ES2267352B1 - Sistema electronico de detonacion y procedimiento de funcionamiento de dicho sistema. - Google Patents
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Abstract
Sistema de detonación electrónico y procedimiento de operación de dicho sistema. El sistema de detonación incorpora medios de comunicación (3) a tres hilos para direccionamiento secuencial y automático de los detonadores (4) conectados, medios de selección (11) para el citado direccionamiento automático y secuencial de los detonadores (4), medios de inhibición (14) de los medios de disparo (15) del detonador (4), medios de comprobación (13) de la carga de los medios de disparo (15), y medios de comprobación (17) de la cerilla pirotécnica (18). El procedimiento de operación consta de seis grandes fases operativas, instalación de la línea de tiro, encendido de la unidad de programación y disparo (1), y conexionado y carga de los condensadores de alimentación autónoma de los detonadores (4), direccionamiento secuencial y automático, asignación de retardos, armado y disparo.
Description
Sistema electrónico de detonación y
procedimiento de funcionamiento de dicho sistema.
La invención se refiere a un sistema electrónico
de detonación de cargas explosivas para uso en actividades de
cantería o minería, así como el correspondiente procedimiento de
operación, supervisión y control de tal sistema.
Es objeto de la invención proporcionar un
sistema electrónico y un procedimiento de operación del mismo, que
permitiendo desde un punto de vista práctico la utilización de
detonadores iguales en toda la operación, representa de forma
considerable un aumento en la seguridad de la instalación y
programación, en la facilidad de fabricación, logística e
instalación, así como una elevada fiabilidad de todo el sistema
gracias al diálogo establecido con cada detonador.
En la mayor parte de trabajos con explosivos, en
particular para la fragmentación de rocas o masas de rocas, es
habitual formar una línea o anillo de orificios sobre los que
colocar las correspondientes cargas explosivas, y por cada carga
disponer un detonador asociado que puede ser activado de forma
remota por parte de un equipo o estación remoto de control de la
detonación.
Tal detonación se realiza para cada carga según
una secuencia temporal precisa, a fin de mejorar el rendimiento del
trabajo del explosivo y controlar mejor sus efectos. Dicha
secuencia puede variar en función de una serie de factores como por
ejemplo, la naturaleza de la roca y la separación entre los
orificios de las cargas explosivas.
En los sistemas existentes, los diversos tiempos
de retardo entre las explosiones de las cargas se obtienen por un
procedimiento pirotécnico a nivel de los mismos detonadores. Los
detonadores son iniciados simultáneamente por un equipo explosor
que suministra una cierta energía eléctrica a una línea de disparo
que conecta en serie o en paralelo dichos detonadores.
Sin embargo, estos sistemas hasta ahora
conocidos y empleados, manifiestan un problemática muy concreta,
cual es la necesidad de programar previamente cada carga explosiva
en el momento de su fabricación, para posteriormente en la fase de
implantación en campo leer tal información in situ en cada
barreno con un lector portátil, mediante por ejemplo tensión, un
código de barras, etc.
Esto lógicamente representa dificultades o
problemáticas añadidas como por ejemplo la mayor complejidad en la
fabricación, en el almacenaje, en el tiempo de instalación en
campo, etc..., y todo ello derivado de la necesidad de fabricar
cargas preprogramadas con diferentes intervalos de activación,
redundando en su conjunto, como se señala, en una mayor complejidad
en diversas de las fases de su vida útil así como en el coste final
de todo el proceso, tanto por material como por necesidad de mano
de obra.
A este respecto son conocidos en el estado de la
técnica diversos y variados sistemas que implementan este tipo de
soluciones con la problemática inherente comentada.
La Patente Europea
EP-A-0.434.883 de esta misma
titular, ya contemplaba un sistema de secuenciación electrónica
para detonación de cargas explosivas, cuya principal innovación
consistía en combinar una parte analógica de generación y
suministro de corriente, con una parte digital consistente en un
microprocesador con memoria no volátil incorporada. Esta
realización permitía realizar la implementación en etapas que
permitían maximizar la seguridad y control de la operación.
El detonador incluía medidas de seguridad tales
como, programación a baja tensión de los detonadores, protecciones
contra fenómenos o parásitos eléctricos no deseados por medio de
interruptores que cortocircuitaban y aislaban la resistencia de la
cerilla de disparo, sistemas para detectar el normal
funcionamiento, medios para comprobar la conexión de cada carga,
etc..
Por último cabe destacar también la Patente
US-4.674.047. En esta se proponen unos detonadores,
equipados con medios electrónicos que le permiten dialogar con una
unidad de mando exterior, provistos de un condensador cuya carga
activa la carga explosiva, y cuyos tiempos de retardo pueden ser
programados in situ, habiendo sido previamente atribuido un
código de identificación a cada detonador, por ejemplo en
fábrica.
Cuando tiene lugar una secuencia de disparo, los
detonadores reciben de la unidad de mando unas órdenes
sucesivamente de carga del citad condensador, y después de disparo,
reenviando estos, a la unidad de mando, informaciones que permiten
a esta unidad controlar el buen desarrollo de la secuencia de
disparo. A tal efecto, los detonadores estaban provistos de una
inteligencia local a base de un microprocesador y unas memorias no
volátiles para almacenaje de los tiempos de retardo atribuidos.
El sistema y procedimiento que se preconizan han
sido concebidos para resolver de forma plenamente satisfactoria la
problemática anteriormente referida, en base a una solución
sencilla y eficaz, ya que supera los inconvenientes de los
dispositivos o sistemas conocidos en base a la utilización de
detonadores iguales, y supera también a los sistemas mencionados en
el ámbito de la seguridad de la instalación, de la propia
seguridad de los artificieros, y de la facilidad y sencillez de la
misma.
Más concretamente, el sistema de la invención
consta básicamente de dos elementos, una unidad de programación y
disparo (UPD) y una serie de detonadores.
La unidad de programación y disparo (UPD)
permite establecer las secuencias de funcionamiento de los
detonadores, mediante un entorno de programación sencillo y fiable,
una vez realizada la instalación completa de los detonadores, y a
su vez la alimentación de los mencionados detonadores a los que
estará conectada.
El detonador es el elemento que inicia la carga
explosiva, conectándose a la unidad de programación, ejecutando las
órdenes que se le trasmiten según la secuencia de disparo, y
confirmando la recepción de las mismas.
Cada detonador se direcciona secuencialmente,
mediante el cableado de conexión, lo que elimina la necesidad de
una dirección grabada previamente y permitiendo la utilización de
una solo modelo de detonador, o lo que es los mismo, que todos los
detonadores sean idénticos.
El conexionado se realiza mediante un bus de
tres hilos, dos de alimentación y el tercero para el
direccionamiento secuencial, de cada detonador al siguiente. De
este modo, de cada detonador parte una manguera de 4 hilos, de
longitud suficiente, terminada en dos conectores de tres contactos,
que permiten la conexión con los detonadores, anterior y posterior,
formándose de esta forma el conexionado en serie de los
detonadores.
Como se ha señalado, este sistema de conexionado
faculta el direccionamiento automático y secuencial de los
detonadores para su programación posterior.
La comunicación se establece mediante un
protocolo serie, con auto-comprobación de cada
comando enviado, tanto para el envío de mensajes desde la unidad de
programación y disparo (UPD), como para la
respuesta-confirmación emitida por los
detonadores.
Los conectores utilizados son estancos y
fiables, en función de las difíciles condiciones en las que van a
ser utilizados (tierra, barro, agua, etc.).
La alimentación del sistema se suministra con
baterías recargables apropiadas desde la unidad de programación y
disparo (UPD), dotadas de elementos de seguridad y control de
intensidad.
Una característica importante, es la capacidad o
autonomía de cada detonador para funcionar sin alimentación con la
temporización máxima programable, de modo que la rotura del cable
de alimentación al explosionar la primera carga no impedirá el
funcionamiento correcto de las demás.
En cuanto a la programación del tiempo de
retardo de los detonadores conectados, el sistema prevé tres modos
de realización:
- \bullet
- Manual, con la introducción particular de retardos para cada detonador,
- \bullet
- Secuencial, unitaria o por grupos, y
- \bullet
- Secuencial en modo serie, con intervalos fijos o variables.
La unidad de programación y disparo (UPD)
permite la programación de los detonadores, según la configuración
de funcionamiento deseada, mediante un software interactivo de
máxima fiabilidad (redundancia de software, comprobaciones
reiteradas, ...).
La comunicación entre la unidad de programación
y disparo (UPD) y los detonadores se establece mediante un
protocolo con diferentes mensajes, y que en diversos casos implica
la contestación-confirmación del detonador. De este
modo, se comprueba constantemente el funcionamiento correcto de la
línea de conexionado y de cada detonador.
En lo referente al modo o procedimiento de
operación destacar que la labor del artificiero se simplifica de
forma notable, de manera que su labor se limita a la introducción
de cada detonador de forma indiscriminada al ser todos iguales,
conectarlos en serie, y por último, conectarlos a la unidad de
programación y disparo.
Una vez realizada la conexión y sin haber
alimentado eléctricamente a los detonadores se abandona la zona a
demoler, y desde la unidad de programación y disparo (UPD), se
configura en cada detonador el intervalo de tiempo asignado de
acuerdo con la secuencia de explosión diseñada al efecto. Cualquier
problema en el conexionado o en algún detonador es detectado de
forma específica, permitiendo volver al área de detonadores y
reparar la avería, previa desconexión de la alimentación
eléctrica.
Establecida la secuencia de detonación completa,
se procede según la secuencia operativa habitual a la demolición
del área definida.
Finalmente destacar a modo de conclusión que el
sistema de acuerdo a las implementaciones de diseño realizadas
presenta las siguientes características:
- \bullet
- Sistema compuesto por unidad de programación y disparo (UPD) y elementos detonadores.
- \bullet
- Conexionado en serie y rápido de múltiples detonadores a la unidad de programación.
- \bullet
- Modelo único de detonador que simplifica su producción, suministro y montaje.
- \bullet
- Direccionamiento secuencial y automático de los detonadores desde la unidad de programación mediante bus de tres hilos.
- \bullet
- Programación de los detonadores con las secuencias/temporizaciones de funcionamiento oportunas desde la unidad de programación y disparo, y
- \bullet
- Software de operación para ordenador, versátil, bajo entorno interactivo y de fácil manejo.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, de acuerdo con un ejemplo
preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como
parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde
con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
La figura 1.- Muestra una representación general
de los elementos principales del sistema de acuerdo con el objeto
de la presente invención.
La figura 2.- Muestra un esquema de conexionado
de un detonador, su manguera de salida y los correspondientes
conectores.
La figura 3.- Muestra un diagrama de bloques de
todos los medios y circuitos con que cuenta cada detonador (4).
La figura 4.- Dividida en 4A, 4B y 4C, muestra
finalmente un diagrama de flujo del procedimiento de operación del
sistema de detonación electrónico objeto de la invención en sus dos
posibles extremos, en la unidad de programación y en el
detonador.
Como se puede ver en las figuras referidas, en
particular en la figura 1, el sistema de la invención comprende de
forma general una unidad de programación y disparo (UPD) (1)
alimentada por baterías recargables, que puede conectarse para su
configuración a un ordenador (2), y de la que cuelgan en serie por
medio de un bus (3) a 3 hilos, las unidades detonadoras (4).
Dicho bus (3) dedica dos de los hilos a la
alimentación de toda la línea, y un tercero para el
direccionamiento secuencial y automático de los detonadores (4)
desde la unidad de programación y disparo (1).
En la figura 2 se aprecia como de los
detonadores (4) parte una manguera de cuatro hilos (3'), que se
bifurca en dos conectores (5) y (6) de tres contactos, macho y
hembra respectivamente, para la conexión a los detonadores anterior
y posterior también respectivamente.
El detonador (4), tal y como se representa en la
figura 3, se constituye por medio de un microprocesador (7) sobre
el que recae el mayor peso del sistema en cuanto a control y
supervisión se refiere y que se encuentra apoyado por los
siguientes medios,
- Alimentación (8) directa desde la unidad de programación y disparo (1) por medio del bus (3), Medios de alimentación autónoma (9) materializados en condensadores en paralelo,
- Medios de comunicación (10) con la unidad de programación y disparo (1) por medio del bus (3),
- Medios de selección (11) del detonador a efectos de programación, control y supervisión,
- Base de tiempos (12) a base de un cristal de cuarzo,
- Medios de inhibición (14) de los medios de disparo (15),
- Medios de disparo (15),
- Medios de comprobación de la carga (13),
- Circuito de orden de disparo (16),
- Cerilla pirotécnica (18), y
- Medios de comprobación (17) de la cerilla pirotécnica.
En base a esta arquitectura, se puede apreciar
como una de las principales implementaciones del sistema, el
direccionamiento automático y secuencial de todos los detonadores
(4), se consigue a través del diálogo personalizado entre el
detonador (4) y la unidad de programación y disparo (1), gracias a
los medios de comunicación (10), y los medios de selección (11)
del citado detonador (4), todo ello por medio del bus de
comunicaciones a tres hilos (3).
En lo referente a las implementaciones de
seguridad del sistema destacan los Medios de inhibición (14), los
cuales de acuerdo con las instrucciones del microprocesador (7),
anulan los medios de disparo (15) hasta el armado, materializados
básicamente a base de un condensador o batería de estos, en
evitación de disparos no deseados durante el proceso de
programación de los detonadores (4).
Al hilo de lo anterior, señalar la utilización
de condensadores independientes y de valores similares para los
medios de alimentación autónoma (9) y para los medios de disparo
(15), lo que redunda en evitar altos niveles de energía sin que el
detonador (4) este armado.
También destaca la supervisión que en todo
momento puede realizarse de los medios de disparo (15) a través de
los medios de comprobación (13), directamente gobernados por el
microprocesador (7), de la carga del circuito de disparo, de que
ésta no esté cortocircuitada, o de que simplemente el condensador
no se encuentre.
Por último destacan los medios de comprobación
(17) y el circuito de orden de disparo (16) de la cerilla
pirotécnica (18), ambos también directamente gobernados por el
microprocesador (7).
Gracias a los medios de comprobación (13) del
circuito de disparo (15) y a los medios de comprobación (17) de la
cerilla pirotécnica (18), el sistema faculta una operación de
chequeo tras la instalación completa, de la línea o bus (3), y de
los detonadores (4).
Los citados medios de comprobación (17) de la
cerilla pirotécnica (18) corroboran que ésta no se encuentre
abierta o con elevada resistencia.
Por otra parte, haciendo mención a otro de los
apartados importantes de esta realización, se señalan a
continuación los seis grandes grupos que engloban a las fases
operativas del procedimiento de operación del sistema de
detonación.
- 1.
- Instalación de la línea de tiro.
- 2.
- Encendido y carga,
- 3.
- Direccionamiento,
- 4.
- Asignación de retardos,
- 5.
- Armado, y
- 6.
- Disparo
La fase de instalación de la línea de
tiro, consiste en la introducción de los detonadores (4) en
los barrenos o perforaciones realizadas, conectándolos en serie con
el anterior y el siguiente, de acuerdo a la voladura a realizar.
Destacar que esta operación realizada por los artilleros, no
requiere la conexión de los detonadores (4) a una fuente de energía
eléctrica, y que éstos no disponen de una fuente de energía propia
almacenada.
La fase de encendido y carga sucede a la
fase anterior de instalación de la línea de tiro y después de
despejar el área a volar. Comienza con el encendido con llave de la
unidad de programación y disparo(1), test de la batería
recargable, conexión de los detonadores (4) o línea de tiro
previamente instalada y la carga de los medios de alimentación
autónoma (9) de los detonadores (4).
La fase de direccionamiento, una vez
finalizada la fase anterior, comienza con el direccionamiento del
primer detonador (4) encontrado en la línea (3), la dirección se
almacena en el detonador (4), que la remite a la unidad de
programación (1), y si es correcta se continua con el resto de los
detonadores hasta finalizar con la totalidad de ellos.
En esta fase se realiza un chequeo de la cerilla
pirotécnica (18), permitiéndose al
usuario-programador el permitir continuar con la
fase de direccionamiento si el estado de ésta no es correcto, para
comprobar todos los detonadores (4), antes de proceder a la
sustitución de los defectuosos. No obstante si la comunicación
falla se aborta esta fase de direccionamiento.
La fase de asignación de retardos, una
vez finalizada la fase anterior, y de forma similar, comienza con
la asignación del primer detonador (4) encontrado en la línea (3),
el retardo se almacena en el detonador (4), que lo remite a la
unidad de programación y disparo (1), y si es correcto se continua
con el resto de los detonadores hasta finalizar con la totalidad de
ellos.
La fase de armado, una vez finalizada la
fase anterior, se inicia con el armado del primer detonador (4)
cargando el condensador de los medios de disparo (15), éstos
responden a la unidad de programación y disparo (1) confirmando la
orden y comprobando la carga a través de los medios (13), y si
ambos datos son correctos se continua con el resto de los
detonadores hasta finalizar con la totalidad de ellos, mientras que
en caso contrario, es decir con cualquier fallo, se paraliza la
fase de armado.
Al término de esta fase se comunica a la Unidad
de Programación y disparo (1) la situación de "todos los
detonadores preparados para disparo", tras la cual se inicia una
temporización de 10 segundos, que si es superada sin orden de
disparo, procede al desarme automático de todos los detonadores
(4). Del mismo modo se faculta al programador la cancelación dentro
de dicha temporización de todos los detonadores (4).
Por último, la fase de orden de disparo,
una vez finalizada la fase anterior, consiste en el envío de la
señal de disparo al microprocesador (7) de cada detonador (4), tras
la que se inicia la cuenta atrás programada en cada uno, para
finalizar en la correspondiente orden de detonación remitida al
circuito de orden de disparo (16).
Claims (12)
1. Sistema de detonación electrónico, del tipo
de los estructurados en base a una unidad de programación y
disparo, conectable a un ordenador para intercambio de secuencias
operativas, y de la que cuelgan los detonadores del tipo
consistentes en un microprocesador apoyado por medios de
alimentación, medios de autonomía, una base de tiempos, medios de
comunicación y medios de disparo de una cerilla pirotécnica,
caracterizado porque, el bus (3) de conexión de los
distintos detonadores (4) es de tres hilos, dos de alimentación y
otro para el direccionamiento automático y secuencial de los
citados detonadores (4), todos ellos iguales, e incorporando los
siguiente medios gobernados por el microprocesador (7):
- medios de selección (11) para el citado direccionamiento automático y secuencial de los detonadores (4),
- medios de inhibición (14) de los medios de disparo (15) del detonador (4),
- medios de comprobación (13) de la carga de los medios de disparo (15), y
- medios de comprobación (17) de la cerilla pirotécnica (18).
2. Sistema de detonación electrónico, según
reivindicación 1ª, caracterizado porque los medios de
selección (11) del detonador (4) se basan fundamentalmente en el
tercer hilo del bus de comunicaciones (3).
3. Sistema de detonación electrónico, según
reivindicación 1ª, caracterizado porque los medios de
inhibición (14) de los medios de disparo (15) del detonador (4),
realizan una puesta a masa o cortocircuitado del condensador que
constituye principalmente los medios de disparo (15).
4. Sistema de detonación electrónico, según
reivindicación 1ª, caracterizado porque los medios de
comprobación (13) de la carga de los medios de disparo (15), llevan
a cabo un chequeo encaminado a corroborar que el condensador no se
encuentre cortocircuitado, que éste sea de un valor diferente, que
tenga la carga correcta o que simplemente no se encuentre.
5. Sistema de detonación electrónico, según
reivindicación 1ª, caracterizado porque los medios de
comprobación (17) de la cerilla pirotécnica (18), corroboran que
ésta no se encuentre abierta o con elevada resistencia antes de su
detonación.
6. Sistema de detonación electrónico, según
reivindicación 1ª, caracterizado porque los condensadores de
los medios de alimentación autónoma (9) y de los medios de disparo
(15), son independientes y de valores iguales o similares para
evitar altos niveles de energía sin que el detonador (4) este
armado.
7. Sistema de detonación electrónico, según
reivindicación 1ª, caracterizado porque del detonador (4)
parte una manguera de cuatro hilos (3'), bifurcada en dos
conectores (5) y (6) de tres contactos, macho y hembra
respectivamente, para la conexión a los detonadores (4) anterior y
posterior también respectivamente.
8. Procedimiento de operación de sistema de
detonación electrónico, caracterizado porque consta de las
siguientes seis grandes fases operativas:
- Instalación de la línea de tiro, consistente en las etapas de, introducción por parte de los artificieros y sin utilización de fuente de energía eléctrica, de los detonadores (4) en sus correspondientes barrenos, y conexionado de éstos en serie con el anterior y al siguiente.
- Encendido y carga, consistente en las etapas de, encendido con llave de la unidad de programación (1), test de la batería recargable, conexión de los detonadores (4) previamente instalados, a la unidad de programación y disparo (1) y carga de los medios de alimentación autónoma (9) de los detonadores (4),
- Direccionamiento, consistente en las etapas de, una vez finalizada la fase anterior, direccionamiento del primer detonador (4) encontrado en la línea (3), almacenamiento de la dirección en el detonador (4), remisión de ésta a la unidad de programación y disparo (1), y continuación con el resto de los detonadores hasta finalizar con la totalidad de ellos, si ésta es correcta,
- Asignación de retardos, consistente en las etapas de, una vez finalizada la etapa anterior, y de forma similar, en la asignación de retardo al primer detonador (4) encontrado en la línea (3), almacenamiento del retardo en el detonador (4), ésta se remite a la unidad de programación y disparo (1), y continuación con el resto de los detonadores hasta finalizar con la totalidad de ellos, si ésta es correcta,
- Armado, consistente en las etapas de, una vez finalizada la etapa anterior, armado del primer detonador (4) cargando el condensador de los medios de disparo (15), respuesta de éstos a la unidad de programación y disparo (1) confirmando la orden y comprobando la carga a través de los medios (13), y continuación si ambos datos son correctos con el resto de los detonadores hasta finalizar con la totalidad de ellos, mientras que en caso contrario, es decir de cualquier fallo, se paraliza la fase de armado,
- Disparo, consistente en las etapas de, una vez finalizada la fase anterior, envío de la señal de disparo al microprocesador (7) de cada detonador (4), e inicio de la cuenta atrás programada en cada uno, para finalizar en la correspondiente orden de detonación remitida al circuito de orden de disparo (16).
9. Procedimiento de operación de sistema de
detonación electrónico, según reivindicación 8ª,
caracterizado porque en la fase de direccionamiento se
realiza un chequeo de la cerilla pirotécnica (18), permitiéndose
continuar con la fase de direccionamiento si el estado de ésta no
es correcto, para comprobar el resto de detonadores, pero abortando
no obstante la fase si la comunicación falla.
10. Procedimiento de operación de sistema de
detonación electrónico, según reivindicación 8ª,
caracterizado porque al termino de la fase de armado se
comunica a la Unidad de Programación (1) la situación de "todos
los detonadores preparados para disparo", tras la cual se inicia
una temporización, que si es superada sin orden de disparo, procede
al desarme automático de todos los detonadores (4).
11. Procedimiento de operación de sistema de
detonación electrónico, según reivindicación 8ª y 10ª,
caracterizado porque la temporización es de 10 segundos.
12. Procedimiento de operación de sistema de
detonación electrónico, según reivindicaciones 8ª y 10ª,
caracterizado porque al término de la fase de armado, se
faculta al programador para proceder a la cancelación dentro de la
temporización iniciada, de todos los detonadores (4).
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
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| ES2267352A1 ES2267352A1 (es) | 2007-03-01 |
| ES2267352B1 true ES2267352B1 (es) | 2008-03-16 |
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Family Applications (1)
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Country Status (2)
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| DE19912688B4 (de) * | 1999-03-20 | 2010-04-08 | Orica Explosives Technology Pty. Ltd., Melbourne | Verfahren zum Austausch von Daten zwischen einer Einrichtung zur Programmierung und Auslösung elektronischer Zünder und den Zündern |
| SE515809C2 (sv) * | 2000-03-10 | 2001-10-15 | Dyno Nobel Sweden Ab | Förfarande vid avfyring av elektroniksprängkapslar i ett detonatorsystem samt ett detonatorsystem innefattande elektroniksprängkapslarna |
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2004
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