NO178945B - Detonator-avfyringselement, detonator med avfyringselementet, og et sprengingssystem hvor flere slike detonatorer inngår - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår detonator-avfyringselement innbefattende i det minste en energi-utløsende anordning som angitt i innledningen til krav 1, samt detonator innbefattende et hus som angitt i krav 15, og sekvensielt sprengingssystem som angitt i krav 17.

Ved dette sekvensielle sprengningssystem er det vesentlig å kunne styre nøyaktig og sikkert avfyringen av hvert enkelt sprenglegeme. Forsøk har blitt gjort for å møte disse kravene ved hjelp av forskjellige former for detonatorer. Selv om slike detonatorer kan være tilfredsstillende i mange henseender, vil de ikke tilfredsstille alle følgende kriter-ier: lav produksjonskostnad, lav energilagringsbehov før og i løpet av detoneringen, klare sikkerhetsstandarder, nøyaktig signalisering og tidsperioder, og pålitelig feilsikring og virkelig sikker drift.

Tysk Offenlegungsschrift nr. 3537820 og britisk patent-publikasjon nr. 2 123 122 beskriver detonator-avfyringselementer av den innledningsvis nevnte art.

Foreliggende oppfinnelse har til hensikt å sikre stabilitet for detonator-avfyringselementet.

Ovenfornevnte tilveiebringes ved hjelp av et detonator-avfyringselement av den innledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de øvrige uselvstendige kravene.

Ved hjelp av passifiseringssjiktet sikres stabilitet for detonator-avfyringselementet, idet det uten passifiserings-sj ikt kan forekomme at ionene til sprengstoffet vandrer inn i den integrerte kretsen og bevirker feilfunksjon ved kretsen.

Ved hjelp av foreliggende oppfinnelse er det også til-veiebrakt en detonator hvor elementet inngår, som angitt i den karakteristiske delen av krav 15, samt et sekvensielt sprengningssystem som angitt i den karakteristiske delen av krav 17.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de øvrige uselvstendige kravene.

Sammenlignet med andre anordninger utløser degradasjonsanordningen en svært lav mengde med energi.

Substratet er fortrinnsvis egnet for fremstilling av bruker-tilpassede integrerte kretser i stor målestokk.

Energi-degradasjonsanordningen kan være en motstand dannet av en halvleder-anordning eller være en felteffekt-anordning.

I det første tilfellet kan energidegradasjonsanordningen være dannet av et motstandssjikt som er avsatt på substratet. En strøm som er ført gjennom motstandssjiktet bevirker oppvarming av dette. Motstandssjiktet kan for eksempel dannes av minst et av følgende materialer, henvist heretter til som "foretrukne materialer": nikkelkrom, gull, wolfram, aluminium, zirkonium, polysilisium, titan/wolfram-blanding, og metallsilisiumforbindelser.

Et motstandselement kan også bli dannet for eksempel ved hjelp av diffusjonsteknikk eller innpodnings-teknikk, for eksempel ved foregående tilfelle kan et sjikt silisium av P-typen bli diffundert inn i et silisiumsubstrat av den frem-elskende N-typen for å tilveiebringe motstandselementet. Silisiumsjiktene av P-typen og N-typen kan innbyrdes byttes om. I sistnevnte tilfelle kan ion-innpodingsteknikker bli anvendt for å danne motstandselementet.

Motstandselementet kan være konstruert slik at det frigjør varme når en elektrisk strøm går gjennom det. Ved en utførelseform av motstandselementet er dette konstruert slik at det danner et smeltbart ledd som smeltes når en strøm av en forutbestemt amplitude passer gjennom det. Smeltingen av leddet frigjør en forutbestemt energimengde. Frigjøringen av energien anvendes til å tenne en primær eksplosiv ladning. Flere ledd kan være anordnet på samme substratet for å forbedre sannsynligheten for tenningen.

Leddet eller leddene er fortrinnsvis av lav impedans. Dette er svært viktig for energitetthetsgrunner og i et henseende kan det sies at hvert ledd er heller en leder enn en motstand. Ved en foretrukket utførelsesform er således et smeltbart ledd dannet direkte fra det normalt tilkoblete metallet på substratet, dvs. på chipen uten behovet for avsetning av noe motstandsledd eller metallignende, fortrinnsvis som et separat prosesstrinn. Chipen kan således bli behandlet på normal måte og kan danne en ekstrem høy energitetthet. Et ledd av denne art krever en spesielt lav impedans-bryter som normalt ville kreve et stort silisium-areal. Ved å anvende halvleder-gjennomslagsfenomen og ved å drive bryteren ved et strømtetthetsnivå som normalt ville være katastrofalt, kan høystrømpulsen, som er nødvendig for å smelte lavimpedans-varmestedet, dvs. leddet, bli koblet på kortet, idet chipen anvender relativ liten bryterkonstruk-sjon. Dette er mulig når bryteren er ment å skulle kunne drives kun en gang.

Når bruk er gjort av avsetningsteknikk for å danne motstandselement kan elementet bli avsatt på et tynt sjikt på substratet med tykkelsen til sjiktet for eksempel mellom 10 og 1000 nm. En maske kan bli anvendt for å definere et ønsket mønster og motstandselementet og kontaktarealet og overskuddsmaterialet kan bli etset bort eller fjernet på enhver egnet måte. Motstandselementet som er dannet på denne måten har en svært lav termisk masse og kan bli oppvarmet ved utladning av en minimal mengde med elektrisk energi.

Energi-degradasjonsanordningen, som tidligere nevnt, kan alternativt innbefatte en halvleder. Egnede elementer er transistorer, felteffekt-transistorer eller lignende anordninger, fire-sjiktsanordninger, zener-dioder, lysemitterende dioder, eller andre egnede elementer som stråler ut varme eller lysenergi ved aktivering, som fortrinnsvis finner sted ved å føre en elektrisk strøm gjennom elementet. Energien kan bli utløst (degradert) i et smalt område mellom aktive N-og P-områder. Dette gjør det mulig å tilveiebringe en nøyaktig konsentrasjon av den frigjorte energien.

Ifølge en tredje utførelsesform av oppfinnelsen kan energi-degradasjonsanordningen være et felteffekt-element. Felt-effektelementet kan bli dannet av første og andre ved avstand anbragte elektroder på substrater, og bryterinnretning for å tilføre et elektrisk potensiale over elektrodene. På denne måten dannes et elektrisk felt av høy intensivitet mellom elektrodene.

Elektrodene kan være metalliske eller dannet av ethvert foretrukket materiale.

Elektrodene kan være hovedsakelig to-dimensjonalt utformet ved at de er dannet av ledende legemer i flate sjikt på substratet, alternativt kan de være tre-dimensjonalt utført ved at de har materialstørrelse i tre ortogonale retninger.

Elektrodene kan være av enhver egnet form. Elektrodene kan for eksempel bestå av ved avstand anbragte plater som er parallelle i forhold til hverandre. Elektrodene kan ellers være buede, triangulære eller formet en eller annen måte. Ved en form av oppfinnelsene er elektrodene dannet av en kamkonstruksjon eller en mellomflettet konstruksjon.

Ved en form av oppfinnelsen innbefatter elektrodene første og andre ledende legemer, idet det første legemet er formet med en åpen sentraldel som er opptatt i det andre legemet. Legemene definerer et ringformet gap mellom dem over hvilket en potensial forskjell er generert.

Elektrodene kan være formet på enhver egnet måte og fortrinnsvis er de formet ved avsetning av et .foretrukket materiale på et dielektrisk passiverende sjikt med substrat. Materialet kan bli etset til en ønsket form.

Bryteren kan innbefatte første og andre bryteranordning, idet den første anordningen er forbundet mellom den første og andre elektroden og idet den andre anordningen er forbundet med den andre elektroden og med en pol til elektrisk strøm-forsyning, og idet den første elektroden er forbundet med den polen til den elektriske strømforsyningen. Ved beredskap, dvs. når et eksplosiv ikke skal bli tent, er den første bryteranordningen på og den andre bryteranordningen av. Detonator-avfyringselementet blir så gjort operativt ved å slå den første bryteren av og den andre bryteren på. På denne måten blir det elektriske potensialet påført over elektrodene. Et eksplosiv kan bli lokalisert tilliggende eller i direkte kontakt med energidegraderingsanordningen, som ved påvirkingen starter eksplosjonen ved å utløse energien.

Det har blitt vist at utløsningen av energien i de fleste tilfellene av oppfinnelsen bevirker frigjøring av varme og denne varmen blir anvendt for å tenne sprengstoffet. Det er imidlertid mulig å utføre energiutløsningen i form av lys som ville tenne sprengstoffet.

Den tredje utførelsesformen av oppfinnelsen er basert på bruk av en felt-effektanordning, idet sprengstoffet påvirkes av en elektrostatisk utladning eller et sterkt elektrisk felt.

Egnede sprengstoffer er primære sprengstoff, slik som sølvazid, bly eller bariumstyfanat, kvikksølvfulminat og ethvert sekundærsprengstoff, slik som RDX og HMX, en blanding av enhver av de foregående, eller andre egnede materialer i fast tilstand, flytende eller gassholdig tilstand med de ønskede egenskaper. Selve sprengstoffmaterialet kan være gjort ledende ved å få tilført små mengder med et ledende materiale, slik som grafitt eller en organisk halvleder. På denne måten kan sprengstoffmaterialet bli direkte oppvarmet som følge av strømmen som blir indusert i det. Ved anvendelse av felteffektanordningen kan sprengstoffet innbefatte en komponent i form av en organisk halvleder som suspenderer et oksyderende middel som reagerer kjemisk i tilstedeværelsen av elektrisk felt i en eksotermisk reaksjon. Sprengstoffmaterialet kan mer generelt ved felteffektanordningen innbefatte en felt-følsomhetsgjører.

Substratet kan utgjøre en del av en elektronisk halvlederkom-ponent som innbefatter integrert krets for styring av påvirkningen av detonator-avfyringselementet. Detonator-avfyringselementet kan være anbragt på overflaten til et passiverende sjikt som dekker den elektroniske anordningen med egnede åpninger anordnet deri for å muliggjøre dets kontakt med anordningen. Alternativt kan den være anbragt under det passiviserende sjiktet med eller uten en åpning eller åpninger gjennom det passiverende sjiktet. Det skal bemerkes at et deksel overdetonator-avfyringselementet reduserer dets følsomhet.

Sprengstoffet er anbragt tilliggende energiutløsningsanord-ningen. Fortrinnsvis festes eksplosjonsstoffet til i det minste en overflate av substratet slik at det er i intim fysisk kontakt med substratet. Væskeformet eller gassformet sprengstoff kan fortrinnsvis for eksempel være anbragt sammen med energiutløsningsnanordningen i en tettet beholder. På denne måten finner det sted en effektiv energioverføring mellom energiutløsningsanordningen og sprengstoffet.

Kvaliteten på den fysiske kontakten til sprengstoffet på substratet kan bli forbedret ved å bruke en adhesjonsfremmer. Denne forbedrer bindingen mellom sprengstoffet og substratets overflate. Sprengstoffet kan være avsatt i en oppløsning eller en væskesuspensjon. Adhesjonsfremmeren kan bli dannet av et fuktig løsemiddel. En binder slik som PVC eller nitrocellulose-lakk kan bli tilført oppløsningen eller suspensjonen. Mekanisk styrke blir samtidig tillagt enheten, i tilfelle av et fast stoff-sprengstoff.

Enheten med sprengstoffet og detonator-avfyringselementet kan bli belagt ved hjelp av egnede beskyttende inerte tetnings-midler slik som silikongummi som adherer til substratet og som når det herder, trekker sprengstoffet og substratet sammen.

Ved en form av oppfinnelsen er et vindu anbragt på substratet med energi-utløsningsanordningen anbragt deri. Sprengstoffet blir så lokalisert i vinduet i kontakt med energi-utløsnings-anordningen. Det skal imidlertid bemerkes at vinduet ikke er vesentlig og at i visse tilfeller er det tilstrekkelig dersom sprengstoffet er anbragt i tett nærhet av energi-utløsnings-anordningen.

Sprengstoffet kan alternativt være en væske, gassformet, og være tettet i en beholder sammen med energi-utløsningsanord-ningen. På denne måten unngår sprengstoff avsetningsproble-mer .

Styrekretsen innbefattet i den nøytroniske halvlederkomponen-ten kan innbefatte på forhånd definerte logiske komponent-blokker for å tilveiebringe brukerspesifiserte sprengstoff-styresystemer ved lave kostnader. Slike komponenter kan for eksempel innbefatte oscillatorer, tellere og taktere, faselåste sløyfer for nøyaktig klokkeutledning, kommunikasjonskretser, blokkeringskretser, selv-testkretser og elektromagnetiske interferens-undertrykkelseskretser.

Kombinasjonen av et miniatyrisert detonator-avfyringselement av den art her beskrevet med en integrert elektronisk krets resulterer i muligheten til å tilveiebringe komplekse signalbehandlinger til lave kostnader og med en høy pålitelighet sgrad.

Overspennings-beskyttelsesinnretninger kan være anordnet for å beskytte energi-utløsningsanordningen mot uønsket tenning. Tradisjonelle detonator-avfyringselementer har ikke kunnet blitt gjort små siden en reduksjon i størrelsen fører til en økning i følsomheten mot strøspenninger eller strø-strømmer. Anvendelsen av en integrert krets og ved å anordne en overspenningsbeskyttelse gjør imidlertid at en høy grad av immunitet mot elektromagnetisk interferens tilveiebringes. Beskyttelsesanordningen kan dessuten innbefatte bryterinnret-ninger forbundet med energiutløsningsanordningen for å tilveiebringe beskyttelse mot indusert elektriske strømmer.

Et detonator-avfyringselement av omskreven art kan bli anbragt i et hus, med sprengstoffmateriale i huset anordnet for å bli tent ved å tenne sprengstoffet henvist til her for derfor å danne en detonator.

Innretninger kan være anordnet for å tilføre elektrisk energi til energi-utløsningsanordningen og en krets. Denne innret-ningen kan innbefatte en kondensator som er under styringen av en taktkrets eller annen elektrisk lageranordning.

Energien kan bli utledet fra innkommende strømforsyningslin-jer og anvendt for å lade energilagerinnretningen som kan innbefatte ovenfornevnte kondensator. Dette gir en reserve-energikilde i tilfelle av at trådene som fører til detonatoren er blitt ødelagt, som for eksempel i løpet av en spreng-nings -operas jon .

Dersom det blir gjort bruk av en kondensator med høy kapasitans er det en ytterligere fordel at strømforsyningen blir dekoblet og krysstale og interferens blir redusert. Energilagerkondensatoren og den energi-utløsende anordnings ekstremt lave energiforbruk, som danner en sprengstoff-tenning av varmt sted, resulterer i kombinasjon med bruk av CMOS-teknikker for å fremstille den integrerte kretsen gir en billig og effektiv løsning på problemet med å sikre detonering med tilstedeværelse av flyvesand i løpet av sprengeopera-sjonene.

De høye impedansene som er forbundet med lave effektkretser og de lokale energilagrene forenkler bruken av billige tilkoblinger, siden energilager-kondensatorene kan bli ladet over relativ lang periode på flere sekunder.

Oppfinnelsen angår også et sekvensielt sprengningssystem med flere detonatorer av detonatorer som er forbundet i serie, og innretninger for å styre tenningen av de individuelle detonatorene.

Styreinnretningen kan være tilpasset til å programmere et valgt forsinket intervall ved en tidskrets forbundet med hver respektiv detonator.

Over-spenningsbeskyttelse-anordninger kan være anbragt mellom valgte par med detonatorer. Dette øker ytterligere immunite-ten til systemet for induserte spenninger eller strømmer.

I det påfølgende skal oppfinnelsen beskrives ved hjelp av eksempler med henvisning til medfølgende tegninger, hvor: Figur 1 viser et planriss av en integrert elektronisk detonator innbefattende et detonator-avfyringselement av motstandstypen i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen.

Figur 2 viser et tverrsnitt av kretsen på figur 1.

Figur 3 viser en utførelsesform av kretsen som kan være anbragt i hver detonator. Figur 4 viser et sideriss, delvis i tverrsnitt, over den fysiske enheten til detonator-avfyringselementet. Figur 5 viser en detonator konstruert i samsvar med oppfinnelsen . Figur 6 viser en "beskyttet anordning anvendt ved et sekvensielt sprengningssystem i samsvar med oppfinnelsen. Figur 7 viser et sekvensielt sprengningssystem ifølge oppfinnelsen . Figur 8 viser et planriss av et detonator-avfyringselement av felt-effekttypen inkorporert i en integrert krets i samsvar med oppfinnelsen. Figur 9 viser fra siden og i tverrsnitt den fysiske anordningen av et detonator-avfyringselement. Figur 10 viser et sideriss av et detonator-avfyringselement i samsvar med en annen utførelsesform av oppfinnelsen. Figur 11 viser et perspektivriss av detonator-avfyringselementet på figur 10 før et primært sprengstoff er blitt festet adhesivt dertil. Figur 12A, 12B og 12C viser sideriss av forskjellige utførel-sesformer av detonator-avfyringselementet. Figur 13 til 16 viser respektive andre utførelser i form av oppfinnelsen. Figur 17 viser et sideriss av en detonator som inneholder et detonator-avfyringselement i samsvar med en variant av oppfinnelsen. Figur 1 viser, sett ovenfor, en integrert elektronisk detonator 10 som innbefatter et detonator-avfyringselement 12, en transistor 14, en forbindelsespute 16, overspennings-beskyttelseskrets 18, og takt og kommunikasjonskretser 20.

Detonator-avfyringselementet 12 er i virkeligheten en miniatyrsikring med ekstremt lav termisk masse og er dannet ved avsetning av et tynt sjikt med motstandsmateriale, eller annet foretrukket materiale, på toppen av et passivt sjikt til en integrert krets. Tykkelsen på motstandssjiktet er i størrelsesorden av 10 til 1000 nm. En maske er anvendt, på konvensjonell måte, for å definere mønsteret til detonator-avfyringselementet og kontaktarealet som skal være tilbake og overskuddsmaterialet blir så etset bort.

Den integrerte kretsen på hvilket detonator-avfyringselementet er fremstilt er vist i tverrsnitt på figur 2. Ved dette eksempelet er kretsen av CMOS-typen og dens konstruksjon er stort sett konvensjonell og man skal ikke gå nærmere inn på denne. Med henvisning til figur 2 kan komponentene bli identifisert som følger: Et silisiumsubstrat av N-type: henvisningstall 20, Vekstfeltoksyd: henvisningstall 22,

P-diffusjonsområde: henvisningstall 24,

Avsatt oksyd: henvisningstall 26,

Poly-silisiumport: henvisningstall 28,

Tynn portoksyd: henvisningstall 30,

Aluminium innbyrdes forbundet sjikt: henvisningstall 32, Passiverings- eller beskyttelsessjikt: henvisningstall 34, Detonator-avfyringselement: henvisningstall 12.

Transistoren 14, vist på figur 1, er av felt-effekttypen og er definert av områdene 24, porten 28 og portoksyden 30.

Det aluminium-forbundne sjiktet 32 er forbindbar med forbind-elsesputene 16, jfr. figur 1, ved hjelp av kontaktåpninger i passiveringssjikt 34.

Figur 3 viser i det vesentlige i blokkdiagramform, detaljer ved den integrerte kretsen som utgjør detonator-avfyringselementet. På figur 3 er detonator-avfyringselementet 12 vist som en motstand i serie med felteffekt-transistoren 14. To 6-volts zenerdioder 36, fremstilt i serie over komponentene 12 og 14, er forbundet med strømforsyningsleddene 38 og 40. Disse diodene er ment til å forhindre strøenergi fra å trigge detonatoren og er anbragt under det avsatte oksydsjik-tet 26. Dette sjiktet er termisk isolerende.

Kretsen på figur 3 innbefatter en oscillator 42 med en takt-kondensator 44 som er begravet under detonator-avfyringselementet, en kommunikasjonskrets 44 som inneholder en fastlåst sløyfe som synkroniserer klokken som er på chipen og som er ustabil i forhold til en nøyaktig dataklokke for å sikre nøyaktig tid for kretsen, og en takt- og sperrekrets 46. Kretsen er klokket av den faselåste sløyfereferanse-klokken.

Kretsen innbefatter videre en selvtest-modul 48 som kontrol-lerer alle kretsfunksjonene ved strømmen på. Diodene 50 og motstandene 52 på linjen D (data inn til klokken), DI (data inn), R (svar), og DO (data ut), gir statisk beskyttelse for CMOS-kretsen.

Felteffekt-transistoren 14 er konstruert for å styre utladningen av den elektriske energien fra lagerkondensator 54 gjennom detonator-avfyringselementet 12. Lagerkondensatoren er relativ stor og utgjør ikke en del av den integrerte kretsen, men er istedet en diskret komponent.

Figur 4 viser komponenten 10 montert i et hus 56 som er støpt av et egnet plastmateriale og innbefatter et hulrom 58 i hvilket komponenten 10 er anbragt. Den øvrige delen av hulrommet er opptatt av et sprengstoff 60. Hulrommet er tettet ved hjelp av et lokk 62 fremstilt av et plastmateriale. Pluggstiftene 64 streker seg gjennom huset 56 og er forbundet med komponenten 10 ved hjelp av ledninger 66. Komponenten 10 er anbragt slik at detonator-avfyringselementet 12 vender mot hulrommet 58 og er i kontakt med sprengstoffet 60.

Huset 56 innbefatter et andre hulrom 67 som er opptatt av lagerkondensatoren 54, vist på figur 3. Huset er formet med et første spor 68 ved et midtpunkt og et andre spor 70 som strekker seg rundt hulrommet 67.

Figur 5 viser huset 56 forbundet med et detonatorbeger 72 for således å danne en fullstendig detonator 74. Detonatorbegeret er fylt med et egnet sprengstoff og er festet til huset 56 ved å være krympet ved et sted 76 inn i sporet 68. Huset 56 er orientert slik at hulrommet 58 med dets sprengstoff, strekker seg inn i detonatorbegeret.

En samling av ledninger 78 som utgjør den elektriske kontakten med stiftene 64 er festet til den øvre enden av huset 56 og fastsatt til huset ved samvirke med det øvre sporet 70.

Figur 6 viser en beskyttelsesanordning 80 som er anvendt i forbindelse med flere detonatorer 74 vist på figur 5. Beskyttelsesanordningen innbefatter en hurtig spennings-gjennomslagsdiode 82 som er parallellkoblet av en kondensator 84 som tilveiebringer en lav impedansbane for høyfrekvens-støy.

Anordningen 80 innbefatter identiske forbindelser med de vist på figur 3 for komponenten 10. Således innbefatter den to strømforsyningslinje-forbindelser 86 og 88 henholdsvis, som korresponderer med forbindelsen 38 og 40 på anordningen 10 og D, R, DI og DO terminaler som korresponderer med lignende markerte terminaler på diagram figur 3. Det skal bemerkes at terminalene DI og DO er direkte forbundet og således tilveiebringer et ledd som er transparent for signaler sendt ned datalinjen. D og R terminalene er ikke i bruk.

Figur 7 viser et sekvensielt sprengningssystem som innbefatter flere detonatorer 74 med beskyttelsesanordninger 80 forbundet mellom tilliggende par med detonatorer ved valgte steder. Sekvensen med detonatorer er avsluttet ved hjelp av en anordning 90. DO og DI-terminalene til tilliggende anordninger er innbyrdes forbundet for å tilveiebringe en blomsterkranslignende ledd ned systemet.

Detonatorene er installerte fysisk ved ønskede steder i samsvar med konvensjonell gruve-teknikk. I elektriske støyomgivelser blir antall beskyttelsesanordninger 80 øket for å øke støyimmuniteten til systemet.

Det sekvensielle sprengningssystemet innbefatter et elektrisk grensesnitt 92 som mater strøm til detonatorene og som omsetter signaliseringsprotokollene mellom en konvensjonell kommunikasjonslinje 94, fra en styre-datamaskin 96, og detonatorsignalene.

Det er ønskelig å teste en sekvensiell sprengningsinstalla-sjon ved lave spenninger ved å anvende en felt-testenhet før sprengningssekvensen virkelig blir innledet. Reelt skulle testen finne sted under energitilførselstilstanden hvor tilførselsspenningen er under 3 volt som sikrer at tilfeller av en feilfunksjon kan ingen av detonator-avfyringselementene bli oppvarmet tilstrekkelig til å bevirke detonasjon. Testsekvensen blir bestemt for å indikere feilenheter ved et antall før deres forbindelse i sprengningssystemet.

Datamaskinen blir anvendt for å generere forsinkelser for å styre den ønskede sprengningssekvensen. Måten ved hvilken forsinkelsessignalene genereres er ikke viktig for å forstå foreliggende oppfinnelse og blir således ikke beskrevet nærmere her.

Alle detonatorene 74 ved systemet vist på figur 7 er identiske og ingen brukeradresseprogrammering er ønskelig. For å tillate de enkelte detonatorene å bli adresserte er det imidlertid nødvendig med klarsignal innbefattet i kommunika-sjonsskjemaet. Dette tillater hver anordning å gi beskjed til naboen så snart den har avsluttet kommunikasjonen. Datamaskinen avgir et klarsignal, den første anordningen blir adressert og svarer og avgir så dens klarsignal til neste anordning. Datamaskinen kommuniserer med alle anordninger i linjen i rekkefølge inntil den nest siste anordningen gir sitt klarsignal til avslutningsenheten 90. Denne enheten signaliserer så til datamaskinen at den anordnede slutten av strengen hvoretter datamaskinen sender ut et signal som tilbakestiller klarsignaliserte linjer til klar i systemet for en annen kommunikasjonssyklus. På denne måten kan hver enhet bli tilegnet et nummer av datamaskinen for feilfinning og generell kommunikasjon.

For å forhindre falsk avfyring kan flere kommunikasjons-sykluser bli anvendt med en sperremekanisme. Sekvensen kunne for eksempel være som følger: systemet blir til å begynne med strømforsynt og datamaskinen adresserer så hver anordning og tilveiebringer resultater av selvtestprosessen utført ved hjelp av kretsen på hver detonator og antall detonatorer. Datamaskinen skriver så en forsinkelsestid til hver detonator, og hver detonator sender tilbake forsinkelsen til datamaskinen for verifisering. Detonatorene blir så armert ved hjelp av et bestemt statussignal, dvs. et signal som har en lav korrelasjon med vilkårlig støy i den spesielle omgivelsen. Deretter blir en "gå-sekvens" startet, igjen ved hjelp av et bestemt statussignal, og dette bevirker detoneringen.

Sikkerhetslåsesekvensen tillater strømmen å passere gjennom hvert detonator-avfyringselement kun dersom selvtesten utført av den bestemte detonatoren er tilfredsstillende, anordning-ene har en forsinkelse riktig programmert, en gyldig armer-ingssekvens har blitt mottatt, et gyldig gå-signal har blitt mottatt og forsinkelsesperioden er utløpt.

Ved et test-eksempel av oppfinnelsen ble det anvendt en 4,7

>jf kondensator utladet 14,7 v i et detonator-avfyringselement som innbefatter et katodeforstørret ledd med størrelse 80 pm ganger 8>im. Leddet blir dekket med bly-styfnat. Reaksjons-tiden målt fra tilførselen av strøm til et lysglimt sees fra den eksploderende bly-styfnatet var 30 ps. Energien som ble tilført var derfor litt mindre enn 20.9 pJoule.

Energien for oppvarming av detonator-avfyringselementet er lagret i kondensatoren 54. Kondensatoren har en kapasitans på 10 >jF og er ladet til 11 volt som gir adekvat energi for strømforsyning av kretsen og oppvarming av detonator-avfyringselementet. Hver detonator blir således strømforsynt ved hjelp av effekten på kortet og så snart f orsinkelsesperioden er utløpt vil eksplodere på tidspunktet selv om ledningene som forbinder dem til hovedstrømforsyningen er blitt ødelagt. Da ingen tung avfyrings-strøm passerer nedover systemet kan tilkoblinger av dårlig kvalitet bli anvendt for å koble anordningen til det sekvensielle sprengningssystem.

Tiden innenfor hvilken anordningen kan operere, når den er frakoblet strømforsyningen, er begrenset av størrelsen på kondensatoren. Et vesentlig antall detonatorer kan bli inkorporert i et sekvensielt sprengningssystem med lange forsinkelser mellom detoneringene som anvender lange eksplo-sjonstider. Ved sprengning av detonatoren som er lengst fra strømforsyningen blir det første totalenergi-lagringskravet for hver anordning vesentlig redusert. Siden energien blir tilført i en retning som er motsatt retningen for forplant-ning av eksplosjonen kan flyvende stein isolere strømforsyn-ingen lokalt. Det er således foretrukket å avfyre detonatorene i revers sekvens for å tilveiebringe fordelene med reduserte energi-lagerkrav.

Oppfinnelsen tilveiebringer detonatorer som muliggjør et fullstendig integrert billig og pålitelig detoneringssystem. Sekvensiell forsinkelse i systemet blir nøyaktig definert og kompleks sprengningsmønster er relativt enkelt å programmere.

Basis for oppfinnelsen ligger i inkorporeringen av detonator-avfyringselementene i en elektronisk chip. Chipen innbefatter dessuten egnede krets for utførelse av testtiden på kortet og beskyttelsesfunksjoner.

To overspenningsbeskyttelsestrinn er innbefattet, nemlig beskyttelsesanordningen 80 og på-chip-beskyttelsessystemene. På-chip-beskyttelsesspenningsnivået er 12 volt mens spen-ningsnivået til hver anordning 80 er 11 volt. Dette sikrer adekvat isolasjon av detonator-avfyringselementet fra uønskede signaler ved sekvensielt sprengningssystem. Figurene 8 og 9 viser et detonator-avfyringselement som er basert på en felteffektstruktur. Figur 8 viser i plan en integrert krets 90 som innbefatter et detonator-avfyringselement generelt betegnet med henvisningstall 92, styretransistorer 94 og 96 henholdsvis, overspennings-beskyttelseskrets 98, og et takt- og kommunikasjonskrets 100.

Funksjonen av kretsene 98 og 100, og måten detonator-avfyringselementet brukes på innbefatter dens inkorporering i et sekvensielt sprengningssystem, som kan være utført generelt som angitt i den påfølgende beskrivelse.

Detonator-avfyringselement 92 innbefatter i dette eksempelet en første, indre elektrode 102 som er sirkulær i omkrets og en andre, ytre elektrode 104 som er anbragt konsentrisk i forhold til den indre elektroden, idet de to elektrodene definerer mellom dem et ringformet gap 106. Disse formene er kun ment som eksempel.

Transistorene 94 og 96 er felteffektanordninger. Transistoren 94 har sin sluk-elektrode forbundet med en positiv pol 108 til en elektrisk strømforsyning og dens kildeelektrode er forbundet med elektroden 102. Dens portelektrode er under styring av kretsen 100 Transistoren 96 på den andre siden har sin kildeelektrode forbundet med en negativ pol 110 til den elektriske strømforsyningen og med dens sluk er den forbundet med den indre elektroden 102. Portelektroden til anordning 96 er forbundet med kretsen 100. Den ytre elektroden 104 er også forbundet med polen 110.

De to elektrodene 102 og 104 er dannet ved avsetning av et av de foretrukne materialene på toppen av et passiviseringssjikt til den integrerte kretsen. Det avsatte metallet blir så etset til ønsket form.

Figur 9 viser montering av kretsen 90 i et hulrom 112 dannet i et hus 114. Stiften 116 lager gjennom en bunn i hulrommet inn i et nedre hulrom 118. Stiftene er forbundet med kretsen 90. På en analog måte med det allerede beskrevne er stiftene anvendt for å forsyne kretsen med strøm, for data og klokke-informasjon, svarinformasjon, data ut og data inn.

Hulrommet 118 inneholder en lagerkondensator, ikke vist, som er forbundet med de av stiftene 116 som definerer polene 108 og 110 for tilførsel av energi til detonator-avfyringselementet 92.

En innsats 120 er montert på huset 114. Innsatsen innbefatter en konisk utspaning 122, hvilken bunn avsluttes i en sylindrisk passasje 124 som strekker seg inn til og over elektroden 102 og 104.

Et primært eksplosiv-materiale, slik som sølvazid, blyazid eller bly-styfnat er pakket inn i utspaning 122 og passasjen 124. Innsatsen 120 danner en kapsel og forsikrer at sprengstoffet er i begrenset kontakt med elektrodene. Innsatsen 120 er fortrinnsvis fremstilt av et elektrostatisk ledende plastmateriale for å redusere risken for at elektriske strøfelt tenner det primære sprengstoffmaterialet. Innsatsen er i fysisk og elektrisk kontakt med den ytre delen av huset 114 som er elektrisk jordet med egnet stift 116.

Komponenten vist på figur 9 er konstruert for å bli forbundet med et detonatorbeger som er fylt med egnet sprengstoff og som er festet til hus 114. Hus 114 er delvis satt inn i munningen til begeret med primær sprengstoff seg strekkende inn i begeret og med stiftene 116 ragende fra begeret. Begeret blir så krympet inn til et spor 126 i den ytre overflaten av huset 114 for å fastgjøre komponentene til hverandre. Et annet spor 128 anvendt for å låse en trådbunt til huset 114. Denne bunten med tråder bevirker elektriske forbindelser med de forskjellige stiftene 116.

Flere anordninger vist på figur 9 er anordnet som beskrevet i et sekvensielt sprengningssystem i samsvar med kjent teknikk eller i samsvar med prosedyren beskrevet tidligere. Lagerkondensatoren i hulrommet 118 blir ladet ved hjelp av elektrisk primærkilde. Transistorene 94 og 96 er under styring av kretsen 100. Kretsen 98 og 100 er styrt av data som mates til detonatoren langs "data inn"-linjen. Egnede avfyringsforsinkelser kan bli programmert i kretsen.

Detonator-avfyringselementet styres som følger. Under normale tilstander, dvs. i en ikke-armert tilstand blir transistoren 94 holdt sperret og transistor 96 er ledende. Idet den sistnevnte anordning er slått på (ledende) holdes elektrodene 102 og 104 ved samme potensial. Der er ikke noen potensialforskjell over elektrodene over det ringformede gapet 106 eller sagt på en annen måte, det elektrostatiske feltet over dette gapet er null.

Dersom transistoren 94 er slått på (ledende) og transistoren 96 er slått av (sperret) så genereres e potensialforskjell over gapet 106 som er lik f orsyningsspenningen til den elektriske kilden, dvs. spenningen til hvilken lagerkondensatoren i hulrommet 118 er ladet.

Det elektriske feltet over gapet 106 betegner det følsom-gjorte primære sprengstoffet i utsparing 122 og passasjen 124 og sprengningen for den bestemte detonatoren er derfor også startet.

Styrken på feltet som er generert på denne måten kan bli styrt ved å variere bredden på gapet 106 eller ved å endre den tilførte spenningen. For å aktivere mindre følsomt sprengstoff kan det tilførte potensialet over gapet bli øket ved bruk av en spenningsmultiplikator. Transistoren 94 kan være fremstilt med en "på-motstand" som er høyere enn den til transistor 96. Dette sikrer at anordning 96 må slåes av og anordning 94 må slåes på før spenningen over gapet 106 stiger til det ønskede nivået, dvs. nivået ved hvilket tenningen av det primære sprengstoffmaterialet finner sted. Dette sikkerhetstrekket sikrer at begge transistorene må bli operert riktig før en sprengning finner sted.

Metoden beskrevet i forbindelse med figurene 8 og 9 gir fordelen med avsetning av spesialiserte metaller slik som wolfram (W) eller nikkelkrom (NiCr) blir unngått. Transistorene 94 og 96 kan også bli gjort relativt små siden de ikke er anvendt for bryting av store strømmer, men er kun anvendt for å styre tilførselen av spenningen over gapet 106. Figurene 10 til 17 angår ytterligere utførelsesformer av oppfinnelsen. Figurene 10 og 11 viser et detonator-avfyringselement 210 i form av et silisium-mikrochip som innbefatter et silisiumsubstrat 212 dekket av et tynt sjikt 214 av et egnet passiverende material slik som silisium-dioksyd. Et vindu 216 er dannet i det passiverende sjiktet 214 for å frigjøre en energi-utløsningsanordning i form av et element eller et ledd 218 fremstilt av et foretrukket materiale. Leddet 218 er avsatt på substratet 212 ved hjelp av konvensjonell avsetningsteknikk og har en innsnevret del 220 som er lokalisert i det vesentlige sentralt i vinduet 216. Et primaersprengstoff-materiale 222 er festet med adhesiv til, eller presset mot passiviseringssjiktet 214 og dekker vinduet 216 som skal være i kontakt med ledd 218. Tennladning 222 er ikke vist på figur 11 for tydelighetens skyld.

Ved visse anvendelser er vinduet 216 ikke vesentlig, og ladning 222 er montert direkte på passiviseringssjiktet i tett nærhet til leddet 218 for å bli tent av leddet 218 enten ved smelting eller oppvarming til en tilstrekkelig høy temperatur ved gjennomgang av elektrisk strøm.

Ladningen 222 kan være fremstilt av bly-styfnat med en liten prosentdel av bindemiddel eller adhesjonsfremmer tillagt dertil før dets påføring på substratet 212 for å øke adhesjo-nen til passiviseringssjiktet 214.

Leddet 218 aktiverer ladningen 222 enten ved smelting eller den kan understøtte en tilstrekkelig høy temperatur på grunn av motstandsoppvarming for å tenne ladning 222 mens den fremdeles forblir intakt.

Figurene 12A, 12B og 12C viser tre ytterligere utførelsesfor-mer av et detonator-avfyringselement 225 som innbefatter et silisiumsubstrat 227, til hvilket er adhesivt festet en aktiveringsinnretning innbefattende et metall, eller ledende sjikt 226 og et eksotermisk eller oksydiserende sjikt 228 i forskjellige sammenstillinger.

På figur 12A er et sjikt 224 av dielektrisk materiale adhesivt festet til eller dyrket på overflaten til silisiumsubstratet 227. Et sjikt 226 til et foretrukket materiale, blir påført toppen av sjiktet 224 til dielektrisk materiale. Et eksotermisk eller oksyderende sjikt 228 blir så påført toppen av sjiktet 226. Sjiktet 228 kan være et polyimid som inneholder en oksydiserende sammensetning, slik som kalium-klorat eller et pyroteknisk medium som reagerer med sjikt 226.

På figur 12B er det eksotermiske eller oksyderende sjiktet 228 påført overflaten til silisiumsubstratet 212, og sjiktet 226 er påført toppen av sjiktet 228.

På figur 12C er sjiktet 226 lagt i lag mellom to eksotermiske eller oksydiserende sjikt 228.

Utførelsesformene på figur 12 angår driften ved det faktum at en eksotermisk reaksjon blir startet mellom sjiktet 226 og det eksotermiske eller oksydiserende sjiktet 228 umiddelbart over og/eller under sjiktet 226. Den eksotermiske reaksjonen blir bevirket av motstandsoppvarming av sjiktet 226 på grunn av gjennomgang av elektrisk strøm. Den primære sprengstoff-ladningen (ikke vist) reagerer på og blir tent av den eksotermiske reaksjonen.

Oksyderingssjiktet 228 er avsatt i løpet av fremstillingspro-sessen av detonator-avfyringselementet 210. En fordel ved disse utførelsesformene er at avsetningen av primærspreng-stoffet ikke nødvendigvis må ha en god.kontakt jevnt over det aktive arealet til detonator-avfyringselementet 200. Produksjonsspredninger kan således bli tolererte i løpet av sprengstoffavsetningen. Passiveringen av detonator-avfyringselementet 210 kan også bli bevirket for å redusere levetidsvariasjoner. Materialene anvendt for passivering kan være polyimid eller oksyder avsatt ved lave temperaturer eller ved vakuum og også nitrider.

Figur 13 viser en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen hvori detonator-avfyringselementet 230 er i form av en elektronisk halvleder-anordning med et silisiumsubstrat 231.

En energi-utløsningsanordning 232 innbefatter en motstandsdel til en elektrisk krets, og er tilveiebragt ved hjelp av en del av en diffundert, en ione-innpodet eller et epitaksialt element dannet i eller på silisiumsubstratet 231. Metall-leddene 234, påført overflaten til silisiumsubstratet 231 i elektrisk kontakt med anordningen 232 er forbindbare med en drivkrets (ikke vist). Et passiviseringssjikt 236 er påført eller dyrket på toppen av metall-leddene 234 så vel som anordningen 232.

Energi-utløsningsanordningen 232 kan være et hvert kretsele-ment slik som en motstands, transistor eller et firesjikts diode. Det skal bemerkes at dersom anordningen er en zenerdiode eller en annen type aktive anordning kan energien generert derved bli fokusert nøyaktig.

Energi-utløsningsanordningen 232 kan være formet av et silisiumsjikt av P-typen, som er diffundert inn i et silisiumsubstrat 231 av overveiende N-typen for å tilveiebringe motstandsdelen til kretsen. Sjiktene med silisium av P-typen og silisium av N-typen kan naturligvis bli utskiftet. Mer energi kan bli utløst i en diffundert motstand før den brytes enn hva som er vanlig med konvensjonelt metalledd. Dette resulterer i fordelen å kunne ha en mye bedre forutsigbar tenning. Det er dessuten lett å endre motstandsdopingen for å forbedre elektrisk tilpasning til et nesten optimalt nivå og også størrelsen kan lett bli justert. Denne anordnings-typen er dessuten bedre egnet for kondensator-lagersystemet da all restenergi i en kondensator kan bli utløst i motstan-den .

Figur 14 viser et detonator-avfyringselement 240 som er en elektronisk halvleder-anordning med et silisiumsubstrat 241. Et sjikt av dielektrisk materiale (ikke vist) kan bli påført silisiumsubstrat 241. En elektrisk felt genererende struktur i form av en kam eller en inn i hverandre flettet konstruksjon 242 blir påført silisiumsubstrat 241 eller det kan bli diffundert deri. Dette er klart en alternativ anordning til den vist på figur 8 og 9. En forbindelsesinnretning 244 er anordnet for forbindelse av kam-strukturen 242 med en drivkrets (ikke vist). Kam-strukturen 242 innbefatter flere ved avstand anbragte tilliggende grener 246 i området på 10 pm eller mindre.

Konstruksjonen 242 muliggjør opprettholdelse av et svært høyt elektrisk felt jevnt over et utstrakt område. Tennladningen (ikke vist) er avsatt direkte på toppen av konstruksjonen 242. Tennladningen er blandet eller forbundet med finmalt grafitt eller med en organisk halvleder-følsomhetsfremmer så vel som et bindemiddel. Direkte kontakt mellom tennladningen og metallkonstruksjonen 242 bevirker at tennladningen oppvarmes i det indre som derved bevirker tenningen. Tennladningen kan alternativt ha en komponent, slik som et organisk halvleder-suspendert med et oksyderende middel som reagerer . kjemisk ved tilstedeværelsen av et egnet høyt elektrisk felt i en eksotermisk reaksjon. I dette henseendet kan anordningen bli operert mellom et par volt og tilnærmet lkV og en grensestrøm i størrelsesorden av pico-amper kan bli realisert.

På figur 15 er vist et detonator-avfyringselement 25 som innbefatter en elektronisk halvlederanordning med et silisiumsubstrat 251 til hvilket er tilført, eller i hvilket er diffundert en ladningsinduserende struktur. Den ladningsinduserende strukturen innbefatter en par med avstand anbragte tann-lignende strukturer 252 og 254. Strukturen 252 innbefatter et par med avstand anbragte tenner 256. Strukturen 254 innbefatter likeledes et par med avstand anbragte tenner 258. Tennene 256 og 258 er innrettet med avstand fra hverandre for å tilveiebringe et par med utladningsgap 260. Strukturene 252 og 254 har hver en forbindelsesinnretning 262 og 264, henholdsvis, for forbindelse med en drivkrets (ikke vist). Tennene 256 og 258 er anvendt for å konsentrere et elektrisk felt i gapene 260. Ved elektriske felt som er større enn 5 V/pm kan utladningen finne sted mellom tennene 256 og 258. Så snart utladningen er begynt vil den fortsette inntil den elektriske energien er redusert eller inntil erosjon foregår av tennene 256 og 258, eller ødeleggelse av krystallgitteret har foregått, og inntil feltet har blitt for lite til å kunne opprettholde utladningen.

Et primært sprengstoff (ikke vist) kan bli tent direkte ved utladningen mellom tennene 256 og 258, indirekte ved hjelp av en eksotermisk kjemisk reaksjon med et sjikt som er i kontakt med den utladningsinduserende strukturen.

Det er en fordel ved denne utførelsesformen at det blir tilveiebragt en veldefinert terskel som en funksjon av mellomrommet mellom tennene 256 og 258 og at terskelspenning kan varieres mellom et par volt og omkring 1 kV.

Figur 16 viser et detonator-avfyringselement 270 som innbefatter en lysgenererende mikrochip 272 av N-typen med et sjikt 272A av P-typen til hvilke er påført et primær-sprengstoff. Sprengstoff 274 reagerer på lys generert av mikrochipen 272 som kan være en compound-halvleder laser eller en lysemitterende anordning eller annen egnet lysgenererende innretning, for eksempel en konvensjonell halvleder-anordning som frembringer lys fra plasmaeffekter.

Dersom den lysgenererende mikrochipen 272 er en laser kan tilstrekkelig høy energitetthet bli tilveiebragt for å starte ladningen 274 direkte. Dersom mikrochipen 272 sender ut en belysning av lavere intensitet kan en optisk følsom pyroteknisk blanding bli anvendt for ladningen 274.

Figur 17 viser en annen pakkeanordning av et detonator-avfyringselement for å frembringe en detonator. Detonator-avfyringselementet er montert på en metall blyramme 276 som igjen er montert på en detonatorkapsel 278. En basisladning 280 er anordnet i ene enden av detonatorkapselen 278. Basisladningen 280 kan være av et sprengstoffmateriale av for eksempel typen PETN. En tennladning 282 av et egnet sprengstof fmateriale slik som en 4 : 1 blanding av blyazid og blystyfnat er anordnet tilliggende basisladningen 280. Tenningsladningen 282 er anbragt i tett nærhet til et primærsprengstoff 222, 274 av en av detonator-avfyringselementene beskrevet tidligere og betegnet med henvisningstall 300. Tennladningen 282 er anbragt 1 posisjon ved hjelp av et lokaliseringsdeksel 284.

Metall-blyrammen 276 som bærer detonator-avfyringselementet 300 går gjennom en egnet plugg 286 som tettende lukker en ende av kapselen 278 motsatt dens ende inn i hvilken basisladningen 280 er anbragt. Pluggen 286 tjenere videre til å opprettholde blyrammen i posisjon. Blyrammen 276 gir elektriske ledere for sending av elektrisk signal til detonator-avfyringselementet 300.

Detonator-avfyringselementet 300 utgjør fortrinnsvis styrekretsen (ikke vist), av den art vist på figurene 3 og 6' for å styre tenningen av primærsprengstof fet 222, 274, som er dannet i silisiumsubstratet til detonator-avfyringselementet 300 ved anvendelse konvensjonell mikro-elektroteknikk. Et sikkerhetsledd 301, isolert fra tennladningen 222, 274, og som kortslutter styreledningene til blyrammen 276 er inkorporert av sikkerhetsgrunner.

Aktivering av energiutløsningsanordningen, f.eks. zirkonium-leddet 218 vist på figur 10, bevirker en energiutløsning som aktiverer ladningen 222, 274 som derpå tenner tennladning 282 som igjen tenner basisladningen 280 som setter i gang eksplosjonen ment tent av detonatoren.

Det er klart at prinsippene med oppfinnelsen kan bli uttrykt ved forskjellige utførelsesformer, av hvilke innbefatter en miniatyrisert energi-utløsningsanordning dannet i kombinasjon med en integrert krets. Denne anordningen muliggjør utføring av styrefunksjoner med iboende pålitelighet og feilsikker-hetsoperasjon på en billig måte.

Oppfinnelsen har blitt beskrevet med henvisning til tenn-sprengstoff av fast-stoff typen. Som angitt ved den prinsi-pielle beskrivelsen av oppfinnelsen kan denne bli anvendt i kombinasjon med en vaeskeformet eller gassformet tennspreng-stoff. Detonator-avfyringselementet for dette eksempelet er fortrinnsvis av den art som er basert på bruk av smeltbart ledd eller en høyspenningsutladning. Det smeltbare leddet, når det smelter, sprer glødende fragmenter av leddet inn i det væskeformede eller gassformede tennsprengstoffet som sikrer en riktig detonering. Riktig tenning blir også tilveiebragt med en høy spenningsutladning. I løpet av sammensetningen av detonator-avfyringselementet er det tettet i en beholder slik som beger 72 på figur 5 som kan inneholde vaeskeformet eller gassformet tennsprengstof f. Problemet med avsetning av sprengstoffet på detonator-avfyringselementet blir derved unngått.

Detonatoren ifølge oppfinnelsen og detonator-avfyringselementet kan bli anvendt i forbindelse med ethvert sprengstoff, enten for militær bruk, for gruvebruk eller annen bruk.

Det foreslåtte systemet bruker integrasjon i stor målestokk på en lav-effekt digitalprosess som innbefatter en laveffekt energiutløsende innretning og overspenningsbeskyttelses-innretning for å tilveiebringe et høyt intelligent detonator-chip. Denne enkle chip-løsningspakken i et billig hus med en billig kondensator gir en detonator som kan bli strømforsynt for en brukbar tid fra den billige kondensatoren i tilfellet av at ledningene blir ødelagt av flyvesten.

Kretstettheten mulig på VLSI-kretser blir så anvendt for å tilveiebringe toveis-kommunikasjon til og fra styredata-maskinen. Bruken av en normal datamaskin og kommunikasjoner med høy pålitelighet resulterer i et system som kan bli hurtig tilrettelagt for å passe individuelle brukerkrav.

Varme steder, dvs. energi-utløsningsanordninger, vil bli konstruert for å passe i en standard posisjon på alle chipsene og standard pakketeknikk vil anvendes. Detonatoren kan således bli kundespesifisert ved å bruke på forhånd bestemte vanlige komponenter. Dette utgjør bruk av en teknikk utviklet for halvleder integrerte kretskonstruksjoner for konstruksjon av kundespesifiserte detonator.

Konseptet er slik at for ethvert bestemt system anvendelse kan et lavenergi-varmepunkt bli byttet med et annet med minimal innvirkning på noen av de andre systemmodulene. Energi-utløsningsanordninger slik som halvleder-forbindelser, elektriske feltgeneratorer og lysgeneratorer kan bli erstat-tet med det varme punktet.

Claims (19)

1. Detonator-avfyringselement innbefattende i det minste en energi-utløsende anordning (12,90,225) som er anbrakt på eller i et substrat (10,20,212) i hvilke er fremstilt en integrert elektronisk krets og et sprengstoff (60,222) tilliggende den energi-utløsende anordningen, som ved aktivering tenner sprengstoffet ved hjelp av den energi-utløsende anordningen, karakterisert ved et passiviseringssjikt (34,212,236) mellom i det minste en del av substratet (10,20,212) og i det minste en del av sprengstoffet (60,222).

2. Element Ifølge krav 1, karakterisert ved at passiviseringssjiktet strekker seg over hele den energi-utløsende anordningen.

3. Element ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den innbefatter flere energi-utløsningsanord-ninger.

4. Element ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at energi-utløsningsanordningen (12) er motstandselement på en overflate til et substrat eller i selve substratet (10), idet motstandselementet er dannet av i det minste et av de følgende materialer: nikkelkrom, wolfram, aluminium, zirkonium, polysilisium og metallsilisiumforbindelser, eller ved en diffundert eller innpodet motstand.

5. Element ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at energi-utløsningsanordningen er et halvlederelement (225) som innbefatter i det minste et av følgende elementer: en transistor, en felteffekttransistor, en fire-sjikts anordning, en zenerdiode, og en lysemitterende diode.

6. Element ifølge krav 1, 2 eller 3, karakteri sert ved at energi-utløsningsanordningen er et felteffekt-element (90) som innbefatter to med avstand anordnede elektroder (102; 104) på substratet, idet en spenning er tilført over elektrodene ved bruk derved for å generere et elektrisk felt av høy intensitet eller utladning mellom elektrodene.

7. Element ifølge krav 6, karakterisert ved at det innbefatter en feltfølerinnretning som reagerer ved tilstedeværelsen av et elektrisk felt av høy intensitet for å tenne sprengstoffet (60, 222).

8. Element ifølge krav 1, 2 eller 3 i kombinasjon med en beholder (72), karakterisert ved at sprengstoffet er væskeformet eller gassformet og er anbragt i en tett beholder sammen med detonator-avfyringselementet.

9. Element ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 8, karakterisert ved at sprengstoffet (60,222) er festet additivt i det minste til en overflate til substratet (20,212) eller passiviseringssjiktet, og det brukes et adhesjonsfremmende middel for å forbedre bindingen mellom sprengstoffet og substratflaten.

10. Element ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 9, karakterisert ved at substratet (10,20,212) danner en elektronisk halvlederanordning som innbefatter integrert krets for å styre påvirkningen av detonator-avfyringselementet .

11. Element ifølge krav 10, karakterisert ved at den elektronisk halvleder-anordningen innbefatter en overspennings-beskyttelsesinnretning (30) forbundet med energi-utløsningsanordningen.

12. Element ifølge krav 10 eller 11, karakterisert ved at den elektroniske halvleder-anordningen innbefatter en bryterinnretning (14) forbundet med energi-utløsningsan-ordningen for å tilveiebringe beskyttelse mot induserte elektriske strømmer og nøyaktig styring av tenningen av sprengstoffet.

13. Element ifølge et hvilket som helst av kravene 10 til 12, karakterisert ved at energi-utløsningsan-ordningen er utformet i ett med den elektroniske halvlederanordningen.

14. Element ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 13, karakterisert ved at den integrerte elektroniske kretsen innbefatter bidireksjonale kommunika-sjonsinnretninger.

15. Detonator innbefattende et hus (72), og karakterisert ved at et detonator-avfyringselement ifølge et av kravene 10 til 11 er montert i huset (72), sammen med et sprengstof fmateriale som er anordnet for å bli tent av sprengstoffet.

16. Detonator ifølge krav 15, karakterisert ved at den innbefatter en energilager-innretning (84) for å tilføre elektrisk energi til energi-utløsningsanordningen og til den integrerte kretsen.

17. Sekvensielt sprengningssystem (figur 7) karakterisert ved at det innbefatter flere detonatorer (74) ifølge krav 15 eller 16 som er forbundet sammen, og en innretning (92, 96) for å styre avfyringen av individuelle detonatorer.

18. System ifølge krav 17, karakterisert ved at den integrerte elektroniske kretsen til hvert respektivt avfyringselement innbefatter en kommunikasjonsinnretning (44), som reagerer på et signal fra respektive avfyringsstyreinnretninger (92,96) for å sende et signal angående statusen til den elektroniske halvlederanordningen til avfyringsstyreelementet.

19. System ifølge krav 18 hvor flere detonator-avfyringselementer er koblet i serie (fig. 7) og karakterisert ved en avslutningsenhet (90) forbundet ved ene enden til de serieforbundne detonatorene, idet kommunikasjonsinn-retningene til de respektive detonatoravfyringselementené suksessivt sender sine respektive statussignaler til respektive avfyringsstyreinnretninger og hvor avslutningsenheten (90) sender et signal til avfyringsstyreinnretningen for å identifisere enden på de serieforbundne detonatorene.