ES2298780T3 - Carga escalonada de dispositivos esclavos como los de un sistema electronico de detonacion. - Google Patents
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Abstract
Un método para cargar detonadores eléctricos (20) de un sistema electrónico de forma escalonada que cuenta con los pasos siguientes: a) establecimiento de un sistema electrónico que incluye un dispositivo maestro y un bus (18); b) conexión de múltiples detonadores electrónicos (20) al citado bus (18); y c) carga selectiva de dichos detonadores electrónicos (20) con energía eléctrica suministrada por el dispositivo maestro del bus (18), carga escalonada en el tiempo por el citado dispositivo maestro, que lleva a cabo los pasos siguientes: (i) emisión de un orden de carga en el bus (18) que reciben todos los detonadores electrónicos (20) conectados a dicho bus (18) en el paso b), pero que por sí misma es insuficiente para provocar que los citados detonadores electrónicos (20) inicien la carga; y (ii) emisión en dicho bus (18) de una secuencia de reloj en la que los valores de reloj específicos provocan que los detonadores electrónicos (20) específicos correspondientes inicien la carga para que los detonadores electrónicos (20) seleccionados conectados al bus (18) empiecen a cargarse en momentos distintos respecto a otros detonadores electrónicos (20) conectados al bus (18) antes mencionada.
Description
Carga escalonada de dispositivos esclavos como
los de un sistema electrónico de detonación.
El presente invento está directamente destinado
a sistemas electrónicos de dispositivos esclavos y, más
concretamente, a la carga escalonada de dispositivos esclavos de un
sistema electrónico, como los detonadores de un sistema electrónico
de detonación. Un sistema de este tipo se detalla en la patente
estadounidense US-4.646.640-A, que
constituye la base de las reivindicaciones independientes 1, 13 y
17.
Los detonadores electrónicos de la técnica
actual han utilizado la carga automática de los condensadores de
disparo en el momento de la conexión al bus del sistema, pero este
tipo de carga incontrolada presenta problemas de seguridad. Como
alternativa, los sistemas electrónicos de detonación han utilizado
la carga simultánea de todos los detonadores del sistema con la
emisión de una orden de armado, pero la carga de tantos
condensadores de disparo al mismo tiempo puede provocar una caída
de voltaje excesiva en el bus y causar un voltaje no regulado o
incluso el restablecimiento del detonador.
El presente invento permite la carga selectiva
de los dispositivos esclavos individuales de un sistema en momentos
distintos, como por ejemplo, los detonadores electrónicos de un
sistema electrónico de detonación. En una forma de realización,
cada uno de los dispositivos esclavos se puede programar con valores
de trabajo, y cuando se emite una orden de carga y un valor de
reloj correlacionado con el valor de trabajo de un dispositivo
determinado, se inicia la carga del detonador en cuestión.
Así pues, el presente invento permite controlar
la secuencia de carga de cada dispositivo esclavo de un sistema,
como los detonadores de un sistema de detonación y, de este modo,
permite la carga secuencial escalonada para evitar una caída de
voltaje excesiva en el bus.
En la figura 1 se muestra una vista global que
muestra el diseño de sistema electrónico de detonación en el que se
puede utilizar el presente invento;
En la figura 2 se muestra una vista global de
una configuración alternativa del citado sistema electrónico de
detonación;
En la figura 3 se muestra una vista en corte de
un modelo preferente de detonador que se puede utilizar en el
sistema electrónico de detonación de las figuras 1 y 2;
En la figura 4 se muestra una representación
esquemática de los principales aspectos eléctricos del módulo
electrónico de ignición (MEI) del detonador de la figura 3, incluido
un circuito integrado específico de la aplicación (ASIC, del inglés
application-specific integrated circuit);
En la figura 5 se muestra una representación
esquemática de un diseño preferente del circuito ASIC de la figura
4;
En la figura 6a se muestra un gráfico en el que
se recoge el voltaje respecto al tiempo y que muestra una
comunicación basada en la modulación de voltaje preferente desde un
dispositivo de detonación hasta los detonadores del sistema
electrónico de detonación de las figuras 1 y 2;
En la figura 6b se muestra un gráfico en el que
se recoge el voltaje respecto al tiempo y que muestra una
comunicación basada en la modulación de voltaje preferente desde un
registrador hasta los detonadores del sistema electrónico de
detonación de las figuras 1 y 2;
En la figura 7a se muestra un gráfico en el que
se recoge la corriente respecto al tiempo y que muestra una
respuesta basada en la modulación de corriente preferente desde un
detonador hasta un dispositivo de detonación del sistema
electrónico de detonación de las figuras 1 y 2;
En la figura 7b se muestra un gráfico en el que
se recoge la corriente respecto al tiempo y que muestra una
respuesta basada en la modulación de corriente preferente desde un
detonador o detonadores hasta un registrador del sistema
electrónico de detonación de las figuras 1 y 2;
En la figura 8 se muestra un gráfico en el que
se detalla la comunicación destinada a un detonador y la respuesta
de dicho detonador a cualquier orden que genere una respuesta
distinta a una orden de detección automática del bus;
En la figura 9 se muestra un gráfico en el que
se detalla la comunicación destinada a un detonador y la respuesta
de dicho detonador a la orden de detección automática de bus;
En las figuras 10a, 10b, 10c y 10d se muestran
diagramas de flujo en los que se recoge una secuencia lógica
preferente del funcionamiento del sistema electrónico de detonación
de las figuras 1 y 2;
En la figura 11 se muestra un diagrama de flujo
en el que se recoge una secuencia lógica preferente del
funcionamiento de un detonador que se puede utilizar en el sistema
electrónico de detonación de las figuras 1 y 2, empezando por la
recepción de la orden de disparo por parte del detonador;
En la figura 12 se muestra un gráfico en el que
se recoge el voltaje y la corriente respecto al tiempo de un
condensador de disparo de un detonador, como el de la figura 3, y se
muestra un proceso de carga regulado con voltaje de carril y
corriente constante.
Para describir el presente invento haciendo
referencia a los detalles de una forma de realización preferente
determinada, cabe destacar que dicho invento se puede utilizar en un
sistema electrónico formado por una red de dispositivos esclavos,
como por ejemplo, un sistema electrónico de detonación en el que los
citados dispositivos esclavos son detonadores electrónicos. Tal y
como se representa en la figura 1, una forma de realización de un
sistema electrónico de detonación como este puede constar de
diversos detonadores 20, un bus de dos líneas 18, alambres de
detonador 19 que incluyen conectores para la conexión del detonador
al bus 18, un registrador (que no se muestra) y un dispositivo de
detonación 40. Preferiblemente, los detonadores 20 están conectados
al dispositivo de detonación 40 en paralelo (como en la figura 1) o
bien en otras disposiciones, como en conexiones ramificadas (como
en el caso del bus ramificado 18 que se muestra en la figura 2), en
árbol, en estrella o con múltiples conexiones en paralelo. A
continuación se recoge una forma de realización preferente de un
sistema electrónico de detonación de este tipo, aunque para una
persona versada en la técnica resultará evidente que también se
pueden utilizar otros sistemas o dispositivos, se pueden realizar
muchas variaciones y modificaciones así como utilizar múltiples
configuraciones del sistema específico descrito en este documento
sin que ello suponga una desviación respecto a la esencia y alcance
del presente invento.
Preferiblemente, el dispositivo de detonación 40
y el registrador pueden tener un par de terminales a los que se
puede conectar un cable de la barra de cobre (el bus) de, por
ejemplo, hasta calibre 14. Preferentemente, los terminales del
registrador también se pueden configurar para que se puedan conectar
en ellos los cables de acero de los detonadores (cables no
sensibles a la polaridad) y el registrador debe contar con una
interfaz apta para su conexión al dispositivo de detonación 40. Es
preferible que una persona equipada con la ropa habitualmente
utilizada en operaciones de minería o detonación, como guantes
gruesos, pueda accionar el dispositivo de detonación 40 y el
registrador. Preferentemente, el dispositivo de detonación 40 y el
registrador deben ser dispositivos portátiles alimentados mediante
batería que requieran la introducción de una contraseña para
poderlos utilizar y que dispongan de pantallas retroiluminadas que
permitan visualizar menús, instrucciones, reproducción de
pulsaciones y mensajes (también mensajes de error) según resulte
necesario. Preferiblemente, el dispositivo de detonación 40 puede
contar con una tapa articulada así como controles e indicadores que
incluyan un cierre de la tecla de encendido, un teclado numérico con
flechas hacia arriba y abajo y una tecla Intro, una pantalla, un
botón de armado, pilotos indicadores y un botón de disparo.
El dispositivo de detonación 40 y el registrador
deben estar diseñados para permitir un funcionamiento fiable en el
intervalo previsto de temperaturas de funcionamiento, para resistir
las temperaturas previstas de almacenamiento y, preferentemente,
deben ser resistentes a la exposición a nitrato amónico y los
explosivos en emulsión utilizados habitualmente. También de forma
preferente, el dispositivo de detonación 40 y el registrador deben
ser suficientemente robustos para soportar las condiciones de
manipulación habituales en entornos mineros o sujetos a explosiones,
como el hecho de tirar o pisar estos dispositivos, y en
consecuencia, pueden tener carcasas sólidas, resistentes al agua y
a la corrosión, y ser estancos para poder funcionar en la mayoría de
condiciones climatológicas. Según proceda, el dispositivo de
detonación 40 y el registrador deben cumplir los requisitos
pertinentes del documento prCEN/TS 13763-27 (NMP
898/FABERG N 0090 D/E) E 2002-06-19
del CEN (Comité Européen de Normalisation, Comité europeo de
normalización) y las normativas gubernamentales y del sector. En
cuanto al aspecto práctico, el registrador debe estar
preferiblemente diseñado para que no pueda explosionar ningún
detonador eléctrico y electrónico conocido, y el dispositivo de
detonación 40 para que no pueda explosionar todos los detonadores
eléctricos conocidos así como el resto de detonadores electrónicos
que no están diseñados para utilizarse con el dispositivo de
detonación 40. Se puede llevar a cabo una prueba eléctrica inicial
del sistema para detectar si se puede emplear un dispositivo de
este tipo para garantizar en mayor medida que no se explosionarán
los detonadores no previstos a tal efecto.
El bus 18 puede ser un par doble o trenzado, y
se debe elegir para que tenga una resistencia previamente
determinada (por ejemplo, en la forma de realización descrita en
este documento, preferiblemente entre 30 y 75 \Omega por cada
conductor). El extremo del bus 18 no debe presentar resistencia en
derivación, pero el aislamiento del cable debe ser suficientemente
robusto para garantizar que se minimiza la pérdida a tierra, la
capacidad parásita y la inductancia parásita (por ejemplo, en la
forma de realización descrita en este documento, una pérdida
preferiblemente inferior a
100 mA para el conjunto del bus, una capacidad parásita de conductor a conductor de 50 pF/m y una inductancia parásita de conductor a conductor de 1 \muH/m) en todas las condiciones servicio que se puedan dar.
100 mA para el conjunto del bus, una capacidad parásita de conductor a conductor de 50 pF/m y una inductancia parásita de conductor a conductor de 1 \muH/m) en todas las condiciones servicio que se puedan dar.
Los alambres de detonador 19 y los contactos se
deben elegir para que presenten una resistencia previamente
seleccionada medida desde el terminal del detonador hasta el
conector del detonador con el bus (por ejemplo, en esta forma de
realización, entre 50 y 100 \Omega por cada conductor más 25
\Omega por contacto de conector). Es evidente que el conector del
detonador al bus específico que se utiliza puede limitar las
opciones de elección del cable del bus. Desde un punto de vista
funcional, los detonadores 20 se pueden conectar en cualquier punto
del bus 18, aunque evidentemente deben respetar una distancia de
seguridad respecto al dispositivo de detonación 40.
Tal y como se muestra en la figura 3, un
detonador 20 apto para utilizarse en un sistema electrónico de
detonación como el que se describe en este documento puede estar
formado por un módulo electrónico de ignición (MEI) 23, una
cubierta 29, una carga 36 (preferiblemente, que conste de una carga
primaria y una carga base), alambres de detonador 19 y un tapón
terminal 34 que se puede engastar en el extremo abierto de la
cubierta 29. Preferentemente, el MEI 23 es programable e incluye un
dispositivo de ignición 28 y una placa de circuito impreso a la que
se pueden conectar diversos componentes electrónicos. En la forma de
realización que se describe en este documento, el dispositivo de
ignición 28 es, preferiblemente, un dispositivo estanco que incluye
un cierre vidrio-metal y un puente con filamento
metálico 27 diseñado para encender con total fiabilidad una carga
contenida en el dispositivo de ignición 28 con el paso de
electricidad por el puente con filamento metálico 27 a través de
las clavijas 21 a un nivel de voltaje predeterminado para
explosionar todos los detonadores. Preferentemente, el MEI 23
(incluida su electrónica y parte de los dispositivos de ignición 28
o todos ellos) se puede moldear como inserto para su introducción
en un encapsulado 31 para así formar un único conjunto con
terminales para su conexión a los alambres de detonador 19. Las
solicitudes de patente estadounidense en trámite con nº 10/158.317
(en las páginas de la 5 a la 8 y las figuras de la 1 a la 5) y
10/158.318 (en las páginas de la 3 a la 8 y las figuras de la 1 a
la 6) de sus cesionarios, ambas presentadas el 29 de mayo de 2002,
se incluyen en el presente documento como referencia por sus
indicaciones sobre la fabricación de los citados detonadores que
van más allá de la descripción aquí recogida. Tal y como se explica
en estas solicitudes, un MEI 23, similar en términos generales al
descrito en la figura 3, se puede fabricar y manipular de forma
autónoma para que un usuario lo incorpore posteriormente a su
propio conjunto detonador (incluyendo una cubierta 29 y una carga
36).
La placa de circuito impreso del MEI 23 es,
preferiblemente, un microcontrolador o dispositivo lógico
programable o, de forma todavía más preferente, un chip de ASIC 30,
un condensador de filtrado 24, un condensador de almacenamiento 25,
preferiblemente entre 3,3 y 10 \muF (para conservar una carga y
alimentar el MEI 23 cuando el detonador 20 responda a un
dispositivo maestro como se tratará más adelante), un condensador de
disparo 26 (preferiblemente, entre 47 y 374 \muF, para conservar
una reserva de energía que se utiliza para el disparo del detonador
20), componentes electrónicos adicionales y placas de contacto 22
para la conexión a los alambres de detonador 19 y el dispositivo de
ignición 28. Un conector de toma de tierra revestido 32 sobresale
del encapsulado 31 para entrar en contacto con la cubierta 29 y
está conectado, por ejemplo, a una clavija cilíndrica de metal del
ASIC 30 (que se describe más adelante), que está conectada a la
circuitería del ASIC 30 (por ejemplo, un diodo o resistencia de
silicio controlado integrados) proporciona protección frente a
descargas electrostáticas, radiación electromagnética y de
radiofrecuencia que, de no existir este mecanismo de seguridad,
provocarían daños en el equipo o un mal funcionamiento del
mismo.
En la figura 4 se muestra un diseño esquemático
preferente de la electrónica de un detonador 20 como el de la
figura 3. Preferentemente, el ASIC 30 es un chip de señales
mezcladas con unas dimensiones comprendidas entre 3 y 6 mm. Las
patillas 1 y 2 del ASIC 30 de la figura son entradas a los alambres
de detonador 19 y, por lo tanto, al bus 18, la patilla 3 se conecta
al conector de toma de tierra revestido 32 y, por lo tanto, a la
cubierta 29, la patilla 6 está conectada al condensador de disparo
26 y al puente con filamento metálico 27, la patilla 7 está
conectada al condensador de filtrado 24, la patilla 10 está
conectada al puente con filamento metálico 27, la patilla 13 está
conectada a tierra y la patilla 14 está conectada al condensador de
almacenamiento 25.
En cuanto a la figura 5, el ASIC 30 está
preferiblemente formado por los módulos siguientes: corrección de
polaridad, interfaz de comunicaciones, EEPROM, núcleo lógico
digital, generador de señales de referencia, control del
condensador del puente, detectores de nivel y transistor de efecto
de campo (FET) del puente. Como se muestra en esta figura, en el
módulo de corrección de polaridad se pueden utilizar diodos
rectificadores insensibles a la polaridad para transformar el
voltaje entrante (con independencia de la polaridad) en voltaje con
una toma de tierra común al resto de la circuitería del ASIC 30.
Preferiblemente, la interfaz de comunicaciones reduce el voltaje a
medida que la recibe del dispositivo de detonación 40 para que sea
compatible con el núcleo digital del ASIC 30 y, además, también
activa y transmite la corriente de intercomunicación (que se
describe más adelante) hasta el puente rectificador (y las líneas
del bus del sistema) según la salida del núcleo digital.
Preferentemente, el módulo EEPROM almacena la identificación de
serie exclusiva, el tiempo de retardo, los registros de taladros y
diversos valores de ajuste analógicos del ASIC 30. Preferiblemente,
el núcleo lógico digital alberga el dispositivo de estado, que
procesa los datos procedentes del dispositivo de detonación 40 y la
intercomunicación saliente a través de la interfaz de
comunicaciones. De forma preferente, los generadores de señales de
referencia proporcionan el voltaje regulado necesario para alimentar
el núcleo digital y el oscilador (por ejemplo, de 3,3 V) así como
las partes analógicas para cargar el condensador de disparo 26 y
descargar el FET semiconductor de óxido metálico (MOSFET). El
control del condensador de puente contiene preferiblemente un
generador de corriente constante para cargar el condensador de
disparo 26 y un MOSFET para descargar dicho condensador 26 cuando
así se desee. Los detectores de nivel están preferentemente
conectados al condensador de disparo 26 para determinar en función
de su voltaje si está cargado o descargado. Finalmente, el MOSFET
del puente con filamento metálico permite preferiblemente el paso de
carga o corriente del condensador de disparo 26 por el puente con
filamento metálico 27 hasta que se acciona mediante la conexión a
tierra.
La comunicación de los datos en un sistema como
el que se muestra en las figuras 1 y 2 puede constar,
preferiblemente, de un protocolo serie independiente de la
polaridad del bus de dos líneas entre los detonadores 20 y un
registrador o dispositivo de detonación 40. La comunicación
procedente del dispositivo de detonación 40 puede ser en modo
individual (dirigida únicamente a un detonador 20 específico) o bien
en modo difusión, con el que todos los detonadores 20 recibirán la
misma orden (por lo general, las órdenes de carga y disparo).
Preferiblemente, el protocolo de comunicación es un protocolo serie
que incluye la comprobación de errores de redundancia cíclica (ERC)
y bits de sincronización para establecer con exactitud los tiempos
entre los detonadores 20. También hay una orden para la detección
automática de detonadores 20 en el bus 18 que, de no disponer de
esta orden, no se habrían incluido en el dispositivo de detonación
40.
Cuando el dispositivo de detonación 40 y los
detonadores 20 están conectados, el voltaje en estado libre del
sistema se establece preferentemente en V_{B,H}. Entonces, los
detonadores esclavos 20 se alimentan preferiblemente del bus 18
durante el estado alto, que alimenta los condensadores de
almacenamiento 25. La comunicación procedente del dispositivo de
detonación 40 o registrador destinada a los ASIC 30 se basa en la
modulación de voltaje pulsado al número de baudios adecuado, que
los ASIC 30 descifran en los paquetes de datos asociados.
Tal y como se muestra en las figuras 6a y 6b, el
registrador puede emplear distintos voltajes de funcionamiento
V_{L,L} y V_{L,H} frente a las del dispositivo de detonación 40,
V_{B,L} y V_{B,H}. En una forma de realización descrita en este
documento, los valores adecuados para V_{L,L} y V_{L,H} oscilan
entre 1 y 3 V y entre 5,5 y 14 V, respectivamente, mientras que los
valores adecuados para V_{L,L} y V_{L,H} oscilan entre 0 y 15
V y 28 V o un valor superior, respectivamente. Asimismo, un
detonador 20 de un sistema de este tipo puede utilizar
preferiblemente esta diferencia para detectar si está conectado al
dispositivo de detonación 40 o al registrador (esto es, si está en
modo registrador o detonador); por ejemplo, pasa al modo registrador
cuando el voltaje es inferior a un determinado valor (como 15 V) y
a modo detonador cuando supera otro valor (como 17 V). Esta
diferenciación permite al ASIC 30 del detonador 20, cuando se
encuentra en modo registrador, activar un MOSFET para descargar el
condensador de disparo 26 o desactivar su lógica de carga o disparo.
Esta diferenciación por parte del detonador 20 también se
simplifica si no se superponen los intervalos alto/bajo del
dispositivo de detonación 40 y el registrador, tal y como se muestra
en las figuras 6a y 6b (en cada una de estas figuras se muestran
los valores nominales de los intervalos alto y bajo, pero es
preferible que los valores máximo y mínimo aceptables de ambos
intervalos tampoco permitan la citada superposición).
Por otro lado, en lugar de basarse en la
modulación de voltaje, la comunicación procedente de los ASIC 30
dirigida al dispositivo de detonación 40 o registrador se basa en la
modulación de corriente (intercomunicación mediante corriente),
como se muestra en las figuras 7a y 7b. Con la modulación de
corriente, los ASIC 30 activan la cantidad de corriente destinada
al registrador (entre I_{L,L}, preferiblemente 0 mA, e I_{L,H},
preferiblemente un valor mínimo de
0,1 mA, pero sustancialmente inferior a I_{S,H}) o al dispositivo de detonación 40 (entre I_{B,L}, preferiblemente 0 mA, e I_{B,H}, preferiblemente un valor mínimo de 5 mA, pero que no sea tan elevado que pueda sobrecargar el sistema cuando respondan múltiples detonadores 20), que acto seguido detecta y descifra estos paquetes de impulsos de corriente en los datos asociados que se envían. Esta intercomunicación mediante corriente que regresa de los detonadores hasta el maestro puede tener lugar cuando el voltaje del bus 18 es alto o bajo, los ASIC 30 alimentan de forma continuada los condensadores de almacenamiento 25, hecho que provoca una elevada llamada de corriente de fondo (en especial cuando muchos detonadores 20 están conectados al bus 18). Sin embargo, cuando los valores de dicho bus 18 se mantienen preferiblemente bajos, los diodos del puente rectificador se someten a polarización inversa y los ASIC 30 obtienen corriente de funcionamiento de los condensadores de almacenamiento 25 y no del bus 18 para mejorar la relación señal-ruido de la corriente de intercomunicación detectada en el dispositivo de detonación 40 o registrador. Así pues, la intercomunicación mediante corriente se lleva a cabo preferentemente cuando los valores del bus 18 se mantienen bajos. La activación de la corriente por parte de los ASIC 30 se puede lograr de forma adecuada por medio de diversos métodos conocidos, como la modulación del voltaje en una resistencia de detección, un bucle de retroalimentación de corriente en un amplificador operacional o bien mediante la incorporación de un colector de corriente constante, como un espejo de corriente.
0,1 mA, pero sustancialmente inferior a I_{S,H}) o al dispositivo de detonación 40 (entre I_{B,L}, preferiblemente 0 mA, e I_{B,H}, preferiblemente un valor mínimo de 5 mA, pero que no sea tan elevado que pueda sobrecargar el sistema cuando respondan múltiples detonadores 20), que acto seguido detecta y descifra estos paquetes de impulsos de corriente en los datos asociados que se envían. Esta intercomunicación mediante corriente que regresa de los detonadores hasta el maestro puede tener lugar cuando el voltaje del bus 18 es alto o bajo, los ASIC 30 alimentan de forma continuada los condensadores de almacenamiento 25, hecho que provoca una elevada llamada de corriente de fondo (en especial cuando muchos detonadores 20 están conectados al bus 18). Sin embargo, cuando los valores de dicho bus 18 se mantienen preferiblemente bajos, los diodos del puente rectificador se someten a polarización inversa y los ASIC 30 obtienen corriente de funcionamiento de los condensadores de almacenamiento 25 y no del bus 18 para mejorar la relación señal-ruido de la corriente de intercomunicación detectada en el dispositivo de detonación 40 o registrador. Así pues, la intercomunicación mediante corriente se lleva a cabo preferentemente cuando los valores del bus 18 se mantienen bajos. La activación de la corriente por parte de los ASIC 30 se puede lograr de forma adecuada por medio de diversos métodos conocidos, como la modulación del voltaje en una resistencia de detección, un bucle de retroalimentación de corriente en un amplificador operacional o bien mediante la incorporación de un colector de corriente constante, como un espejo de corriente.
En la comunicación destinada a los dispositivos
maestros y esclavos y procedente de los mismos, la interfaz de
comunicación de datos serie puede constar preferiblemente de un
paquete formado por un número variable o, de forma todavía más
preferente, fijo de bytes o palabras (preferiblemente entre 10 y 20)
cada uno de los cuales presenta una longitud preferente de 12 bits,
preferiblemente con el bit más significativo enviado en primer
lugar. En función de la aplicación, se pueden emplear
alternativamente otros tamaños de palabra adecuados o bien se puede
emplear un número distinto de palabras en el paquete. Asimismo, y
como alternativa, también se puede emplear una estructura de
paquetes diferente para la comunicación procedente del dispositivo
maestro en comparación con las estructuras para la comunicación
procedente de los dispositivos esclavos.
Preferiblemente, la primera palabra del paquete
de la forma de realización descrita en este documento es una
palabra de sincronización inicial que se puede estructurar para que
sus tres primeros bits sean cero y, de este modo, se reciba
efectivamente como una palabra de nueve bits (por ejemplo, 101010101
o cualquier otra disposición adecuada).
Además de contener diversos datos como se
describe más adelante, cada una de las palabras posteriores también
puede contener preferentemente un determinado número de bits, por
ejemplo, cuatro bits al principio o final de cada palabra, que se
incluyen para permitir una nueva sincronización en la mitad del tren
(que da como resultado una palabra estructurada como 0101_D7:D0 o
D7:D0_0101 que, por lo tanto, cuenta con ocho bits que se pueden
utilizar para transmitir datos o bits de datos). Más adelante, en la
sección pertinente, se describen los esquemas preferentes de
sincronización inicial y resincronización.
Otra palabra del paquete se puede utilizar para
comunicar órdenes, como se describe más adelante en la sección
pertinente.
Preferentemente, se utilizan entre cinco y ocho
bytes adicionales del paquete para la identificación de serie (ID
de serie) que permite identificar de forma exclusiva (según se
desee) cada uno de los detonadores del sistema. Preferiblemente,
los bits de datos del ID de serie pueden estar formados, como mínimo
en parte, por datos como números de revisión, números de lote y
números de oblea para fines de trazabilidad. En las órdenes de
difusión procedentes del dispositivo maestro, no es necesario que
estas palabras contengan un ID de serie para un detonador concreto
y, por lo tanto, pueden contener valores arbitrarios o ficticios que
se pueden utilizar para otros fines.
Las palabras adicionales del paquete se utilizan
preferentemente para transmitir información sobre el tiempo de
retardo (registro) (e incluyen un número suficiente de bits de datos
para especificar un intervalo adecuado de tiempo de retardo, como
en el contexto de un sistema electrónico de detonación, un retardo
máximo del orden de, por ejemplo, un minuto) en incrementos
adecuados, como de 1 ms en el caso de un sistema electrónico de
detonación. Un ajuste de cero se considera un error por omisión.
En la forma de realización descrita, una o
varias palabras adicionales del paquete se utilizan preferiblemente
para información de trabajo, que se puede utilizar para definir
identificaciones de taladros para explosivos (ID de taladros), y
estas palabras cuentan con un número suficiente de bits de datos
para albergar el número máximo de ID de taladros que se desee.
Preferiblemente, una o varias palabras
adicionales del paquete se utilizan para una comprobación de
redundancia cíclica (CRC) (por ejemplo, el uso del algoritmo
CRC-8 basado en la polinómica x^{8} + x^{2} + x
+ 1) o, aunque es menos preferible, una comprobación de paridad o
una comprobación de corrección de errores, por ejemplo, mediante el
código de Hamming. Preferiblemente, no se utilizan ni la palabra de
sincronización inicial ni los bits de sincronización en el cálculo
de la CRC, ya sea para transmisión o para recepción.
En la forma de realización y aplicación
descritas en este documento, un intervalo preferente de posibles
velocidades de comunicación puede oscilar entre 300 y 9.600
baudios. En un paquete enviado por el dispositivo maestro, la
palabra de sincronización inicial se utiliza para determinar la
velocidad a la que el dispositivo esclavo recibe y procesa la
siguiente palabra del paquete procedente del dispositivo maestro;
asimismo, en un paquete enviado por el dispositivo esclavo, la
palabra de sincronización inicial se utiliza para determinar la
velocidad a la que el dispositivo maestro recibe y procesa la
siguiente palabra procedente del dispositivo esclavo.
Preferiblemente, algunos de los primeros bits de esta palabra de
sincronización inicial (un número suficiente para conseguir una
sincronización relativamente exacta), pero no todos ellos, se
muestrean para conceder el tiempo necesario para procesar y
determinar la velocidad de comunicación antes de la recepción de la
siguiente palabra. Este proceso de sincronización se puede llevar a
cabo, por ejemplo, mediante transiciones de supervisión del
contador/temporizador en el nivel de voltaje, de bajo a alto o bien
de alto a bajo, y preferentemente se obtiene un promedio del
conjunto de las velocidades de los bits muestreados. A lo largo de
la transmisión de las palabras siguientes del paquete, esto es, en
la mitad del tren, la resincronización se efectúa preferiblemente
mediante el dispositivo receptor, suponiendo que las partes de
sincronización (por ejemplo, de 4 bits) se encuentran en las
palabras siguientes (preferiblemente, en cada una de ellas). De este
modo, se puede garantizar que la sincronización no se pierde
durante la transmisión de un paquete.
Si así se solicita, un dispositivo esclavo
responde, después de la transmisión de un paquete procedente del
dispositivo maestro, a la última velocidad muestreada de ese
paquete. Esta velocidad se puede interpretar como la velocidad de
la palabra de sincronización inicial transformada en oblicua durante
la transmisión del paquete. En un dispositivo electrónico de
detonación, esta oblicuidad suele ser más pronunciada durante la
comunicación procedente del detonador destinada al registrador. En
las figuras 8 y 9 se muestra la comunicación procedente de un
dispositivo maestro destinada a un dispositivo esclavo y una
respuesta sincronizada del dispositivo esclavo.
Tal y como se indica en la figura 8, es
preferible que el dispositivo esté configurado y programado para
iniciar una respuesta a órdenes emitidas de forma individual antes
de un período predeterminado (tras el flanco de caída final de la
transferencia de entrada serie) que comprenda el tiempo necesario
para completar la transferencia de entrada, la configuración de la
interfaz serie para una respuesta y la parte inicial de la palabra
de sincronización (por ejemplo, 000101010101). Preferentemente, el
bus 18 se debe situar y mantener en la parte inferior del retardo
de proceso y captura.
Preferiblemente, los bits de datos de la palabra
de orden del dispositivo maestro (por ejemplo, el dispositivo de
detonación o registrador) del paquete de comunicación serie pueden
estar organizados de modo que un bit se utilice para indicar (por
ejemplo, cuando se establece en alto) que el dispositivo maestro se
está comunicando, otro para indicar si solicita lectura o
escritura, otro para indicar si la orden es una orden de difusión o
una orden para un único dispositivo y, finalmente, otros bits se
utilicen para transmitir la orden específica. De forma similar, los
bits de datos de la palabra de orden del dispositivo esclavo (por
ejemplo, un detonador) se pueden organizar preferiblemente para que
un bit se utilice para indicar que el dispositivo está respondiendo
(por ejemplo, cuando se establece en alto), otro para indicar si se
ha producido un error de CRC, otro para indicar si se ha producido
un error del dispositivo (por ejemplo, verificación de carga) y
otros bits se utilicen de forma discreta para transmitir los
"indicadores de estado".
Los bits de datos indicadores de dispositivos se
pueden utilizar para indicar el estado actual del dispositivo y,
preferiblemente, se incluyen en todas las respuestas de
dispositivos. Estos indicadores se pueden configurar para que, por
ejemplo, uno indique si el dispositivo se ha detectado en el bus,
otro indique si se ha calibrado, otro si está actualmente cargado y
otro si ha recibido una orden de disparo. Un valor de indicador de 1
(alto) puede significar una respuesta afirmativa y 0 (bajo) una
respuesta negativa.
Un conjunto preferente de ordenes sustantivas
del dispositivo de detonación/registrador puede ser el siguiente:
lectura de detonador desconocido (de la configuración del
dispositivo); comprobación de continuidad única (del puente con
filamento metálico del detonador); trabajo/retardo del programa;
detección automática del bus (detección de dispositivos no
identificados); lectura de detonador conocido; comprobación de
continuidad (de los puentes con filamento metálico de los
detonadores); carga (los condensadores de disparo); verificación de
carga; calibración (los relojes internos de los ASIC); verificación
de calibración; disparo (inicia la secuencia que conduce al disparo
de los detonadores); descarga; verificación de descarga; y descarga
única. Como se explicará con mayor detalle más adelante, algunas de
estas órdenes son órdenes de difusión (esto es, se envían con
cualquier identificación de serie arbitraria y su respectivo código
de CRC) que sólo obtienen una respuesta de cualquier detonador que
no se haya identificado previamente o en el que se haya producido
un error, mientras que otras van dirigidas a un detonador concreto
identificado por medio de su ID de serie. En las figuras de la 10a
a la 10d se muestran diagramas de flujo de una secuencia lógica
preferente del modo en el que estas órdenes se pueden utilizar para
el funcionamiento de un sistema electrónico de detonación, y en la
sección dedicada al funcionamiento se describen detalles específicos
de cada una de las órdenes para la forma de realización preferente
descrita en este documento.
Preferiblemente, para la utilización de los
detonadores 20, primero estos deben conectarse individualmente a un
registrador, que lee el ID de serie del detonador, realiza
diagnósticos y correlaciona números de taladro con el ID de serie
del detonador. En este momento, el operario puede programar el
tiempo de retardo del detonador si no se ha configurado con
anterioridad. Una vez que un detonador 20 se ha conectado al
registrador, el operario activa el registrador y ordena la lectura
del ID de serie, la realización de diagnósticos y, si así lo desea,
la escritura de un tiempo de retardo. Cuando se ha leído el ID de
serie, el registrador puede asignar un número de taladro secuencial
y conserva un registro del número de taladro, ID de serie y tiempo
de retardo.
La secuencia anterior se puede llevar a cabo
satisfactoriamente mediante las órdenes de lectura de detonador
desconocido y comprobación de continuidad única antes citadas y,
posiblemente, la orden trabajo/retardo del programa. A continuación
se especifican los detalles preferentes de estas órdenes.
Mediante esta orden, el dispositivo de
detonación 40 o registrador solicita la lectura del ID de serie,
tiempo de retardo, información de trabajo e indicadores de estado
(en particular, el estado de carga) de un único detonador 20
desconocido. Esta orden no sirve para establecer el indicador de
detección del bus. Como alternativa a esta orden, el registrador
podría realizar una versión de las órdenes de detección automática
del bus y lectura de detonador desconocido que se describen más
adelante.
Mediante esta orden, el registrador solicita una
comprobación de continuidad de un único detonador 20 cuyo ID de
serie se conoce. Preferiblemente, el registrador puede emitir esta
orden antes de la programación (o reprogramación) del tiempo de
retardo de un detonador 20 específico. En respuesta a esta orden, el
ASIC 30 del detonador 20 provoca que se lleve a cabo una
comprobación de continuidad en el puente con filamento metálico 27.
A modo de ejemplo, esta comprobación se puede efectuar
satisfactoriamente si el ASIC 30 (a su voltaje de funcionamiento)
provoca que una corriente constante (por ejemplo, de unos 27 \muA
con un puente con filamento eléctrico con una resistencia eléctrica
nominal de 1,8 \Omega en la forma de realización descrita en este
documento) pase por el puente con filamento metálico 27 a través de,
por ejemplo, un conmutador MOSFET y se mide el voltaje resultante a
lo largo del bus 27 con, por ejemplo, un componente
analógico-digital. La resistencia global del puente
con filamento metálico 27 se puede calcular a partir de la caída
óhmica en el puente con filamento metálico 27 y la corriente
constante que se ha utilizado. Si la resistencia calculada es
superior a un intervalo comprendido entre valores de umbral (por
ejemplo, en esta forma de realización, el intervalo comprendido
entre 30 y 60 k\Omega), se considera que el puente con filamento
metálico 27 está abierto, es decir, no es continuo. Si se detecta
este error, el detonador 20 responde con el correspondiente código
de error (esto es, fallo de la comprobación de continuidad indicado
mediante el respectivo bit de datos de la palabra de orden).
Mediante esta orden, si el detonador 20 todavía
no se ha programado con un tiempo de retardo o bien si se desea
especificar un nuevo retardo, el operario puede programar el
detonador 20 en consecuencia. Gracias a esta orden, el dispositivo
de detonación 40 o registrador solicita una escritura de la
información de retardo y trabajo de un único detonador 20 cuyo ID
de serie se conoce. Preferiblemente, esta orden también establece
el indicador de detección del bus (transmitido mediante el
respectivo bit de datos de la palabra de comando) en alto.
Después de que el registrador haya procesado
algunos o todos los detonadores 20, estos estarán conectados al bus
18. Se pueden conectar diversos detonadores 20 en función de la
especificidad del sistema (por ejemplo, hasta un millar o más en
esta forma de realización). Entonces, el operario activa el
dispositivo de detonación 40, que inicia una comprobación para
detectar la presencia de detonadores incompatibles y fugas y,
preferiblemente, puede solicitar la introducción de una contraseña
para continuar. El registrador está conectado al dispositivo de
detonación 40 y se emite una orden para transferir la información
registrada (esto es, número de taladro, ID de serie y tiempo de
retardo de todos los detonadores registrados), y el dispositivo de
detonación 40 proporciona una confirmación cuando se ha recibido
esta información. Aunque se utiliza en la forma de realización
preferente, no es necesario utilizar un registrador por separado
para registrar los detonadores 20, y se puede configurar un sistema
en el que el dispositivo de detonación 40 registre los detonadores
20, por ejemplo, mediante una orden de detección automática del bus
u otros medios para transmitir la información pertinente al
dispositivo de detonación 40 o llevar a cabo otras funciones que se
suelen asociar a un registrador, como las funciones descritas en
este documento.
Preferiblemente, el dispositivo de detonación 40
puede estar programado para que requiera al operador que ordene un
diagnóstico del sistema antes de continuar con el armado de los
detonadores 20 o bien realice este diagnóstico de forma automática.
Con esta orden, el sistema de detonación 40 comprueba todos los
detonadores 20 previstos, los somete a diagnóstico y notifica
cualquier error, que se debe solucionar antes de que se pueda
producir el disparo. También es preferible que el dispositivo de
detonación 40 o los ASIC 30 estén programados para que el operario
también pueda programar o cambiar el retardo de detonadores 20
específicos si así lo desea.
Preferiblemente, el dispositivo de detonación 40
o los ASIC 30 están programados para permitir al operario que arme
los detonadores 20, esto es, que emita la orden de carga (y los ASIC
30 para recibir esta orden) una vez que no hay errores, lo que
provoca la carga de los condensadores 26 de disparo 26. De forma
similar, el dispositivo de detonación 40 o los ASIC 30 también
están preferentemente programados para permitir al operario que
emita la orden de disparo (y los ASIC 30 para recibir esta orden)
una vez que los condensadores de disparo se han cargado y
calibrado. Del mismo modo, también es preferible que el dispositivo
de detonación 40 o los ASIC 30 estén programados para que si la
orden de disparo no se emite en un período establecido (por ejemplo,
100 s), los condensadores de disparo 26 se descargarán y el
operario deberá reiniciar la secuencia si desea llevar a cabo el
disparo.
El dispositivo de detonación 40 también está
preferiblemente programado de modo que, cuando se produzca el
armado, se enciendan uno o varios pilotos indicadores de armado (por
ejemplo, de color rojo) y, a continuación, cuando se hayan cargado
correctamente los detonadores 20, dichos pilotos cambien de color
(por ejemplo, a verde) o bien se encienda otro piloto para indicar
que el sistema está listo para el disparo. Asimismo, el dispositivo
de detonación 40 también está preferiblemente programado para que el
usuario deba mantener presionados de forma simultánea botones
independientes de armado y disparo hasta el disparo si no se
descargan los condensadores de disparo 26 y el operario deba
reiniciar la secuencia para efectuar el disparo.
La secuencia anterior se puede llevar a cabo
satisfactoriamente con otras órdenes antes citadas y cuyos detalles
preferentes se abordan a continuación.
Esta orden permite al dispositivo de detonación
40 detectar cualquier detonador 20 desconocido (esto es, no
registrado) conectado al bus 18, forzándolos a responder con su ID
de serie, datos de retardo, datos de trabajo y ajustes del
indicador de estado actual. Preferiblemente, el dispositivo de
detonación 40 y el ASIC 30 pueden estar configurados y programados
para que esta orden se utilice del modo siguiente:
1. El dispositivo de detonación 40 difunde el
paquete con la orden de detección automática del bus en dicho bus
18. Todos los detonadores 20 que reciben la orden y que no se han
detectado previamente en el bus 18 (como lo indican sus respectivos
ajustes del indicador de estado de detección del bus) calculan un
valor de reloj que se correlaciona con sus ID de serie o
información de tiempo de retardo y, acto seguido, entran en un
estado de espera. El valor de reloj correlacionado se puede
calcular, por ejemplo, a partir de un número de 11 bits derivado
del CRC-8 de los bits de datos seleccionados e ID de
serie combinados (por ejemplo, 8 bits) de la palabra de registro de
retardo del paquete con la orden de detección automática del bus,
para que se permita el período de tiempo suficiente entre cada
posible valor de reloj para el inicio de una respuesta (incluido
cualquier retardo como se describe más adelante) del detonador
correspondiente 20.
2. A continuación, el dispositivo de detonación
40 empieza a emitir una secuencia de reloj en el bus 18 que
prosigue (excepto cuando se detiene o aborta como se describe más
adelante) hasta que alcanza un número que corresponde al mayor ID
de serie de detonador del sistema posible (por ejemplo, mediante el
número de 11 bits descritos con anterioridad, puede haber 2.048
posibles valores de reloj). Se debe permitir un período de tiempo
entre el final del paquete con la orden de detección automática del
bus y la emisión de un valor de reloj que corresponda al primer ID
de serie posible para que los ASIC 30 puedan calcular los valores de
reloj correspondientes a los ID de serie. Para ello, se puede
incluir un tiempo de espera (por ejemplo, de 10 \mus en esta forma
de realización) entre el final del paquete con la orden de
detección automática del bus y el flanco de ataque de la primera
transición del reloj. Para permitir la intercomunicación de
corriente (como se describe en este documento), el bus 18 se
mantiene preferiblemente bajo durante este tiempo, aunque, como
alternativa, se puede mantener alto.
3. Cuando se alcanza el valor de reloj de un
detonador 20 sin registrar determinado, el ASIC 30 de ese detonador
20 responde. En la forma de realización descrita en este documento,
se permite un período de tiempo (durante el que el bus 18 se
mantiene alto o bajo aunque, preferiblemente, bajo) para el inicio
de una respuesta que se retarda en un período predeterminado como
se muestra en la figura 9. Preferentemente, el sistema puede estar
configurado para que si el bus 18 no se establece en bajo antes de
un compás de espera predeterminado (por ejemplo, 4,096 ms), se
abortará el proceso de detección.
4. Cuando se detecta una respuesta de uno o
varios detonadores 20, el dispositivo de detonación 40 detiene la
secuencia de reloj y mantiene el bus (preferiblemente bajo) hasta
que se recibe el paquete de respuesta completo y, en este punto, se
reanuda la secuencia de reloj. Como alternativa, se puede permitir
el tiempo suficiente para la transmisión de un paquete completo
entre el recuento de cada valor de reloj que corresponda a un
posible ID de serie, aunque este proceso será más lento. El
dispositivo de detonación 40 registra por lo menos el ID de serie
(y, opcionalmente, también los ajustes del dispositivo) de cualquier
detonador 20 que responda. Si diversos ASIC 30 empiezan a responder
de forma simultánea, el dispositivo de detonación 40
preferiblemente ignora estas respuestas y reanuda la secuencia de
reloj como haría si no se produjeran estas respuestas.
5. Después, se repite el proceso iniciado con el
paquete que contiene la orden de detección automática del bus con
un tiempo de retardo distinto o un ID de serie ficticio hasta que no
responda ningún detonador 20 no registrado (esto es, hasta que
transcurra una secuencia de reloj completa sin que responda ningún
dispositivo), momento en el que se considera que se han
identificado todos los detonadores 20 conectados al bus 18.
6. Cuando se ha completado la secuencia de
detección automática del bus, el dispositivo de detonación 40 envía
(en el orden que se desee, como por ID de serie) la orden de lectura
de detonador conocido (que se describe a continuación) a cada uno
de los detonadores conocidos 20, esto es, a todos los que
respondieron a la orden de detección automática del bus, así como a
los que el registrador identificó inicialmente para el dispositivo
de detonación 40.
Mediante esta orden, el dispositivo de
detonación 40 o registrador solicita una lectura de un único
detonador 20 cuyo ID de serie se conoce. En respuesta a esta orden,
el detonador 20 proporciona su ID de serie, tiempo de retardo,
información de trabajo e indicadores de estado (en particular, su
estado de carga). Preferiblemente, esta orden establece el
indicador de detección del bus en alto para que el dispositivo ya no
responda más a una orden de detección automática del bus.
El sistema se debe configurar para que esta
orden se deba emitir antes de que se pueda emitir la orden de carga
(descrita a continuación). Mediante esta orden, el dispositivo de
detonación 40 difunde una solicitud a todos los detonadores 20
conectados al bus 18 para que realicen una comprobación de
continuidad. En respuesta, cada ASIC 30 de los detonadores 20
realiza una comprobación de continuidad en el puente con filamento
metálico 27 como se ha descrito con anterioridad respecto a la
orden de comprobación de continuidad única que se envía a un
detonador 20 específico.
Mediante esta orden, el dispositivo de
detonación 40 solicita una carga de todos los detonadores 20
conectados al bus 18. Tras la carga de cada detonador 20, su
indicador de estado de carga se establece en alto. Los detonadores
20 responden al dispositivo de detonación 40 sólo si se ha producido
un error (por ejemplo, un error de CRC, el indicador de detección
del bus no está establecido en alto o, si se utiliza la carga
escalonada como se describe más adelante, el registro de anulación
se ha establecido en cero), en cuyo caso la respuesta incluye el
correspondiente código de error.
Si hay un gran número de detonadores 20
conectados al bus 18, la carga se escalona para que cada uno de los
detonadores 20 se cargue en un momento distinto mediante, por
ejemplo, los pasos siguientes:
1. El dispositivo de detonación 40 emite la
orden de carga en el bus 18.
2. Entonces, el dispositivo de detonación 40
empieza a emitir una secuencia de reloj a una frecuencia temporal
seleccionada en el bus 18, secuencia que sigue hasta un número
máximo concreto correspondiente al número máximo del registro de
trabajo, por ejemplo, 4.096.
3. Cuando el número de reloj alcanza un número
programado en el registro de trabajo de un detonador 20 concreto,
ese detonador 20 se carga. Los detonadores 20 pueden tener valores
de trabajo exclusivos o bien se pueden agrupar por número de
trabajo en conjuntos (por ejemplo, de entre 2 y 100) que, en
consecuencia, se cargan de forma simultánea. La frecuencia de reloj
se debe determinar, y los valores de trabajo de los detonadores se
deben establecer secuencialmente para garantizar que se permite el
tiempo de carga mínimo individual (esto es, no superpuesto) que se
desee para cada detonador 20 o grupo de detonadores 20, operación
que se puede llevar a cabo de múltiples formas (por ejemplo, el uso
de números de trabajo 1, 2, 3, etc. a una determinada frecuencia de
reloj tiene el mismo efecto que utilizar los número de trabajo 2, 4,
6, etc. a una frecuencia de reloj el doble de rápida). Cuando se
recibe el reloj correspondiente al detonador 20, el ASIC 30 inicia
la carga del condensador de disparo 26 (consulte, por ejemplo, la
figura 5) hasta que el voltaje de dicho condensador alcanza un
límite cargado predefinido, momento en el que se mantiene el valor
máximo de carga del condensador de disparo 26.
4. Si no se alcanza el límite de voltaje del
condensador en el marco temporal especificado (por ejemplo, en esta
forma de realización, entre 1,048 s y 8,39 s desde que el ASIC 30
inicia la carga del condensador de disparo 26), el ASIC 30 espera y
establece el indicador de estado de carga en bajo (pero no es
necesario programarlo para que envíe una respuesta en la que se
comunique el error, ya que se supone que se utilizará la orden de
verificación de carga que se describe más adelante).
5. El proceso de carga finaliza cuando el bus 18
se mantiene bajo durante un período superior al compás de espera
predeterminado (por ejemplo, 4,096 ms).
El tiempo mínimo necesario para cargar una red
de detonadores de forma escalonada es, en esencia, igual al tiempo
de carga de un condensador individual (o grupo de condensadores) que
se desee (que, a su vez, depende del proceso de carga específico
utilizado así como del tamaño del condensador de disparo 26)
multiplicado por el número de detonadores 20 (o grupos). Por
ejemplo, en esta forma de realización, unos 3 s por condensador
puede ser un valor apto para un sistema con 100 detonadores o grupos
de detonadores en el que se utilice el proceso de regulación de
corriente constante descrito más adelante, que dará como resultado
un tiempo de carga global de 300 s. Como alternativa, la
polarización de carga se puede controlar mediante un amplio
intervalo de valores de trabajo, como por ejemplo, la polarización
a un determinado número de impulsos (se cargarán todos los
detonadores con valores de trabajo hasta este número de impulsos),
la pausa momentánea de la polarización para permitir que estos
detonadores se carguen hasta la máxima capacidad antes de emitir más
impulsos de reloj, la pausa y reanudación, si así se
desea, etc.
desea, etc.
A nivel del dispositivo, es preferible que el
suministro de electricidad a cada condensador de disparo 26 durante
la carga se lleve a cabo mediante un proceso de carga regulado por
voltaje de carril y corriente constate, como se muestra en la
figura 12. En este proceso de carga, la llamada de corriente se
mantiene constante a una cantidad relativamente bajo (por ejemplo,
a 1 mA), mientras que el voltaje se incrementa linealmente con el
paso del tiempo hasta que se alcanza el voltaje de carril (el
voltaje reguladora que, a su vez, se selecciona junto con la
capacidad del condensador de disparo 26 y la energía de disparo del
puente con filamento metálico 27), tras lo que el voltaje permanece
constante al voltaje de carril y, por lo tanto, la llamada de
corriente disminuye rápidamente. Esta regulación de la carga,
conocida por ejemplo en el ámbito de los cargadores de baterías de
ordenadores portátiles, se puede conseguir mediante diversos
sistemas, como un espejo de corriente que utilice dos transistores
bipolares o MOSFET, un voltaje compuerta-fuente fija
en un transistor de efecto de campo con compuerta de unión (JFET) o
MOSFET, o bien una retroalimentación de corriente que utilice un
amplificador operacional o comparador.
Mediante esta orden, el dispositivo de
detonación 40 difunde una solicitud a todos los detonadores 20 del
bus 18 para verificar que están cargados. Si un ASIC 30 no se ha
cargado (como lo muestra un indicador de estado de carga bajo para
el procedimiento de carga descrito anteriormente) o presenta un
error de CRC, responde de inmediato con el código de error adecuado
y otra información, como los indicadores de estado. La orden de
verificación de carga también puede proporcionar una verificación
eficaz de la capacidad verdadera del condensador de disparo 26 si
se utiliza un marco temporal para la carga como el descrito
anteriormente respecto al proceso de carga, y sus límites se
definen respectivamente para que correspondan con el tiempo
necesario (con el proceso de carga seleccionado) para cargar un
condensador de disparo 26 con unos límites de capacidad superior e
inferior aceptables. Por ejemplo, en esta forma de realización, con
el uso de una carga limitada con voltaje de carril y una corriente
constante (1 mA), un condensador de 47 \muF se carga nominalmente
a 25 V en 1,2 s, y un marco temporal de entre 0,5 y 3 s corresponde
a unos límites de capacidad máximo/mínimo aceptables (esto es,
aproximadamente entre 20 y 100 \muF), o un condensador de 374
\muF se carga nominalmente a 25 V en 9,4 s, y un marco temporal
de entre 6,25 y 12,5 s corresponde a unos límites de capacidad
máximo/mínimo aceptables (esto es, aproximadamente entre 250 y 500
\muF). Si el dispositivo de detonación 40 recibe un mensaje de
error en respuesta a esta orden, puede volver a difundir la orden de
carga y terminar la secuencia o, alternativamente, se podría
configurar y programar para que permitiera el diagnóstico y carga
individuales de cada detonador 20 específico que responda con
errores.
Cada uno de los detonadores 20 contiene un
oscilador interno (consulte la figura 5) que se utiliza para
controlar y medir la duración de todos los períodos de tiempo o
retardo generados o recibidos por el detonador 20. Se desconoce la
frecuencia exacta del oscilador de un determinado detonador 20, que
cambia con la temperatura. Para obtener unos tiempos de detonación
exactos y reproducibles, es imprescindible compensar esta variación.
En la presente forma de realización, esto se consigue al solicitar
al detonador 20 que mida (en términos de la frecuencia de su propio
oscilador) la duración de un impulso de calibración fijo, el margen
de funcionamiento normal (MFN, preferiblemente, entre 0,5 y 5 s en
esta forma de realización) generado por el dispositivo de
detonación 40 con su oscilador interno como referencia. En la
presente forma de realización, el detonador 20 utiliza la duración
de impulso medida (CC) para calcular el retardo de disparo en
términos de los recuentos del oscilador mediante la fórmula
siguiente: recuentos = RET * (CC/MFN), donde RET es el valor del
registro de retardo. En esta forma de realización, se da por
sentado que la temperatura del detonador 20 se ha estabilizado o
está sujeta a cambios no significativos en el momento en el que se
produce la explosión real.
Mediante la orden de calibración (cuyos bytes de
dirección pueden contener cualquier dato arbitrario), el
dispositivo de detonación 40 difunde una solicitud para calibrar
todos los detonadores 20 del bus 18. Un detonador 20 responde a la
orden de calibración sólo si se ha producido un error (por ejemplo,
un error de CRC o los indicadores de estado de carga o de detección
del bus no están establecidos en alto), en cuyo caso la respuesta
incluye el correspondiente código de error. Si no hay ningún error,
inmediatamente después de la recepción del paquete de calibración,
el detonador 20 espera hasta que el bus 18 se establece en alto
durante un período determinado (por ejemplo, el mismo período
descrito antes como MFN) y, entonces, el ASIC 30 inicia el recuento
a su frecuencia oscilante hasta que el bus 18 vuelve a establecerse
en bajo para finalizar la secuencia de calibración. El resultado
del recuento realizado por el ASIC 30 durante este período
determinado se almacena en el registro de calibración del detonador
(y el ASIC 30 lo utiliza más adelante para determinar los valores
de cuenta atrás) y el indicador de calibración se establece en alto.
Al establecer el bus 18 en bajo se termina la secuencia de la orden
de calibración y el flanco ascendente de la siguiente transición a
alto en el bus 18 se reconoce como el punto de inicio de una nueva
orden.
Mediante esta orden, el dispositivo de
detonación 40 difunde una solicitud para verificar la calibración de
todos los detonadores 20 del bus 18. Como respuesta, cada detonador
20 comprueba que el valor de su registro de calibración está
comprendido en un determinado intervalo (por ejemplo, en esta forma
de realización, +/-40%) de un valor correspondiente al número
nominal o ideal de ciclos de oscilador que se producirían durante el
período MFN. Un detonador 20 sólo responde si el valor de
calibración se encuentra fuera del intervalo o se ha producido otro
error (por ejemplo, un error de CRC o los indicadores de estado de
detección del bus, carga o calibración no están establecidos en
alto), en cuyo caso la respuesta incluye el correspondiente código
de error.
Mediante esta orden, el dispositivo de
detonación 40 difunde una solicitud para disparar todos los
detonadores 20 del bus 18. Un detonador 20 responde a esta orden
sólo si se ha producido un error (por ejemplo, un error de CRC, los
indicadores de estado de detección del bus, carga o calibración no
están establecidos en alto o el registro de retardo se ha
establecido en cero), en cuyo caso la respuesta incluye el
correspondiente código de error. De lo contrario, y en respuesta a
esta orden, el ASIC 30 de cada detonador 20 inicia una cuenta
atrás/secuencia de disparo y establece el indicador de disparo en
alto. El dispositivo de detonación 40 y el registrador o ASIC 30 se
pueden configurar y programar satisfactoriamente para que este
proceso sea del modo siguiente (consulte también la figura 11):
1. Cuando se recibe la orden de disparo, no hay
errores de CRC o de procedimiento y el ASIC 30 todavía no ha
recibido correctamente una orden de disparo, el dispositivo responde
inmediatamente con el código de error adecuado (en cuyo caso, como
se muestra en la figura 10d, el dispositivo de detonación 40
responde preferentemente al difundir una orden de descarga a todos
los detonadores 20; como alternativa, se puede diseñar para que
permita el diagnóstico y corrección individuales de cualquier
detonador 20 que responda con un error, o bien puede emitir órdenes
de disparo adicionales como se indica en el paso 3 siguiente). Si no
hay errores, el ASIC 30 entra en una cuenta atrás previa al
disparo, cuyo tiempo de retardo se programa mediante la información
de retardo del paquete que transmite la orden de disparo. Por
ejemplo, dos bits de un byte de registro de retardo pueden
corresponder a cuatro retardos de cuenta atrás previa al disparo
diferentes basados en la desviación y secuencia de calibración
anteriores, por ejemplo, un valor de 1-1 corresponde
a un retardo de 4,096 s, de 1-0 a un retardo de
2,048 s, de 0-1 a un retardo de 1,024 s y de
0-0 a un retardo de 0,512 s.
2. En cualquier momento durante la cuenta atrás
previa al disparo, el detonador 20 puede recibir una orden de
descarga o de descarga única, o bien otra orden de disparo. Si se
vuelve a enviar la orden de disparo, el ASIC 30 comprueba que no
haya errores de CRC. Si hay un error de este tipo, la nueva orden de
disparo se ignora y la cuenta atrás previa al disparo existente
prosigue. En cambio, si no hay errores de CRC, el ASIC 30
restablece su valor de cuenta atrás previa al disparo al valor
determinado por el registro de retardo del nuevo paquete con la
orden de disparo e inicia una nueva cuenta atrás previa al disparo
basada en el nuevo valor de retardo. En función del valor de
retardo de la cuenta atrás previa al disparo inicial, se puede, y
es preferible, enviar la orden de disparo diversas veces adicionales
(en esta forma de realización, en tres ocasiones) antes de que
acabe la cuenta atrás previa al disparo.
3. Si no se emite ninguna orden de descarga
antes de que termine la cuenta atrás previa al disparo, el ASIC 30
comprueba que el voltaje del bus 18 supere un valor de umbral
absoluto mínimo. Si no es así, el detonador 20 se descarga de forma
automática; de lo contrario, se inicia una cuenta atrás de disparo
final y, preferiblemente, la interfaz de comunicaciones del
detonador 20 se deshabilita para que no se puedan recibir más
órdenes. El tiempo de la cuenta atrás de disparo final se determina
preferentemente según la calibración antes descrita y un valor de
retardo programado en un registro de retardo del ASIC 30. Cuando
termina esta cuenta atrás de disparo final, el ASIC 30 provoca la
descarga del condensador de disparo 26 a través del puente con
filamento metálico 27 y, finalmente, se produce la explosión.
Se ha observado que un sistema fabricado con
arreglo a las características preferentes descritas en este
documento, con hasta un millar o más de detonadores 20
interconectados con el dispositivo de detonación 40, puede
proporcionar una exactitud en el tiempo de retardo superior a 80 ppm
(por ejemplo, 0,8 ms con un retardo de 10 s).
Mediante esta orden, el dispositivo de
detonación 40 difunde una solicitud de descarga de todos los
detonadores 20 del bus 18. Un detonador 20 responde a esta orden
sólo si se ha producido un error de CRC, en cuyo caso la respuesta
incluye el correspondiente código de error (en este caso, la orden
de descarga no se ejecuta). De lo contrario, y en respuesta a esa
orden, el ASIC 30 de cada detonador 20 detiene cualquier cuenta
atrás de disparo que pueda estar en curso y provoca la descarga de
cualquier condensador de disparo 26.
Mediante esta orden, el dispositivo de
detonación 40 difunde una solicitud de verificación de la descarga
de todos los detonadores 20 del bus 18. En respuesta a esta orden,
el ASIC 30 de cada uno de los detonadores 20 verifica la descarga
del condensador de disparo 26, y sólo responde si se ha producido un
error de CRC o de verificación (por ejemplo, un error de CRC o los
indicadores de estado de detección del bus, carga o calibración no
están establecidos en alto), en cuyo caso la respuesta incluye el
correspondiente código de error.
Esta orden es la misma que la de descarga antes
citada, excepto porque requiere un ID de serie correcto de un
detonador 20 específico del bus 18, detonador que responde con su ID
de serie, información de retardo y de trabajo, indicadores de
estado y códigos de error.
Una persona versada en la técnica reconocerá que
incluso el sistema específico descrito en este documento está
sujeto a múltiples adiciones y modificaciones. Por ejemplo, no todas
las órdenes que se han descrito son necesariamente imprescindibles,
se pueden combinar, separar y modificar de muchos modos y, además,
también se pueden aplicar numerosas órdenes adicionales. Sólo a
modo de ejemplo, una orden se puede aplicar para borrar todos los
indicadores de detección del bus de los detonadores 20 de dicho bus
18 para permitir el restablecimiento del proceso de detección del
bus, otra orden puede servir para permitir la carga o verificación
de la carga individuales de detonadores 20 seleccionados, etc.
Asimismo, se pueden utilizar otros esquemas de sincronización (por
ejemplo, mediante el uso de una tercera línea de reloj en lugar de
recurrir a la sincronización dinámica) o protocolos si resultan
aptos para una aplicación determinada.
A pesar de que el presente invento se ha
descrito en el contexto de una forma de realización preferente, es
evidente que diversas variaciones, modificaciones y otras
aplicaciones también forman parte del ámbito de estas
reivindicaciones. Por ejemplo, para una persona versada en la
técnica resultará claro que, aunque constituye un medio preferente y
eficiente, no es imprescindible utilizar una secuencia de reloj
para lograr la carga escalonada en el tiempo de los dispositivos
esclavos. Asimismo, y dando por sentado que el dispositivo maestro
conoce las identificaciones de los dispositivos esclavos, el
maestro puede llamar a estos últimos dispositivos de forma
individual (o en grupos) para ordenarles la carga y que respondan
con una verificación de dicha carga inmediatamente después de la
finalización de la carga, momento en el que el dispositivo maestro
pasaría a llamar al siguiente dispositivo esclavo para la carga,
etc. Además, el presente invento se puede utilizar en cualquier
sistema adecuado en el que se carguen diversos dispositivos, como
en aplicaciones pirotécnicas, de seguridad de la automoción, del
sector aeroespacial y del ámbito militar. Así pues, la anterior
descripción detallada de una forma de realización preferente en
ningún caso limita el invento en ningún sentido; dicho invento sólo
se limita por las reivindicaciones siguientes.
Claims (20)
1. Un método para cargar detonadores eléctricos
(20) de un sistema electrónico de forma escalonada que cuenta con
los pasos siguientes: a) establecimiento de un sistema electrónico
que incluye un dispositivo maestro y un bus (18); b) conexión de
múltiples detonadores electrónicos (20) al citado bus (18); y c)
carga selectiva de dichos detonadores electrónicos (20) con energía
eléctrica suministrada por el dispositivo maestro del bus (18),
carga escalonada en el tiempo por el citado dispositivo maestro, que
lleva a cabo los pasos siguientes: (i) emisión de un orden de carga
en el bus (18) que reciben todos los detonadores electrónicos (20)
conectados a dicho bus (18) en el paso b), pero que por sí misma es
insuficiente para provocar que los citados detonadores electrónicos
(20) inicien la carga; y (ii) emisión en dicho bus (18) de una
secuencia de reloj en la que los valores de reloj específicos
provocan que los detonadores electrónicos (20) específicos
correspondientes inicien la carga para que los detonadores
electrónicos (20) seleccionados conectados al bus (18) empiecen a
cargarse en momentos distintos respecto a otros detonadores
electrónicos (20) conectados al bus (18) antes mencionada.
2. El método de la reivindicación 1, en el que
un valor de reloj específico de la citada secuencia de reloj
corresponde a un grupo específico de múltiples detonadores
electrónicos (20) conectados al citado bus (18), de modo que cada
detonador electrónico (20) del grupo específico de múltiples
detonadores electrónicos (20) se empieza a cargar de forma
simultánea cuando se emite el valor de reloj específico.
3. El método de la reivindicación 2, en el que
los múltiples detonadores electrónicos (20) conectados al citado
bus (18) incluyen más de un grupo de múltiples detonadores
electrónicos (20), y en el que cada grupo corresponde a un valor de
reloj específico cuya emisión provoca el inicio de la carga de
únicamente ese grupo.
4. El método de la reivindicación 3, en el que
el citado sistema electrónico es un sistema electrónico de
detonación, y el dispositivo maestro es un dispositivo de detonación
(40).
5. El método de la reivindicación 1, en el que
el citado sistema electrónico es un sistema electrónico de
detonación, y el dispositivo maestro es un dispositivo de detonación
(40).
6. El método de la reivindicación 1, en el que
cada uno de los detonadores electrónicos (20) cuenta con un valor
de trabajo y la citada secuencia de reloj incluye un valor de reloj
correspondiente al valor de trabajo de cada uno de los detonadores
electrónicos (20) del citado sistema electrónico.
7. El método de la reivindicación 6, en el que
los valores de trabajo de dichos detonadores electrónicos (20) se
unen en grupos para que los citados detonadores electrónicos (20) se
carguen en grupos durante el paso c).
8. El método de la reivindicación 1, en el que
la citada secuencia de reloj cuenta con una frecuencia temporal y
el tiempo durante el que los detonadores electrónicos (20) se cargan
de forma selectiva es, por lo menos en parte, una función de dicha
frecuencia temporal.
9. El método de la reivindicación 1, en el que
la carga en el paso c) incluye un proceso de carga limitado por
voltaje de carril y una corriente constante.
10. El método de la reivindicación 9, en el que
el paso c) incluye la carga de los citados detonadores electrónicos
(20) en grupos.
11. El método de la reivindicación 7, en el que
la citada secuencia de reloj cuenta con una frecuencia temporal que
se selecciona para garantizar que cada grupo de detonadores
electrónicos (20) está cargado, como mínimo hasta la consecución
del voltaje de carril, sin que se cargue de forma simultánea ningún
otro grupo de detonadores electrónicos (20).
12. El método de la reivindicación 9, en el que
el citado sistema electrónico es un sistema electrónico de
detonación, y el dispositivo maestro es un dispositivo de detonación
(40).
13. Un sistema electrónico capaz de cargar
detonadores eléctricos (20) de forma escalonada que está formado
por: a) un bus (18) y un dispositivo maestro configurado para
suministrar energía eléctrica al citado bus (18); y b) múltiples
detonadores electrónicos (20) conectados a dicho bus (18); sistema
electrónico que se configura o programa para que los detonadores
eléctricos (20) se carguen de forma selectiva con la energía antes
mencionada de forma escalonada en el tiempo para que los detonadores
electrónicos (20) seleccionados empiecen a cargarse en momentos
distintos respecto a otros detonadores electrónicos (20) en
respuesta a la emisión por parte del dispositivo maestro de la
orden de carga, seguida de una secuencia de reloj en la que los
valores de reloj específicos corresponden a detonadores electrónicos
(20) concretos.
14. El sistema electrónico de la reivindicación
13, cuyo dispositivo maestro está configurado o programado para
emitir una orden de carga y una secuencia de reloj.
\newpage
15. El sistema electrónico de la reivindicación
14, cuya secuencia de reloj incluye valores que corresponden a
grupos de detonadores electrónicos (20).
16. El sistema electrónico de la reivindicación
13, que es un sistema electrónico de detonación, en el que el
dispositivo maestro es un dispositivo de detonación (40).
17. Un detonador electrónico (20) para utilizar
en un sistema electrónico con un dispositivo maestro, un bus (18) y
múltiples detonadores electrónicos (20), detonadores electrónicos
(20) que se configuran o programan para cargarse de forma selectiva
durante la carga escalonada del citado sistema electrónico, de modo
que la carga de dichos detonadores electrónicos (20) empiece en
momentos diferentes respecto a otros detonadores electrónicos
(20).
18. El detonador electrónico (20) de la
reivindicación 17, configurado o programado también para cargarse
selectivamente en respuesta a una orden de carga seguida de una
secuencia de reloj.
19. El detonador electrónico (20) de la
reivindicación 18, cuyo sistema electrónico es un sistema
electrónico de detonación, y en el que el dispositivo maestro es un
dispositivo de detonación (40).
20. El método de la reivindicación 1, en el que
la citada secuencia de reloj cuenta con una frecuencia temporal y
el tiempo durante el que los detonadores electrónicos (20) se cargan
de forma selectiva es, por lo menos en parte, una función de la
citada frecuencia temporal.
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