MX2011004241A - Sistema de detonador electronico. - Google Patents

Abstract

Un detonador incluye un conmutador de alta tensión, un iniciador y una pelotilla de iniciación. El detonador también incluye un grupo de detonación de baja tensión a alta tensión conectado al conmutador y al iniciador de manera tal que el detonador incluya una fuente de energía de alta tensión y un iniciador en un paquete integrado. El detonador también puede incluir alimentación y comunicaciones, un microprocesador, tecnologías de rastreo y/o localización, tales como RFID, GPS, etc. y una pelotilla de salida de un explosivo o de una combinación de explosivos. La pelotilla de combinación de explosivos tiene un primer explosivo que tiene una energía de primer impacto y un explosivo secundario de alta potencia en la pelotilla de salida que tiene una segunda energía de impacto mayor que la energía de impacto del primer explosivo. También se proveen sistemas para facilitar el despliegue rápido y fácil de uno o más detonadores en el campo.

Description

¦ ¦ SISTEMA DE DETONADOR ELECTRÓNICO Campo de la invención La presente invención se relaciona en general con detonadores y específicamente, con detonadores electrónicos que integran un conmutador de alta tensión, un iniciador y un grupo de detonación.

Antecedentes de la invención En diferentes industrias, tales como la minería, la construcción y otras operaciones de movimiento de tierra, es una práctica común utilizar detonadores iniciar explosivos cargados dentro de barrenos perforados con el propósito de romper roca. Al respecto, los detonadores eléctricos y electrónicos comerciales se implementan convencionalmente como dispositivos de encendido de cable caliente que incluyen una cabeza de fusible como el mecanismo de inicio para incluir un explosivo correspondiente. Dichos dispositivos de encendido de cable caliente funcionan suministrando un impulso eléctrico de baja tensión, por ejemplo, normalmente menos de 20 voltios (V) , hacia la cabeza de fusible, lo cual provoca que la cabeza de fusible se caliente. El calor proveniente de la cabeza de fusible, a su vez, inicia un explosivo primario, por ejemplo, azida de plomo, que, a su vez, inicia un explosivo secundario, tal como tetranitrato de pentaeritritol (PETN) , en un extremo de salida del detonador. Al respecto, los dispositivos de encendido de cable caliente convencionales no pueden hacer funcionar directamente un explosivo secundario de alta densidad y deben depender de un explosivo primario muy sensible para la transición del proceso de detonación desde la cabeza de fusible hacia el proyectil de salida de explosivo correspondiente. Normalmente, la tensión de detonación de los dispositivos de encendido de cable caliente es menor de 20 V, la corriente necesaria es menor de 10 amperios y la energía pico necesaria para hacer funcionar el detonador es menor de 10 vatios. Como tal, es posible que las necesidades de tensión y de energía para hacer funcionar este tipo de detonador se puedan encontrar desde fuentes inadvertidas como las corrientes estática, de fuga y energía de radiofrecuencia (RF) .

En la década de 1940, se desarrolló un detonador eléctrico que sirve como una alternativa para el detonador basado en el iniciador de cable caliente con fines militares y ahora se ha hallado el uso civil para la investigación energética. Este ejemplo de detonador se denomina detonador de puente de cables de explosión (EBW) , que incluye una longitud corta de un cable de diámetro pequeño que funciona como un puente. Durante su uso, el material explosivo que empieza en una interfaz de contacto con las transiciones de puente de cables desde un explosivo secundario de baja densidad a un explosivo secundario de alta densidad en la salida del detonador. El explosivo secundario normalmente es PETN o ciclotrimetileno trinitramina (RDX) . Como los iniciadores de cable caliente convencionales, un EBW no puede iniciar directamente un explosivo secundario de alta densidad. Para iniciar un evento de detonación, se aplica un impulso de tensión más alta, por ejemplo, normalmente, un umbral de 500 V, en una duración muy corta a través del puente de cables que provoca que el cable de diámetro pequeño explote. La energía necesaria para hacer funcionar este tipo de detonador está en la gama de kilovatios. La onda de choque creada desde la vaporización rápida del puente de cables inicia el proyectil de baja densidad, que a su vez inicia el proyectil de explosivo secundario de alta densidad en el extremo de salida del EBW.

Otro ejemplo de tipo de detonador utiliza un iniciador de hojuela de explosión (EFI) . Se provee un EFI convencional incluye un hojuela de metal delgada que tiene un corte angosto definido, y una capa de película polimérica sobre la hojuela de metal. Un proyectil de material explosivo está separado de la capa de película polimérica por un barril que tiene una perforación a través de él. El barril está posicionado sobre la hojuela de metal delgada de manera tal que la perforación del barril se alinee con el corte angosto definido. Para iniciar un evento de detonación, se aplica un impulso de energía de alta tensión, muy corto a través de la hojuela de metal para hacer que el corte angosto de la hojuela de metal se vaporice. Cuando el corte angosto de la hojuela de metal se vaporiza, se forma un plasma cuando el metal vaporizado no se puede expandir más allá de la capa de película polimérica. La presión creada como resultado de esta acción de vaporización se acumula hasta que la capa de película polimérica esté comprometida. En particular, la presión hace que un disco de volante libere, por ejemplo, burbujee, se corte o se rompa de otro modo de la capa polimérica. El disco de volante acelera a través de la perforación en el barril e impacta con el proyectil del material explosivo. El impacto del proyectil por el volante imparte una onda de choque que inicia la detonación del proyectil y todos los dispositivos explosivos conectados .

Descripción de la Invención De acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, se provee un detonador electrónico. El detonador comprende un gabinete de detonador que empaqueta en forma integral un conmutador de alta tensión, un iniciador y un proyectil de inicio. El conmutador de alta tensión tiene un primer contacto, un segundo contacto y un elemento de gatillo. Además, el conmutador de alta tensión está configurado en un estado abierto normalmente de manera tal que el primer contacto esté aislado eléctricamente del segundo contacto. Para hacer funcionar el conmutador de alta tensión, el elemento de gatillo se vaporiza de manera tal que el primer contacto se conecte eléctricamente al segundo contacto, haciendo entonces la transición del conmutador de alta tensión a un estado cerrado. El proyectil de inicio se vacía de un material explosivo primario o un material explosivo secundario de baja densidad. En cambio, el proyectil de inicio comprende un material explosivo secundario insensible, de alta densidad que está posicionado en relación con el iniciador de manera tal que el funcionamiento del iniciador produzca la detonación del proyectil de inicio.

El detonador electrónico también incluye, empaquetada dentro del gabinete del detonador, una fuente de energía primaria, una fuente de energía secundaria, un convertidor de baja tensión a alta tensión y un controlador. El convertidor de baja tensión a alta tensión está controlado, por ejemplo, por un controlador, para convertir una baja tensión en una alta tensión suficiente para cargar la fuente de energía primaria. El detonador también incluye un circuito primario que conecta en forma eléctrica la fuente de energía primaria a un circuito en serie que conecta el conmutador de alta tensión en serie con el iniciador.

El controlador realiza una acción de detonación recibiendo un pedido de armar el detonador. En respuesta a ello, el controlador controla que el convertidor de baja tensión a alta tensión cargue la fuente de energía primaria a un potencial de carga primaria deseado, en donde el conmutador de alta tensión aparta el potencial de carga primaria del funcionamiento del iniciador mientras se arma el detonador. El controlador también realiza la acción de detonación cargando la fuente de energía secundaria a un potencial de carga secundaria deseado, que puede ocurrir después de reconocer que la fuente de energía primaria está al potencial de carga primaria deseado y conectando en forma eléctrica el potencial de carga secundaria al elemento de gatillo del conmutador de alta tensión de manera tal que cierre el conmutador de alta tensión, permitiendo entonces que el potencial de carga primaria haga funcionar el iniciador para detonar el proyectil de inicio.

De acuerdo con otros aspectos de la presente invención, se provee un sistema, para realizar operaciones de voladura. El sistema incluye una pluralidad de controladores de orificios, cada controlador de orificio para el posicionamiento en un barreno correspondiente en un sitio de voladura correspondiente. Se provee por lo menos un detonador para cada barreno, que está configurado para la comunicación de datos con el controlador de orificio correspondiente asociado al barreno.

Cada detonador tiene un gabinete de detonador que contiene dentro de él, un conmutador de alta tensión configurado en un estado normalmente abierto que hace la transición hacia un estado cerrado haciendo funcionar un elemento de gatillo del conmutador de alta tensión, un iniciador conectado en serie al conmutador de alta tensión y un proyectil de inicio que está vacío de un material explosivo primario y que comprende un material explosivo secundario insensible. El proyectil de inicio está posicionado en relación con el iniciador de manera tal que el funcionamiento del iniciador produzca la detonación del proyectil de inicio. El gabinete del detonador también contiene una fuente de energía primaria, una fuente de energía secundaria, un convertidor de baja tensión a alta tensión que está controlado para convertir una baja tensión a una alta tensión suficiente para cargar la fuente de energía primaria, un circuito primario que conecta en forma eléctrica la fuente de energía primaria a un circuito en serie que conecta el conmutador de alta tensión en serie al iniciador, circuitos de comunicaciones para la comunicación con el controlador de orificio asociado y un controlador que controla la operación de un conmutador de alta tensión el iniciador para iniciar el proyectil de inicio.

El sistema además comprende un controlador de disparo para la comunicación inalámbrica con cada uno de los controladores de orificio y una computadora de voladura que comunica con el controlador de disparo para coordinar un evento de voladura. La computadora de voladura coordina un evento de voladura obteniendo datos de cada uno de los detonadores a través de su controlador de orificio correspondiente y el controlador de disparo y calculando una solución de detonación. El sistema luego programa automáticamente cada detonador con un horario de detonación correspondiente basado en la solución de detonación calculada. Además, la computadora de voladura inicia una secuencia de armado, en donde el controlador de cada detonador controla su convertidor de baja tensión a alta tensión para cargar la fuente de energía primaria a un potencial de carga primario deseado. Al respecto, el conmutador de alta tensión aparta el potencial de carga primaria del funcionamiento del iniciador mientras se arma el detonador. La computadora de voladura posteriormente recibe una confirmación de que cada detonador está armado y listo para detonar.

La computadora de voladura luego inicia un comando de voladura después de reconocer que todos los detonadores están armados, en donde cada detonador hace funcionar su iniciador para detonar su proyectil de inicio conectando en forma eléctrica un potencial de carga secundaria cargado en la fuente de energía secundaria al elemento de gatillo del conmutador de alta tensión de manera tal que cierre el conmutador de alta tensión, permitiendo entonces que el potencial de carga primaria haga funcionar el iniciador para detonar el proyectil de inicio, en el horario de detonación programada correspondiente.

Breve Descripción de los Dibujos La siguiente descripción detallada de diferentes aspectos de la presente invención se puede entender mejor cuando se lee en conjunto con los siguientes dibujos, donde las estructuras iguales se indican con números de referencia iguales y en donde: La Figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra varios componentes de un detonador de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención.

La Figura 2 es un esquema de un conmutador de alta tensión y un iniciador de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención.

La Figura 3 es un esquema de un conmutador de alta tensión y una pluralidad de iniciadores que se pueden empaquetar dentro de un detonador, de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención .

La Figura 4 es un esquema de un conmutador de alta tensión y una pluralidad de iniciadores que pueden estar empaquetados dentro de un detonador, de acuerdo con otro aspecto de la presente invención.

La Figura 5 es un esquema de un conmutador de alta tensión y una pluralidad de iniciadores que pueden estar empaquetados dentro de un detonador, de acuerdo con aún otros aspectos de la presente invención .

La Figura 6 es un esquema de una pluralidad de conmutadores de alta tensión y una pluralidad de iniciadores que pueden estar empaquetados dentro de un detonador, de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención.

La Figura 7 es un esquema de un iniciador de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención.

La Figura 8 es un esquema de un detonador de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención.

La figura 9 es un diagrama de una red de detonadores que comprende una pluralidad de detonadores de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención.

La Figura 10 es una ilustración de un detonador de acuerdo con aún otros aspectos de la presente invención.

La Figura 11A es una ilustración de un detonador instalado en un elevador de tensión de acuerdo con aspectos de la presente invención .

La Figura 11B es una vista superior del detonador y el elevador de tensión de la Figura 11A, de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención.

La Figura 12 es un esquema de un controlador de orificio de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención.

La Figura 13 es una ilustración de un proceso de carga de orificio y voladura de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención.

La Figura 14 es una ilustración de un proceso de carga de orificio y voladura de acuerdo con otros aspectos de la presente invención.

Descripción Detallada de la Invención De acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, un detonador electrónico incluye en general, por lo menos un conmutador de alta tensión y por lo menos un iniciador. El detonador además implementa un sistema de accionamiento que tiene un procedimiento de gatillo que necesita por lo menos dos condiciones del gatillo que se deben cumplir para iniciar un evento de detonación en un dispositivo explosivo correspondiente. Específicamente, el procedimiento de gatillo debe ser suficiente para accionar por lo menos un conmutador de alta tensión, y el procedimiento de gatillo debe ser suficiente para accionar por lo menos un iniciador, para disparar el evento de detonación deseado, como se describirá más detalladamente en la presente. Además, como se describirá más detalladamente en la presente, el detonador incluye un grupo de detonación integral que provee la(s) fuente (s) de energía de alta tensión necesaria para hacer funcionar tanto el conmutador (es) de alta tensión como el iniciador (es) dentro del detonador.

Con referencia ahora a los dibujos y específicamente a la Figura 1, se ilustra en forma esquemática un detonador 10 de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención. El detonador 10 ilustrado incluye en general un conmutador de alta tensión 12 que está normalmente en un estado abierto, que está conectado en forma eléctrica en serie con un iniciador 14. Además, el detonador 10 incluye un proyectil de inicio 16 que está en cooperación con el iniciador 14. Para disparar el proyectil de inicio 16, se debe accionar el conmutador de alta tensión 12 para hacer la transición del conmutador de alta tensión 12 desde un estado abierto normalmente a un estado cerrado. Una vez que el conmutador de alta tensión 12 se cierra, el iniciador 14 se puede operar (también denominado en la presente "hacer funcionar") para detonar el proyectil de inicio 16. La detonación del proyectil de inicio 16, que se implementa como un explosivo secundario insensible, de alta densidad, se utiliza para detonar otro dispositivo o producto explosivo que está posicionado próximo al detonador 10.

El detonador 10 también puede incluir otros componentes, tales como un proyectil explosivo 18, por ejemplo, un proyectil de salida que está compuesto de un explosivo secundario con una salida de choque muy alta. Este proyectil de salida actúa como un elevador de tensión incorporado para el detonador 10, lo cual permite el inicio directo de dispositivos explosivos muy insensibles y agentes de voladura. Además, el detonador 10 se puede estar empaquetado dentro de una cápsula 20 para alojar los diferentes componentes del detonador. De acuerdo con aspectos de la presente invención, los componentes de alta tensión, que incluyen un conmutador de alta tensión 12 y el iniciador 14 se pueden miniaturizar para encajar dentro de dimensiones estándar del detonador, por lo tanto la cápsula 20 del detonador puede tomar un tamaño, factor de forma y/o apariencia general convencional. Alternativamente, la cápsula 20 del detonador puede utilizar un tamaño, forma, etc, personalizados. Además, como se describe más detalladamente en la presente, el detonador 10 puede comprender otros componentes 22, tales como capacidades de comunicación basadas en la inducción y elementos electrónicos de alimentación, un controlador a bordo que tiene un microprocesador, comunicaciones, un grupo de detonación de baja tensión a alta tensión, un sistema de posicionamiento global (GPS), un sistema de identificación, por ejemplo que usa la tecnología de identificación de radio frecuencia (RFID) y/u otros sistemas para facilitar el despliegue eficiente del detonador 10 en el campo, como se describe más detalladamente en la presente. Dichos componentes adicionales 22 están configurados también para encajar dentro de la cápsula 20 del detonador que provee un sistema de detonación integrado.

En un ejemplo de operación del detonador 10, el procedimiento de gatillo puede comprender accionar el conmutador de alta tensión 12 a un horario prescripto antes de hacer funcionar el iniciador 14, por ejemplo, crear una trayectoria conductora que "arma" el iniciador 14. Alternativamente, el procedimiento de gatillo puede hacer funcionar tanto el conmutador de alta tensión 12 como el iniciador 14 en una sola operación. Por ejemplo, un circuito que provee una señal al iniciador 14 puede estar "cargado" y listo para la operación de manera tal que, al accionar el conmutador de alta tensión 12, el cierre del conmutador de alta tensión 12 permita que la señal cargada previamente dispare el iniciador 14. En la presente se describen más detalladamente ejemplos de configuraciones del detonador 10.

A modo de ejemplo y no en forma taxativa, los circuitos 22 adicionales del detonador 10 pueden incluir una fuente de energía primaria, una fuente de energía secundaria, un controlador y un convertidor de baja tensión a alta tensión. El convertidor de baja tensión a alta tensión está controlado, por ejemplo, por el controlador, para convertir una baja tensión en alta tensión suficiente para cargar la fuente de energía primaria. Además, en esta ilustración, el detonador 10 incluye un circuito primario que conecta en forma eléctrica la fuente de energía primaria en un circuito en serie que conecta el conmutador de alta tensión en serie con el iniciador.

El controlador realiza una acción de detonación recibiendo un pedido de armar el detonador. Para "armar" el detonador 10, el controlador controla que convertidor de baja tensión a alta tensión cargue la fuente de energía primaria a un potencial de carga primaria deseado. Notablemente el conmutador de alta tensión aparta el potencial de carga primaria del funcionamiento del iniciador mientras se arma el detonador. El controlador también carga la fuente de energía secundaria a un potencial de carga secundaria deseado. El controlador puede cargar la fuente secundaria, por ejemplo, después de reconocer que la fuente de energía secundaria está en el potencial de carga primaria deseado. El controlador puede por lo tanto hacer funcionar el iniciador cerrando en forma eléctrica el conmutador de alta tensión, permitiendo entonces que el potencial de carga primaria haga funcionar el iniciador para detonar el proyectil de inicio.

El Conmutador de Alta Tensión El conmutador de alta tensión 12 se puede implementar como un chip de conmutador de alta tensión (HV) y se puede fabricar utilizando un proceso de Deposición de Vapor de Vacío Metálico (MWD) . En un ejemplo de implementación del detonador 10, el conmutador de alta tensión 12, por ejemplo, producido usando un proceso de MWD, provee un circuito adicional que es necesario que se cargue y se dispare independientemente de la carga y el funcionamiento del iniciador 14, para iniciar un evento de detonación para detonar el detonador 10. Específicamente, el conmutador de alta tensión 12 del detonador 10 está diseñado para apartar las señales de fuga del disparo del iniciador 14, por ejemplo, señales que no son señales de accionamiento válidas, aún cuando las señales de fuga sean ellas mismas, señales de tensión relativamente alta. Al respecto, el conmutador de alta tensión 12 se dispara con una señal de accionamiento que comprende una tensión que es mucho mayor que la tensión asociada con los componentes electrónicos comunes que pueden estar próximos al detonador, proporcionando así un nivel de redundancia al detonador 10, como se describirá más detalladamente en la presente .

De acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, el conmutador de alta tensión 12 descrito en forma más completa en la presente, también se puede usar en la modificación de la señal de accionamiento necesaria para operar los dispositivos de encendido basados en un cable caliente existentes. La tensión de detonación, el amperaje y la energía pico necesarios para detonar un cable caliente, un EBW o un detonador de EFI están separados por órdenes de magnitud. Los dispositivos de encendido de cable caliente funcionan con tan poco como 5 voltios a 12 voltios de potencial eléctrico, un solo amperio de corriente de detonación y pocos vatios de energía pico, lo cual hace a dichos dispositivos susceptibles a corrientes de fuga y fuentes de energía inadvertidas. Como un punto de contraste, un EBW necesita cientos de voltios, cientos de amperios y kilovatios de energía pico para funcionar, mientras que un EFI normalmente necesita por lo menos 1.000 voltios, miles de amperios y megavatios de energía pico para funcionar.

Como un ejemplo, el conmutador de alta tensión 12 se puede implementar como un chip de conmutador de MWD que se instala en línea con un dispositivo de encendido de cable caliente de manera tal que la tensión umbral necesario para hacer funcionar el dispositivo de encendido se eleva significativamente. Al respecto, el conmutador de alta tensión 12 de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, se puede conectar por cable en serie con el dispositivo de encendido basado en un cable caliente para elevar la tensión de detonación mínima del dispositivo de encendido basado en un cable caliente en órdenes de magnitud, por ejemplo (en números redondos) , de 10 V a 1 kv, según la implementación específica y la puesta a punto del conmutador de MWD, elevando la inmunidad del dispositivo a estímulos eléctricos no queridos. Como tal, diferentes aspectos de la presente invención pueden ser aplicables no solamente en un sistema basado en EFI, sino también en tecnologías que utilizan un detonador comercial, y aún un dispositivo de encendido de bolsa de aire.

El Iniciador De acuerdo con aspectos de la presente invención, el iniciador 14 puede comprender un EFI, por ejemplo, que se puede fabricar también utilizando un proceso de Deposición de Vapor de Vacío Metálico (MWD) . El proceso de MWD permite los iniciadores basados en EFI que se deben fabricar, que presentan una precisión de sincronización mejorada del detonador 10 en dispositivos de detonadores convencionales. A pesar de todo, el conmutador de alta tensión 12 y el iniciador 14 se pueden estar ubicados conjuntamente, por ejemplo se pueden proveer sobre un chip de circuito integrado (IC) único. Alternativamente, el conmutador de alta tensión 12 y el iniciador 14 se pueden proveer por separado dentro de la cápsula 20 del detonador, por ejemplo, sobre chips de IC por separado u otros sustratos adecuados que están interconectados juntos en forma eléctrica.

El iniciador basado en EFI 14 de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, convierte un impulso eléctrico de energía pico alta, especializado (por ejemplo, en los megavatios) , suministrado al iniciador 14 por una fuente de energía apropiada a través del accionamiento del conmutador de alta tensión 12, en energía de plasma suficiente para detonar el proyectil de inicio correspondiente 16. Específicamente, la energía de plasma provista por el iniciador 14 se utiliza para impulsar un objeto, por ejemplo, un volante de poliimida de hipervelocidad directamente dentro del proyectil de inicio 16, que hace que el material explosivo dentro del proyectil de inicio 16 explote. La operación del iniciador basado en EFI 14 se describirá más detalladamente en la presente.

El Proyectil de Inicio De acuerdo con aspectos de la presente invención, el proyectil de inicio 16 está vacío de un material explosivo primario. En cambio, el proyectil de inicio 16 comprende un material o materiales explosivos secundarios insensibles. Es decir, el proyectil de inicio 16 se puede implementar como un proyectil único o una combinación de ellos. En un ejemplo de implementación, un proyectil único 16 comprende Hexanitroestilbeno (HNS-IV). Como otro ejemplo, una combinación de proyectiles puede incluir dos componentes, 16A y 16B. A modo de ejemplo, el proyectil de inicio 16 puede incluir HNS-IV, por lo menos en una superficie 16B del impacto anticipado desde el iniciador basado en EFI 14. El explosivo 16A remanente en una combinación de proyectiles comprende un explosivo secundario insensible, de alta potencia tales como la Composición A5 , PBXN-5, etc, que posee considerablemente más energía de choque que HNS-IV solo. Por ejemplo, cuando el iniciador 14 comprende un iniciador basado en EFI, un proyectil de inicio 16 puede tener una forma generalmente cilindrica y comprender un punto de HNS-IV en el centro del fondo 16B de su forma cilindrica donde impactará un volante desde el iniciador basado en EFI 14 y la parte de explosivo remanente 16A del proyectil de inicio puede comprender PBXN-5. La combinación de HNS-IV y un secundario de alta potencia provee explosivos insensibles combinados que son mucho menos sensibles que aquellos hallados en los detonadores convencionales, lo cual hace que el detonador 10 de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, sea adecuado para el uso en línea en fusibles militares (MIL-STD-13 16E) .

Comparativamente, en una aplicación típica para la industria de voladuras comerciales, un detonador electrónico convencional basado en un cable caliente (no electrónico) hace estallar una explosión haciendo funcionar una cabeza de fusible o un puente en respuesta a una señal de baja tensión, para encender una mezcla de encendido que cubre el fusible o puente. Este encendido hace estallar un tren de retardo pirotécnico (solamente detonadores de retardo eléctrico) que inicia un proyectil de un explosivo primario sensible tal como azida de plomo o estifnato de plomo. Los detonadores electrónicos comerciales basados en un cable caliente (cabeza de fusible) más nuevos reemplazan el tren de retardo pirotécnico con un microprocesador que ordena a un capacitor que haga funcionar la cabeza de fusible a un horario preprogramado . Sin embargo, los perfiles de tensión/corriente/energía pico aún son bajos y esta versión del detonador electrónico necesita un explosivo primario sensible para iniciar un explosivo secundario sensible. Dichos explosivos primarios son muy sensibles al choque, el rozamiento y/o la electricidad estática. El inicio del explosivo primario sensible se utiliza para detonar un proyectil de salida de explosivo secundario sensible que normalmente se implementa usando un explosivo tal como PETN (tetranitrato de pentaeritritol ) . Dicho explosivo secundario es sensible y no está aprobado para su uso en línea por MIL-STD-13 16E.

Es decir, los detonadores comerciales convencionales utilizan la conexión directa de su cabeza de fusible a un explosivo primario basado en plomo, muy sensible y luego a un explosivo secundario sensible en su tren de explosivos. Para una municiones fusionadas, este tipo de tren convencional puede necesitar un tren de explosivo mecánico con dos características independientes y separadas que bloquean el detonador en una posición no activa donde la sensibilidad y la propensión de dicho tren de explosivos convencional crean el potencial para que el detonador convencional funcione en forma inadvertida.

Por el contrario, de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, el detonador 10 provee un sistema que elimina la necesidad de explosivos primarios demasiado sensibles y secundarios sensibles. En cambio, los explosivos que se utilizan son explosivos insensibles. Los atributos de rendimiento de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención pueden comprender resistencia potencialmente aumentada para impulsos de presión transitorios, conflabilidad aumentada, y precisión aumentada. Dicha configuración de detonador también se puede usar en la industria de la investigación donde ahora se usan EBW.

El detonador de acuerdo con aún otro aspecto de la presente invención mejora la operación aún con respecto a EBW convencionales. Por ejemplo, el detonador electrónico basado en EFI 10 de acuerdo con aspectos de la presente invención se puede configurar para ofrecer simultaneidad mejorada para aplicaciones que necesitan varios puntos de inicio y sincronización de alta precisión programable incorporada para aplicaciones que necesitan tiempos de inicio variados, como se describirá más detalladamente a continuación.

Conmutador micro-fabricado e Iniciador De acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, se pueden utilizar técnicas de micro-fabricación para integrar el conmutador de alta tensión 12 con el iniciador 14 sobre un sustrato cerámico o de silicio. La micro-fabricación provee una plataforma para reducir el costo y/o el volumen/tamaño de los detonadores 101 Con referencia a la Figura 2, de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, el conmutador de alta tensión 12 se puede implementar como un conmutador planar conectado al iniciador 14, por ejemplo, un Iniciador de Hojuela de Explosión (EFI) , un Iniciador de Puente de Cables de Explosión (EBW) , detonadores de cabeza de fusible estándar (cable caliente) o un Iniciador de Puente de Semiconductor (SCB) .

El iniciador 14 está separado del conmutador de alta tensión 12 por una traza o cable de tablero 24 de manera tal que el conmutador de alta tensión 12 y el iniciador 14 sean dos componentes separados sobre el mismo tablero o chip 26. Se puede proveer un material aislante 28, por ejemplo, una película de poliimida tal como Kapton, sobre o de otro modo entre el conmutador de alta tensión 12 y opcionalmente el cable de gatillo 24 o partes de ellos (que se muestra como el cuadro de guiones) y el iniciador 14. Kapton es una marca registrada de E.I. du Pont de Nemours and Company. El material aislante 28 permite que el conmutador de alta tensión 12 aparte una alta tensión y mejore la conflabilidad del conmutador de alta tensión 12 proporcionando una más alta tolerancia a la tensión de mantenimiento y/o la tensión necesaria para cerrar los contactos del conmutador en relación con un espacio convencional, por ejemplo, hallada en un dispositivo de distancia explosiva convencional.

De acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, el conmutador de alta tensión 12 incluye un primer contacto 12A y un segundo contacto 12B que definen los contactos del conmutador, que están separados uno de otro por una distancia 12C. Además, un elemento de gatillo 12D está dispuesto dentro de la distancia 12C entre el primer contacto 12A y el segundo contacto 12B. El elemento de gatillo 12D puede comprender, por ejemplo, un cable o traza que está incrustado entre el primer contacto 12A y el segundo contacto 12B, que está representado esquemáticamente por la línea de guiones. La forma geométrica de esta traza también es importante al determinar el mantenimiento de tensión, la tensión de disparo y la repetibilidad de la estructura con propósitos de fabricación. Por ejemplo, el elemento de gatillo puede estar definido por una geometría de facetas descrita más detalladamente con referencia a la Figura 7. En este estado por defecto, el elemento de gatillo 12D está aislado eléctricamente del primer contacto 12A y del segundo contacto 12B. Además, en su estado por defecto, el primer contacto 12A y el segundo contacto 12B están aislados eléctricamente uno de otro, formando un circuito abierto entre ellos.

Para cerrar o activar de otro modo el conmutador de alta tensión 12, se utiliza una fuente de energía para conducir una corriente a través del elemento de gatillo 12D que es suficiente para conectar eléctricamente el primer contacto 12A y 12B. Por ejemplo, el cierre del conmutador puede derivar de la rotura del dieléctrico que separa el primer y el segundo contactos del conmutador 12A y 12B del elemento de gatillo 12D. Alternativamente, el elemento de gatillo puede hacer cortocircuito entre el primer y segundo contactos de conmutador 12A y 12B como resultado de la vaporización, fusión o corriente que pasa de otro modo a través del elemento de gatillo 12D.

En un ejemplo ilustrativo, una señal de accionamiento necesaria para hacer funcionar el conmutador de alta tensión 12 dispara un convertidor de CC-CC de baja tensión a alta tensión para cargar una fuente de energía tal como un capacitor de alta tensión. La descarga del capacitor conduce la corriente necesaria a través del elemento de gatillo 12D de manera tal que el primer y segundo contactos 12A, 12B hagan cortocircuito juntos, cerrando entonces el conmutador de alta tensión 12.

En otro ejemplo ilustrativo, para cerrar o activar de otro modo el conmutador de alta tensión 12, se aplica una fuente de energía primaria dentro de un circuito primario a través del primer contacto 12A y el segundo contacto 12B del conmutador de alta tensión 12. Por ejemplo, se puede cargar una fuente de energía primaria implementada como un capacitor primario a una alta tensión, por ejemplo, de 1.000 voltios o más. El potencial del capacitor primario se puede conectar al primer contacto 12A, por ejemplo, a través del iniciador 14. El segundo contacto 12B se puede referenciar a tierra u otra referencia asociada a la fuente de energía primaria. Como el primer contacto 12A está aislado eléctricamente del segundo contacto 12B, no fluye ninguna corriente entre el primer contacto 12A y el segundo contacto 12B y por lo tanto, no fluye ninguna corriente a través del iniciador 14. Sin embargo, debido a una diferencia de potencial entre el primer contacto 12A y el segundo contacto 12B, se forma un campo eléctrico con resistencia suficiente para hacer que los iones migren hacia la distancia 12C. Además, se utiliza una fuente de energía secundaria en un circuito secundario para conducir una corriente a través del elemento de gatillo 12D que es suficiente para hacer que los iones migrantes formen un arco a través de de la distancia 12C y creen una trayectoria conductora entre el primer contacto 12A y el segundo contacto 12B.

La fuente de energía secundaria puede recibir su tensión, por ejemplo, purgando tensión desde la fuente de energía primaria, o la fuente de energía secundaria puede utilizar su propio convertidor de baja tensión a alta tensión para generar la señal necesaria requerida para cerrar el conmutador de alta tensión 12. Además, un conmutador electrónico tal como un transistor de efecto de campo se puede controlar por una señal de control adecuada desde el controlador para conectar selectivamente la fuente de energía secundaria al elemento de gatillo 12D. Al respecto, el conmutador electrónico puede estar posicionado sobre el lado de baja tensión, por ejemplo, antes de de un convertidor de baja tensión a alta tensión, o el conmutador electrónico puede estar posicionado entre la fuente de energía secundaria y el elemento de gatillo 12D.

De acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, el conmutador de alta tensión 12 puede estar configurado para mantener la alta tensión necesaria para hacer funcionar el iniciador 14. Por ejemplo, el iniciador 14 se puede implementar como un iniciador de hojuela único (EFI) que necesita una alta tensión para el accionamiento. Además, el iniciador 14 se puede implementar como un grupo de EFI, lo cual necesita tensiones relativamente más altas que aún un EFI único para la detonación. Al respecto, las características del conmutador (es) de alta tensión y/o iniciador (es) se pueden micro- fabricar en forma personalizada de acuerdo con las diferentes necesidades del detonador 10.

Comparativamente, en ciertas aplicaciones, los dispositivos de Tiristor Controlado por MOS convencionales (MCT) se pueden utilizar como conmutadores electrónicos. Sin embargo, un MCT tiene un límite de tensión superior y de mantenimiento de aproximadamente 3 kilovoltios (kV) , que es un factor limitante en la practicidad de los MCT para usar con el detonador 10 de acuerdo con ciertos aspectos de la presente invención. Por ejemplo, el iniciador 14 puede comprender un grupo de EFI de varios puntos que necesita tanto como 6 kV para detonar en forma confiable la totalidad las unidades de EFI en el grupo de EFI.

Sin embargo, de acuerdo con aún otros aspectos de la presente invención, el conmutador de alta tensión 12 se usa independientemente para hacer funcionar varios iniciadores 14, por ejemplo, varios EFI en serie, por ejemplo, como se ilustra en la Figura 3, en paralelo, como se ilustra en la Figura 4 o circuitos en serie y en paralelo como se ilustra en la Figura 5. Al respecto, el conmutador de alta tensión 12 y varios iniciadores 14 se pueden implementar sobre el mismo chip. En las Figuras 3-5, el conmutador de alta tensión 12 y varios iniciadores 14 se hacen funcionar en respuesta a una señal proveniente de un capacitor único 30 con fines de ilustración. Además, la fuente de energía secundaria usada para disparar el conmutador de alta tensión 12 no se ilustra con fines de claridad de discusión, pero el elemento de gatillo por separado para cerrar el conmutador de alta tensión 12 está representado esquemáticamente por la línea a través del conmutador de alta tensión 12.

Además, un conmutador de MCT convencional es muy costoso. Además también, los dispositivos de MCT disparan en respuesta a señales de tensión relativamente baja, por ejemplo potencialmente menores de 50 voltios, haciendo a los dispositivos de MCT convencionales potencialmente susceptibles de disparar desde fuentes de- tensión inadvertidas. Comparativamente, el conmutador de alta tensión 12 de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, está adaptado para necesitar una señal de energía que necesita más energía que las señales de fuga anticipadas.

Con referencia a la Figura 6, el detonador 10 puede incluir varios conmutadores de alta tensión 12, tales como pueden ser útiles para aplicaciones de ojivas u otras aplicaciones donde se desea programabilidad . Por ejemplo, a modo de ejemplo y no en forma taxativa, un conmutador de alta tensión 12 está asociado a un iniciador en serie correspondiente 14 para definir un grupo de ramas del iniciador. Además, un conmutador de alta tensión 12" está asignado a las cuatro ramas, que también están dispuestas en pares de ramas del iniciador. Además también, un conmutador de alta tensión 12"' está asignado a los dos conmutadores de alta tensión 12". Como tal, se pueden utilizar varios conmutadores de alta tensión 12 para habilitar y/o inhabilitar uno o más iniciadores, por ejemplo, en un grupo de iniciadores 14 que por lo tanto proporcionan un control programable de un grupo de iniciadores de varios puntos.

La disposición que se ilustra en la Figura 6 puede utilizar configuraciones alternativas, por ejemplo, emplear un número más alto de conmutadores de alta tensión 12 para controlar ramas individuales, nodos o iniciadores discretos 14. como un ejemplo ilustrativo, los conmutadores de alta tensión individuales que controlan iniciadores 14 individuales o grupos de ellos se pueden detonar con antelación en el tiempo para establecer una trayectoria conductora hacia los iniciadores que se deben hacer funcionar. Otros iniciadores 14 discretos o grupos de ellos que no se deben detonar pueden permanecer sin ser disparados, manteniendo la tensión de detonación e impidiendo el flujo de corriente hacia estas unidades. El conmutador de alta tensión principal, por ejemplo, 12"' entonces se dispararía cuando se ordene que la ojiva detone y los conmutadores detonados previamente o no disparados dirigirían la corriente hacia abajo por las trazas hacia los iniciadores a los que se ordenó detonar. Esta configuración permite la habilitación/inhabilitación programable virtualmente infinita de una red de iniciadores 14, aún sobre la marcha.

La estructura del conmutador descrita con referencia a la Figura 2 se puede aplicar a cualquiera de las implementaciones de las Figuras 3-6. Por ejemplo, el material aislante 28 provisto sobre los componentes de conmutadores micro- fabricados y opcionalmente , el cable de gatillo 24 o partes de él, se puede utilizar para facilitar una estructura pequeña configurada o personalizada de otro modo a las grandes tensiones de mantenimiento necesarias para detonar varios iniciadores 14. Al respecto, diferentes aspectos de la presente invención proveen ventajas de tamaño y mantenimiento de tensión distinguibles comparados con los conmutadores eléctricos convencionales.

Con referencia a la Figura 7, como se indica más detalladamente en la presente, el iniciador 14 se puede implementar como un EFI. En una implementación ilustrativa, el iniciador basado en EFI 14 incluye un sustrato de alúmina 32 que forma una capa de base. Se provee hojuela de puente 34 que tiene un canal angosto 34A sobre el sustrato de alúmina 32. Además, la hojuela de puente 34 está conectada eléctricamente a una fuente de energía, por ejemplo, un capacitor de alta tensión, a través del conmutador 12 que se describe más detalladamente con referencia a la Figura 3) . Una capa de volante 36, un material de película de poliimida tal como Kapton está posicionado sobre por lo menos el canal angosto 34A de la hojuela de puente 34 y un barril 38 está posicionado sobre la capa de volante de Kapton 36. El barril 38 incluye una perforación a través de él 38A. El barril 38 puede comprender, por ejemplo, un material de película de poliimida tal como Kapton. Como se indicó anteriormente, Kapton es una marca de E.I. du Pont de Nemours and Company. Cuando el detonador 10 está montado, el barril 38 está posicionado próximo al proyectil de inicio 16. Con referencia brevemente de nuevo a la Figura 2, la capa de volante 36 y el barril 38 se pueden formar como parte de la micro-fabricación del iniciador 14, por ejemplo se pueden depositar directamente sobre el chip de EFI durante el proceso de fabricación. Como tal, aunque se ilustran como componentes por separado con fines ilustrativos, el barril 38 puede estar integrado con la capa de volante 36, la hojuela de puente 34 y el sustrato 32.

Durante la operación, cuando la hojuela de puente 34 se vaporiza en respuesta a una señal de inicio, se corta un disco de la capa de volante 36 dentro del área debajo de la perforación 38A a través del barril 38. El disco se dirige a una alta velocidad a lo largo de la perforación 38 A a través del barril 38 de manera tal que impacte en el proyectil de inicio 16. El impacto del disco con el proyectil de inicio 16 hace estallar la explosión diseñada .

Los iniciadores basados en EFI necesitan tensiones de operación típicas de 800 V a 2.000 V. La energía pico necesaria para lanzar el volante con un momento suficiente para iniciar los explosivos impactados está en la gama de megavatios. Sin embargo, un EFI puede iniciar directamente un explosivo secundario insensible, de alta densidad. Por lo tanto, no se necesita ningún explosivo primario demasiado sensible o secundario de baja densidad sensible para esta tecnología de inicio.

Como también se ilustra, según diferentes aspectos de la presente invención, el conmutador de alta tensión 12 puede estar integrado sobre el mismo sustrato de base que el iniciador. Por ejemplo, como se ilustra, el primer contacto 12A del conmutador de alta tensión 12 está en serie con el iniciador 14. El segundo contacto 12B del conmutador de alta tensión 12 conecta el conmutador de alta tensión 12 al circuito primario. El elemento de gatillo 12D está formado entre el primer y el segundo contactos 12A y 12B y tiene una geometría de facetas que separa el elemento de gatillo 12D del primer contacto 12A y el segundo contacto 12B. Por ejemplo, cono se ilustra, la configuración de facetas del elemento de gatillo 12D comprende un patrón repetido de una parte ensanchada del conmutador adyacente a una parte angosta del conmutador. El patrón del elemento de gatillo 12D también puede y/o alternativamente está implementado como una fila repetida de regiones de banda de mariposa donde el ancho del elemento de gatillo se hace angosto repetidamente en una forma de canal, luego forma un embudo hacia un forma más ancha. El patrón del elemento de gatillo 12D también puede tener una configuración de serpentina, de diente de sierra, de punta de rampa o de otro modo para lograr una tensión de mantenimiento deseada.

En esta ilustración, el espesor de las líneas que definen el límite entre el primer contacto 12A y el elemento de gatillo 12D y el límite entre el segundo contacto 12B y el elemento de gatillo 12D define la distancia 12C. Se puede usar un material dieléctrico para llenar la distancia 12C y/o para superponerse sobre los componentes del conmutador 12A, 12B, 12C, 12D, por ejemplo, como se representa esquemáticamente mediante el sombreado ilustrado en el ejemplo de implementación . Un par de tierras de conmutador, que se observan a la derecha y a la izquierda del conmutador de alta tensión 12, permiten la conexión de la fuente de energía secundaria al elemento de gatillo 12D del conmutador de alta tensión 12.

Con referencia a la Figura 8, una vista esquemática ilustra un detonador 10, también designado 10A, de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención. El detonador electrónico 10A se provee e mima configuración de casquete estándar y comprende un conmutador de alta tensión 12, por ejemplo, implementado como un chip de conmutador de alta tensión, un iniciador 14, por ejemplo implementado por un EFI 12, un proyectil de inicio 16. El conmutador de alta tensión 12, el iniciador 14 y el proyectil de inicio 16 se puede implementar usando cualquiera de las técnicas que se describen en forma más completa a continuación. El detonador 10 A también incluye un montaje de cabeza 42, una placa de circuito impreso (PCB) a los conectores de manguito 44, un manguito de cabeza 46, una fuente de energía primaria 48, tal como un capacitor de alta tensión, una fuente de energía secundaria 50, tal como un capacitor secundario (también denominado en la presente capacitor de conmutador) , un controlador 52, por ejemplo, que puede incluir un elemento electrónico de control tal como un microprocesador, circuitos de sincronización, circuitos de conmutación, circuitos de diagnóstico, componentes de purgado, etc. El detonador 10A también puede comprender un convertidor de baja tensión a alta tensión 54 y un conector de detonador 56 dispuesto y conectado al detonador 10, por ejemplo, un cable de conexión adecuado 58, como se ilustra. Además, el detonador 10A puede incluir tecnología de RFID, tecnología de determinación de posición tal como GPS, capacidades de comunicaciones, un sincronizador u otro sistema de sincronización y otros elementos electrónicos varios.

Con referencia a las Figuras 2, 7 y 8, se forma un circuito primario, que conecta eléctricamente la fuente de energía primaria 48 a un circuito en serie que conecta el conmutador de alta tensión 12 en serie con el iniciador 14, por ejemplo, a través de cables provistos por el PCB a las conexiones de manguito 44 y al manguito de cabeza 46. También se puede formar un circuito secundario, que conecta la fuente de energía secundaria 50 al elemento de gatillo 12D del conmutador de alta tensión 12, por ejemplo, a través de cables por separado provistos por el PCB a las conexiones de manguito 44 y el manguito de cabeza 46, por ejemplo, que pueden conectar a las tierras del conmutador sobre el chip del conmutador como se ilustra en la Figura 7. Al respecto, el circuito secundario puede conectar eléctricamente a la fuente de energía secundaria 50 al elemento de gatillo 12D, por ejemplo, a través del conmutador electrónico dispuesto entre la fuente de energía secundaria 50 y el elemento de gatillo 12D.

Los circuitos primario y secundario se pueden fabricar para tener muy baja inductancia, por ejemplo, menos de 50 nanohenrios . Esta baja inductancia contribuye a facilitar la capacidad del detonador de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, para desarrollar megavatios de energía necesaria para hacer funcionar el iniciador basado en EFI desde una fuente de energía primaria tal como un capacitor de carga 48 que tiene un tamaño pequeño dimensionado para ajustarse, por ejemplo, dentro de un gabinete del detonador de un tamaño convencional.

A modo de ejemplo, la fuente de energía primaria 48 se puede cargar a un estado armado de por lo menos 800 V a 1.500 V mediante un convertidor de baja tensión a alta tensión 54. Compara ivamente, la fuente de energía secundaria 50 se puede cargar a una tensión de 100 V o más, por ejemplo, de entre 100 V y 500 V. Al respecto, la fuente de energía 48 puede incluir circuitos purgado hacia la fuente de energía secundaria 50. Alternativamente, el convertidor de baja tensión a alta tensión 54 del detonador 10A, puede incluir circuitos de baja tensión a alta tensión para cargar la fuente de energía primaria 48 y circuitos de baja tensión a alta tensión para cargar la fuente de energía '¦ secundaria 50. La sincronización de cuándo se cargan los capacitores primario y secundario 48, 50 y la operación general del detonador 10A se controla con el controlador 52. Al respecto, la secuencia de detonación se describe más detalladamente a continuación .

La implementacion del iniciador 14 como una disposición de chip de EFI que se describe más detalladamente en la presente mejora la precisión y la conflabilidad del componente de iniciador comparado con las estructuras de EFI convencionales. Por consiguiente, la conflabilidad y precisión mejoradas de este detonador puede tener muchos usos en aplicaciones comerciales y de defensa. Estas potenciales aplicaciones varían desde la voladura de roca para demolición militar y comercial para usar una herramienta de investigación de alta precisión/alta capacidad.

De acuerdo con aspectos de la presente invención, la energía de baja tensión se provee al detonador 10A a través del conector de detonador 56 y el cable de conexión correspondiente 58. Alternativamente, la energía de baja tensión se puede proveer usando métodos inductivos, por ejemplo, cuando no se desea o es poco práctico conectar por cable el detonador 10A. la baja tensión se aplica al grupo de detonación a bordo, por ejemplo, los capacitores primario y secundario 48, 50 y el convertidor de baja tensión a alta tensión 54 que se utiliza para bombear la tensión de energía hasta los niveles de kilovatios necesarios para detonar el iniciador incorporado 14.

Comparativamente, los detonadores, como EBW, reciben su impulso de alta tensión desde un grupo de detonación y no desde circuitos que generan alta tensión incorporados en el detonador, que se implementan en diferentes aspectos de la presente invención. El enfoque convencional para usar grupos de detonación externos limita la distancia de línea de detonación debido a la inductancia de línea propia del grupo de detonación fuera del detonador. Por ejemplo, la inductancia de línea alta limita los. impulsos de corriente alta, rápidos necesarios para que "explote" el cable de puente que hace funcionar el EBW convencional . El grupo de detonación externo además limita el número de detonadores que se pueden detonar sobre un circuito único. Además, los detonadores electrónicos comerciales existentes caracterizan cabezas de fusibles de baja tensión, que no contienen los circuitos de baja inductancia a bordo y elementos electrónicos de conversión de baja tensión a alta tensión para cargar los capacitores de alta tensión necesarios para detonar EFI o EBW en su configuración común. Aún cuando los elementos electrónicos reemplazan al tren de retardo pirotécnico en sus detonadores, la tensión de detonación baja de sus cabezas de fusibles aún los hacen vulnerables a la detonación a partir del contacto inadvertido con fuentes de energía comunes, electricidad estática, o fuentes de corriente de fuga.

Sin embargo, el detonador 10A de acuerdo con aspectos de la presente invención incluye elementos electrónicos de conversión de baja tensión a alta tensión incorporados, un conmutador de alta tensión 12 y un iniciador basado en EFI 14 mientras mantiene un empaquetado que parece que fuera una configuración de detonador convencional, por ejemplo, tiene el tamaño y la forma general de un gabinete de detonador típico. Como tal, una operación de voladura puede manipular fácilmente una multitud de detonadores 10A en una "red" .

Con referencia a la Figura 9, de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, una pluralidad de detonadores 10, 10A pueden estar conectados juntos. Al respecto, los detonadores 10 se pueden "cerrar con resorte" o conectar de otro modo en una línea base única que forma una red de detonador. Por ejemplo, como se ilustra en la Figura 9, la línea base incluye una pluralidad de cortes de línea colectora 60 conectados en serie por bloques de conectores 62 correspondientes. Cada detonador 10a se conecta a la línea colectora conectando el conector de detonador 56 al que corresponde de los bloques de conectores 62, conectando entonces un detonador asociado a la línea colectora a través de su cable 58. Al respecto, la longitud de línea de detonación no está prácticamente limitada cuando se usan los detonadores 10, 10A como se describe más detalladamente en la presente, porque no se está bombeando una alta tensión a través de una red correspondiente de interconexiones 56, 58, 60, 62. Es decir, la línea colectora no está transportando una alta tensión necesaria para hacer funcionar el conmutador 12 y/o el iniciador 14 de cada detonador. Como tal, se mitigan las pérdidas implícitas de la red, por ejemplo, debido a la resistencia, inductancia y/o capacitancia del cable, que pueden pérdidas tales como caída de tensión o limitar de otro modo los impulsos de corriente alta, rápidos necesarios para hacer funcionar el detonado (es) .

Los detonadores 10 que se describen en forma más completa en la presente, ofrecen un avance técnico importante sobre la voladura comercial, la investigación de explosivos y los detonadores militares convencionales. Por ejemplo, el detonador 10 de acuerdo con aspectos de la presente invención comprende sistemas "seguros" y "arma" incorporados a través de la integración de un conmutador de alta tensión 12 tal como un iniciador 14 y a través de circuitos por separado para cerrar el conmutador de alta tensión 12 " y para hacer funcionar el iniciador 14, como se describe en forma más completa en la presente. Además, los circuitos del chip de conmutador del conmutador de alta tensión 12 ofrece un sistema redundante, robusto y pueden incluir su propio grupo de detonación de baja tensión a alta tensión y capacitor 50, mientras que preserva el factor de forma/forma de detonador estándar del gabinete de detonador.

Los elementos electrónicos de control 52 se pueden utilizar para programar cada detonador 10, 10A para una aplicación dada. Por ejemplo, se puede ingresar un tiempo de detonación deseado en cada detonador 10A. Como tal, se pueden conectar fácilmente varios detonadores en la red. Dicha muy alta precisión y alta conflabilidad son características que se pueden caer en gracia en la comunidad de investigación y de fuerzas especiales.

Disposiciones de Detonadores Alternados Con referencia a la Figura 10, un detonador 10 se ilustra de acuerdo con aspectos de la presente invención y por lo tanto también está identificado por la designación del número de referencia 10B. El detonador 10B es adecuado para funcionar como parte de un sistema mejorado operativamente para aplicaciones de voladura comercial. El detonador 10B incluye muchos de los mismos componentes descritos más detalladamente en la presente con referencia al detonador 10, 10A. Por ejemplo, el detonador 10B incluye un conmutador de alta tensión 12 que se puede implementar como un chip de conmutador de alta tensión, un iniciador 14 que se puede implementar como un chip de EFI, un proyectil de inicio 16 que se puede implementar como un proyectil de detonador de cabeza único o múltiple usando cualquiera de las técnicas descritas en forma más completa en la presente. Además, el detonador 10B incluye un capacitor de alta tensión 48 que define la fuente de energía primaria que alimenta el iniciador 14. El detonador 10B también incluye un capacitor secundario 50 que define la fuente de energía secundaria que hace funcionar el conmutador de alta tensión 12. Además también, el detonador 10B incluye elementos electrónicos de control 52 en una forma análoga a aquella descrita con referencia al detonador 10A.

Los elementos electrónicos 52 pueden incluir uno o más tableros de circuitos impresos (PCB) 74, resistores de purgado 76, un convertidor de baja tensión a alta tensión 78, por ejemplo, un convertidor de baja tensión a alta tensión, un chip de sincronización programable 80, un controlador tal como un microprocesador 82, componentes de autodiagnóstico y circuitos relacionados 84, circuitos de comunicación de estallido 86 y circuitos de identificación de radiofrecuencia (RFID) 88. Específicamente, todos los componentes descritos con respecto a una cualquiera de las configuraciones de detonadores 10, 10A y 10B se puede implementar en los restantes de los detonadores descritos en la presente. Por ejemplo, uno o más componentes de los elementos electrónicos de control 52 descritos con referencia a la Figura 10 también pueden y/o alternativamente se implementan con respecto al detonador 10A descrito con referencia a la Figura 8. En forma similar, uno o más componentes de los elementos electrónicos de control 52 descritos con referencia a la Figura 8 también pueden y/o alternativamente se implementan con respecto al detonador 10B descrito con referencia a la Figura 10.

En el ejemplo de implementacion del detonador 10B, el gabinete de detonador tiene forma generalmente de disco. Un núcleo inductivo puede incluir uno o más túneles 72 que lo atraviesan (dos túneles 72 que lo atraviesan como se ilustra) incorporados en el centro del disco de detonador, que se pueden utilizar para la conexión inductiva y la comunicación. Por lo menos uno de los túneles 72 que lo atraviesan incluye un inductor próximo al túnel 72 que lo atraviesa, por ejemplo, un inductor toroidal que tiene un orificio que lo atraviesa generalmente coaxial con el túnel 72 que lo atraviesa correspondiente, que sirve como una recolección inductiva para la comunicación con circuitos asociados como se describirá más detalladamente en la presente. Al respecto, la conexión inductiva puede ser utilizada por el detonador 10B como el mecanismo de comunicación y/o alimentación primario. La provisión del túnel (es) 72 que lo atraviesan también elimina la necesidad de una conexión por cable al controlador del detonador 10B.

De acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, el detonador 10B se conecta a una red adecuada pasando dos cables por separado a través de los dos túneles 72 que atraviesan el centro del disco, por ejemplo, un cable que pasa a través de cada orificio 72 que lo atraviesa, y conectando los dos extremos juntos en forma eléctrica después de pasarlos a través del disco. Alternativamente, una línea única se puede roscar a través del orificio 72 que contiene el inductor y mantener el anillo del orificio mientras se baja el detonador 10B, por ejemplo, desenrollando el otro extremo de la línea. El objetivo de este método es terminar con ambos extremos del cable en el anillo del orificio mientras el detonador 10B está en el centro del bucle en el fondo del orificio o posicionado de otro modo a lo largo de la longitud del cable en la posición deseada dentro del orificio. Independientemente de cómo se pase el cable a través del túnel (es) 72, el sistema debe permitir que un impulso eléctrico pase a través del inductor y vuelva a la fuente de generación en el exterior del inductor para permitir las comunicaciones bidireccionales entre el detonador 10B y una fuente externa.

La utilización del túnel (es) también permite que los detonadores 10B posteriores necesarios para operaciones de cubierta se deslicen hacia abajo por la línea (s) descendente en sus posiciones deseadas que definen una columna de explosivos. Las comunicaciones bidireccionales hacia los detonadores 10B se logran enviando o recibiendo una serie específica de impulsos eléctricos especializados a través de la conexión de bucle. La misma disposición inductiva también se puede usar para cargar el capacitor de alta tensión 48 y/o el capacitor de conmutador 50 para facilitar la detonación del iniciador 14.

Por lo tanto, de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, se utilizan medios inductivos para comunicaciones bidireccionales hacia el detonador y también para alimentar un capacitor de detonación de alta tensión, por ejemplo, el capacitor primario 48 y/o el capacitor de conmutador de alta tensión, por ejemplo, el capacitor secundario 50.

Otro atributo del detonador 10B, de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, se incorpora en la tecnología de RFID 88, que está configurada para proporcionar la capacidad de resolver en forma automática cada posición de los detonadores en una serie, liberando al usuario de la tarea que insume tiempo y propensa al error de identificar manualmente cada detonador. Por ejemplo, la característica de RFID provista por los circuitos de RFID 88 se puede utilizar para la identificación automática del posicionamiento de varios detonadores 10B dentro de un orificio único. Al respecto, el circuito de RFID 88 puede cooperar con un controlador para comunicarse a través del inductor a una fuente externa a través de la escritura de línea descendente, sin necesidad de la conexión por cable al detonador 10B.

En aplicaciones comerciales, un requisito regulatorio que limita el nivel de vibración inducida por la voladura en una estructura protegida vecina comúnmente limita la cantidad de explosivos que se pueden- detonar dentro de una "ventana" de retardo de sincronización. La cantidad de explosivos encargados puede frecuentemente ser menor que aquella realizada para un orificio de voladura cargada completamente. Para lograr la cantidad de explosivos admisible máxima en esta situación, se suele usar la técnica de "cubierta" . La cubierta separa varias cargas de explosivos dentro de un orificio único con un material de separación inerte que normalmente está compuesto por piedra triturada o viruta de perforación. Cada carga independiente se debe detonar individualmente dentro de una ventana de sincronización por separado como para no sobrepasar las libras de explosivos máximas encargadas por período de retardo que indica el nivel de vibración producido. Las cargas independientes dentro de un barreno único en aplicaciones de cubierta que normalmente están en la gama de dos a cuatro, aunque no se limitan a esa gama. Al respecto, la identificación correcta del orden del detonador desde arriba hacia abajo es normalmente necesaria para detonar cada detonador dentro de la ventana de sincronización computada correctamente. Si se comete un error al identificar la posición del detonador y se detona fuera de secuencia, la totalidad de los esfuerzos para mantener los niveles de vibración dentro de los parámetros encargados se pueden anular lo cual deriva en pérdidas por daños para las estructuras circundantes y la posibilidad de multas y cesación ordenada de las operaciones de voladura por agencias reguladoras. Sin embargo, la capacidad incorporada del detonador 10B de identificar su posición en el orificio, por ejemplo, a través de RFID, permite que el sistema de voladura configure automáticamente la secuencia y sincronización de voladura, y por lo tanto elimina el potencial de error al registrar manualmente la posición de cada detonador en cada orificio. Además, dicha automatización promueve una carga más eficiente de los detonadores en cada orificio.

Comparado con el detonador 10A descrito con referencia a las Figuras 8 y 9, el detonador 10B implementa un cambio en la configuración de un gabinete cilindrico de diámetro pequeño, dentro de una disposición de tipo de "disco" de diámetro mayor, pero más corto. La configuración de estilo de disco puede incluir las mismas o diferentes características eléctricas que el detonador 10A y viceversa. Sin embargo, el gabinete de disco facilita convenientemente el alojamiento de los componentes electrónicos de manera tal que permita comunicaciones y alimentación sin conexiones por "cable" en una forma en la cual el cable pasa a través del gabinete de disco. La disposición del disco permite la carga muy rápida y las longitudes "cortadas a medida" personalizables de cables comunes para profundidades de barreno variadas, o longitudes entre cargas para aplicaciones de demolición .

Con referencia a las Figuras 11A, 11B, la disposición de detonador 10B está diseñada para la interconexión con cebadores de moldeado (elevadores de tensión) 90 que se usan comúnmente para iniciar los agentes de voladura usados para actividades de voladura comerciales. Los elevadores de tensión especializados 90 se acoplan con el detonador de estilo de disco 10B o se pueden se pueden adaptar a elevadores de tensión fuera de la plataforma, existentes. El elevador de tensión 90 ilustrado incluye un túnel de cable 92. Por lo menos una pata de la línea descendente única 94 que pasa a través del túnel de cable central 92, que está caracterizad sobre sustancialmente todos los cebadores convencionales. La línea de retorno vuelve al anillo de orificio sobre el exterior de las unidades de cebador/detonador. Otros detonadores/cebadores necesarios en un orificio específico simplemente se deslizan por esta línea, y no necesitan ninguna línea descendente o conexión adicional.

El controlador de orificio Con referencia a la Figura 12, de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, un componente de hardware de un sistema de voladura correspondiente es el controlador de orificio 100. El controlador de orificio 100 incluye una caja protegida del mal tiempo 102 y una o más espigas 104 para asegurar el controlador de orificio 100 en un lugar de orificio correspondiente. Debido a la proximidad del controlador de orificio 100 al lugar de una voladura designada, el controlador de orificio 100 se considera un componente expandible.

Le línea descendente única (dos cables) 94 en cada lugar de orificio conecta a un controlador de orificio correspondiente 100, por ejemplo, usando los terminales de conexión rápida 106. Como tal, un controlador de orificio 100 está comúnmente conectado a uno o más detonadores 10A, 10B, cada detonador está posicionado en un lugar diferente a lo largo de una línea descendente 94 correspondiente.

El controlador de orificio 100 también incluye una fuente de alimentación 108, por ejemplo, una batería u otra fuente para alimentar los detonadores de línea descendente asociados 10, 10A, 10B donde los detonadores 10A, 10B reciben energía en forma inductiva, circuitos de comunicación de red 110 y una antena de comunicación de red correspondiente 112. Los circuitos de comunicación 110 pueden incluir, por ejemplo, circuitos de impulso para la comunicación al detonador (es) 10A, 10B a lo largo de la línea descendente asociada y/o elementos electrónicos de radio para la comunicación inalámbrica a un controlador de banco correspondiente, que se describe más detalladamente en la presente. El controlador de orificio 100 también puede incluir los circuitos de identificación de posición 114, tales como elementos electrónicos de sistema de posicionamiento global (GPS) . La unidad de GPS permite el posicionamiento automático del controlador de orificio 100. En combinación con los circuitos de RFID 88 incorporados en diferentes detonadores 10 A, 10B, el sistema puede determinar la posición de la red de detonadores así como el posicionamiento de cada detonador 10A, 10B dentro de cada barreno. De acuerdo con otros aspectos de la presente invención, los circuitos dentro del detonador 10, 10A, 10B pueden incluir la lógica de determinación de la posición. Por ejemplo, los circuitos de microprocesador 82 pueden incluir componentes de GPS. Según esta configuración, el sistema puede ser capaz de resolver en forma automática y precisa la posición de todos los detonadores en un disparo. La capacidad de determinación automática de la posición del detonador provee aumentos de eficiencia únicas para el proceso de carga de orificio, tal como la eliminación del cable de orificio a orificio necesario para sistemas convencionales.

Como se indicó anteriormente, el controlador de orificio 100 puede comprender circuitos de impulso especializado que comunica con cada detonador, por ejemplo, 10, 10A, 10B sobre su línea descendente correspondiente. Los circuitos de impulso permiten comunicaciones de dos vías a cada detonador 10B sobre una línea descendente asociada a través de la recolección de inductor/inductiva asociada a cada detonador. Cuando no se utiliza la comunicación inductiva, el controlador de orificio puede comunicar a cada uno de los detonadores sobre la línea descendente correspondiente usando comunicaciones por cable.

De acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, temprano en una secuencia de voladura, la comunicación a cada detonador 10A, 10B, por ejemplo, a través de la disposición de recolección inductiva u otra conexión por cable o inalámbrica, se puede utilizar para solicitar que cada detonador 10A, 10B a lo largo de cada línea descendente realiza un diagnóstico, por ejemplo, a través de los componentes de autodiagnóstico y circuitos 84. Cada detonador 10A, 10B está programado también con un tiempo de detonación asignado, que se puede cargar en un circuito de sincronización programable 80. Nuevamente, la comunicación se puede implementar usando la comunicación por cable o inalámbrica, por ejemplo, a través de la disposición de recolección inductiva. Además también, la recolección inductiva se puede utilizar en una parte posterior de una secuencia de voladura, por ejemplo, para alimentar el capacitor de alta tensión 48 y/o el capacitor de conmutador 50 necesario para el detonador (es) y ejecutar el comando de detonación, por ejemplo, donde es indeseable o poco práctico incluir energía incorporados en los detonadores 13.

Con referencia a la Figura 13, como otro ejemplo ilustrativo, los circuitos de determinación de la posición 114 del controlador de orificio 100, por ejemplo, los componentes de GPS se pueden utilizar para fijar la ubicación de cada orificio, y los componentes de identificación de RFID 86 se pueden utilizar para identificar la secuencia de posición de cada detonador correspondiente por el orificio cuando se usan varios detonadores en el orificio. En la figura ilustrada, los detonadores se instalan en elevadores de tensión 90 correspondientes, por ejemplo, como se describe en forma más completa en la presente. Este mejoramiento de tecnología es especialmente valioso para grandes disparos que cubren una superficie importante, como disparos de moldeado para operaciones de minería de carbón o disparos en lechos de mineral mapeados .

El posicionamiento automático elimina los errores que pueden surgir debido a la asignación manual necesaria mediante procesos convencionales. También acelera el proceso de carga, y no necesita ningún paso adicional para la incorporación de barreno adicional, o fuera del patrón y detonador (es) asociado. Muchos sistemas existentes necesitan medidas adicionales para adaptar orificios agregados que no formaban parte del plan de disparos inicial, lo cual complica el sistema para el usuario y aumenta el potencial de errores de asignación.

Las capacidades de determinación de la posición de los controladores de orificio 100 también pueden ofrecer capacidades de rastreo únicas cuando se combinan con planes de minería. Como un ejemplo, se ensaya viruta de perforación de lechos de mineral de metales preciosos para determinar la posición de las áreas de alto rendimiento dentro un área de disparo. Los disparos para fracturar la roca que lleva mineral normalmente están diseñados para dejar el material de producción más alta en su lugar, de manera tal que estas áreas de alto rendimiento se puedan extraer con precisión para el procesamiento posterior. El posicionamiento automático de los controladores de orificios 100 permiten la superposición de un mapa de ensayo electrónico con las ubicaciones reales de cada orificio y el detonador correspondiente 10, 10A, 10B. Esto permite ajustes en el campo, precisos del plan de sincronización de disparo para optimizar la rotura y el movimiento de disparo relacionados con la extracción de los minerales de alto valor. Esta capacidad no está incorporada en ningún sistema de inicio actual y sería evaluado por productores de metales precisos.

Las aplicaciones de disparos que no necesitan tanta precisión en el posicionamiento, como disparos de foso o disparos de área pequeña o construcción poco profunda, aún pueden aprovechar la eficiencia ofrecida por la combinación del consolador de orificio 100 y los detonadores 10, 10A, 10B correspondientes. En ejemplos de situaciones, un controlador de orificio 100 se usa para fijar la posición de un orificio de extremo en una serie de orificios de detonador cargados únicos en una secuencia. En esta situación una línea de detonador única conecta los detonadores 10, 10A, 10B en orificios por separado a un controlador de orificio único 100. El controlador de orifico 100 puede entonces utilizarse para identificar las coordenadas del orificio de extremo para una secuencia de cada detonador 10, 10A, 10B en una serie.

Varios controladores de orificio 100 pueden entonces usarse en los orificios de extremo en disparos pequeños para identificar el borde de ese disparo, donde todos los orificios de esa fila se cargan en el controlador de orificio de extremo 10B para un disparo pequeño. Si bien este método no identificaría la ubicación de cada orificio, permitiría técnicas de carga simples. También identificaría la secuencia de cada detonador en forma automática y liberaría un controlador de voladura asociado desde esta tarea.

De acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, por lo menos un controlador inalámbrico se puede proveer en cada ubicación de orificio, por ejemplo, a través del circuito de comunicación de red 110 asociado a cada controlador de orificio 100. La disposición inalámbrica de este sistema está diseñada para liberar voladuras asociadas desde el cable de orificio a orificio requerido por sistemas convencionales. Además, la provisión de un controlador inalámbrico ofrece una ventaja de tiempo importante comparado con sistemas convencionales donde los cables en el disparo pueden consumir costos de mano de obra importantes. Esta disposición inalámbrica también deja la superficie del disparo libre del desorden de las redes de cables. También elimina el potencial de los errores de cable así como el potencial de enredo con el personal y equipos de voladura usados durante el proceso de carga de disparos. Por ejemplo, como se indica esquemáticamente en la Figura 13, el ejemplo de disposición permite que ningún cable de orificio a orificio desordene el sitio de la voladura.

De acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, un conmutador de alta tensión puede estar integrado dentro del dispositivo de comunicaciones inalámbrico del controlador de orificio 100. Al respecto, el conmutador de alta tensión tiene una estructura análoga a aquella del conmutador de alta tensión 12 utilizado en el detonador 10, 10A, 10B. Esta disposición puede ser útil para bloquear la posibilidad de la transmisión inadvertida de la energía a detonadores conectados. Dicha disposición provee una capa de redundancia donde la conexión inalámbrica, por ejemplo, el circuito de comunicación de red 112 del controlador de orificio 100 contiene una fuente de energía de detonador, por ejemplo, una batería necesaria para hacer funcionar el detonador (es) 10, 10A, 10B en una línea descendente correspondiente .

Por ejemplo, la alta tensión de funcionamiento del conmutador 12 haría al detonador correspondiente 10, 10A, 10B inmune a todas las fuentes inadvertidas probables durante el proceso de carga de disparo. Una vez que en la "inicialización" se hace funcionar los controladores cuando el banco se ha liberado del personal para el proceso de detonación de disparos, una naturaleza de disparo de este conmutador permitiría la comunicación continua y ordenar la detonación de los detonadores a través de la conexión inalámbrica de los detonadores a través de los controladores.

Carga de Orificio Con referencia a la Figura 14, un sistema de voladura 200 se ilustra de acuerdo con otros aspectos de la presente invención. En el ejemplo de sistema, se crea una pluralidad de líneas descendentes que tienen uno o más detonadores 10, 10A, 10B. Además, un controlador de orificio 100 se puede posicionar en una o más líneas descendentes como se describe más detalladamente en la presente.

El sistema 200 también incluye por lo menos un controlador de disparo 202. Los controladores de orificio 100 transmiten cada uno datos del detonador e información de posicionamiento, por ejemplo, datos de GPS en forma inalámbrica al controlador de disparo 202. El controlador de disparo 202, en el ejemplo de implementación ilustrado, es una pieza de hardware que se puede colocar en la cercanía inmediata de un disparo y que puede comunicarse en forma inalámbrica con el controlador (es) de orificio 100 que define una red de controlador de orificio. Si bien puede no estar destinado a ser expandible, el controlador de disparo 202 se puede colocar fuera del disparo, pero en un área que se considera demasiado cercana para el personal de voladura para ser colocado durante la detonación de disparo. La distancia para el controlador de disparo 202 al disparo se puede diseñar para mantener las distancias de comunicación inalámbrica relativamente cortas, por ejemplo, menos de 300,5 metros, por ejemplo, donde existe una necesidad de eliminar los problemas de las comunicaciones inalámbricas que pueden surgir cuando se transmiten sobre distancias extensas, tales como en terreno montañoso .

Una conexión inalámbrica se puede implementar entre el controlador 202 y una voladura 204, por ejemplo un sistema de computadora de voladura que puede estar posicionado en un lugar protegido donde el personal de voladura detonaría el disparo. Alternativamente, una línea de hardware dedicada se puede implementar entre el controlador de disparo 202 y la voladura 204. Esta disposición es exactamente opuesta de enfoques convencionales que caracterizan los cables a un controlador de banco, y la comunicación inalámbrica desde la computadora de voladura a este controlador de banco.

La voladura 204 calcula una solución de detonación desde la entrada de usuario y/o datos del detonador recogidos desde el sistema, por ejemplo datos recogidos desde uno o más controladores de orificio 100 a través del controlador de disparo 202. Además, el hardware de posicionamiento automático incorporado en el sistema puede, por ejemplo, mostrar estas posiciones e ilustrar estas posiciones en la pantalla de la computadora de la voladura 204 a través del software de disparo integrado. El usuario puede entonces aceptar o modificar esta solución calculada para cumplir con los requisitos particulares. La voladura 204 entonces programa los tiempos de detonación en los diferentes detonadores, confirma un estado de "Listo para Detonar" de todos los datos y ejecuta el comando de detonación para hacer funcionar diferentes detonadores conectados. Por ejemplo, de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, después de que se ha aceptado la solución de detonación de disparo, el disparo se puede detonar mediante le ejecución de una secuencia de características de contraseñas de seguridad encriptadas .

De acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, el controlador de disparo 202 puede proveer la comunicación inalámbrica a la voladura 204. Sin embargo, los cables se pueden utilizar para eliminar los problemas de transmisiones inalámbricas en ciertas realizaciones, por ejemplo, un terreno montañoso, donde están ubicadas muchas operaciones de minería inalámbricas. Además, la comunicación inalámbrica desde los controladores de orificio 100 al controlador de disparo 202 en una red inalámbrica local como se describe en la presente, facilita el posicionamiento automático de tiempo de carga de disparo.

En un ejemplo de implementación, un usuario posiciona una pluralidad de controladores de orificio 100 en un sitio de voladura. Específicamente, un controlador de orificio 100 está posicionado en un lugar de orificio de voladura. El usuario conecta por lo menos un detonador a una línea descendente y el detonador (es) se baja dentro de cada lugar de orificio de voladura. La línea descendente también se conecta al controlador de orificio 100. El usuario también posiciona el controlador de disparo 202 en la cercanía de los controladores de orificio 100 y conecta en forma comunicable el controldor de disparo 202 a la voladura 204, por ejemplo, a través la comunicación por cable o inalámbrica. Al inicio, la voladura 204 comienza comunicando con los controladores de orificio 100 a través del controlador de disparo 202 para identificar la posición y la identificación de los detonadores conectados. Los detonadores también pueden correr autodiagnóstico y cumplir otras funciones preliminares como se describe en forma más completa en la presente. Basado en los datos ingresados por el usuario reunidos desde los detonadores, la voladura computa una solución de detonación, y transmite los tiempos de detonación a dada uno de los detonadores a través del controlador de disparo 202 y los controladores de orificio 100 correspondientes .

A un horario apropiado, la voladura 204 inicia un comando de carga, en donde cada detonador alimenta el circuito primario. Debido al conmutador de alta tensión 12 de cada detonador, la carga se mantiene. Sin embargo, cada detonador se comunicará de regreso a la voladura 204 cuando el circuito primario se ha cargado adecuadamente. Como tal, la voladura 204 sabe cuándo la totalidad de los detonadores están cargados y listos. También se puede implementar un reconocimiento similar para el circuito secundario que controla cada conmutador de alta tensión 12. La voladura 204 puede' entonces sincronizar los relojes de la totalidad de los detonadores, por ejemplo, con un reloj de GPS u otra referencia adecuada. La voladura 204 puede entonces iniciar un comando ir para dar instrucciones a los detonadores de activar su conmutador de alta tensión 12 en los horarios programados apropiados para hacer estallar la voladura coordinada. Por lo tanto, la configuración descrita en la presente no es una carga para detonar el sistema. Además, los sistemas descritos en la presente reducen errores hallados en la tolerancia del horario para la carga y variación en el nivel de descarga de los dispositivos convencionales.

Descripción general Diferentes aspectos de la presente invención proveen detonadores y sistemas de detonadores que aumentan en gran medida la precisión de detonadores disponibles comerciales, mientras que simultáneamente aumentan la eficiencia y la facilidad de uso de detonadores electrónicos. Además, los detonadores y sistemas de detonadores de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención proveen la precisión de sincronización aumentada y la facilidad de uso.

De acuerdo con aspectos de la presente invención y con referencia a las diferentes disposiciones de detonadores y sistemas de detonadores de la presente, el convertidor de CC a CC de baja tensión a alta tensión (grupo de detonación) se puede alimentar mediante una fuente externa al detonador usando la conexión inductiva. Por ejemplo, un dispositivo de comunicaciones puede utilizar radiofrecuencia de campo cercano para comunicar una señal de impulso (comunicación de impulso especializado) de un patrón predefinido. La señal de impulso se detecta mediante elementos electrónicos de recolección provistos dentro del detonador, que provee el mecanismo de alimentación necesario para permitir la operación del detonador. Además, la señal de impulso puede implementar un patrón predefinido que sirve como una clave de comunicaciones que es necesaria para habilitar el detonador para la operación.

De acuerdo con otros aspectos de la presente invención, se proveen detonadores que pueden incluir alimentación inductiva y capacidad de comunicación que limita la capacidad del detonador para alimentar la fuente (s) de energía tal como capacitores. Como tal, se proveen detonadores que son virtualmente inmunes a las corrientes de conexión a tierra de fuga, descarga electrostática (ESD) y radiación de radiofrecuencia (RF) . Además, la fuentes de energía convencionales son generalmente incapaces de alimentar los detonadores como se describe más detalladamente en la presente. Además, la comunicación de impulso provista entre el controlador de orificio 100 y los detonadores 10 asociados dificulta comunicaciones pirateadas hacia el detonador. Al respecto, los diferentes aspectos de la presente invención se pueden utilizar en una gama diversa de aplicaciones, tales como la Industria de la Minería, la Industria de la Construcción, la Industria de la Demolición, la Industria de la Exploración y Perforación de Petróleo, Aplicaciones Geográficas, Aplicaciones Basadas en la Defensa.

A modo de ejemplo y no en forma taxativa, una tensión tal como aproximadamente 1 kV de tensión de detonación y tiene un perfil de corriente rápida necesaria para hacer funcionar el iniciador (es) 14, hace el accionamiento del iniciador (es) 14 casi imposible desde las fuentes de alimentación. Además, el conmutador de alta tensión 12 agrega una capa adicional de redundancia al detonador. Por ejemplo, el conmutador de alta tensión 12, de acuerdo con diferentes aspectos de la presente invención, puede ser capaz de mantener las altas tensiones desde un capacitor de detonación primario. Al respecto, el conmutador de alta tensión solo puede necesitar una alta tensión, por ejemplo, más de 100 V para funcionar.

De acuerdo con aún otros aspectos de la presente invención, una disposición de anillo colocado en una olla con un orificio central hace indeseable y difícil y/o imposible conectar el detonador a fuentes de energía comunes. Además, un detonador como se describe en la presente, solamente contiene explosivos secundarios insensibles (tales como HNS-IV, Composición A5 , PBXN5 , etc.) . Es decir, no está presente ningún sensible presente.

De acuerdo con aún otros aspectos de la presente invención, se provee un sistema de voladura que tiene una conexión simple de detonadores de línea descendente única que facilita rápidamente la conexión de varios detonadores, a un sistema de red de controlador de orificio. Al respecto, no hay necesidad de registrar una identificación individual de un detonador correspondiente y no hay necesidad de registrar la posición del detonador, relacionada con una ventaja de tiempo importante en la carga de orificio, porque el sistema se comunica automáticamente con los detonadores posicionados para identificar el posicionamiento del detonador. Además, el cable de orificio a orificio se puede eliminar dejando el disparo libre de cables. Además también, la determinación de la posición, tal como GPS, en el controlador de orificio 100 se puede utilizar para determinar la posición de cada detonador 10, y se puede utilizar la tecnología de RFID u otras tecnologías de detección de proximidad para determinar la posición de cada detonador en un fondo de pozo correspondiente. Como tal, se pueden agregar orificios a un disparo dinámicamente sin dificultad, aún agregar orificios adicionales para un disparo. Al respecto, la determinación del posicionamiento se puede utilizar para identificar la posición de los detonadores, y la posición de cada detonador informado se manipula mediante la computadora de voladura correspondiente, que elimina errores derivados de la identificación incorrecta manual en posiciones de detonadores.

De acuerdo con aún otros aspectos de la presente invención, un concepto inalámbrico coloca un "controlador de disparo" único sobre el banco para comunicar en forma inalámbrica con cada controlador de orificio. Como tal, las distancias de transmisión, por ejemplo entre el controlador de orificio 100 y el controlador de disparo 204 son cortas lo cual elimina los problemas de comunicaciones en terrenos montañosos u otros medios con mucha interferencia. Además, el controlador de disparo puede conectarse por cable o en forma inalámbrica a la computadora de voladura ubicada en forma remota. Además también, la computadora de voladura puede utilizar el software que aprovecha el posicionamiento de detonador automático para computar soluciones de detonación. La voladura puede emplear limitaciones que se deben usar con el algoritmo que computa la solución.

La terminología usada en la presente tiene el propósito de describir las realizaciones particulares solamente y no se desea que sean taxativas de la invención. Como se usan en la presente, las formas en singular "un", "una", "el" y "la" incluyen también las formas en plural, a menos que el contexto claramente lo indique de otro modo. También se entenderá que los términos "comprende" y/o "que comprende" , cuando se usan en esta memoria descriptiva, especifican la presencia de características, números enteros, pasos, operaciones, elementos y/o componentes mencionados, pero no impiden la presencia o el agregado de una o más características, números enteros, operaciones, elementos, componentes y/o grupos de ellos.

La descripción de la presente invención se ha presentado con propósitos de ilustración y descripción, pero no es taxativa ni se limita a la invención en la forma revelada. Muchas modificaciones y variaciones serán evidentes para los expertos en el arte sin apartarse del alcance y espíritu de la invención.

Habiendo así descrito la invención de la presente solicitud de patente detalladamente y con referencia a realizaciones de ella, será evidente que son posibles modificaciones y variaciones sin apartarse del alcance de la invención definida en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (4)

REIVINDICACIONES Un detonador electrónico que comprende: un gabinete de detonador empaqueta en forma integral : un conmutador de alta tensión que tiene un primer contacto, un segundo contacto y un elemento de gatillo, el conmutador de alta tensión está configurado en un estado normalmente abierto de manera tal que el primer contacto esté aislado eléctricamente del segundo contacto, en donde el conmutador de alta tensión puede funcionar para la transición hacia un estado cerrado de manera tal que el primer contacto esté conectado eléctricamente de manera tal que el primer contacto se conecte en forma eléctrica al segundo estado aplicando una señal predeterminada hacia el elemento de gatillo; un iniciador; un proyectil de inicio que está vacío de un material explosivo primario y que comprende un material explosivo secundario insensible, el proyectil de inicio posicionado en relación con el iniciador de manera tal que el funcionamiento del iniciador provoque la detonación del proyectil de inicio; una fuente de energía primaria; una fuente de energía secundaria; un convertidor de baja tensión a alta tensión que está controlado para convertir una baja tensión a una alta tensión suficiente para cargar la fuente de energía primaria ; un circuito primario que conecta en forma eléctrica la fuente de energía primaria a un circuito en serie que conecta el conmutador de alta tensión en serie con el iniciador; y un controlador que realiza una acción de detonación: recibiendo un pedido de armar el detonador; controlando el convertidor de baja tensión a alta tensón para cargar la fuente de energía primaria a un potencial, de carga primaria deseada, en donde el conmutador de alta tensión mantiene el potencial de carga primaria, desde el funcionamiento del iniciador mientras se arma el detonador; cargando la fuente de energía primaria a un potencial de carga deseada; y haciendo funcionar el iniciador para detonar el proyectil de inicio conectando en forma eléctrica el potencial de carga secundaria al elemento de gatillo del conmutador de alta tensión de manera tal que cierre el conmutador de alta tensión, permitiendo de ese modo que el potencial de carga primaria haga funcionar el iniciador para detonar el proyectil de inicio. El detonador de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el iniciador y el conmutador de alta tensión se forman ambos sobre un chip único, el iniciador está configurado como por lo menos un iniciador de hojuela de explosión y el conmutador de alta tensión está configurado para mantener una tensión aplicada al iniciador hasta que el elemento de gatillo se opere para cerrar el conmutador. El detonador de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el conmutador de alta tensión se forma sobre el chip de manera tal que el elemento de gatillo esté posicionado entre el primer y segundo contactos y tenga una forma que tenga un patrón repetido de cortes de facetas que hacen angosto el ancho y forman un embudo en el ancho. El detonador de acuerdo con cualquiera délas reivindicaciones precedentes, en donde el conmutador de lata tensión está cubierto por un material aislante que está configurado para permitir que el conmutador de alta tensión mantenga una tensión mayor de 800 voltios aplicada al iniciador. El detonador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde: el iniciador está configurado como un iniciador de hojuela de explosión que necesita por lo menos 800 voltios para funcionar . El detonador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el detonador además comprende una interconexión inductiva que facilita la conexión inductiva de comunicación a una fuente externa para la comunicación con el detonador para armar y detonar el detonador. El detonador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la energía hacia el detonador se provee en forma inductiva por la fuente externa. El detonador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el iniciador comprende una pluralidad de iniciadores de hojuela de explosión dispuestos en una pluralidad de ramas, cada rama es programable independientemente para la detonación. El detonador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde: el iniciador comprende un iniciador de hojuela de explosión que proyecta un volante a través de un barril dentro del proyectil de inicio en respuesta a que se lo hace funcionar; y el proyectil de inicio comprende una combinación de proyectiles que incluye un primer secundario insensible en un área donde el volante impacta con el proyectil de inicio, y un material explosivo secundario insensible de alta potencia de rotura mientras como el resto del material explosivo del proyectil de inicio. El detonador de acuerdo con todas las reivindicaciones precedentes, en donde: el iniciador comprende un chip de iniciador de hojuela de explosión que comprende: una capa de base de sustrato de alúmina; una hojuela de puente formada sobre la capa de base que tiene un canal angosto; una capa de película de poliimida formada sobre la hojuela de puente; un barril que tiene una perforación a través de él que se deposita sobre el chip de manera tal que la perforación se alinee sobre el canal angosto de la hojuela de puente, en donde la hojuela de puente, la capa de película de poliimida y el barril se forman como una estructura integral; y el conmutador de alta tensión se forma sobre la capa de base de manera tal que esté conectado eléctricamente por cables en serie con el iniciador por una traza conductora.

11. El detonador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde: el gabinete de detonador comprende una forma generalmente de disco que tiene por lo menos un túnel a través de él que se extiende a través del disco; un inductor próximo a uno de los túneles seleccionado que está conectado a elementos electrónicos de control del detonador de manera tal que funcione como una recolección inductiva para la comunicación inalámbrica con una fuente externa.

12. El detonador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde: el inductor comprende un inductor toroidal que es generalmente coaxial con el túnel correspondiente.

13. El detonador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que además comprende: circuitos de comunicaciones que permiten que el controlador comunique información a una fuente externa y reciba información de sincronización para programar un tiempo de detonación; y un dispositivo de identificación de radiofrecuencia que permite que el controlador identifique el detonador a una fuente externa usando el circuito de comunicaciones.

4. Un sistema para realizar operaciones de voladura que comprende : una pluralidad de controladores de orificio, cada controlador de orificio para el posicionamiento en un barreno correspondiente en un sitio de voladura correspondiente ,- por lo menos un detonador para cada barreno que está en comunicación con el controlador de orificio correspondiente asociado al barreno, cada detonador tiene un gabinete de detonador que contiene dentro de él : un conmutador de alta tensión configurado en un estado normalmente abierto, en donde el conmutador de alta tensión hace la transición hacia un estado cerrado operando un elemento de gatillo del conmutador de alta tensión; un iniciador conectado en serie con el conmutador de alta tensión; un proyectil de inicio que está vacío de un material explosivo primario y que comprende un material explosivo secundario insensible, el proyectil de inicio posicionado en relación con el iniciador de manera tal que el funcionamiento del iniciador provoque la detonación del proyectil de inicio; una fuente de energía primaria; una fuente de energía secundaria; un convertidor de baja tensión a alta tensión que está controlado para convertir una baja tensión a alta tensión suficiente para cargar la fuente de energía primaria; un circuito primario que conecta en forma eléctrica la fuente de energía primaria a un circuito en serie que conecta el conmutador alta tensión en serie con el iniciador; circuitos de comunicaciones para comunicar con el controlador de orificio asociado; y un controlador que controla operaciones del conmutador de alta tensión y el iniciador para iniciar el proyectil de inicio; un controlador de disparo para la comunicación inalámbrica con cada uno de los controladores de orificio y una computadora de voladura que comunica con el controlador de disparo para coordinar un evento de voladura: Obteniendo datos de cada uno de los detonadores a través de su controlador de orificio correspondiente y el controlador de disparo; calculando una solución de detonación; programar automáticamente dicho detonador con un tiempo de detonación correspondiente basado en la solución de detonación calculada; inicio de una secuencia de armado, en donde el controlador de cada detonador controla su convertidor de baja tensión a alta tensión para cargar la fuente de energía primaria a un potencial de carga primaria deseado, en donde el conmutador de alta tensión mantiene el potencial de carga primaria de hacer funcionar el iniciador mientras se arma el detonador; recepción por la computadora de voladura, una confirmación de que cada detonador está armado y listo para detonar; y inicio de un comando de voladura después de reconocer que todos los detonadores están armados, en donde cada detonador hace funcionar su iniciador para detonar su proyectil de inicio conectando en forma eléctrica un potencial de carga secundaria cargado sobre la fuente de energía secundaria al elemento de gatillo del conmutador de alta tensión de manera tal que cierre el conmutador de lata tensión, que por lo tanto permite que el potencial de carga primaria haga funcionar el iniciador para detonar el proyectil de inicio en el horario de detonación programado correspondiente . El sistema de acuerdo con la reivindicación 14, en donde cada controlador de orificio comunica en forma inalámbrica con el controlador de disparo de manera tal que haya líneas descendentes en cada barreno y ninguna línea de superficie en el área de voladura. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el controlador de disparo comunica con la computadora de voladura usando una conexión por cable.