallele Operation besitzt Priorität.If there is a signal at the L level at the control input P / S of the IC5, the shift register IC5 works in parallel operation, i. H. it works asynchronously and parallel operation has priority.

Liegt am Steuereingang P/S des Schieberegisters IC5 ein Signal mit 0-Pegel, so arbeitet das Schieberegister IC5 in seriellem Betrieb, d.h. synchron mit den Taktimpulsen am Takteingang CL.If there is a signal with 0 level at the control input P / S of the shift register IC5, the shift register IC5 operates in serial mode, i.e. synchronized with the clock pulses at the clock input CL.

Der Steuereingang P/S des Schieberegisters IC5 wird vom Ausgang Q1 des Eingangsdecoders IC4A angesteuert (vgl. Fig. 6B). Das Schieberegister IC5 schaltet auf Parallelbetrieb, wenn der Ausgang Q1 des IC4A auf L-Pegel geht, d.h. dann, wenn von der Schaltung das Signal "F1"und "F2" empfangen wird. In diesem Falle geht der Ausgang Q6 des Schieberegisters IC5 auf L-Pegel und bleibt so lange auf L-Pegel wie das Signal "F1 und F2" ansteht.The control input P / S of the shift register IC5 is driven by the output Q1 of the input decoder IC4A (cf. FIG. 6B). The shift register IC5 switches to parallel operation when the output Q1 of the IC4A goes low, ie when the signals "F1" and "F2" are received by the circuit. In this case the output Q6 goes of the shift register I C 5 at L level and remains at L level as long as the signal "F1 and F2" is present.

Wenn nach ca. einer Sekunde das Signal F1 wieder verschwindet, schaltet der Ausgang Q1 des Eingangsdecoders IC4A wieder auf '0-Pegel, so daß das Schieberegister IC5 über den Steuereingang P/S wieder auf seriellen Betrieb umschaltet. Mit dem nächsten Taktimpuls am Takteingang CL wird eine logische "φ" in das erste Flip-Flop des Schieberegisters IC5 "geschoben", da der serielle Dateneingang oder Steuereingang DS, wie bereits erwähnt, ständig auf φ-Pegel liegt. Mit den positiven Flanken der folgenden Taktimpulse schiebt sich die Front der Signale mit φ-Pegel von Flip-Flop zu Flip-Flop weiter. Beim sechsten Taktimpuls erreicht das Signal den Ausgang Q6 des Schieberegisters IC5. Auf diese Weise wird der als Zeitfenster bezeichnete Impuls erzeugt, der folgende Dauer aufweist:

Figure imgb0002
TF1 wird in der Ausgangsverknüpfung zur Zündung des Detonators 38 ausgeblendet, so daß die Dauer des Zeitfensters zwischen 2,2 und 2,64 Sekunden liegt. Die Toleranzbreite erklärt sich daraus, daß die positiven Flanken der Taktimpulse asynchron zum Signal F1 sind, ihre Phasenlage ist rein zufällig. Die nächste Flanke beim übergang von 0-Pegel auf L-Pegel nach dem Verschwinden des Signals F1 kann unmittelbar darauf oder erst nach 0,44 Sekunden kommen.If after a second the signal F1 disappears again, the output Q1 of the input decoder IC4A switches back to '0 level, so that the shift register IC5 switches back to serial operation via the control input P / S. With the next clock pulse at the clock input CL, a logical “φ” is “pushed” into the first flip-flop of the shift register IC5, since the serial data input or control input DS, as already mentioned, is constantly at φ level. With the positive edges of the following clock pulses, the front of the signals with φ level shifts from flip-flop to flip-flop. With the sixth clock pulse, the signal reaches the output Q6 of the shift register IC5. In this way, the pulse called the time window is generated, which has the following duration:
Figure imgb0002
T F1 is hidden in the output link for firing the detonator 38, so that the duration of the time window is between 2.2 and 2.64 seconds. The tolerance range is explained by the fact that the positive edges of the clock pulses are asynchronous to the signal F1, their phase position is purely random. The next edge at the transition from 0 level to L level after the disappearance of the signal F1 can come immediately after or only after 0.44 seconds.

Die Impulsbreite des Zeitfenster-Impulses ist neben dieser für digitale Zählschaltungen üblichen Toleranz nur von der Genauigkeit der Oszillatorfrequenz von 2,2755 Hz abhängig, auf die nachstehend im Zusammenhang mit der digitalen Zeitbasis 22 näher eingegangen werden soll. Der Ausgangsimpuls am Ausgang Q6 des Schieberegisters IC5 liegt am ersten Eingang des NAND-Gatters G1 für die Ausgangsverknüpfung der Zündung des Detonators 38.The pulse width of the time window pulse is dependent on this tolerance, which is customary for digital counter circuits, only on the accuracy of the oscillator frequency of 2.2755 Hz, which will be discussed in more detail below in connection with the digital time base 22. The Output pulse at the output Q6 of the shift register IC5 is at the first input of the NAND gate G1 for the output combination of the ignition of the detonator 38.

Digitale ZeitbasisDigital time base

Das Taktsystem der Zündschaltung besteht aus einem RC-Oszillator mit nachgeschaltetem 26-Bit-Binäruntersetzer (2 = 67.108.864) und einem Decoder, der die beiden letzten Bits der Teilerkette auswertet.The timing system of the ignition circuit consists of an RC oscillator with a 26-bit binary reducer (2 = 67. 108 .8 6 4) and a decoder that evaluates the last two bits of the divider chain.

Der RC-Oszillator ist Bestandteil eines in C-MOS-Technik ausgebildeten Teilers IC6 mit 14 hintereinandergeschalteten Flip-Flops, die einen Binäruntersetzer 1 : 16 384 bilden, der Betrieb ist asynchron (ripplecarry). Die Nullstellung des Teilers IC6 erfolgt über einen gemeinsamen Rücksetz-Eingang R, und zwar mit dem oben bereits erläuterten Richtsignal RI vom Inverter 11. Der mit dem Binäruntersetzer integrierte RC-Oszillator wird durch das Trimmpötentiometer P2 abgestimmt, wobei der Gesamtlastwiderstand durch die Meßanordnung am Meßpunkt MP7 dabei 1 MΩ beträgt. Der Clock-Eingang oder Takteingang des ersten Flip-Flops des Teilers IC6 ist herausgeführt und mit "0" bezeichnet. Durch Anlegen einer fremden Rechteck-Impulsfolge an den Meßpunkt MP7 und damit an den Takteingang kann der Oszillator übersteuert werden, so daß die eigene RC-Beschaltung unwirksam ist. Der nachfolgende Binäruntersetzer verarbeitet Frequenzen bis ca. 8 MHz.The RC oscillator is part of a divider IC6 which is designed in C-MOS technology and has 14 flip-flops connected in series, which form a binary coaster 1: 16 384, the operation is asynchronous (ripple-carry). The zeroing of the divider IC6 takes place via a common reset input R, with the directional signal RI from the inverter 11 already explained above. The RC oscillator integrated with the binary coaster is tuned by the trimming potentiometer P2, the total load resistance being determined by the measuring arrangement at the measuring point MP7 is 1 MΩ. The clock input or clock input of the first flip-flop of the divider IC6 is brought out and labeled "0". The oscillator can be overridden by applying an external rectangular pulse sequence to the measuring point MP7 and thus to the clock input, so that the own RC circuit is ineffective. The following binary coaster processes frequencies up to approx. 8 MHz.

Zum Test des in der Zündschaltung enthaltenen Taktprogramms läßt sich z. B. eine Fremdfrequenz im MHz-Bereich über den Meßpunkt MP7 in den Takteingang einspeisen, der die Taktzeit auf wenige Sekunden verkürzt, um lange Wartezeiten während der Prüfung und Einstellung zu vermeiden, d. h. man arbeitet im Zeitrafferbetrieb am Meßpunkt MP7. Von Wichtigkeit ist hierbei, daß das steuernde Rechtecksignal keinesfalls symmetrisch um den Nullpunkt verlaufen darf, sondern etwa 10 VSS, von Masse beginnend,betragen soll. Hierbei ist zu beachten, daß negative Spannungen von≤ 0,7 Volt am Meßpunkt MR7 den Teiler IC6 zerstören können.To test the clock program contained in the ignition circuit, z. B. feed an external frequency in the MHz range via the measuring point MP7 into the clock input, which shortens the clock time to a few seconds, to avoid long waiting times during the test and setting, ie you work in time-lapse mode at measuring point MP7. It is important here that the controlling square-wave signal should never run symmetrically around the zero point, but should be approximately 10 V SS , starting from ground. Please note that negative voltages of ≤ 0.7 volts at measuring point MR7 can destroy the divider IC6.

Der letzte Ausgang Q14 des 14-stufigen Binäruntersetzers im Teiler IC6 gibt eine Rechteckfrequenz von 1,13775 Hz an den nachgeschalteten 12-stufigen Binäruntersetzers des Teilers IC7 ab (18641 : 16384). Dieser Teiler IC7 teilt die Rechteckfrequenz nochmals im Verhältnis 1 : 4096, d. h. durch den Wert 212, so daß an seinem letzten Ausgang eine Rechteckfrequenz von 2,7777 . 10 -4 Hz abgegriffen werden kann.The last output Q14 of the 14-stage binary reducer in the divider IC6 outputs a square-wave frequency of 1.13775 Hz at the downstream 12-stage binary reducer of the divider IC7 (18641: 16384). This divider IC7 divides the square frequency once again in a ratio of 1: 4096, ie by the value 2 12 , so that at its last output a square frequency of 2.7777. 1 0 - 4 H z can be tapped.

Aus der gesamten Teilerkette, die aus den beiden Teilern IC6 und IC7 besteht, werden folgende Frequenzen und Zeiten abgegriffen und ausgewertet:

Figure imgb0003
Die Frequenz von 2,2755 Hz dient als Taktfrequenz am Takteingang CL für das Schieberegister IC5. Die beiden anderen Frequenzen an den beiden Ausgängen Q11 und Q12 des Teilers IC7 werden zur Auswertung dem Zeitbasisdecoder IC4B an seinen beiden Eingängen A und B zugeführt. Der Eingangscode des Zeitbasisdecoders IC4B ist ein 2-Bit-Binärcode, sein Ausgangscode ist ein 1-aus-4-Code. Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Impulsdiagramm ergeben sich am Ausgang des Zeitbasisdecoders die drei Zeitbereiche t1, t2 und t3' wie sich der nachfolgenden Tabelle entnehmen läßt.
Figure imgb0004
Während der Zeit t1 nach dem Einschalten der Zündschaltung sind die beiden NAND-Gatter G1 und G2 am Ausgang des digitalen Logikteiles 24 in den beiden Zündkanälen für die Zündung des Detonators 38 einerseits und die Entladung der Batterie 40 andererseits gesperrt. Der einzige Ausgang des Zeitbasisdecoders IC4B, der ein Signal mit L-Pegel führt, nämlich 00, wird nicht benutzt. Nach Ablauf von t1 wechselt das Signal mit L-Pegel auf den Ausgang Q1 des Zeitbasisdecoders IC4B über. Dieses Signal mit L-Pegel geht dann auf den Ausgang Q2 und schließlich nach t1 + t2 nach dem Einschalten auf den Ausgang Q3 des Zeitbasisdecoders IC4B, wobei die Ausgänge Q1, Q2 und Q3 zur Ausgangsverknüpfung des digitalen Logikteiles 24 geführt werden.The following frequencies and times are tapped and evaluated from the entire divider chain, which consists of the two dividers IC6 and IC7:
Figure imgb0003
The frequency of 2.2755 Hz serves as the clock frequency at the clock input CL for the shift register IC5. The other two frequencies at the two outputs Q11 and Q12 of the divider IC7 are fed to the time base decoder IC4B at its two inputs A and B for evaluation. The input code of the time base decoder IC4B is a 2-bit binary code, its output code is a 1-out-of-4 code. According to the pulse diagram shown in FIG. 1, the three time ranges t 1 , t 2 and t 3 ' result at the output of the time base decoder, as can be seen from the table below.
Figure imgb0004
During the time t 1 after switching on the ignition circuit, the two NAND gates G1 and G2 at the output of the digital logic part 24 in the two ignition channels for the ignition of the detonator 38 on the one hand and the discharge of the battery 40 on the other hand are blocked. The only output of the time base decoder IC4B which carries an L-level signal, namely 00, is not used. After t 1 has elapsed, the signal with L level changes to output Q1 of the time base decoder IC4B. This signal with L level then goes to the output Q2 and finally after t 1 + t 2 after switching on to the output Q3 of the time base decoder IC4B, the outputs Q1, Q2 and Q3 leading to the output combination of the digital logic part 24.

Ausgangsverknüpfungen zur Zündung des Detonators bzw. zum Entladen der BatterieOutput links to ignite the detonator or discharge the battery

Zur Ansteuerung des Zünd-Thyristors Thy1, der die Zündung des Detonators 38 auslöst, sind insgesamt vier Bedingungen zu erfüllen:

  • a) Ein Zeitintervall von t1 ist nach dem Einschalten der Zündschaltung vergangen: Es liegt ein Signal mit L-Pegel am dritten Eingang des NAND-Gatters G1 im IC8.
  • b) Ein Signal F1 ist empfangen worden: Damit liegt ein Signal mit L-Pegel am ersten Eingang des NAND-Gatters G1 des IC8 für die Dauer des Signales F1 und ein Intervall von ungefähr 2,4 Sekunden an.
  • c) Das Signal F1 ist wieder verschwunden: Es liegt ein Signal mit L-Pegel am vierten Eingang des NAND-Gatters G1 des IC8 an.
  • d) Unmittelbar nach dem Verschwinden des Signals F1 wird ein Signal F2 empfangen: Es liegt ein Signal mit L-Pegel am zweiten Eingang des NAND-Gatters G1 des IC8 an.
To control the trigger thyristor Thy1, which triggers the ignition of the detonator 38, a total of four conditions must be met:
  • a) A time interval of t 1 has passed after the ignition circuit has been switched on: there is a signal with an L level at the third input of the NAND gate G1 in the IC8.
  • b) A signal F1 has been received: This means that a signal with an L level is present at the first input of the NAND gate G1 of the IC8 for the duration of the signal F1 and an interval of approximately 2.4 seconds.
  • c) The signal F1 has disappeared again: there is a signal with an L level at the fourth input of the NAND gate G1 of the IC8.
  • d) Immediately after the disappearance of the signal F1, a signal F2 is received: a signal is present L level at the second input of the NAND gate G1 of the IC8.

Am Ausgang des vierfachen NAND-Gatters G1 des IC8 im digitalen Logikteil 24 entsteht ein Signal mit φ-Pegel, wenn die genannten vier Bedingungen erfüllt sind. Aus diesem Signal mit 0-Pegel erzeugt der nachgeschaltete Inverter 13 ein Signal mit L-Pegel, d.h. ein Signal zur Zündung des Zünd-Thyristors Thy1 des Detonators 38. Dieses Signal mit L-Pegel wird der Gate-Elektrode als Zündelektrode des Zünd-Thyristors Thy1 zugeführt, wo es zusätzlich noch einer Verknüpfung mit dem Richtsignal RI vom Inverter I1 unterliegt. Der Transistor T7, dessen Basis über einen Basis-Spannungsteiler mit den beiden Widerständen R48 und R49 angesteuert wird, schließt die Gate-Elektrode während der Richtzeit kurz.At the output of the quadruple NAND gate G1 of the IC8 in the digital logic part 24, a signal with a φ level is produced if the four conditions mentioned are fulfilled. The downstream inverter 13 generates an L-level signal from this 0-level signal, i.e. a signal for firing the firing thyristor Thy1 of the detonator 38. This L-level signal is fed to the gate electrode as the firing electrode of the firing thyristor Thy1, where it is also subject to a link to the directional signal RI from the inverter I1. The transistor T7, whose base is driven by a base voltage divider with the two resistors R48 and R49, short-circuits the gate electrode during the target time.

Zur Ansteuerung des Entladungs-Thyristors Thy2 für die Batterieentladung müssen folgende drei Bedingungen erfüllt sein:

  • a) Die Erzeugung des Richtsignales RI ist abgeschlossen: Es liegt ein Signal mit L-Pegel an den ersten beiden Eingängen des NAND-Gatters G2 von ICB.
  • b) Die Ausgänge Q1 und Q2 des Zeitbasisdecoders IC4B führen ein Signal mit 0-Pegel. Das nachgeschaltete NAND-Gatter G3 im IC8 erzeugt daraus ein Signal mit L-Pegel am dritten Eingang des NAND-Gatters G2, aus dem ein nachgeschalteter Inverter 15 ein Signal mit φ-Pegel für das vierfache NAND-Gatter G1 des IC8 an dessen drittem Eingang macht und damit im digitalen Logikteil 24 im IC8 die beiden NAND-Gatter G1 und G2 gegeneinander verriegelt.
  • c) Der Ausgang Q3 des Zeitbasisdecoders IC4B führt ein Signal mit L-Pegel, d. h. es ist 3. t1, insgesamt die Zeit t1 + t2, seit dem Augenblick des Einschaltens vergangen.
The following three conditions must be met to control the discharge thyristor Thy2 for battery discharge:
  • a) The generation of the directional signal RI is complete: there is a signal with an L level at the first two inputs of the NAND gate G2 from ICB.
  • b) The outputs Q1 and Q2 of the time base decoder IC4B carry a signal with 0 level. The downstream NAND gate G3 in the IC8 generates an L-level signal at the third input of the NAND gate G2, from which a downstream inverter 15 generates a φ-level signal for the quadruple NAND gate G1 of the IC8 at its third input makes and thus interlocks the two NAND gates G1 and G2 in the digital logic part 24 in IC8.
  • c) The output Q3 of the time base decoder IC4B carries a signal with an L level, that is to say 3. t 1 , in total the time t1 + t 2 , has passed since the moment of switching on.

Auf diese Weise liegt am Ausgang des zweiten NAND-Gatters G2 im IC8 ein Signal mit φ-Pegal an, das durch einen nachgeschalteten Inverter 14 zu einem Signal mit L-Pegel umgewandelt und dann zur Zündung des Entlade-Thyristors Thy2 zur Batterieentladung verwendet wird.In this way, a signal with a φ level is present at the output of the second NAND gate G2 in the IC8, which signal is converted into a signal with an L level by a downstream inverter 14 and is then used to ignite the discharge thyristor Thy2 for battery discharge.

Detonator-ZündkreisDetonator ignition circuit

Das Ausgangssignal des Inverters 13 der ersten Treiberstufe 30 im IC9 wird einem RC-Filter, der aus dem Widerstand R40 und dem Kondensator C28 besteht, zur Ableitung von Störspitzen zugeführt. Mit dem Ausgangssignal vom Inverter 13 wird dann über einen Längswiderstand R44 und eine in Durchlaßrichtung betriebene Diode D8 die Gate-Elektrode als Zündelektrode des Zünd-Thyristors Thy1 im Zündkreis des Detonators 38 unmittelbar angesteuert. Die Leistungs-Diode D8 bringt einen zusätzlichen Sicherheits-Schwellwert von ungefähr 0,65 V in den Zündkreis.The output signal of the inverter 13 of the first driver stage 30 in the IC9 is fed to an RC filter, which consists of the resistor R40 and the capacitor C28, for deriving interference peaks. With the output signal from the inverter 13, the gate electrode as the ignition electrode of the ignition thyristor Thy1 in the ignition circuit of the detonator 38 is then driven directly via a series resistor R44 and a diode D8 operated in the forward direction. The power diode D8 brings an additional safety threshold of approximately 0.65 V into the ignition circuit.

Anodenseitig ist an den Thyristor Thy1 ein Kondensator C33, zweckmäßigerweise ein Tantal-Elektrolyt-Kondensator, angeschlossen, der von der Batterie 40 über den Widerstand R58 auf die Versorgungsspannung von U Batt aufgeladen ist. Diesem Kondensator C33 entnimmt die Anode des Zünd-- thyristors Thy1 den Zündstrom für den Detonator 38, wobei der Kondensator C33 den erforderlichen Stromstoß sicherstellt. Der Detonator 38 selbst liegt im Kathodenkreis des Zünd-Thyristors Thy1 gegen Masse. Parallel zum Detonator 38 liegt zum Ableiten von Thyristor-Sperrströmen der Widerstand R56 gegen Masse, während die Kathode des Thyristors Thy1 selbst an Meßpunkt MP9 liegt. Die Gate-Elektrode des Thyristors Thy1 liegt über einen Widerstand R54 sowie einen parallel dazu geschalteten Kondensator C32 an Masse, um eventuelle positive Störspitzen an der Gate-Elektrode des Zünd-Thyristors Thy1 abzuleiten.A capacitor C33, expediently a tantalum electrolytic capacitor, is connected to the thyristor Thy1 on the anode side and is charged by the battery 40 to the supply voltage of U Batt via the resistor R58. The anode of the ignition thyristor Thy1 takes the ignition current for the detonator 38 from this capacitor C33, the capacitor C33 ensuring the required current surge. The detonator 38 itself lies in the cathode circuit of the ignition thyristor Thy1 to ground. In parallel with the detonator 38, the resistor R56 is connected to ground to discharge thyristor reverse currents, while the cathode of the thyristor Thy1 itself lies at measuring point MP9. The gate electrode of the thyristor Thy1 is connected to ground via a resistor R54 and a capacitor C32 connected in parallel with it, in order to discharge any positive interference peaks at the gate electrode of the ignition thyristor Thy1.

Wie bereits erwähnt, sorgt der parallel zu dem Widerstand R54 und dem Kondensator C32 geschaltete Transistor T7, der mit seinem Emitter direkt auf Masse, mit seinem Kollektor einerseits direkt an der Gate-Elektrode des Zünd-Thyristors Thy1 und andererseits über die Diode D8, den Widerstand R44 und das RC-Glied aus R40 und C22 am Ausgang des Inverters 13 liegt, dafür, daß der Transistor T7 während des Einschaltvorganges der Schaltung, über das Signal RI vom Inverter I1., eine Kurzschlußfunktion ausübt und die Sperrung des Zünd-Thyristors Thy1 gewährleistet.As already mentioned, the transistor T7 connected in parallel with the resistor R54 and the capacitor C32, which has its emitter connected directly to ground, with its collector on the one hand directly at the gate electrode of the ignition thyristor Thy1 and on the other hand via the diode D8 Resistor R44 and the RC element from R40 and C22 are at the output of inverter 13, for the fact that transistor T7 has a short-circuit function during the switching-on process of the circuit, via signal RI from inverter I1., And the blocking of the firing thyristor Thy1 guaranteed.

BatterieentladekreisBattery discharge circuit

Das Ausgangssignal.des Inverters 14 der zweiten Treiberstufe 32 im IC9 durchläuft, ähnlich wie beim Detonator- zündkreis, ein RC-Filter, das aus dem Widerstand R41 und dem Kondensator C29 besteht. Das Signal läuft von dort aus als Zündimpuls für den Entlade-Thyristor Thy2 über einen Widerstand R45 und eine Zenerdiode D7 zur Gate-Elektrode als Zündelektrode des Entlade-Thyristors Thy2, wobei die Zenerdiode D7 mit einer Zenerspannung von 5,1 V zur Anhebung der Thyristor-Zündschwelle sorgt.The output signal of the inverter 14 of the second driver stage 32 in the IC9 passes through an RC filter, similar to the detonator ignition circuit, which consists of the resistor R41 and the capacitor C29. From there, the signal runs as an ignition pulse for the discharge thyristor Thy2 via a resistor R45 and a Zener diode D7 to the gate electrode as the ignition electrode of the discharge thyristor Thy2, the Zener diode D7 having a Zener voltage of 5.1 V to raise the thyristor Ignition threshold ensures.

Die Gate-Elektrode des Entlade-Thyristors Thy1 liegt über einen Ableitwiderstand R47 an Masse, während parallel zu R47 ein Kondensator C31, zweckmässigerweise ein Tantal-Elektrolyt-Kondensator, geschaltet ist, um eventuelle Störspitzen kurzzuschließen. Die Kathode des Entlade-Thyristors Thy1 liegt im Gegensatz zum Zünd-Thyristor Thy1 direkt an Masse, während zur besseren Ableitung der im Entlade-Thyristor Thy2 entstehenden Verlustleistung der Thyristor auf einem Kühlkörper montiert ist.The gate electrode of the discharge thyristor Thy1 is connected to ground via a bleeder resistor R47, while a capacitor C31, expediently a tantalum electrolytic capacitor, is connected in parallel with R47 in order to short-circuit any interference peaks. The cathode of the discharge In contrast to the ignition thyristor Thy1, thyristor Thy1 is connected directly to ground, while the thyristor is mounted on a heat sink for better dissipation of the power loss that occurs in the discharge thyristor Thy2.

Die Entladung der Batterie 40 erfolgt über vier parallel geschaltete Widerstände R50 bis R53, die etwa einen Gesamtwiderstand von 11 Ohm besitzen. Der Entlade-Thyristor Thy2 bleibt gezündet und entlädt die Batterie 40 mit einem Anfangsentladestrom im Amperebereich. Die übrige Zündschaltung wird beim Zünden des Entlade-Thyristors Thy2 stromlos, da gleichzeitig die als Trägsicherung ausgebildete Schmelzsicherung Si über eine Reihenschaltung zum Durchschmelzen gebracht wird, die aus einer Diode D9 und einem Widerstand R55 besteht.The battery 40 is discharged via four resistors R50 to R53 connected in parallel, which have a total resistance of approximately 11 ohms. The discharge thyristor Thy2 remains fired and discharges the battery 40 with an initial discharge current in the amp range. The rest of the ignition circuit is de-energized when the discharge thyristor Thy2 is fired, since at the same time the fuse Si, which is designed as a carrier fuse, is melted through a series circuit consisting of a diode D9 and a resistor R55.

Vom Zeitpunkt des Schließens des Schalters 42 der Wasserdrucksicherung an sorgt der Lastwiderstand R57 für eine konstante Belastung, damit auch beim Unterschreiten des Haltestromes des Entlade-Thyristors Thy2 während der Entladephase der Vorgang der Batterieentladung nicht vorzeitig unterbrochen wird.From the time the switch 42 of the water pressure safety device is closed, the load resistor R57 ensures a constant load, so that the battery discharge process is not interrupted prematurely even when the holding current of the discharge thyristor Thy2 is undershot during the discharge phase.

WirkungsweiseMode of action

Wie in den beiden Fig. 2A und 2B angedeutet, werden die Signale vom Hydrophon 10 empfangen und durchlaufen den Vorverstärker 12, das Bandpaßfilter 14, den Trennverstärker 16 sowie die beiden Selektiv-Filter 18 und 20, die die beiden Signale F1 und F2 liefern, die als Logiksignale im digitalen Logikteil weiterverarbeitet werden, das an einen Richtsignalgenerator 26, ein Zeitfenster 28 sowie eine digitale Zeitbasis 22 angeschlossen ist und die Verknüpfungs- und Entscheidungslogik enthält, welche, in Abhängigkeit von den vom Hydrophon 10 empfangenen Eingangssignalen,die erste Treiberstufe 30 oder die zweite Treiberstufe 32 mit einem Ausgangssignal versorgt, das entweder über einen Zündkreis 34 den Detonator 38 zündet oder im Entladekreis 36 für die Abtrennung der Versorgungsspannung sowie die Entladung der Batterie 40 sorgt. In der Praxis wird die oben beschriebene Zündschaltung mit dem Schalter 42 der Wasserdrucksicherung an die Batterie 40 angeschlossen und damit in Betrieb gesetzt, wenn vorher der Vorstecker und die Wasserdrucksicherungen nach dem Zwangsfolge-Entriegelungsprinzip entsichert worden sind. Sobald dieser Anschluß der Zündschaltung an die Batterie 40 erfolgt ist, beginnt die Totzeit t1 des Zünders, so daß ein Einsatzfahrzeug, das eine mit der Zündschaltung versehene Zündladung an den Einsatzort gebracht hat, sich ohne weiteres entfernen kann, da eine Zündung des Detonators 38 in diesem Zeitintervall nicht möglich ist.As indicated in the two FIGS. 2A and 2B, the signals are received by the hydrophone 10 and pass through the preamplifier 12, the bandpass filter 14, the isolation amplifier 16 and the two selective filters 18 and 20, which deliver the two signals F1 and F2, which are further processed as logic signals in the digital logic part, which is connected to a directional signal generator 26, a time window 28 and a digital time base 22 and contains the logic and decision logic, which, depending on the input signals received by the hydrophone 10, the first driver stage 30 or the second driver stage 32 is supplied with an output signal which either ignites the detonator 38 via an ignition circuit 34 or in the discharge circuit 36 for the disconnection of the supply voltage and the discharge of the battery 40. In practice, the ignition circuit described above is connected to the battery 40 with the switch 42 of the water pressure safety device and is thus put into operation if the pin and the water pressure safety devices have previously been unlocked according to the forced sequence unlocking principle. As soon as this connection of the ignition circuit to the battery 40 has taken place, the dead time t 1 of the igniter begins, so that an emergency vehicle which has brought an ignition charge provided with the ignition circuit to the place of use can easily move away, since an ignition of the detonator 38 is not possible in this time interval.

Nach dieser Totzeit t1 beginnt die Scharizeit t2 der Zündschaltung, während der der Zünder durch codierte Signale mit entsprechenden Frequenzen gezündet werden kann. Dabei werden Schiffsgeräusche oder Detonationsstöße in oder über dem Wasser von der Auswertelektronik der Zündschaltung als nicht codierte Signale erkannt und unterdrückt. Aus diesem Grunde kann in einem Operationsgebiet gleichzeitig mit einer Vielzahl von Zündern mit Zündschaltungen in dieser Art gearbeitet werden, da der Zündercode in der Auswertelektronik der Zündschaltung unterschiedlich vorgegeben und der den Auslöseimpuls liefernde Sender auf die einzelnen Zündercodes eingestellt werden kann.After this dead time t 1 , the share time t 2 of the ignition circuit begins, during which the detonator can be ignited by coded signals with corresponding frequencies. In this case, ship noises or detonation impacts in or above the water are recognized and suppressed by the evaluation electronics of the ignition circuit as non-coded signals. For this reason, it is possible to work with a plurality of detonators with ignition circuits in this way at the same time in an operation area, since the detonator code can be specified differently in the evaluation electronics of the ignition circuit and the transmitter providing the triggering pulse can be set to the individual detonator codes.

Wenn während der Scharfzeit t2, also bis t + t2 nach Einschaltbeginn der Zündschaltung, kein Zündsignal in der Zündschaltung auftritt, wird über einen Entladekreis 36 mit dem Thyristor Thy2 die im Zünder mitgeführte Batterie 40 mit einem Entladestrom im Amperebereich entladen. Gleichzeitig wird der Auswerteteil der Zündschaltung, also der Analogteil zur Selektion der Eingangssignale, sowie der gesamte Detonator-Zündkreis über die Schmelzsicherung Si von der Batterie 40 abgetrennt, während der zur Entladung der Batterie 40 verwendete Entlade-Thyristor Thy2 auch nach der Entladezeit t3 durchgeschaltet bleibt. Wird der Haltestrom von ungefähr 10 Milliampere unterschritten, so sorgt der Entladewiderstand R57 für eine Entladung der Batterie 40 bis zu ihrer völligen Erschöpfung.If no ignition signal occurs in the ignition circuit during the arming time t 2 , that is to say t + t 2 after the start of the ignition circuit, the battery 40 carried in the igniter is discharged with a discharge current in the ampere range via a discharge circuit 36 with the thyristor Thy2. At the same time, the evaluation part of the ignition circuit, that is Analog part to the selection of the input signals, as well as the entire detonator ignition circuit separated from the battery 40 via the fuse Si, while the discharge thyristor Thy2 used for discharging the battery 40 remains switched through even after the discharge time t 3 . If the holding current falls below about 10 milliamperes, the discharge resistor R57 discharges the battery 40 until it is completely exhausted.

Bei der oben beschriebenen Zündschaltung werden zweckmäßigerweise C-MOS-Bauelemente verwendet, die zwar ein relativ langsames Schaltverhalten im Mikrosekundenbereich besitzen, jedoch für den vorliegenden Zweck völlig ausreichen und darüber hinaus den Vorteil bieten, daß sie die Batterie nicht unnötig belasten, weil die einzelnen Bauteile praktisch nur im Schaltaugenblick für einige/us nennenswerten Strom ziehen.In the ignition circuit described above, C-MOS components are expediently used, which have a relatively slow switching behavior in the microsecond range, but are completely sufficient for the present purpose and also offer the advantage that they do not unnecessarily load the battery because the individual components practically only in the switching moment for some / us draw significant electricity.

BezugszeichenlisteReference symbol list

Figure imgb0005
Figure imgb0005

Claims (12)

1. Sicherheits-Zündschaltung für Unterwasserzünder, bei der ein Signal aus einem Schallfrequenzbereich verwendet wird, um die Zündung auszulösen, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein analoges Empfangsteil (10-20), ein digitales Logikteil (22-28) sowie zwei über Treiberstufen (30, 32) angeschlossene, parallele Entladungskreise (34, 38, Thy1; 36, Thy2) aufweist, um wahlweise einen Detonator (38) zu zünden oder die Schaltung von ihrer Spannungsversorgung (40) abzutrennen und letztere kurzzuschließen, und daß das Logikteil (22-28) die Betätigung der beiden Entladungskreise (34, 38, Thy1; 36, Thy2) in aufeinander folgenden Zeitintervallen (t1, t2' t3) in Abhängigkeit von zwei frequenzmäßig und zeitlich korrelierten Eingangssignalen (F1, F2) steuert.1. Safety ignition circuit for underwater detonators, in which a signal from a sound frequency range is used to trigger the ignition, characterized in that it has an analog receiving part (10-20), a digital logic part (22-28) and two via driver stages ( 30, 32) connected, parallel discharge circuits (34, 38, Thy1; 36, Thy2) in order to either ignite a detonator (38) or to disconnect the circuit from its voltage supply (40) and short-circuit the latter, and that the logic part (22 -28) the actuation of the two discharge circuits (34, 38, Thy1; 36, Thy2) in successive time intervals (t 1 , t 2 ' t 3 ) as a function of two in frequency and controls time-correlated input signals (F1, F2). 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das analoge Empfangsteil (10-20) hintereinander ein Hydrophon (10), einen Vorverstärker (12), einen Bandpaßfilter (14), einen Trennverstärker (16) sowie zwei parallel geschaltete Selektivfilter (18, 20) aufweist, welche an ihren Ausgängen (MP3, MP4) Signale mit Logikpegel (F1, F2) zur Verarbeitung im digitalen Logikteil (22-28) liefern.2. Circuit according to claim 1, characterized in that the analog receiving part (10-20) one behind the other a hydrophone (10), a preamplifier (12), a bandpass filter (14), an isolation amplifier (16) and two selective filters connected in parallel (18th , 20), which deliver at their outputs (MP3, MP4) signals with logic level (F1, F2) for processing in the digital logic part (22-28). 3. Schaltung nach.Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das analoge Empfangsteil (10-20) zwei parallele Selektivfilter (18, 20) besitzt, die in ihrem jeweiligen Filterkanal in Serienschaltung jeweils ein Stimmgabelfilter (StG1 bzw. StG2) einen Emitterfolger (T1 bzw. T2) und einen Schmitt-Trigger (T3, T5 bzw. T2, T4) aufweisen.3. Circuit according to Claim 1 or 2, characterized in that the analog receiving part (10-20) has two parallel selective filters (18, 20), each of which has a tuning fork filter (StG1 or StG2) in its respective filter channel in series connection (T1 or T2) and a Schmitt trigger (T3, T5 or T2, T4). 4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektivfilter (18, 20) über zwei Widerstände (R23, R24) entkoppelt sind und piezoelektrische Stimmgabelfilter (StG1, StG2) aufweisen, die die aufgeprägte Resonanzfrequenz auf 1 Hertz genau einhalten.4. A circuit according to claim 3, characterized in that the selective filters (18, 20) are decoupled via two resistors (R23, R24) and have piezoelectric tuning fork filters (StG1, StG2) which comply with the impressed resonance frequency to 1 Hertz. 5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das digitale Logikteil (22-28) einen Richtsignalgenerator (26) zur Nullstellung der Zeitschaltung, eine digitale Zeitbasis (22) zur Erzeugung eines Zeittaktes und ein Zeitfenster (28) zur Abtastung von zeitlich und frequenzmässig korrelierten, codierten Empfangssignalen (F1, F2) aufweist.5. Circuit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the digital logic part (22-28) a directional signal generator (26) for zeroing the time circuit, a digital time base (22) for generating a clock pulse and a time window (28) for Sampling of coded received signals (F1, F2) correlated in time and frequency. 6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das digitale Logikteil (22-28) an seinem Ausgang zwei parallele Treiberstufen (G1, I3; G2, 14) aufweist, die jeweils einen Thyristor (Thy1, Thy2) zur Zündung des Detonators (38) bzw. zum Abtrennen der Versorgungsspannung und Entladen der Batterie (40) steuern.6. Circuit according to one of claims 1 to 5, characterized in that the digital logic part (22-28) at its output two parallel driver stages (G1, I3; G2, 14), each of which controls a thyristor (Thy1, Thy2) for igniting the detonator (38) or for disconnecting the supply voltage and discharging the battery (40). 7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das digitale Logikteil (22 - 28) einen Teiler (IC6, IC7) sowie eine nachgeschaltete Verknüpfungslogik (G1, G2, G3, 15) aufweist, die nacheinander in einem ersten Zeitintervall (t1) beide Entladungskreise sperren, in einem zweiten Zeitintervall (t2) den Detonatorzündkreis (34) freigeben und den Batterieentladekreis (36) sperren und in einem dritten Zeitintervall (t3) den Detonatorzündkreis (34) und das analoge Empfangsteil (10-20) abtrennen und die Batterie (40) entladen.7. Circuit according to one of claims 1 to 6, characterized in that the digital logic part (22 - 28) has a divider (IC6, IC7) and a downstream logic logic (G1, G2, G3, 15), which are successively in a first Time interval (t 1 ) block both discharge circuits, release the detonator ignition circuit (34) in a second time interval (t 2 ) and block the battery discharge circuit (36) and in a third time interval (t 3 ) the detonator ignition circuit (34) and the analog receiver (10 -20) disconnect and discharge the battery (40). 8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltung durch Schließen eines Schalters (42) einer Wasserdrucksicherung an die Versorgungsspannung anschließbar ist und daß beim Schließen des Schalters (42) das digitale Logikteil (22-28) eine definierte Anfangsstellung einnimmt und eine Totzeit im ersten Zeitintervall (t1) startet.8. Circuit according to one of claims 1 to 7, characterized in that the circuit can be connected to the supply voltage by closing a switch (42) of a water pressure safety device and that when the switch (42) is closed, the digital logic part (22-28) has a defined one Assumes the initial position and a dead time in the first time interval (t 1 ) starts. 9. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgänge (13, 14) vom digitalen Logikteil (22-28) jeweils mit einer Gate-Elektrode der Thyristoren (Thy1, Thy2) verbunden sind und diese bei Vorliegen eines vorgegebenen Ausgangssignales durchschalten.9. Circuit according to one of claims 1 to 8, characterized in that the outputs (13, 14) from the digital logic part (22-28) are each connected to a gate electrode of the thyristors (Thy1, Thy2) and these in the presence of a switch through the specified output signals. 10. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß an die Gate-Elektrode des Zünd-Thyristors (Thy1) für den Detonator (38) ein Transistor (T7) angeschlossen ist, der im Einschaltaugenblick der Schaltung eine Kurzschlußstrecke bildet und damit ein Durchschalten des Zünd-Thyristors (Thy1) ausschließt.10. Circuit according to one of claims 1 to 9, characterized in that a transistor (T7) is connected to the gate electrode of the ignition thyristor (Thy1) for the detonator (38), which in the eyes view of the circuit forms a short-circuit path and thus excludes switching of the ignition thyristor (Thy1). 11. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß das gesamte Logikteil (22-32) aus C-MOS-Bauelementen besteht.11. Circuit according to one of claims 1 to 10, characterized in that the entire logic part (22-32) consists of C-MOS components. 12. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Versorgungsspannung von einer Lithium-Batterie (40) geliefert wird.12. Circuit according to one of claims 1 to 11, characterized in that the supply voltage is supplied by a lithium battery (40).
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