KR200490781Y1 - 전기식 발파기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전기 뇌관 입력단에 고전압 센싱 회로를 부가하여 정상적인 고전압이 전기 뇌관으로 전달되었는지를 검출할 수 있다. 상기 전기식 발파기는, 미리 설정된 고전압을 발생시키는 고전압 발생기; 고전압 발생기와 전기 뇌관 사이에 위치하여, 스위칭 온/오프가 이루어지는 기폭 스위치; 상기 고전압 발생기와 전기 뇌관의 연결 접점을 유지 또는 차단시키는 연결 개폐 회로; 기폭 스위치와 전기 뇌관 사이에 위치하여, 전기 뇌관 입력단으로 상기 고전압이 인가되는지를 센싱하는 고전압 센싱 회로; 및 기폭 동작 시에 상기 연결 개폐 회로를 제어하여 상기 고전압 발생기와 전기 뇌관의 연결 접점을 유지시켜 상기 기폭 스위치의 스위칭 온에 의해 상기 고전압 발생기의 고전압이 전기 뇌관으로 전달되도록 하며, 상기 고전압 센싱 회로로부터 고전압의 검출 여부를 수신하는 제어 회로;을 포함할 수 있다.

Description

전기식 발파기{Electronic blasting machine}

본 고안은 전기식 뇌관을 기폭 시키기 위하여 고전압을 발생시키고 그 고전압을 연결된 전기뇌관에 인가하여 기폭시키는 전기식 발파기에 관한 것이다.

터널 및 지하철 등의 지하 굴착공사에서 사용되는 굴착장비들은 매연 및 분진발생을 최소화하기 위하여 고전압전기를 동력으로 사용하는 전기뇌관을 이용한 전기식 발파기가 사용된다.

이러한 전기식 발파기는, 전기식 뇌관을 기폭 시키기 위하여 고전압을 발생시키고 그 고전압을 연결된 전기뇌관에 인가하여 기폭시키는 발파기이다. 따라서 전기 에너지를 열에너지로 변환시켜 기폭 장치를 기폭시키는 전기식 발파는, 발파기로부터 공급되는 전기 에너지를 발파 모선과 보조 모선을 연결하여 전기 뇌관을 통해 점화옥에 충분한 전류가 통전되면 순간적으로 열이 발생하여 불꽃이 발생되고 기폭약을 폭발시키고 그 폭발력에 의해 첨장약이 폭발하여 뇌관체가 파괴되면서 폭약을 폭발시키는 메커니즘으로 이루어진다.

도 1은 기존의 전기식 발파기의 동작을 도시한 그림이다.

도 1을 참조하면 디지털 제어 회로로 고전압 발생기를 작동시키고 충분한 전압으로 상승시킨다. 이 상태에서 기폭스위치를 닫으면 제어기는 안전용 션트 릴레이를 작동시켜 회로를 열고 고전압이 충격 흡수용 저항기 R1을 통하여 결선된 전기뇌관에 고전압을 인가하여 기폭 시키는 구조로 되어 있다.

그런데 현재까지 출시된 전기식 발파기는 발파기 자체의 정상적인 동작 여부를 체크 할 수 있는 자체 진단 수단이 없다. 전기식 발파기에 있어서 기폭 수단인 1,450V의 출력을 뇌관에 인가하여 기폭을 시키게 되는데 이때 정상적으로 고전압이 출력되어 기폭이 이루어졌는지의 여부를 일반적인 발파기의 구조로는 확인이 불가능하다. 즉, 고전압이 정상적으로 발생 되었는지 기폭스위치의 접점불량은 아닌지, 보호 저항의 단선은 아닌지, 션트 릴레이의 작동 불량으로 고전압이 전기 뇌관에 인가되지 않은 것인지의 여부를 확인할 수가 없다.

따라서 만약 기폭 실패로 되었을 때 발파기 쪽의 문제인지 뇌관 결선 불량인지 확인할 수 없는 문제가 있다.

한국공개실용신안 20-1997-0019065

본 고안의 기술적 과제는 기존의 전기식 발파기에 출력 여부를 확인할 수 있도록 하여 기폭 실패의 원인이 발파기의 동작 불량인지 또는 뇌관결선의 회로 결함인지를 명확하게 파악 할 수 있도록 하는데 있다.

본 고안은 전기 뇌관 입력단에 고전압 센싱 회로를 부가하여 정상적인 고전압이 전기 뇌관으로 전달되었는지를 검출할 수 있다.

상기 전기식 발파기는, 미리 설정된 고전압을 발생시키는 고전압 발생기; 고전압 발생기와 전기 뇌관 사이에 위치하여, 스위칭 온/오프가 이루어지는 기폭 스위치; 상기 고전압 발생기와 전기 뇌관의 연결 접점을 유지 또는 차단시키는 연결 개폐 회로; 기폭 스위치와 전기 뇌관 사이에 위치하여, 전기 뇌관 입력단으로 상기 고전압이 인가되는지를 센싱하는 고전압 센싱 회로; 및 기폭 동작 시에 상기 연결 개폐 회로를 제어하여 상기 고전압 발생기와 전기 뇌관의 연결 접점을 유지시켜 상기 기폭 스위치의 스위칭 온에 의해 상기 고전압 발생기의 고전압이 전기 뇌관으로 전달되도록 하며, 상기 고전압 센싱 회로로부터 고전압의 검출 여부를 수신하는 제어 회로;을 포함할 수 있다.

상기 고전압 센싱 회로는, 포토 커플러로 구현됨을 특징으로 할 수 있다.

상기 전기식 발파기는, 고전압 검출 여부를 표시하는 디스플레이 모듈;을 포함하며, 상기 제어 회로는, 상기 고전압 센싱 회로로부터 고전압의 검출 여부를 상기 디스플레이 모듈에 표시할 수 있다.

상기 제어 회로는, 상기 고전압 센싱 회로로부터 고전압이 검출되는 경우 전기 뇌관으로 고전압이 인가되었음을 표시하고, 상기 고전압 센싱 회로로부터 고전압이 검출되지 않는 경우 전기 뇌관으로 고전압이 인가되지 않았음을 표시할 수 있다.

본 고안의 실시 형태에 따르면 고전압 인가의 실패 또는 성공의 여부는 PC1의 구동 여부에 의하여 명확하게 구분이 되고 이는 이 신호를 받아 별도의 표시 수단으로 사용자가 즉독 할 수 있도록 하여 기폭 실패의 원인을 신속 정확하게 구분할 수 있다.

도 1은 기존의 전기식 발파기의 회로 구성도.
도 2는 본 고안의 실시예에 따른 전기식 발파기의 회로 구성도.
도 3은 본 고안의 실시예에 따른 스위칭 오프시의 전기식 발파기의 회로 동작 그림.
도 4는 본 고안의 실시예에 따른 스위칭 온시의 전기식 발파기의 회로 동작 그림.
도 5는 본 고안의 실시예에 따라 기폭 동작 시에 고전압이 검출될 때의 고장 판단 예시 그림.
도 6은 본 고안의 실시예에 따라 기폭 동작 시에 고전압이 검출되지 않을 때의 고장 판단 예시 그림.
도 7은 본 고안의 실시예에 따른 제어 회로 및 디스플레이 모듈이 일체형으로 된 하우징 예시 그림.
도 8은 본 고안에 따른 디스플레이 모듈의 실제 제품 사진.

이하, 본 고안의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 고안은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 고안의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 고안은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 고안을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 고안의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 고안의 실시예에 따른 전기식 발파기의 회로 구성도이며, 도 3은 본 고안의 실시예에 따른 스위칭 오프시의 전기식 발파기의 회로 동작 그림이며, 도 4는 본 고안의 실시예에 따른 스위칭 온시의 전기식 발파기의 회로 동작 그림이며, 도 5는 본 고안의 실시예에 따라 기폭 동작 시에 고전압이 검출될 때의 고장 판단 예시 그림이며, 도 6은 본 고안의 실시예에 따라 기폭 동작 시에 고전압이 검출되지 않을 때의 고장 판단 예시 그림이며, 도 7은 본 고안의 실시예에 따른 제어 회로 및 디스플레이 모듈이 일체형으로 된 하우징의 예시 그림이며, 도 8은 본 고안에 따른 디스플레이 모듈의 실제 제품 사진이다.

본 고안은 기존의 전기식 발파기(10)에 고전압 센싱 회로(130)를 부가하여 전기 뇌관(20)에 정상적으로 고전압이 인가 되었는지의 여부를 즉석에서 확인할 수 있도록 한다.

이를 위하여 본 고안의 전기식 발파기(10)는, 전기 뇌관 입력단에 고전압 센싱 회로(130)를 부가하여 정상적인 고전압이 전기 뇌관(20)으로 전달되었는지를 검출하도록 한다.

도 2를 참조하여 상술하면, 본 고안의 전기식 발파기(10)는, 고전압 발생기(110), 기폭 스위치(120), 연결 개폐 회로(140), 고전압 센싱 회로(130), 및 제어 회로(150)를 포함할 수 있다. 이밖에 디스플레이 모듈을 더 포함할 수 있다.

고전압 발생기(110)는, 미리 설정된 고전압을 발생시키는 모듈이다. 예를 들어, 콘덴서(C1)의 전압이 상승하여 1500V의 고전압에 도달하게 되고 이러한 1500V의 고전압을 발생시킬 수 있게 된다.

기폭 스위치(120)는, 고전압 발생기(110)와 전기 뇌관(20) 사이에 위치하여, 스위칭 온/오프가 이루어지는 기능을 수행한다. 전기 뇌관(20)(electric detonator, 電氣雷管)은 고전압에 의해 점화가 이루어지는 기능을 수행한다. 전기 뇌관(20)은, 공업 뇌관에 전기적 점화 장치를 단단히 붙인 화공품으로서, 전기를 유도하기 위해 2개의 가는 피복 동선(각선 英 leg wire)을 고무 등의 마개에 꽂아 그 끝의 피복을 벗기고 그 밑을 적당한 재료로 움직이지 않도록 고정한다. 동선 끝에 지름 0.03mm 정도의 가는 백금선을 용접하고 여기에 점화약을 결합제로 반죽하여 페이스트상으로 한 것을 둥굴게 붙이고 그 표면을 피복으로 덮는다.

연결 개폐 회로(140)는, 고전압 발생기(110)와 전기 뇌관(20)의 연결 접점을 유지 또는 차단시키는 기능을 한다. 연결 개폐 회로(140)는, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 션트 릴레이로서 구현될 수 있다. 따라서 연결 개폐 회로(140)는 제어 회로(150)의 제어에 의해 출력 접점이 닫히고, 각각의 출력 접점에 대응하는 션트 릴레이가 작동하여 고전압이 전기 뇌관(20)에 제공하도록 구비되며, 또한, 제어 회로(150)의 제어에 의해 발파된 후 소정 시간이 경과된 경우 출력 접점이 열리고, 출력 접점에 대응되는 션트 릴레이의 작동이 정지되도록 할 수 있다.

즉, 기폭 동작 상태가 아닌 평상 시에는 제어 회로(150)에 의해 도 3과 같이 션트 릴레이가 동작되어 고전압 발생기(110)와 전기 뇌관(20)의 연결 접점이 차단된다. 반면에, 반면에 기폭 동작 상태에서는 제어 회로(150)에 의해 도 4와 같이 션트 릴레이가 동작되어 고전압 발생기(110)와 전기 뇌관(20)의 연결 접점이 유지되어, 기폭 스위치(120)가 스위칭 온 될시에 고전압이 전기 뇌관(20)으로 전달될 수 있다.

고전압 센싱 회로(130)는, 기폭 스위치(120)와 전기 뇌관(20) 사이에 위치하여, 전기 뇌관 입력단으로 고전압이 인가되는지를 센싱한다. 이러한 고전압 센싱 회로(130)는, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 포토 커플러(PC;Photo Coupler)로 구현될 수 있다.

전기 뇌관 입력단으로 고전압이 인가될 때는 포토 커플러의 발광부(131)가 발광하게 되고 수광부(132)가 이를 수광하여 제어 회로(150)로 전달해주게 되고, 제어 회로(150)는 전기 뇌관 입력단으로 고전압이 인가되고 있음을 검출할 수 있게 된다.

반면에 전기 뇌관 입력단으로 고전압이 인가되지 않을 때는 포토 커플러의 발광부(131)가 발광하지 않게 되고 수광부(132)는 수광되지 않음을 제어 회로(150)로 전달해주게 되고, 제어 회로(150)는 전기 뇌관 입력단으로 고전압이 인가되고 있지 않음을 검출할 수 있게 된다.

참고로 포토 커플러는 알려진 바와 같이 발광부(發光部)와 수광부(受光部)를 가지고 있으며 전기적으로는 절연되어 있는데 광(光)에 의하여 신호가 전달되는 소자를 광결합소자(光結合素子)이다. 동작원리는, 발광 다이오드에 신호가 입력되면 발광하고 이 광을 수광(受光)하는 포토 트랜지스터에 입사시키면 전도 상태로 된다. 포토 커플러는 1방향성으로 되어 있다. 구조는 GaAs 적외선 발광 다이오드와 실리콘 포토 트랜지스터로 이루어져 발광부와 수광부가 투명한 수지(樹脂)에 넣어져 광학적으로 결합되어 있으며 바깥쪽에는 빛을 차단시키기 위하여 흑색 수지로 두껍게 피복되어 있다. 여기서 발광부에는 발광다이오드, 텅스텐램프, 네온램프 등이 쓰이고 수광부에는 실리콘 아발란세 포토다이오드, pin다이오드, 황화카드뮴, 카드뮴셀레늄 등이 쓰인다. 현재 많이 쓰이는 것은 갈륨비소 적외발광(赤外發光) 다이오드와 실리콘 포토다이오드를 조합한 것이다.

제어 회로(150)는, 기폭 동작 시에, 연결 개폐 회로(140)를 제어하여 고전압 발생기(110)와 전기 뇌관(20)의 연결 접점을 유지시켜 기폭 스위치(120)의 스위칭 온에 의해 고전압 발생기(110)의 고전압이 전기 뇌관(20)으로 전달되도록 한다. 아울러, 제어 회로(150)는, 고전압 센싱 회로(130)로부터 고전압의 검출 여부를 수신하게 된다.

이하에서 설명할 도 5 및 도 6을 참조하면, 기폭 동작 시에 고전압 검출 여부에 따라서 다음과 같이 다양한 상태 진단이 가능하게 된다.

즉, 도 5(a)에 도시한 바와 같이 스위치의 스위칭 온에 의한 기폭 동작 시에 고전압이 검출되고 전기 뇌관(20)의 점화가 이루어진 경우에는, 고전압 발생기(110)와 연결선 동작이 정상적으로 이루어지고 있다고 판단할 수 있다.

반면에 도 5(b)에 도시한 바와 같이 기폭 스위치(120)의 스위칭 온에 의한 기폭 동작 시에 고전압이 검출되었음에도 전기 뇌관(20)의 점화가 이루어지지 않는 경우에는, 전기 뇌관(20)의 불량 또는 연결선 오류(연결 개폐 회로(140)의 션트 릴레이 불량)로 판단할 수 있다(션트릴레이 불량으로 출력단자간이 닫혀있으면 센싱회로가 검출을 못하여 디스플레이에 ERR(에러)가 표시됨).

또한 도 6에 도시한 바와 같이, 기폭 스위치(120)의 스위칭 온에 의한 기폭 동작 시에 고전압이 검출되지 않는 경우에는, 고전압 발생기(110)의 불량으로 판단할 수 있다.

결국, 고전압이 발생되어 기폭 스위치(120)를 닫으면 우선 제어 회로(150)에 의하여 션트릴레이를 구동시켜 접점을 열고 고전압은 보호저항 R1을 통하여 전기 뇌관(20)에 인가 되고, 동시에 고전압 센싱 회로(130)로 구현되는, 센싱용 포토 커플러 발광부(131)를 R2를 통하여 구동하고 이 신호를 논리신호로 제어 회로(150)에 보내지게 되고 이 신호를 이용하여 고전압이 정상적으로 전기뇌관에 인가 되었는지의 여부를 확인 할 수 있게 한다.

이때 만약 고전압이 발생하지 않았거나 기폭스위치의 접점에 문제가 있거나 R1이 단선이거나 션트 릴레이 동작 불량으로 회로가 열리지 않았을 경우 포토 커플러의 발광부(131)이 구동되지 않으므로 제어 회로는 발파기의 불량으로 판단하게 된다.

또는 정상적으로 고전압이 출력되어 발광부(131)가 구동되어 제어기가 이 신호를 받아들였다면 발파기 문제가 아니라 외부 전기 뇌관(20)의 불량 또는 결선 오류임이 명확해 진다.

한편, 전기식 발파기(10)는, 고전압 검출 여부를 표시하는 디스플레이 모듈을 추가로 더 포함할 수 있다.

제어 회로(150)는, 고전압 센싱 회로(130)로부터 고전압의 검출 여부를 디스플레이 모듈에 표시할 수 있다. 제어 회로(150)와 디스플레이 모듈은, 단일의 하우징에 수납되어 도 7과 같이 일체형 하우징(150a)으로 제작될 수 있다. 이러한 단일의 일체형 하우징(150a)에는, 키 및 기폭 스위치의 스위칭 상태를 저장하는 RAM의 메모리 소자와, 발파자의 비밀 번호 및 제어 프로그램을 포함하는 ROM의 메모리 소자를 구비한다. 예를 들어, 제어 회로(150)는 68kbyte의 메모리 소자, 128 kbyte의 플레시 메모리 소자로 구비되고, 연산 속도는 0.12㎲로 구현될 수 있다.

제어 회로(150)는, 고전압 센싱 회로(130)로부터 고전압이 검출되는 경우 전기 뇌관(20)으로 고전압이 인가되었음을 표시하고, 고전압 센싱 회로(130)로부터 고전압이 검출되지 않는 경우 전기 뇌관(20)으로 고전압이 인가되지 않았음을 표시할 수 있다.

이밖에 제어 회로(150)에 접속되는 디스플레이 모듈은 점화 소자, 기폭 장치 사이에 접속되는 와이어의 단선 여부 및 기폭 장치의 총 저항값, 발파 초기의 고전압 값, 점화 지연 시간 등을 표시할 수 있다.

결국, 기존의 발파기는 사용자가 전기뇌관을 출력단자에 연결하기전 발파기의 정상작동을 판단하기 위하여 단자간 스파크를 사용 전에 빈번하게 시도하여 스파크가 발생하면 정상으로 판단하고 사용함으로써, 발파기 내부의 고압콘덴서와 SCR 및 보호저항에 데미지를 주어 고장발생을 일으키는 점을 줄이기 위하여본 고안이 제시되었다.

특히 스파크를 시킬때마다 콘덴서의 양 극성 접합부분(용사부분)이 끊어져 콘덴서의 용량이 점차 줄어들어 정상 발파시 부분 발파나 불발의 원인을 빈번히 일으키고 있는 점을 감안하여 사용자가 발파전 발파기의 정상 유무를 판별할 수 있도록 고안되었다. 또한 발파기의 단자간 션트리레이 와 보호저항 및 SCR이 불량일 때도 발파기가 정상 작동되는 것처럼 디스플레이되어 불발이 발생되는 일이 자주 일어나는데, 이에 사용자가 디스플레이의 판독결과를 믿고 자신있게 작업할 수 있도록 발파기의 출력단자간에 포토커플러를 사용해 발파기의 정상작동 유무를 감지하여 디스플레이에 함으로써, 상기와 같은 무리한 점검을 방지할 수 있다.

본 고안을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 고안은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 실용신안등록청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 실용신안등록청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

10:전기식 발파기
110:고전압 발생기
120:기폭 스위치
130:고전압 센싱 회로
140:연결 개폐 회로
150:제어 회로

Claims (5)

1. 전기 뇌관 입력단에 고전압 센싱 회로(130)를 부가하여 정상적인 고전압이 전기 뇌관(20)으로 전달되었는지를 검출하는 전기식 발파기에 있어서,
   상기 전기식 발파기(10)는,
   미리 설정된 고전압을 발생시키는 고전압 발생기(110);
   고전압 발생기(110)와 전기 뇌관(20) 사이에 위치하여, 스위칭 온/오프가 이루어지는 기폭 스위치(120);
   상기 고전압 발생기(110)와 전기 뇌관(20)의 연결 접점을 유지 또는 차단시키는 연결 개폐 회로(140);
   기폭 스위치(120)와 전기 뇌관(20) 사이에 위치하여, 전기 뇌관 입력단으로 상기 고전압이 인가되는지를 센싱하며, 포토 커플러로 구현되는 고전압 센싱 회로(130);
   기폭 동작 시에 상기 연결 개폐 회로(140)를 제어하여 상기 고전압 발생기(110)와 전기 뇌관(20)의 연결 접점을 유지시켜 상기 기폭 스위치(120)의 스위칭 온에 의해 상기 고전압 발생기(110)의 고전압이 전기 뇌관(20)으로 전달되도록 하며, 상기 고전압 센싱 회로(130)로부터 고전압의 검출 여부를 수신하는 제어 회로(150);
   고전압 검출 여부를 표시하는 디스플레이 모듈;을 포함하며,
   상기 제어 회로(150)는 상기 고전압 센싱 회로(130)로부터 고전압의 검출 여부를 상기 디스플레이 모듈에 표시하고,
   상기 제어 회로(150)는,
   상기 고전압 센싱 회로(130)로부터 고전압이 검출되는 경우 전기 뇌관(20)으로 고전압이 인가되었음을 표시하고,
   상기 고전압 센싱 회로(130)로부터 고전압이 검출되지 않는 경우 전기 뇌관(20)으로 고전압이 인가되지 않았음을 표시하는 것을 특징으로 하는 전기식 발파기.
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