KR101213974B1 - 전기식 기폭관용 기폭장치, 이를 구비하는 폭파장치 및 전기식 기폭관의 기폭방법 - Google Patents

전기식 기폭관용 기폭장치, 이를 구비하는 폭파장치 및 전기식 기폭관의 기폭방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기폭장치, 이를 구비하는 폭파장치 및 전기식 기폭관의 기폭방법에 관한 것으로, 상기 기폭장치는, 입력전압이 가해지며 제너다이오드 및 트랜지스터가 상기 입력전압에 의하여 정전류를 생성하도록 배치되는 전류생성부와, 상기 트랜지스터와 연결되며 기폭신호에 의하여 상기 전류생성부의 전류생성을 제어하는 제어회로부, 및 상기 전류생성부와 연결되며 기폭관이 장전 후에 기폭되도록 장전신호를 수신하면 상기 기폭관과 상기 전류생성부를 도전시키도록 스위칭되는 릴레이회로부를 포함한다. 이를 통하여, 기폭 신뢰성이 향상되고, 정전류에 의하여 기폭관을 기폭시키는 전기식 기폭관용 기폭장치 및 기폭방법이 구현된다.

Description

전기식 기폭관용 기폭장치, 이를 구비하는 폭파장치 및 전기식 기폭관의 기폭방법{FIRING DEVICE FOR ELECTRIC DETONATOR, BLASTING APPARATUS HAVING THE SAME AND FIRING METHOD FOR ELECTRIC DETONATOR}
본 발명은 전류공급에 의하여 전기식 기폭관을 기폭시키는 기폭장치와, 이를 구비하는 폭파장치 및 전기식 기폭관의 기폭방법에 관한 것이다.
유도탄이나 탄두/탄약 등의 폭파장치를 기폭시키기 위하여 주로 전기식 기폭관(혹은 착화기)이 사용되는데, 전기식 기폭관의 기폭시점은 공급되는 전류의 크기에 따라 달라진다. 일반적으로 기폭장치에 사용되는 에너지원은 건전지, 열전지, 풍력발전기, 상용전원 등 다양한 전원이 사용될 수 있으나 유도탄이나 군용 기폭장치에는 주로 열전지가 사용되고 있다. 그러나, 열전지는 입력전압이 일정치 않아, 기폭장치에 사용하는 경우 입력전압의 변화에 따라 전기식 기폭관의 기폭시점이 일정치 않게 되는 문제점이 있다.
또한 유도탄이나 탄두의 기폭관으로 많이 사용되고 있는 1W/1A 전기식 기폭관의 경우, 기폭관을 안정적으로 작동시키기 위하여 5A 정도의 높은 전류가 요구된다. 도 5는 기폭신호에 의하여 릴레이가 제어되는 경우의 흐름도이다. 도시된 바와 같이 기폭신호가 수신(S10)되면 릴레이가 작동(S20)하고, 이에 따라 기폭전류가 출력(S30)되면서 기폭관이 기폭(S40)되며, 이 경우에는 기폭 신뢰도가 저하된다. 보다 구체적으로, 기폭전류를 릴레이를 통해 직접 제어하게 되면 릴레이의 접점이 닫히거나 열릴 때 접점부위에 큰 스파크(spark)가 발생하게 되고, 이 스파크에 의해 릴레이의 접점이 눌러붙거나 파손되어 기폭장치의 신뢰성에 치명적인 영향을 초래할 수 있다. 뿐만 아니라 접점이 열리거나 닫힐 때 수 ms 정도의 떨림(jittering)현상이 발생할 수도 있다.
따라서, 전기식 기폭관을 기폭시킬 때 상기 문제점들을 해결할 수 있는 새로운 기폭장치 및 방법이 고려될 수 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 폭파장치의 기폭성능을 향상시키고 기폭 신뢰성을 향상할 수 있는 전기식 기폭관용 기폭장치 및 기폭방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 정전류에 의하여 기폭되는 전기식 기폭관용 기폭장치, 이를 구비하는 폭파장치 및 전기식 기폭관의 기폭방법을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 기폭장치는, 입력전압이 가해지며 적어도 하나의 저항들과 제너다이오드 및 트랜지스터가 상기 입력전압에 의하여 정전류를 생성하도록 배치되는 전류생성부와, 상기 저항들 중 어느 하나를 사이에 두고 상기 트랜지스터와 연결되며 기폭신호에 의하여 상기 전류생성부의 전류생성을 제어하는 제어회로부, 및 상기 전류생성부와 연결되며 기폭관이 장전 후에 기폭되도록 장전신호를 수신하면 상기 기폭관과 상기 전류생성부를 도전시키도록 스위칭되는 릴레이회로부를 포함한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제어회로부는 펄스발생기 및 제어 트랜지스터를 포함한다. 상기 펄스발생기는 상기 기폭신호를 수신하면 펄스를 발생하도록 이루어진다. 상기 제어 트랜지스터는 상기 트랜지스터와 연결되며, 상기 펄스에 의하여 온되도록 형성된다. 상기 트랜지스터는 상기 제어 트랜지스터가 온되면 전류가 흐르도록 상기 제어 트랜지스터와 연결된다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제너다이오드의 캐소드와 상기 트랜지스터의 사이에는 저항이 배치되고, 상기 입력전압은 상기 캐소드와 상기 저항의 연결지점에 공급된다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은 폭파장치를 제공한다. 상기 폭파장치는, 상기 기폭장치, 및 전류가 공급되면 폭파하도록 이루어지며 상기 장전신호 및 기폭신호의 수신 후에 기폭되도록 상기 릴레이회로부와 연결되는 기폭관을 포함한다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 기폭관에 정전류를 공급하도록 제너다이오드 및 트랜지스터가 정전류를 생성하도록 배치되는 전류생성부에 입력전압을 가하는 단계와, 상기 기폭관의 장전신호를 수신하는 단계와, 상기 장전신호를 이용하여 상기 전류생성부 및 기폭관의 사이를 연결하는 릴레이회로부를 상기 전류생성부 및 기폭관이 도전되도록 스위칭하는 단계, 및 상기 입력전압으로부터 상기 기폭관으로 공급되는 전류를 생성하도록 기폭신호를 이용하여 상기 전류생성부를 제어하는 단계를 포함하는 기폭방법을 개시한다.
본 발명의 기폭방법과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제어 단계는 수신 단계 및 턴온 단계를 포함한다. 상기 수신 단계는 상기 기폭관의 기폭신호를 수신하고, 상기 턴온 단계는 상기 트랜지스터로부터 상기 기폭관으로 공급되는 전류가 출력되도록 상기 기폭신호에 의하여 상기 트랜지스터와 연결되는 제어 트랜지스터를 턴온한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 전기식 기폭관의 기폭장치, 이를 구비하는 폭파장치 및 전기식 기폭관의 기폭방법은, 기폭전류가 흐르기 전에 장전신호에 의하여 릴레이회로부를 작동시킴에 따라 스파크를 방지시킨다. 이를 통하여, 보다 고장률이 낮고 신뢰성이 높은 기폭장치를 구현한다.
또한, 본 발명은 전류생성부가 정전류를 생성하도록 형성됨에 따라, 기폭관에 입력전압과 상관없이 일정한 기폭전류를 공급한다. 이를 통하여, 전기식 기폭관의 기폭시점이 일정하게 유지될 수 있으며, 나아가 기폭장치의 성능과 무기효과가 극대화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 폭파장치의 개념도.
도 2는 도 1의 기폭장치를 나타내는 회로도.
도 3은 도 2의 기폭장치의 작동에 따른 입출력신호의 그래프.
도 4는 본 발명과 관련한 기폭방법의 흐름도.
도 5는 장전신호가 없는 경우의 기폭방법의 흐름도.
이하, 본 발명에 관련된 전기식 기폭관용 기폭장치, 이를 구비하는 폭파장치 및 전기식 기폭관의 기폭방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일?유사한 구성에 대해서는 동일?유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 폭파장치의 개념도이다.
본 도면을 참조하면, 폭파장치(S)는 예시된 바와 같이 탄두가 될 수 있다. 다만 본 발명은 이에 한정되지 않으며 폭파장치(S)는 유도탄이나 탄약 등과 같이 기폭에 의하여 폭파되는 장치를 지칭한다.
탄두의 본체에는 탄(101)을 폭발시키는 폭발계열이 형성되고, 기폭관(200)은 전류가 공급되면 탄(101)을 폭발시키도록 이루어진다. 예를 들어 기폭관(200)은, 탄두의 신관(Fuze)이 될 수 있으며, 이는 통상 적은 양의 작약으로 연결된 폭발계열내의 최초 작약을 발화 또는 기폭시키는 역할을 한다.
도시에 의하면, 기폭관(200)은 기폭장치(100)에 의하여 폭파가 제어된다. 기폭장치(100)는 릴레이회로부(110), 전류생성부(120) 및 제어회로부(130)를 구비한다.
릴레이회로부(110)는 장전신호에 의하여 스위칭되도록 이루어지고, 전류생성부(120)는 상기 릴레이회로부(110)와 직렬로 연결되며, 입력전압에 의하여 정전류를 생성하도록 형성된다. 제어회로부(130)는 전류생성부(120)와 연결되며, 기폭신호에 의하여 상기 전류생성부(120)의 전류생성을 제어하도록 이루어진다.
기폭관(200)은 릴레이회로부(110)와 연결되며, 릴레이회로부(110), 전류생성부(120) 및 제어회로부(130)의 조합에 의하여 장전신호 및 기폭신호를 순차적으로 수신한 후에 기폭된다. 이와 같이, 기폭전류가 흐르기 전에 장전신호에 의하여 릴레이회로부(110)가 작동됨에 따라 기폭장치(100)의 작동시에 스파크가 방지될 수 있다.
도 2는 도 1의 기폭장치(100)를 나타내는 회로도이고, 도 3은 도 2의 기폭장치(100)의 작동에 따른 입출력신호의 그래프이고, 도 4는 본 발명과 관련한 기폭방법의 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 제어회로부(130)는 전류생성부(120)와 연결되어 정전류 발생을 제어하며, 전류생성부(120)에서 출력된 정전류원은 릴레이회로부(110)를 통해 전기식 기폭관(200)으로 공급된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 기폭방법은 먼저, 기폭관에 정전류를 공급하도록 제너다이오드 및 트랜지스터가 정전류를 생성하도록 배치되는 전류생성부에 입력전압을 가한다(S100).
다음은, 상기 기폭관의 장전신호를 수신하고(S200), 상기 장전신호를 이용하여 상기 전류생성부 및 기폭관의 사이를 연결하는 릴레이회로부를 상기 전류생성부 및 기폭관이 도전되도록 스위칭한다(S300).
도 2 및 도 3을 참조하여 예를 들면, 기폭장치(100)에 입력전압(A1)이 공급되고, 임의의 시점에서 장전신호(A2)가 입력되면 릴레이회로부(110)가 작동하여 릴레이의 접점이 안전상태(접점 101과 접점 103이 접촉되고, 접점 102과 접점 104가 접촉된 상태)에서 장전상태(접점 101과 접점 105 및 접점 102과 접점 106이 접촉된 상태)로 전환된다.
다시 도 4를 참조하면, 마지막으로, 상기 입력전압으로부터 상기 기폭관으로 공급되는 전류를 생성하도록 기폭신호를 이용하여 상기 전류생성부를 제어한다(S400).
보다 구체적으로, 제어 단계(S400)는 수신 단계(S410) 및 턴온 단계(S420)를 포함한다. 상기 수신 단계(S410)는 상기 기폭관의 기폭신호를 수신하고, 상기 턴온 단계(S420)는 상기 트랜지스터로부터 상기 기폭관으로 공급되는 전류가 출력되도록 상기 기폭신호에 의하여 상기 트랜지스터와 연결되는 제어 트랜지스터를 턴온한다.
도 2 및 도 3을 참조하여 예를 들면, 릴레이회로부(110)가 장전된 상태에서 기폭신호(A3)가 입력되면 제어회로부(130)에서는 기폭관(200)의 작동에 필요한 펄스폭을 갖는 펄스발생기(131)의 출력신호(A4)를 생성한다. 상기 출력신호(A4)에 의해 전류생성부(120)가 작동하며, 기폭전류(A5)가 기폭관(200)으로 공급된다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 장전신호 및 기폭신호에 의하여 기폭되는 상기 기폭장치(100)에 대하여 보다 상세히 설명한다.
릴레이회로부(110)는 전류생성부(120)와 연결되며, 기폭관(200)이 장전 후에 기폭되도록 장전신호(A2)를 수신하면 상기 기폭관(200)과 상기 전류생성부(120)를 도전시키도록 스위칭된다.
보다 구체적으로, 릴레이회로부(110)는 기폭관(200)의 안전과 장전을 제어하는 회로로서 장전신호(A2)가 입력되지 않으면 릴레이의 접점 단자가 단락(short)상태가 된다. 그러나 장전신호(A2)가 입력되면 릴레이의 접점 101과 접점 105 및 접점 102과 접점 106이 서로 연결되도록 릴레이가 스위칭된다.
제어회로부(130)는 기폭신호에 의하여 전류생성부(120)의 전류생성을 제어하도록 이루어진다. 제어회로부(130)는 펄스발생기(131) 및 제어 트랜지스터(132)를 포함하고, 펄스발생기(131) 및 제어 트랜지스터(132)의 사이에는 저항들(133, 134)이 배치된다.
제어회로부(130)로 기폭신호(A3)가 입력되면, 펄스발생기(131)는 기폭신호의 상승시간(rising time)을 기준으로 임의의 펄스폭을 갖는 신호를 출력한다.
펄스폭은 기폭장치(100)의 용도에 맞게 가변될 수 있으며, 펄스발생기(131)의 펄스발생 방법은 RC 시정수에 의한 방법, MMV(Mono-stable Multi-Vibrator), 또는 마이크로컨트롤러(Micro-controller) 등 다양한 방법이 적용될 수 있다. 펄스발생기(131)에서 출력된 신호는 저항(133)을 통해 제어 트랜지스터(132)에 공급되며, 이를 통하여 트랜지스터(132)는 턴온(turn-on)된다. 다른 저항(134)은 트랜지스터(132)가 잡음에 의해 오동작 하는 현상을 완화 또는 방지한다.
도시에 의하면, 전류생성부(120)에는 입력전압(A1)이 가해지며, 제너다이오드(121) 및 트랜지스터(122)가 상기 입력전압에 의하여 정전류를 생성하도록 배치된다. 이에 더하여, 전류생성부(120)는 제2 트랜지스터(123) 및 저항들(124, 125, 126, 127)을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 트랜지스터(122)는 제어회로부(130)의 제어 트랜지스터(132)가 온되면 전류가 흐르도록 상기 제어 트랜지스터(132)와 연결된다. 제너다이오드(121)의 캐소드(cathode)와 상기 트랜지스터(122)의 사이에는 제1 저항(124)이 배치되고, 입력전압(A1)은 제너다이오드(121)의 캐소드(cathode)와 제1 저항(124)의 연결 지점으로 공급된다.
전류생성부(120)의 작동을 구체적으로 살펴보면, 제어회로부(130)의 트랜지스터(132)가 턴오프(turn-off) 상태에서는 트랜지스터(122)도 오프상태이므로 전류생성부(120)의 기폭전류(A5)가 발생하지 않는다.
릴레이회로부(110)에 장전신호(A2)가 입력되어 릴레이가 장전상태가 되고, 제어회로부(130)의 제어 트랜지스터(132)가 턴온이 되면 입력전압(A1)에 의해 제2 저항(125)에 흐르는 전류는 제1 저항(124)과 트랜지스터(122)의 에미터(emitter)와 베이스(base)를 통해 제2 저항(125) 및 제어 트랜지스터(132)로 흐른다.
트랜지스터(122)의 베이스전류에 의해 트랜지스터(122)의 콜렉터(collector) 전류가 증폭되고, 이 전류는 제2 트랜지스터(123)의 베이스 전류가 되면서 제2 트랜지스터(123)가 활성(active)상태에서 작동하게 된다. 따라서 제1 저항(124)과 제2 트랜지스터(123) 및 릴레이회로부(110)를 통하여 기폭관(200)으로 전류가 흐르게 된다.
제1 저항(124)로 흐르는 전류(IR(124))의 크기는 다음의 수학식 (1) 에 따라 제한된다.
Figure 112010036807380-pat00001
여기서, IR(124)은 제1 저항(124)에 흐르는 전류, Vz는 제너다이오드(121)의 제너전압, Vbe(122)는 트랜지스터(122)의 베이스와 에미터 사이의 전압, R(124)은 제1 저항(124)의 저항 값을 각각 나타낸다.
상기 수학식을 이용하여 제1 저항(124)의 저항 값을 1 옴(Ω)으로 가정하고 제1 저항(124)에 5 A의 정전류을 흘리기 위한 하나의 실시예를 들면 다음과 같다.
Figure 112010036807380-pat00002
즉, 제너다이오드(121)의 제너전압이 5.6V인 부품이 적용되면, 5A의 정전류원은 발생하게 된다. 또 다른 실시예로 제너다이오드(121)의 제너전압이 먼저 결정되고, 제1 저항(124)이 가변함에 따라 요구되는 정전류원이 발생될 수 있다.
전류생성부(120)에서 정전류를 발생시키는 회로는 제1 저항(124), 트랜지스터(122) 및 제너다이오드(121)로 구성된 회로이며, 제2 트랜지스터(123)는 전류를 증폭하는 역할을 하고, 제3 저항(126)은 제2 트랜지스터(123)를 보다 안정되게 작동시킨다. 또한 제4 저항(127)은 장전신호(A2)가 입력되지 않았을 때 전류생성부(120)의 출력이 개방(open)되는 것을 방지한다.
릴레이회로부(110)가 장전상태로 스위칭되고 전류생성부(120)의 기폭전류(A5)가 발생되면, 전류(A5)는 릴레이회로부(110)의 접점을 거쳐 기폭관(200)으로 흐르게 되며, 기폭관(200)은 이 전류에너지에 의해 기폭 되게 된다. 기폭관(200)에 공급되는 기폭에너지를 수식으로 나타내면 다음 식 (2)와 같다.
Figure 112010036807380-pat00003
여기서, W는 기폭관(200)에 공급되는 기폭에너지의 량, I는 전기식 기폭관(200)에 공급되는 전류, RDeto는 기폭관(200)의 저항, t는 전류가 공급되는 시간, IR(124)는 제1 저항(124)에 흐르는 전류 값을 각각 나타낸다.
이와 같이, 장전신호에 의하여 릴레이가 동작하고, 기폭신호 및 입력전압에 의하여 항상 일정한 기폭에너지를 생성함에 따라 기폭장치의 기폭 신뢰도가 향상되며, 전기식 기폭관의 기폭시점이 일정하게 유지될 수 있다.
상기와 같은 전기식 기폭관용 기폭장치, 이를 구비하는 폭파장치 및 전기식 기폭관의 기폭방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (7)

  1. 입력전압이 가해지며, 적어도 하나의 저항들, 제너다이오드 및 트랜지스터가 상기 입력전압에 의하여 정전류를 생성하도록 배치되는 전류생성부;
    상기 저항들 중 어느 하나를 사이에 두고 상기 트랜지스터와 연결되며, 기폭신호에 의하여 상기 전류생성부의 전류생성을 제어하는 제어회로부; 및
    상기 전류생성부와 연결되며, 기폭관이 장전 후에 기폭되도록 장전신호를 수신하면 상기 기폭관과 상기 전류생성부를 도전시키도록 스위칭되는 릴레이회로부를 포함하는 기폭장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어회로부는,
    상기 기폭신호를 수신하면 펄스를 발생하는 펄스발생기; 및
    상기 트랜지스터와 연결되며, 상기 펄스에 의하여 온되는 제어 트랜지스터를 포함하는 기폭장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 트랜지스터는 상기 제어 트랜지스터가 온되면 전류가 흐르도록 상기 제어 트랜지스터와 연결되는 것을 특징으로 하는 기폭장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제너다이오드의 캐소드와 상기 트랜지스터의 사이에는 저항이 배치되고, 상기 입력전압은 상기 캐소드와 상기 저항의 연결지점에 공급되는 것을 특징으로 하는 기폭장치.
  5. 장전신호에 의하여 스위칭되는 릴레이회로부와, 상기 릴레이회로부와 직렬로 연결되며, 입력전압에 의하여 정전류를 생성하도록 형성되는 전류생성부와, 상기 전류생성부와 연결되며, 기폭신호에 의하여 상기 전류생성부의 전류생성을 제어하는 제어회로부를 구비하고, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따르는 기폭장치; 및
    전류가 공급되면 폭파하도록 이루어지며, 상기 장전신호 및 기폭신호의 수신 후에 기폭되도록 상기 릴레이회로부와 연결되는 기폭관을 포함하는 폭파장치.
  6. 기폭관에 정전류를 공급하도록 제너다이오드 및 트랜지스터가 정전류를 생성하도록 배치되는 전류생성부에 입력전압을 가하는 단계;
    상기 기폭관의 장전신호를 수신하는 단계;
    상기 장전신호를 이용하여 상기 전류생성부 및 기폭관의 사이를 연결하는 릴레이회로부를 상기 전류생성부 및 기폭관이 도전되도록 스위칭하는 단계; 및
    상기 입력전압으로부터 상기 기폭관으로 공급되는 전류를 생성하도록 기폭신호를 이용하여 상기 전류생성부를 제어하는 단계를 포함하는 기폭방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어 단계는,
    상기 기폭관의 기폭신호를 수신하는 단계; 및
    상기 트랜지스터로부터 상기 기폭관으로 공급되는 전류가 출력되도록 상기 기폭신호에 의하여 상기 트랜지스터와 연결되는 제어 트랜지스터를 턴온하는 단계를 포함하는 기폭방법.
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