KR102168254B1

KR102168254B1 - 뇌관 장치, 뇌관 장치의 동작 방법 및 통신 시스템

Info

Publication number: KR102168254B1
Application number: KR1020180172461A
Authority: KR
Inventors: 김세호; 최정호
Original assignee: 주식회사 한화
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2020-10-21
Also published as: KR20200082156A; AU2019284135B2; AU2019284135A1; WO2020138797A1; US20220034640A1; US11359900B2

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 뇌관 장치는, 발파 장치에 의해 모선부로 인가되는 전압을 이용하여 전송된 제1 신호를 수신하고, 상기 모선부로 흐르는 전류를 이용하여 제2 신호를 상기 발파 장치로 전송하는 제어 회로; 및 상기 모선부를 통해 상기 전압을 공급받아 충전하는 충전 회로를 포함하고, 상기 충전 회로는, 상기 제어 회로가 상기 제2 신호를 상기 발파 장치로 전송하는 동안, 충전을 중지한다.

Description

뇌관 장치, 뇌관 장치의 동작 방법 및 통신 시스템{DETONATOR DEVICE, OPERATING METHOD OF DETONATOR DEVICE AND COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명의 실시예는 뇌관 장치, 뇌관 장치의 동작 방법 및 통신 시스템, 특히 뇌관 장치가 발파 장치로 신호를 전송할 때 뇌관 장치의 전압 충전을 중지함으로써, 충전 전류를 억제하고 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있는 뇌관 장치, 뇌관 장치의 동작 방법 및 통신 시스템에 관한 것이다.

　일반적으로, 터널공사를 위한 암반의 폭파, 폐건물 폭파 등의 공사에는 폭발물이 이용된다. 즉, 발파 대상물을 구간별로 구분하여 폭발물이 삽입되는 복수의 구멍들을 천공한다. 천공된 구멍들 각각에 폭발물을 삽입한 후 발파 시스템과 연결한다. 발파 시스템의 조작을 통해 폭발물을 폭파하여 발파 대상물을 폭파한다.

발파 시스템은 폭발물을 기폭시키는 기폭제인　뇌관과,　뇌관의 작동에 필요한 전원 및 지령을　뇌관으로 전송하는 발파 장치를 포함하여 구성된다. 이때, 발파 시스템의　뇌관으로는 주로 전자　뇌관이 사용된다. 전자　뇌관은 폭발물 측에 설치되며, 하나의 발파 장치에 복수의 전자　뇌관이 연결된다.

전자　뇌관은 발파 장치에서 지령이 전달되면 해당 발파 장치에 연결된 복수의 전자　뇌관이 동시에 작동하여 폭발물을 동시에 기폭시키는 구조와, 복수의 전자　뇌관이 서로 다른　지연시간으로 설정되어 복수의 전자　뇌관이 순차적으로 작동하여 폭발물들은 순차적으로 기폭시키는 구조가 있다.

종래에는 복수의 폭발물을 동시에 기폭시키는 전자　뇌관이 주로 사용되었으나, 최근에는 복수의 폭발물을 순차적으로 기폭시키는 전자　뇌관이 주로 사용되고 있다. 일례로, 한국등록특허 제10-1016538호, 한국등록특허 제10-0665878호, 한국등록특허 제10-0665880호, 한국등록특허 제10-0733346호 및 일본공개특허 제2005-520115 등의 많은 문헌에서 전자　뇌관을 이용한 발파 시스템을 개시하고 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 뇌관 장치가 발파 장치로 신호를 전송할 때 뇌관 장치의 전압 충전을 중지함으로써, 충전 전류를 억제하고 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있는 뇌관 장치, 뇌관 장치의 동작 방법 및 통신 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는 뇌관 장치의 수량 변화에 따른 기준 전류의 변화폭이 작아짐으로써, 통신 가능한 뇌관 장치의 최대 수량을 증가시킬 수 있는 뇌관 장치, 뇌관 장치의 동작 방법 및 통신 시스템을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 뇌관 장치는, 발파 장치에 의해 모선부로 인가되는 전압을 이용하여 전송된 제1 신호를 수신하고, 상기 모선부로 흐르는 전류를 이용하여 제2 신호를 상기 발파 장치로 전송하는 제어 회로; 및 상기 모선부를 통해 상기 전압을 공급받아 충전하는 충전 회로를 포함하고, 상기 충전 회로는, 상기 제어 회로가 상기 제2 신호를 상기 발파 장치로 전송하는 동안, 충전을 중지한다.

본 발명에서, 상기 충전 회로는, 상기 전압을 공급받아 충전하기 위한 충전부; 및 상기 충전부 및 상기 모선부 사이에 배치되며, 충전 신호에 따라 상기 전압의 상기 충전부로의 공급을 제어하는 충전 스위치부를 포함하고, 상기 제어 회로는, 상기 제어 회로가 상기 제2 신호를 상기 발파 장치로 전송하는 동안, 상기 충전 스위치부로 상기 충전 신호를 전송한다.

본 발명에서, 상기 충전 스위치부는, 상기 충전 신호가 공급되는 동안, 턴-오프되는 스위치를 포함한다.

본 발명에서, 상기 제어 회로는, 상기 전압을 측정하여, 상기 제1 신호를 추출하는 전압 측정부; 상기 제1 신호를 수신하고, 토글 신호를 생성하기 위한 제어부; 및 상기 모선부 상에 배치되며, 상기 토글 신호에 따라 상기 전류의 흐름을 제어하기 위한 제어 스위치부를 포함한다.

본 발명에서, 상기 제어 스위치부는, 상기 토글 신호가 공급되는 동안, 턴-오프되는 스위치를 포함한다.

본 발명에서, 상기 제어 회로는, 상기 제1 신호에 포함된 지연 시간을 카운트하고, 발파 신호 및 발파 전압을 생성한다.

본 발명에서, 상기 발파 신호에 기초하여, 점화옥으로 상기 발파 전압을 공급하는 기폭 회로를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 뇌관 장치의 동작 방법은, 제1 신호에 포함된 지연 시간을 카운트하고, 발파 신호 및 발파 전압을 생성하는 제어 회로 및 상기 제어 회로로 구동 전압을 제공하는 충전 회로를 포함하는 뇌관 장치에 있어서, 제1 기간 동안, 상기 충전 회로가 발파 장치로부터 모선부를 통해 전압을 공급받아 충전하는 단계; 제2 기간 동안, 상기 제어 회로가 상기 발파 장치에 의해 상기 모선부로 인가되는 상기 전압을 이용하여 전송된 제1 신호를 수신하는 단계; 및 제3 기간 동안, 상기 제어 회로가 상기 모선부로 흐르는 전류를 이용하여 제2 신호를 상기 발파 장치로 전송하고, 상기 충전 회로가 충전을 중지하는 단계를 포함한다.

본 발명에서, 상기 제1 기간은, 상기 제2 기간과 적어도 일부가 중첩된다.

본 발명에서, 상기 제2 기간 및 상기 제3 기간은, 연속한다.

본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템은, 모선부를 통해 유선으로 연결된 송신단 및 수신단을 포함하고, 상기 송신단은, 상기 모선부로 인가되는 전압을 이용하여 제1 신호를 상기 수신단으로 전송하고, 상기 수신단은, 상기 제1 신호를 수신하고, 상기 모선부로 흐르는 전류를 이용하여 제2 신호를 상기 송신단으로 전송하는 제어 회로; 및 상기 모선부를 통해 상기 전압을 공급받아 충전하는 충전 회로를 포함하고, 상기 충전 회로는, 상기 제어 회로가 상기 제2 신호를 상기 송신단으로 전송하는 동안, 충전을 중지한다.

본 발명에서, 상기 충전 회로는, 상기 전압을 공급받아 충전하기 위한 충전부; 및 상기 충전부 및 상기 모선부 사이에 배치되며, 충전 신호에 따라 상기 전압의 상기 충전부로의 공급을 제어하는 충전 스위치부를 포함하고, 상기 제어 회로는, 상기 제어 회로가 상기 제2 신호를 상기 송신단으로 전송하는 동안, 상기 충전 스위치부로 상기 충전 신호를 전송한다.

본 발명의 실시예에 따른 뇌관 장치, 뇌관 장치의 동작 방법 및 통신 시스템은 뇌관 장치가 발파 장치로 신호를 전송할 때 뇌관 장치의 전압 충전을 중지함으로써, 충전 전류를 억제하고 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 뇌관 장치, 뇌관 장치의 동작 방법 및 통신 시스템은 뇌관 장치의 수량 변화에 따른 전류의 변화폭이 작아짐으로써, 통신 가능한 뇌관 장치의 최대 수량을 증가시킬 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 상기 효과들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 발파 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발파 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 뇌관 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 충전 회로를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어 회로를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기폭 회로를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 뇌관 장치의 동작 방법을 나타내는 파형도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 뇌관 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.

이하 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 기재한다. 다만, 본 발명은 청구범위에 기재된 범위 안에서 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 하기에 설명하는 실시예는 표현 여부에 불구하고 예시적인 것에 불과하다.

동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. "및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함할 수 있다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

또한, "아래에", "하측에", "위에", "상측에" 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.

"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

즉, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 발파 시스템(10)을 나타내는 도면이다.

도 1a를 참조하면, 발파 시스템(10)은 발파 장치(100), 뇌관 장치(200) 및 모선부(300 및 400)를 포함할 수 있다.

발파 작업자는 발파 대상물(20)을 폭파하기 위하여, 발파 대상물(20)을 천공하고, 발파 구멍(30)들을 형성할 수 있다. 발파 작업자는 뇌관 장치(200)가 각각 부착된 폭발물(40)들을 복수의 발파 구멍(30)들에 삽입할 수 있다.

발파 장치(100) 및 뇌관 장치(200)는 모선부(300 및 400)를 통해 유선으로 연결될 수 있다. 이때, 모선부(300 및 400)는 주-모선부(300) 및 부-모선부(400)를 포함할 수 있다. 즉, 주-모선부(300)는 발파 장치(100)에 직접 연결되는 배선이고, 부-모선부(400)는 뇌관 장치(200)에 직접 연결되는 배선일 수 있다. 결과적으로, 주-모선부(300) 및 부-모선부(400)가 서로 연결됨으로써, 발파 장치(100) 및 뇌관 장치(200)는 서로 전기적으로 연결되어 통신을 수행할 수 있다. 실시예에 따라, 모선부(300 및 400)는 2선 유선 통신 시스템으로 구현될 수 있다.

발파 작업자는 작업자 단말 장치(예컨대, 스마트 폰 및/또는 스캐너 등)를 이용하여, 뇌관 장치(200)를 스캔할 수 있다. 예컨대, 발파 작업자는 뇌관 장치(200)에 부착된 이미지 코드(QR 코드, 바코드 등)를 촬영하거나, 직접 로깅(logging) 함으로써, 뇌관 장치(200)를 스캔할 수 있다. 작업자 단말 장치는 스캔된 뇌관 장치(200) 각각에 대한 뇌관 정보 및 초시 정보를 발파 장치(100)로 전송할 수 있다.

발파 장치(100)는 작업자 단말 장치로부터 수신한 뇌관 장치(200) 각각에 대한 뇌관 정보 및 초시 정보를 저장할 수 있다. 뇌관 장치(200)에 대한 스캔이 완료되면, 발파 장치(100)는 뇌관 장치(200)와 모선부(300 및 400)를 통해 연결될 수 있다.

작업자는 발파를 개시하기 위하여, 발파 장치(100) 조작하여 제1 신호(예컨대, 일반 신호, 발파 명령 등)을 발생시킬 수 있다. 그리고, 발파 장치(100)는 뇌관 장치(200)로 제1 신호를 전송할 수 있다. 뇌관 장치(200)는 상술한 연결 관계에 기초하여, 모선부(300 및 400)를 통해 제1 신호를 수신할 수 있다. 이와 관련된 상세한 내용은 도 7에서 설명된다.

실시예에 따라, 제1 신호는 각각의 뇌관 장치(200)에 대응하는 지연 시간들을 포함하는 발파 명령일 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 뇌관 장치(200)는 제1 신호에 포함된 기폭 초시의 카운트를 개시할 수 있다. 뇌관 장치(200)는 기설정된 지연 시간의 카운트가 완료되면 연결된 폭발물(40)을 기폭시킬 수 있다. 따라서, 발파 장치(100)는 복수의 폭발물(40)을 기폭하여 발파 대상물(20)을 폭파시킬 수 있다.

도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템(CST)을 나타내는 도면이다. 도 1b를 참조하면, 통신 시스템(CST)은 송신단(100) 및 수신단(200)으로 구성될 수 있다.

실시예에 따라, 통신 시스템(CST)은 발파 시스템, 화제 경보 시스템 등에서 이용될 수 있다. 대표적으로 본 명세서에서는 발파 시스템에서 이용되는 통신 시스템(CST)을 대표적으로 설명한다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 발파 시스템에 적용된 통신 시스템(CST)은 통상의 기술자가 용이하게 변경이 가능한 범위에서 다른 실시예들(예컨대, 화제 경보 시스템)에 적용될 수 있다.

예컨대, 통신 시스템(CST)은 도 1a에 도시된 발파 시스템(10)에서, 발파 장치(100) 및 뇌관 장치(200) 사이의 통신 시스템을 의미할 수 있다. 이때, 송신단(100)은 도 1a에 도시된 발파 장치(100)에 상응하는 구성으로서, 본 명세서에서 송신단(100)은 발파 장치(100)를 의미할 수 있다. 수신단(200)은 도 1a에 도시된 뇌관 장치(200)에 상응하는 구성으로서, 본 명세서에서 수신단(200)은 뇌관 장치(200)를 의미할 수 있다.

송신단(100)은 전압을 이용하여 신호를 수신단(200)으로 전송할 수 있고, 수신단(200)은 전류를 이용하여 신호를 송신단(100)으로 전송할 수 있다. 예컨대, 송신단(100) 및 수신단(200)은 모선부(300 및 400, 도 1a 참조)를 통해 서로 유선으로 연결될 수 있다. 이때, 송신단(100)은 모선부(300 및 400)의 전압(즉, 기준 전압)을 이용하여 신호를 수신단(200)으로 전송할 수 있다. 수신단(200)은 모선부(300 및 400)의 전압을 측정함으로서, 송신단(100)으로부터의 신호를 수신할 수 있다.

수신단(200)은 송신단(100)으로부터 수신한 신호에 응답하여, 송신단(100)으로 신호를 전송할 수 있다. 이때, 수신단(200)은 모선부(300 및 400)로 흐르는 전류(즉, 기준 전류)를 이용하여 신호를 송신할 수 있다. 송신단(100)은 모선부(300 및 400)로 흐르는 전류를 측정함으로서, 수신단(200)으로부터의 신호를 수신할 수 있다.

상술한 내용에 따라, 통신 시스템(CST)은 유선 통신을 수행할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발파 장치(100)를 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 발파 장치(100)는 발파 제어부(110), 전압 공급부(120) 및 전류 측정부(130)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 발파 장치(100)에 연결된 주-모선부(300)는 제1 주-모선(310) 및 제2 주-모선(320)을 포함할 수 있다.

발파 제어부(110)는 발파 장치(100)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 실시예에 따라, 발파 제어부(110)는 CPU(Central Processing Unit), MPU(Micro Processing Unit), GPU(Graphic Processing Unit), MCU(Micro Controller Unit) 등으로 구현될 수 있다.

전압 공급부(120)는 발파 제어부(110)의 제어에 따라 동작할 수 있다.

전압 공급부(120)는 주-모선부(300)로 전압들을 공급할 수 있다. 예컨대, 전압 공급부(120)는 제1 주-모선(310)으로 기준 전압(PV)을 공급하고, 제2 주-모선(320)으로 접지 전압(GND)을 공급할 수 있다. 실시예에 따라, 기준 전압(PV)은 0V 이상 100V이하의 범위를 가질 수 있고, 접지 전압(GND)은 0V일 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서, 기준 전압(PV) 및 접지 전압(GND)은 다양한 값을 가질 수 있다.

전압 공급부(120)는 주-모선부(300)로 기준 전압(PV) 및 접지 전압(GND)을 이용해 뇌관 장치(200, 도 1a 참조)로 전원을 공급할 뿐만 아니라, 신호 및 데이터 등을 전송할 수 있다. 예컨대, 전압 공급부(120)는 기준 전압(PV)을 이용하여 펄스 신호를 주-모선부(300)로 공급하고, 뇌관 장치(200)는 주-모선부(300)에 연결된 부-모선부(400, 도 1a 참조))를 통해 공급되는 상기 펄스 신호를 감지할 수 있다. 이를 통해, 전압 공급부(120)는 뇌관 장치(200)로 신호 및 데이터 등을 전송할 수 있다. 이와 관련한 상세한 내용은 도 7에서 도시된다.

전류 측정부(130)는 발파 제어부(110)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 구체적으로, 전류 측정부(130)는 주-모선부(300)에 포함된 제1 주-모선(310) 및 제2 주-모선(320)으로 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 전류 측정부(130)는 주-모선부(300)로 흐르는 전류를 측정함으로써, 뇌관 장치(200)로부터 신호 및 데이터 등을 수신할 수 있다. 예컨대, 뇌관 장치(200)는 모선부(300 및 400)로 공급되는 기준 전류의 흐름을 제어하고, 전류 측정부(130)는 모선부(300 및 400)로 흐르는 기준 전류를 측정할 수 있다.

도 2에서 발파 제어부(110), 전압 공급부(120) 및 전류 측정부(130)가 별개의 구성으로 도시되었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예에 따라, 발파 제어부(110), 전압 공급부(120) 및 전류 측정부(130) 중 적어도 일부는 통합되어 구현될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 뇌관 장치(200)를 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 뇌관 장치(200)는 충전 회로(210), 제어 회로(220), 기폭 회로(230) 및 점화옥(240)을 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 뇌관 장치(200)에 연결된 부-모선부(400)는 제1 부-모선(410) 및 제2 부-모선(420)을 포함할 수 있다.

충전 회로(210)는 발파 장치(100, 도 1 참조)로부터 모선부(300 및 400, 도 1 참조)의 부-모선부(400)에 포함된 제1 부-모선(410)을 통해 기준 전압(PV)을 공급받을 수 있다.

충전 회로(210)는 제어 회로(220)로부터 충전 신호(CS)를 수신할 있다. 충전 회로(210)는 충전 신호(CS)가 공급되지 않는 동안, 기준 전압(PV)을 충전할 수 있다. 충전 회로(210)는 충전 신호(CS)가 공급되는 동안, 기준 전압(PV)을 충전하지 않을 수 있다.

충전 회로(210)는 충전된 전압에 기초하여, 제어 회로(220)로 구동 전압(DV)을 공급할 수 있다. 이때, 제어 회로(220)는 구동 전압(DV)을 기초로 구동될 수 있다.

제어 회로(220)는 발파 장치(100)로부터 제1 부-모선(410)을 통해 기준 전압(PV)을 공급받고, 제2 부-모선(420)을 통해 접지 전압(GND)을 공급받을 수 있다.

제어 회로(220)는 발파 장치(100)로부터 모선부(300 및 400)를 통해 제1 신호를 수신할 수 있다. 제1 신호는 발파 장치(100)에 의해 모선부(300 및 400)로 인가되는 기준 전압(PV)을 이용한 펄스 신호일 수 있다.

제어 회로(220)는 제1 신호에 응답하여, 발파 장치(100)로 모선부(300 및 400)를 통해 제2 신호를 전송할 수 있다. 제2 신호는 기준 전류를 이용한 펄스 신호일 수 있다.

또한, 제어 회로(220)는 제2 신호를 발파 장치(100)로 전송하는 동안, 충전 신호(CS)를 충전 회로(210)로 공급할 수 있다. 충전 회로(210)는 충전 신호(CS)가 공급되는 동안, 기준 전압(PV)의 충전을 중지할 수 있다.

실시예에 따라, 제1 신호는 지연 시간을 포함하는 발파 명령일 수 있다. 이때, 제어 회로(220)는 제1 신호에 포함된 지연 시간을 카운트할 수 있다. 제어 회로(220)는 지연 시간에 대한 카운트가 완료되면 발파 신호(BS)를 생성하고, 발파 신호(BS)를 기폭 회로(230)로 전송할 수 있다. 제어 회로(220)는 구동 전압(DV) 및 기준 전압(PV) 중 적어도 하나를 기초로 발파 전압(BV)을 생성할 수 있다. 제어 회로(220)는 발파 전압(BV)을 기폭 회로(230)로 공급할 수 있다.

기폭 회로(230)는 발파 신호(BS)에 기초하여, 점화옥(240)으로 발파 전압(BV)을 공급할 수 있다. 점화옥(240)은 발파 전압(BV)이 공급되면 기폭할 수 있다.

도 3에서 도시되지 않았지만, 실시예에 따라 뇌관 장치(200)는 모선부(300 및 400)를 통해 공급되는 전압으로부터 내부 회로 구성을 보호하기 위한 보호 회로를 더 포함할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 충전 회로(210)를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 충전 회로(210)는 충전부(211) 및 충전 스위치부(212)를 포함할 수 있다.

충전부(211)는 모선부(즉, 제1 부-모선(410))를 통해 공급되는 기준 전압(PV)을 충전할 수 있다. 충전부(211)는 충전된 기준 전압(PV)에 기초하여, 구동 전압(DV)을 제어 회로(220, 도 2 참조)로 공급할 수 있다. 예컨대, 충전부(211)는 기준 전압(PV)을 충전하기 위한 커패시터(capacitor)를 포함할 수 있다.

충전 스위치부(212)는 모선부(즉, 제1 부-모선(410)) 및 충전부(211) 사이에 배치될 수 있다. 충전 스위치부(212)는 충전 신호(CS)에 따라 기준 전압(PV)의 충전부(211)로의 공급을 제어할 수 있다. 예컨대, 충전 스위치부(212)는 충전 신호(CS)가 공급되는 동안, 턴-오프되는 스위치를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 충전 스위치부(212)는 P 채널 전계 효과 트랜지스터(FET; Field Effect Transistor)로 구현될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어 회로(220)를 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 제어 회로(220)는 전압 측정부(221), 제어부(222) 및 제어 스위치부(223)를 포함할 수 있다. 제어 회로(220)는 부-모선부(400)에 연결되며, 부-모선부(400)는 제1 부-모선(410) 및 제2 부-모선(420)을 포함할 수 있다.

전압 측정부(221)는 제1 부-모선(410) 및 제2 부-모선(420)의 전압을 측정할 수 있다. 즉, 전압 측정부(221)는 제1 부-모선(410)으로 공급되는 기준 전압(PV)을 측정하고, 제2 부-모선(420)으로 공급되는 접지 전압(GND)을 측정할 수 있다. 전압 측정부(221)는 전압 측정 결과에 기초하여, 제1 신호(SG1)를 추출할 수 있다. 전압 측정부(221)는 제1 신호(SG1)를 제어부(222)로 전송할 수 있다.

제어부(222)는 제1 신호(SG1)를 수신할 수 있다.

제어부(222)는 제1 신호(SG1)에 응답하여, 제2 신호를 생성하기 위하여, 토글 신호(TS)를 생성할 수 있다. 예컨대, 제어부(222)는 토글 신호(TS)를 제어 스위치부(223)로 전송하여 제어 스위치부(223)의 동작을 제어할 수 있다. 기준 전류(DI)의 흐름은 제어 스위치부(223)의 동작에 따라 조절될 수 있다. 제2 신호는 기준 전류(DI)를 이용한 펄스 신호를 의미할 수 있고, 제어부(222)는 토글 신호(TS)를 이용하여 제2 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 기준 전류(DI)는 뇌관 장치(200)로부터 발파 장치(100)로 모선부(300 및 400)를 통해 흐르는 전류를 의미할 수 있다.

제어 스위치부(223)는 모선부(300 및 400) 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 제어 스위치부(223)는 부-모선부(400) 및 제어부(222) 사이에 위치될 수 있다.

제어 스위치부(223)는 토글 신호(TS)에 따라 기준 전류(DI)의 흐름을 조절할 수 있다. 예컨대, 제어 스위치부(223)는 토글 신호(TS)가 공급되는 동안, 턴-오프되는 스위치를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 제어 스위치부(223)는 P 채널 전계 효과 트랜지스터(FET; Field Effect Transistor)로 구현될 수 있다.

제어부(222)는, 제2 신호를 전송하는 동안, 충전 회로(210, 도 3 참조)로 충전 신호(CS)를 전송할 수 있다. 또한, 제어부(222)는 충전 회로(210)로부터 구동 전압(DV)을 공급받을 수 있다.

실시예에 따라, 제1 신호는 지연 시간을 포함하는 발파 명령일 수 있다. 이때, 제어부(222)는 제1 신호에 포함된 지연 시간을 카운트할 수 있다. 제어부(222)는 지연 시간에 대한 카운트가 완료되면 발파 신호(BS)를 생성하고, 발파 신호(BS)를 기폭 회로(230)로 전송할 수 있다. 제어부(222)는 구동 전압(DV) 및 기준 전압(PV) 중 적어도 하나를 기초로 발파 전압(BV)을 생성할 수 있다. 또한, 제어부(222)는 발파 전압(BV)을 기폭 회로(230, 도 3 참조)로 공급할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기폭 회로(230)를 나타내는 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 도 6에는 기폭 회로(230)와 함께 점화옥(240)이 도시된다.

도 6을 참조하면, 기폭 회로(230)는 기폭 다이오드(231), 기폭 커패시터(232) 및 기폭 스위치(233)를 포함할 수 있다.

발파 전압(BV)은 기폭 다이오드(231)를 거쳐 기폭 커패시터(232)로 공급될 수 있다.

기폭 커패시터(232)는 발파 전압(BV)을 저장할 수 있다.

기폭 스위치(233)는 발파 신호(BS)를 수신할 수 있다. 기폭 스위치(233)는 발파 신호(BS)가 공급되는 동안 턴-온될 수 있다. 기폭 스위치(233)가 턴-온되면, 기폭 커패시터(232)에 저장된 발파 전압(BV)은 점화옥(240)으로 공급될 수 있다. 발파 신호(BS)는 지연 시간이 카운트 된 후에 기폭 스위치(233)로 공급되기 때문에, 점화옥(240)은 지연 시간이 경과한 후에 발파 전압(BV)을 공급받을 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 점화옥(240)은 고유의 저항 값을 가질 수 있다. 따라서, 전압 분배 법칙에 따라, 점화옥(240)은 고유의 저항 값에 비례한 전압을 인가받을 수 있다. 점화옥(240)은 전압이 인가될 때, 기폭할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 뇌관 장치의 동작 방법을 나타내는 파형도이다. 도 7에서는 기준 전압(PV), 토글 신호(TS), 기준 전류(DI) 및 충전 신호(CS)의 파형이 제1 기간(P1), 제2 기간(P2) 및 제3 기간(P3)에 따라 도시된다.

도 1a 내지 도 7을 참조하면, 제1 기간(P1) 동안, 발파 장치(100)는 기준 전압(PV)을 충전 회로(210)으로 모선부(300 및 400)을 통해 공급할 수 있다. 뇌관 장치(200)의 충전 회로(210)는 기준 전압(PV)을 공급받아 충전할 수 있다. 예컨대, 제1 기간(P1) 동안, 기준 전압(PV)은 제1 전압 값(V1)을 가질 수 있다. 한편, 제1 기간(P1) 동안, 토글 신호(TS) 및 충전 신호(CS)는 공급되지 않을 수 있다. 도 7에서, 토글 신호(TS) 및 충전 신호(CS)가 공급되는 것이 토글 신호(TS) 및 충전 신호(CS)가 하이 레벨의 전압을 갖는 것으로 도시된다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라, 토글 신호(TS) 및 충전 신호(CS)는 다양한 값의 전압을 가질 수 있다.

제2 기간(P2) 동안, 뇌관 장치(200)의 제어 회로(220)는 발파 장치(100)로부터 제1 신호(SG1)를 수신할 수 있다. 이때, 제1 신호(SG1)는 기준 전압(PV)을 이용한 펄스 신호일 수 있다. 즉, 기준 전압(PV)은 제2 기간(P2) 동안 제1 전압 값(V1) 또는 제2 전압 값(V2)을 가지며, 제어 회로(220)는 기준 전압(PV)의 변화를 측정함으로써, 제1 신호(SG1)를 추출할 수 있다. 한편, 제2 기간(P2) 동안, 토글 신호(TS) 및 충전 신호(CS)는 공급되지 않을 수 있다.

제3 기간(P3) 동안, 뇌관 장치(200)의 제어 회로(220)는 제1 신호(SG1)에 응답하여, 발파 장치(100)로 제2 신호(SG2)를 전송할 수 있다. 이때, 제2 신호(SG2)는 기준 전류(DI)를 이용한 펄스 신호일 수 있다. 즉, 기준 전류(DI)는 제3 기간(P3) 동안 제1 전류 값(I1) 또는 제2 전류 값(I2)을 가지며, 발파 장치(100)는 기준 전류(DI)의 변화를 측정함으로써, 제2 신호(SG2)를 추출할 수 있다. 구체적으로, 상술한 바와같이, 제어 회로(220)의 제어부(222)는 제어 스위치부(223)의 동작을 제어함으로써, 기준 전류(DI)의 흐름을 조절할 수 있다. 예컨대, 제1 전류 값(I1)은 0A를 초과하는 값을 나타낼 수 있고, 제2 전류 값(I2)은 0A를 나타낼 수 있다.

실시예에따라, 토글 신호(TS)가 하이 레벨의 전압을 가질 때, 제어 회로(220)의 제어 스위치부(223)가 턴-오프 될 수 있다. 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 기준 전류(DI)는 토글 신호(TS)가 하이 레벨일 때, 제2 전류 값(I2)을 가질 수 있다.

제3 기간(P3) 동안, 뇌관 장치(200)의 제어 회로(220)에 포함된 제어부(222)는, 제2 신호(SG2)를 전송하고, 충전 회로(210)로 충전 신호(CS)를 전송할 수 있다. 이때, 충전 신호(CS)는 하이 레벨의 전압 값을 가질 수 있다. 실시예에 따라, 충전 신호(CS)가 하이 레벨의 전압을 가질 때, 충전 회로(210)의 충전 스위치부(212)가 턴-오프 될 수 있다. 따라서, 충전 회로(210)는 충전을 중지할 수 있다.

제3 기간(P3) 동안, 충전 회로(210)의 충전이 중지됨에 따라, 발파 장치(100)는 기준 전압(PV) 값을, 제1 기간(P1) 및 제2 기간(P2)에서 공급되었던 값인, 제1 전압 값(V1)으로 유지할 수 있다. 전류 신호인 제2 신호(SG2)가 공급됨에 따라, 전하의 이동이 발생하므로, 기준 전류(DI)가 공급되는 동안 기준 전압(PV)의 값이 제3 전압 값(V3)으로 변경될 수 있다. 이때, 제3 전압 값(V3)은 제1 전압 값(V1) 보다 작고, 제2 전압 값(V2) 보다 큰 값일 수 있다. 제2 전압 값(V2)은 실시예에 따라, 0V를 나타낼 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 전압 값(V2)은 본 발명의 목적을 달성하는 범위에서 다양하게 설정될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 달리, 제1 기간(P1) 및 제2 기간(P2)은 적어도 일부가 중첩될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 기간(P1) 및 제2 기간(P2)은 서로 상이할 수 있다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 기간(P2) 및 제3 기간(P3)은 서로 연속할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 뇌관 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.

도 1 내지 도 8을 참조하면, 뇌관 장치(200)에 포함된 충전 회로(210)는, 제1 기간(P1) 동안, 기준 전압(PV)의 충전을 수행할 수 있다(S10). 즉, 충전 회로(210)는 발파 장치(100)로부터 모선부(300 및 400)를 통해 공급되는 기준 전압(PV)을 공급받아 충전할 수 있다. 또한, 충전 회로(210)는 뇌관 장치(200)에 포함된 제어 회로(220)로 구동 전압(DV)을 공급할 수 있다. 이때, 구동 전압(DV)은 충전된 기준 전압(PV)에 대응하는 전압일 수 있다.

제어 회로(220)는, 제2 기간(P2) 동안, 제1 신호(SG1)를 수신할 수 있다(S20). 즉, 제어 회로(220)는 발파 장치(100)로부터 모선부(300 및 400)를 통해 지연 시간을 포함하는 제1 신호(SG1)를 수신할 수 있다. 이때, 지연 시간은 뇌관 장치 별로 설정된 뇌관 초시를 의미할 수 있고, 제1 신호(SG1)는 기준 전압(PV)을 이용한 펄스 신호일 수 있다.

제어 회로(220)는, 제3 기간(P3) 동안, 제1 신호(SG1)에 응답하여, 발파 장치(100)로 제2 신호(SG2)를 전송하고, 충전 회로(210)는 충전을 중지할 수 있다(S30). 즉, 제어 회로(220)는 제3 기간(P3) 동안, 발파 장치(100)로 모선부(300 및 400)를 통해 제2 신호(SG2)를 전송할 수 있다. 또한, 제어 회로(220)는 충전 회로(210)의 충전을 중지하기 위해, 충전 신호(CS)를 충전 회로(210)로 전송할 수 있다. 이에 따라, 충전 회로(210)는 충전 신호(CS)에 따라 충전을 중지할 수 있다.

상술한 내용에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 뇌관 장치, 뇌관 장치의 동작 방법 및 통신 시스템은 충전 전류를 억제하고 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있다

또한, 본 발명의 실시예에 따른 뇌관 장치, 뇌관 장치의 동작 방법 및 통신 시스템은 뇌관 장치의 수량 변화에 따른 기준 전류의 변화폭이 작아짐으로써, 통신 가능한 뇌관 장치의 최대 수량을 증가시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

10: 발파 시스템 20: 발파 대상물
30: 발파 구멍 40: 폭발물
100: 발파 장치 110: 발파 제어부
120: 전압 공급부 130: 전류 측정부
200: 뇌관 장치 210: 충전 회로
220: 제어 회로 230: 기폭 회로
240: 점화옥

Claims

제1 통신 기간 동안, 발파 장치에 의해 모선부로 인가되는 전압을 이용하여 전송된 제1 신호를 수신하고, 제2 통신 기간 동안, 상기 모선부로 흐르는 전류를 이용하여 제2 신호를 상기 발파 장치로 전송하는 제어 회로; 및
충전 기간 동안 상기 발파 장치로부터 상기 모선부를 통해 상기 전압을 공급받아 충전하는 충전 회로를 포함하고,
상기 충전 회로는, 상기 제어 회로가 상기 제2 신호를 상기 발파 장치로 전송하는 동안, 충전을 중지하고,
상기 제1 통신 기간은, 상기 충전 기간과 적어도 일부가 중첩되고,
상기 제1 통신 기간 및 상기 제2 통신 기간은 연속하는 것을 특징으로 하는 뇌관 장치.
제1항에 있어서,
상기 충전 회로는,
상기 전압을 공급받아 충전하기 위한 충전부; 및
상기 충전부 및 상기 모선부 사이에 배치되며, 충전 신호에 따라 상기 전압의 상기 충전부로의 공급을 제어하는 충전 스위치부를 포함하고,
상기 제어 회로는, 상기 제어 회로가 상기 제2 신호를 상기 발파 장치로 전송하는 동안, 상기 충전 스위치부로 상기 충전 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 뇌관 장치.
제2항에 있어서,
상기 충전 스위치부는, 상기 충전 신호가 공급되는 동안, 턴-오프되는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌관 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 회로는,
상기 전압을 측정하여, 상기 제1 신호를 추출하는 전압 측정부;
상기 제1 신호를 수신하고, 토글 신호를 생성하기 위한 제어부; 및
상기 모선부 상에 배치되며, 상기 토글 신호에 따라 상기 전류의 흐름을 제어하기 위한 제어 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌관 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어 스위치부는, 상기 토글 신호가 공급되는 동안, 턴-오프되는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌관 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 회로는, 상기 제1 신호에 포함된 지연 시간을 카운트하고, 발파 신호 및 발파 전압을 생성하는 것을 특징으로 하는 뇌관 장치.
제6항에 있어서,
상기 발파 신호에 기초하여, 점화옥으로 상기 발파 전압을 공급하는 기폭 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌관 장치.
제1 신호에 포함된 지연 시간을 카운트하고, 발파 신호 및 발파 전압을 생성하는 제어 회로 및 상기 제어 회로로 구동 전압을 제공하는 충전 회로를 포함하는 뇌관 장치에 있어서,
제1 기간 동안, 상기 충전 회로가 발파 장치로부터 모선부를 통해 전압을 공급받아 충전하는 단계;
제2 기간 동안, 상기 제어 회로가 상기 발파 장치에 의해 상기 모선부로 인가되는 상기 전압을 이용하여 전송된 제1 신호를 수신하는 단계; 및
제3 기간 동안, 상기 제어 회로가 상기 모선부로 흐르는 전류를 이용하여 제2 신호를 상기 발파 장치로 전송하고, 상기 충전 회로가 충전을 중지하는 단계를 포함하고,
상기 제2 기간 및 상기 제3 기간은, 연속하는 것을 특징으로 하는 뇌관 장치의 동작 방법.
제8항에 있어서,
상기 제1 기간은, 상기 제2 기간과 적어도 일부가 중첩되는 것을 특징으로 하는 뇌관 장치의 동작 방법.
삭제
모선부를 통해 유선으로 연결된 송신단 및 수신단을 포함하고,
상기 송신단은, 제1 통신 기간 동안, 상기 모선부로 인가되는 전압을 이용하여 제1 신호를 상기 수신단으로 전송하고,
상기 수신단은,
상기 제1 신호를 수신하고, 제2 통신 기간 동안, 상기 모선부로 흐르는 전류를 이용하여 제2 신호를 상기 송신단으로 전송하는 제어 회로; 및
충전 기간 동안, 발파 장치로부터 상기 모선부를 통해 상기 전압을 공급받아 충전하는 충전 회로를 포함하고,
상기 충전 회로는, 상기 제어 회로가 상기 제2 신호를 상기 송신단으로 전송하는 동안, 충전을 중지하고,
상기 제1 통신 기간은, 상기 충전 기간과 적어도 일부가 중첩되고
상기 제1 통신 기간 및 상기 제2 통신 기간은, 연속하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제11항에 있어서,
상기 충전 회로는,
상기 전압을 공급받아 충전하기 위한 충전부; 및
상기 충전부 및 상기 모선부 사이에 배치되며, 충전 신호에 따라 상기 전압의 상기 충전부로의 공급을 제어하는 충전 스위치부를 포함하고,
상기 제어 회로는, 상기 제어 회로가 상기 제2 신호를 상기 송신단으로 전송하는 동안, 상기 충전 스위치부로 상기 충전 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제12항에 있어서,
상기 충전 스위치부는, 상기 충전 신호가 공급되는 동안, 턴-오프되는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제11항에 있어서,
상기 제어 회로는,
상기 전압을 측정하여, 상기 제1 신호를 추출하는 전압 측정부;
상기 제1 신호를 수신하고, 토글 신호를 생성하기 위한 제어부; 및
상기 모선부 상에 배치되며, 상기 토글 신호에 따라 상기 전류의 흐름을 제어하기 위한 제어 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제14항에 있어서,
상기 제어 스위치부는, 상기 토글 신호가 공급되는 동안, 턴-오프되는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.