ES2567429T3

ES2567429T3 - Conjunto detonador

Info

Publication number: ES2567429T3
Application number: ES12756635.4T
Authority: ES
Inventors: Andre Koekemoer; Craig Charles Schlenter; Albertus A. LABUSCHAGNE; Christopher Malcolm Birkin; Herman VAN DER WALT
Original assignee: Detnet South Africa Pty Ltd
Current assignee: Detnet South Africa Pty Ltd
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2016-04-22
Anticipated expiration: 2032-07-11
Also published as: ZA201400899B; EP2758747A1; CA2844758A1; US8991315B2; CA2844758C; EP2758747B1; AU2012311991A1; US20140261039A1; AU2012311991B2; WO2013044273A1

Abstract

Conjunto detonador (10), que incluye un alojamiento (16), al cual está conectado un tubo de ondas de choque (14), un explosivo (20) en el alojamiento (16), un elemento iniciador (32) expuesto al explosivo (20), y un circuito (22) para controlar el funcionamiento del elemento iniciador, caracterizado por que el conjunto detonador incluye una disposición de comunicación (62, 68, 54, 42, 14), que puede establecer una comunicación bidireccional entre el circuito (22) y un control externo (60) por lo menos a una frecuencia óptica, estando el tubo de ondas de choque (14) conectado al alojamiento (16) utilizando una clavija (42), y siendo por lo menos uno de entre el tubo de ondas de choque (14) y la clavija (42) capaz de transmitir unas señales de la comunicación bidireccional.

Description

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DESCRIPCION

Conjunto detonador.

Antecedentes de la invencion

La presente invencion se refiere a un conjunto detonador.

Un detonador electronico mantiene las ventajas, sobre otros tipos de detonadores, porque entre otras cosas, permite flexibilidad en la programacion del funcionamiento del detonador y, en particular, el detonador es capaz de ejecutar con precision un intervalo de temporizacion, incluso de una duracion de milisegundos.

Normalmente, se hace uso de conductores electricos, por ejemplo en una configuracion de dos cables o de cuatro cables, para interconectar una pluralidad de detonadores electronicos estableciendo de este modo un sistema de detonacion. El coste de los conductores electricos, tfpicamente fabricados a partir de cobre, puede ser relativamente alto y, por lo menos, por esta razon, se ha prestado una atencion creciente a interconectar detonadores electronicos utilizando tubos de senal (tambien referidos como "tubos de ondas de choque") a fin de componer un sistema de detonacion.

Un tubo de ondas de choque es resistente es relativamente barato y posee una serie de ventajas sobre los conductores electricos. En un sistema de detonacion el cual se basa en la utilizacion de un numero de detonadores electronicos interconectados por medio de tubos de ondas de choque, una trayectoria electricamente conductora, sin embargo, no se establece entre los detonadores y un dispositivo externo tal como una maquina de detonacion o etiquetador. Cada detonador debe ser capaz de soportar los efectos de la presion producida cuando los detonadores adyacentes encienden las respectivas cargas explosivas. Por esta razon un alojamiento de detonador normalmente esta fabricado a partir de metal, aluminio o cobre. Desgraciadamente el alojamiento metalico es, de forma inherente, electricamente conductor y actua como una proteccion electromagnetica. Esta caracterfstica hace diffcil, en un sistema a base de tubos de ondas de choque, establecer vfnculos de comunicacion fiables entre un circuito de comunicacion en el interior de un alojamiento de detonador y un dispositivo externo.

El documento US 2011/155012 A1 divulga un conjunto detonador, el cual forma el punto de partida para el preambulo de la reivindicacion 1.

Existe la necesidad de un medio de establecer la comunicacion entre un dispositivo externo y un circuito de comunicacion en el interior de un alojamiento de detonador sin hacer una conexion electricamente conductora entre el dispositivo externo y el circuito de comunicacion.

Sumario de la invencion

La invencion proporciona un conjunto detonador que tienen las caracterfsticas de la reivindicacion 1.

Como se utiliza en la presente memoria, la expresion "frecuencia optica" incluye frecuencias infrarrojas, visibles y ultravioletas. Una frecuencia infrarroja se considera que queda en el intervalo de frecuencias comprendido entre 300 GHz y 400 THz. Una frecuencia visible descansa en el intervalo comprendido entre 400 THz y 790 THz y una frecuencia ultravioleta descansa en el intervalo comprendido entre 790 THz y 1580 THz.

En una forma preferida de la invencion sin embargo la frecuencia optica descansa en el intervalo de frecuencias visibles o infrarrojas. Las fuentes de senal y los sensores de senal los cuales funcionan fiablemente a frecuencias visibles (luz) o infrarrojas estan rapidamente disponibles y son relativamente poco caras.

La comunicacion que se establece mediante la disposicion de comunicacion puede ser unidireccional, esto es hacia y desde el circuito en el detonador, o bidireccional esto es hacia y desde el circuito en el detonador. La invencion no esta limitada a este respecto.

La disposicion de comunicacion puede adoptar cualquier forma adecuada. Si la comunicacion tiene lugar a partir del circuito hacia un dispositivo externo, por ejemplo un control, entonces el detonador preferentemente incluye por lo menos un generador de senal el cual funciona a una frecuencia optica, por ejemplo una fuente de luz. La comunicacion se puede lograr modulando una salida del generador de senal. Para permitir que la senal sea transmitida desde el interior del alojamiento de modo que pueda ser detectada fuera del alojamiento se establece por lo menos una trayectoria de comunicacion.

En la invencion de un dispositivo de propagacion de la senal tal como un tubo de ondas de choque se conecta al alojamiento utilizando una clavija. Entonces queda dentro del ambito de la invencion, con el fin de establecer la trayectoria de comunicacion, por lo menos un dispositivo de propagacion de la senal (tubo de ondas de choque) o parte del mismo, y la clavija, para poder transmitir una senal a una frecuencia optica, esto es, en la forma preferida de la invencion, de ser capaz de transmitir una senal de luz.

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De forma similar, si la comunicacion se va a efectuar a partir del dispositivo externo hacia el circuito entonces el dispositivo de propagacion de la senal (tubo de ondas de choque) y la clavija, o por lo menos uno de estos componentes, debe ser capaz de actuar como un medio para transferir una senal de comunicacion, adecuadamente modulada, a una frecuencia optica.

Si va a tener lugar una comunicacion bidireccional, entonces una senal al circuito en el detonador debe ser transferida a una primera frecuencia y una senal desde el circuito debe ser transferida a una segunda frecuencia la cual es diferente de la primera frecuencia.

Si la comunicacion tiene lugar desde el dispositivo externo hacia el circuito entonces la disposicion de comunicacion puede incluir por lo menos un sensor para detectar una senal de entrada a una frecuencia optica escogida. Si la frecuencia optica esta en la zona de la luz visible entonces el sensor puede comprender por lo menos un sensor de luz.

El dispositivo de propagacion de la senal (tubo de ondas de choque) tfpicamente esta coloreado. La frecuencia de funcionamiento a la cual tiene lugar la comunicacion puede ser escogida para que sea compatible con el color del tubo de ondas de choque de modo que una indebida atenuacion de la senal no ocurra cuando la senal choque en el tubo de ondas de choque. De forma similar, la clavija puede tener un color o cualquier otra caracterfstica optica adecuada la cual se escoge para mejorar la propagacion de la senal.

El circuito en el interior del alojamiento del detonador puede estar empotrado, por lo menos parcialmente, en un material transmisor de luz por ejemplo un material plastico adecuado. El material transmisor de luz se escoge para que tenga una atenuacion minima de una senal, en el material, a una frecuencia optica particular, o de trabajo. Una fuente de luz que choque en este tipo de material es reflejada en los contornos del material con la atmosfera o un entorno que lo rodee y, efectivamente, el material es iluminado completamente interiormente por la luz. Esto facilita sustancialmente la deteccion de una senal de luz por uno o mas sensores los cuales estan, preferentemente, empotrados en este material.

El dispositivo externo por ejemplo un control puede incluir una unidad de interfaz la cual esta adaptada para recibir el alojamiento del detonador en una relacion previamente determinada. El alojamiento del detonador puede ser acoplable con la unidad de interfaz. La unidad de interfaz puede incluir una formacion la cual asegure que el alojamiento del detonador adopte una posicion u orientacion deseada cuando el detonador se acople con la unidad de interfaz. En esta posicion u orientacion la comunicacion a una frecuencia optica deseada se mejora o facilita. La unidad de interfaz por ejemplo puede incluir uno o mas sensores los cuales estan posicionados automaticamente con respecto al tubo de ondas de choque o la clavija, en una posicion deseada, cuando el alojamiento del detonador esta acoplado con la unidad de interfaz.

Breve descripcion de los dibujos

La invencion se describe adicionalmente a titulo de ejemplo haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

la figura 1 es una vista lateral de un conjunto detonador segun una forma de la invencion; la figura 2 ilustra un modo de comunicacion con el conjunto detonador de la figura 1;

la figura 3 ilustra algunos aspectos del diagrama del circuito de un conjunto detonador segun la figura 1 que interactua con un control externo; y

la figura 4 ilustra un modo diferente de comunicacion con el conjunto detonador.

Descripcion de formas de realizacion preferidas

La figura 1 de los dibujos adjuntos ilustra desde un lado y en seccion transversal un conjunto detonador 10 segun la invencion el cual incluye un detonador 12 conectado a un tubo de ondas de choque 14.

El detonador 12 incluye un alojamiento metalico tubular 16, por ejemplo de cobre o de aluminio, el cual contiene una cantidad de explosivo 20. Una tarjeta de circuito impreso 22 esta posicionada en el interior del alojamiento. La tarjeta de circuito impreso transporta una unidad de control 24, una bateria pequena 26 (la bateria esta representada en la figura 3 y no en la figura 1) y un sensor 30 el cual es operativo a frecuencias de luz visible o infrarroja segun el diseno. Un elemento iniciador 32 esta disenado para disipar energia electrica, como es conocido en la tecnica, bajo condiciones controladas y de ese modo causar el inicio del explosivo 20. Este aspecto no se describe adicionalmente en este documento.

La mayor parte de la tarjeta de circuito impreso, incluyendo el sensor 30, esta empotrada en el material plastico

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transparente, posiblemente coloreado 36. El sensor 30 es sensible a una frecuencia optica la cual tiene una longitud de onda determinada y el color del material plastico es transparente a la misma longitud de onda. Esto es para mejorar la sensibilidad de la disposicion en el interior del alojamiento del detonador a la luz que entra de la frecuencia apropiada.

El tubo de ondas de choque 14 es de una construccion convencional. El tubo de ondas de choque tiene un extremo interior 40 el cual se opone directamente al sensor 30. El tubo de ondas de choque esta rodeado por una clavija 42 la cual se fija al alojamiento 16 por medio de un proceso de engarce 44 en una boca del tubo. La clavija sirve para una serie de funciones. En primer lugar, se utiliza para fijar el tubo de ondas de choque en una orientacion deseada al alojamiento 16. En segundo lugar, la clavija proporciona una junta impermeable al agua y esencialmente a prueba de gas entre el interior del alojamiento y la atmosfera. En tercer lugar, la clavija esta fabricada a partir de un material el cual es transmisor de luz. Preferentemente el material a partir del cual esta fabricada la clavija tiene un color similar al color del material plastico 36.

El tubo de ondas de choque tiene una construccion tubular con una funda flexible externo 46 que rodea un paso alargado 48. Una pared del paso (una pared interior de la funda) esta cubierta, generalmente, con un material conocido en el mercado como Surlyn. Ha sido establecido a traves de pruebas que un tubo de ondas de choque tfpico, aunque, ostensiblemente, opaco sin embargo es capaz de permitir que la luz se propague a traves de sus paredes. Un rayo de luz que apunte a una superficie externa del tubo de ondas de choque es capaz de penetrar en el grosor de la funda y de entrar en el paso 48. La luz en el interior del paso puede ser propagada entonces hasta un cierto alcance a lo largo de la longitud del paso. Alternativamente o adicionalmente la luz se propaga a lo largo de la funda del tubo de ondas de choque.

La figura 3 ilustra un circuito tfpico transportado por la tarjeta de circuito impreso 22 en el interior del detonador. La unidad de control 24 es un microprocesador o a base de logica y esta conectada a una fuente de energfa 26 la cual es una baterfa adecuada. El sensor 30 representado en la figura 1 es tratado como un receptor el cual es eficazmente operativo a una frecuencia de luz determinada. Un dispositivo de transmision 50 esta incluido en el circuito. El dispositivo 50 esta representado estando separado del receptor o sensor 30 pero esto es con fines ilustrativos unicamente. Es posible utilizar una configuracion en la cual el sensor 30 se puede utilizar para recibir una senal a una frecuencia optica y transmitir una senal a una frecuencia optica. Una forma de realizacion ejemplo de una combinacion de este tipo de un sensor y un transmisor es un diodo que emite luz. Opcionalmente las frecuencias de transmision y de recepcion son diferentes para facilitar aspectos de la comunicacion. Opcionalmente, la comunicacion es tanto unicamente en un modo de transmision, como unicamente en un modo de recepcion, a una frecuencia optica y la comunicacion en la direccion opuesta se consigue por medios alternativos tales como comunicaciones magneticas o de radiofrecuencia.

La figura 3 ilustra una trayectoria de comunicacion 54 de una manera principal. Como se explica mas adelante en este documento la trayectoria de comunicacion esta constituida por la clavija 42 y el material plastico 36. La comunicacion tambien se puede efectuar a traves de la funda o paso del tubo de ondas de choque.

El conjunto detonador 10 esta pensado para ser utilizado con un control externo 60 el cual incluye un procesador 62, una memoria 64, una serie de sensores de luz o receptores 66 y por lo menos un transmisor 68 el cual funciona a una frecuencia optica. Otra vez es posible que los sensores se doblen como transmisores de luz, si es necesario. Sin embargo, en la figura 3 los receptores y los transmisores estan representados como componentes separados.

El control externo 60 esta representado en la figura 2 vinculado a una unidad de interfaz 74. La unidad de interfaz incluye un cuerpo 76 el cual puede ser manipulado por medio de un operario o el cual esta unido de una manera fija a una estructura de soporte apropiada, por ejemplo una carcasa del control 60. El cuerpo 76 esta formado con un paso alargado 78 el cual esta conformado de modo que el alojamiento del detonador 16 pueda ser posicionado con unicamente un pequeno grado de juego en el interior del paso. El paso tiene un extremo conico 80 el cual evita que el alojamiento 16 pase completamente a traves del paso y lo cual asegura que el alojamiento del detonador adopte una posicion deseada cuando el alojamiento esta insertado en el interior del paso.

Los receptores 66, representados en la figura 3, estan posicionados en una agrupacion empaquetada apretadamente en el interior del cuerpo 76 alrededor del paso 78. Cuando el alojamiento del detonador esta correctamente insertado en el interior del cuerpo 76 los receptores 66 estan cerca de la clavija 42 del conjunto detonador. El transmisor 68 tambien esta posicionado en el cuerpo. El tubo de ondas de choque 14 se extiende alejandose del cuerpo 76 y pasa a traves una abertura 84 en un anillo flexible 86, el cual permite que el alojamiento del detonador sea insertado en el interior del cuerpo 76 con la flexion del anillo. El anillo entonces automaticamente, bajo su resiliencia inherente y natural, salta de vuelta y se apoya en una superficie externa del tubo de ondas de choque evitando eficazmente el acceso de luz a traves de la abertura 84 al interior del paso 78.

El tubo de ondas de choque 14 se utiliza de una manera convencional para propagar una senal al detonador para causar de ese modo el encendido del elemento 32. Las funciones de codificacion, sincronizacion, temporizar y de control relacionadas estan implantadas por medio del circuito 24. La funcion del control externo 60 es permitir que tenga lugar la comunicacion con el circuito 24. Por ejemplo, los datos a partir de la memoria 64 pueden ser

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transmitidos al circuito 24 y utilizados para controlar la operacion de encendido del detonador. De forma similar, los datos pueden ser transmitidos en la direccion inversa, desde el detonador al procesador, para la validacion y otros propositos funcionales y de control. Estos aspectos no se detallan en este documento.

Con el fin de que la comunicacion entre el conjunto detonador y el control externo se efectue se utilizan tecnicas de comunicacion llevadas a cabo a frecuencias opticas.

Se utiliza una baterfa 92 transportada por el control 60, o cualquier otra fuente de energfa asociada con el control, regulada por el procesador 62, para generar energfa lumfnica a un nivel bastante alto a traves del transmisor 68. Esta energfa lumfnica se modula como sea apropiado, utilizando tecnicas convencionales, de modo que los datos puedan ser transportados por la senal de luz. La senal de luz emitida es dirigida hacia la trayectoria 54, esto es en la clavija 42 y una parte de una superficie externa del tubo de ondas de choque 14, en el interior del paso 78 en el cuerpo 76. La luz que choca en la clavija es emitida, entre otras cosas, desde una superficie 44A la cual esta encarada hacia el interior del alojamiento 16, vease la figura 1. De forma similar, la luz transportada en el interior del tubo de ondas de choque, tanto a lo largo de la longitud del paso 48 como en el interior del material de la funda 46, es dirigida desde el extremo 40 hacia el sensor 30. La luz que choca en el material plastico 36 ilumina interiormente el material para ser refractada o reflejada desde una superficie del material en una interfaz entre el cuerpo de material y el entorno que lo rodea. El sensor 30 esta de ese modo eficazmente expuesto a la senal de luz y los datos transportados por la senal de luz pueden ser extrafdos de la misma por la unidad de control y utilizados para los propositos funcionales del detonador.

En la direccion inversa la fuente de energfa 26 se utiliza para alimentar y modular el transmisor 50 el cual, como se ha indicado, puede ser el mismo que el receptor 30. La luz la cual es emitida, ilumina interiormente el material plastico 36 y algo de la luz es transferida a la clavija 44 a traves de la superficie 44A la cual esta encarada sobre el material 36. Adicionalmente, la luz entra en el tubo de ondas de choque 14 tanto a traves del paso 48 como en el interior del material de la funda. Normalmente la luz en la direccion inversa (desde el detonador hacia el control externo) es significativamente menos energetica que en la direccion de avance debido a las limitaciones impuestas por la fuente de energfa 26. Por esta razon, por lo menos, se prefiere utilizar una pluralidad de sensores 66 correctamente y proximamente posicionados alrededor de la clavija de modo que la energfa la cual es emitida sea efectivamente capturada por los receptores. La senal de luz desde el detonador es descodificada por el procesador 62 y dependiendo de los parametros funcionales, se evalua el estado o cualquier otro aspecto del conjunto detonador.

La cantidad de energfa la cual esta disponible a partir de la baterfa o de la fuente de energfa 26 asociada con el detonador es limitada y, tfpicamente, el circuito del detonador se mantiene en un modo de descanso durante un perfodo extendido unicamente para ser "despertado" cuando el detonador va a ser interrogado o colocado en un modo funcional. El funcionamiento del transmisor que emite la luz 50 (tfpicamente un sensor de luz) generalmente requiere una cantidad relativamente grande de energfa. Para mejorar la capacidad de comunicacion una cierta cantidad de energfa puede ser transferida a frecuencias de la luz desde el control al conjunto detonador. Por ejemplo, el conjunto detonador puede incluir una baterfa utilizada para el procesamiento de datos y propositos similares y un condensador de almacenaje el cual se utilice para actividades con un consumo de energfa mas elevado y el cual se carga mediante la conversion de la energfa de la luz que entra a traves del receptor/transmisor en el cuerpo 76 hacia el conjunto detonador.

Se prefiere tener un acoplamiento proximo entre el conjunto detonador y el control externo, generalmente de la manera representada en la figura 2. Sin embargo no es esencial hacer uso de esta tecnica por que la capacidad de transferencia de datos a una frecuencia de la luz entre una fuente externa y el conjunto del detonador depende, por lo menos, de la sensibilidad de los diversos componentes. La figura 4 por ejemplo muestra una disposicion en la cual el control 60 esta acoplado en una ubicacion 96 a un tubo de ondas de choque 14. La ubicacion 96 esta, relativamente, a una distancia considerable de un detonador 12 el cual, generalmente, es de la clase descrita con relacion con la figura 1. El control puede introducir energfa, a una frecuencia de la luz, en el interior del tubo de ondas de choque a traves una pluralidad de transmisores 68A los cuales estan separados circunferencialmente alrededor del tubo. La energfa de la luz que entra en el tubo de ondas de choque puede ser efectivamente transportada sobre una distancia bastante sustancial hacia el detonador, para la deteccion por uno o mas sensores en el interior del detonador. De forma similar, una senal de luz emitida por el detonador puede ser transferida al interior del tubo de ondas de choque para la deteccion en la ubicacion 96. Esta disposicion podrfa ser utilizada para comunicar con un detonador despues de que haya sido desplegado en un taladro de un barreno, a traves de una unidad de control la cual es exterior al agujero de un barreno por ejemplo situado en la superficie.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Conjunto detonador (10), que incluye un alojamiento (16), al cual esta conectado un tubo de ondas de choque (14), un explosivo (20) en el alojamiento (16), un elemento iniciador (32) expuesto al explosivo (20), y un circuito (22) para controlar el funcionamiento del elemento iniciador, caracterizado por que el conjunto detonador incluye una disposicion de comunicacion (62, 68, 54, 42, 14), que puede establecer una comunicacion bidireccional entre el circuito (22) y un control externo (60) por lo menos a una frecuencia optica, estando el tubo de ondas de choque (14) conectado al alojamiento (16) utilizando una clavija (42), y siendo por lo menos uno de entre el tubo de ondas de choque (14) y la clavija (42) capaz de transmitir unas senales de la comunicacion bidireccional.
2. Conjunto detonador segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la frecuencia optica esta en el intervalo comprendido entre 300 GHz y 790 THz.
3. Conjunto detonador segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que la disposicion de comunicacion (62, 68, 54, 42, 14) incluye por lo menos un sensor (30) para detectar una senal a la frecuencia optica.
4. Conjunto detonador segun la reivindicacion 1, caracterizado por que por lo menos uno de entre el tubo de ondas de choque (14) y la clavija (42) esta coloreado para reducir la atenuacion de la senal a la frecuencia optica.
5. Conjunto detonador segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el circuito (22) en el interior del alojamiento del detonador (16) esta empotrado, por lo menos parcialmente, en un material transmisor de luz (36).
6. Conjunto detonador (10) segun la reivindicacion 3 en combinacion con una unidad de interfaz (74), que puede ser acoplada con el alojamiento del detonador, caracterizado por que la unidad de interfaz incluye uno o mas sensores (66), los cuales son sensibles a la senal a la frecuencia optica, y los cuales estan posicionados automaticamente con respecto al tubo de ondas de choque (14) o la clavija (42) cuando el alojamiento del detonador esta acoplado con la unidad de interfaz (74).