NO339395B1 - Pyroelektronisk detonator utstyrt med en krets for shunting av en elektrotermisk bro - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en pyroelektronisk tennhette med elektrotermisk broshuntingskrets. Den finner anvendelse i området for pyroteknikk for i det minste å kontrollere avfyringen av tennhetter.

Elektrisk avfyring av tennhetter er en gammel kjent teknikk. Den består i å sende i en elektrotermisk bro i kontakt med en primærsammensetning, via en elektrisk linje, en strøm som er tilstrekkelig til å forårsake avfyring av den primære komposisjon. Den har utviklet seg i den senere tid takket være implementeringen av elektroniske tennhetter som kan motta ordre over den elektriske linjen, for eksempel initiering og/eller programmering av spesifikke seleksjonsordre (forsinking, avfyring...), og/eller som kan sende data over den samme elektriske linjen, for eksempel tennhetteidentifikasjonsdata.

Sikkerhet er et fundamentalt element i dette området av pyroteknikk, og det er blitt utviklet løsninger for reduksjon av risiko for ikke-korrekt avfyring av tennhetten, for eksempel på grunn av transientstrømmer eller på grunn av elektrostatiske utladninger. Faktisk, i det tilfellet der det er rene elektriske tennhetter omfattende kun én elektrotermisk bro koplet direkte til en skuddlinje, kan det implementeres broer, slik som beskrevet i US 6220163 Bl, som krever store energier for å forårsake avfyringen av tennhetten for å redusere følsomheten til sammenstillingen, i tilfelle av tennhetter som innbefatter elektroniske kretser så er dette mer komplekst på grunn av deres iboende følsomhet for svake strømmer og/eller elektrostatiske utladninger. Det er derfor blitt foreslått å implementere i relasjon med de elektriske kretsene, passive beskyttelsesinnretninger, slik som automatiske bryterkretser eller begrensningsenheter (utladere, input diode array, input lavpass RC-filtre...). Disse løsningene er ikke bare passive, de er implementert på skuddlinjegrenseplatesiden (mer generelt muliggjør de kodede kommando og/eller datautveksling og/eller levering for elektroniske tennhetter).

Oppfinnelsen gir for sin del anvendelsen av en aktiv løsning som implementeres i relasjon med den elektrotermiske broen og som involverer plassering av parallell med broen en elektrisk shunt, fortrinnsvis toretningsmessig, styrbar, monostabil eller bistabil. Den foreslåtte løsningen skiller seg fra US 5 460 093 A ved at ladning og utladning av en tennings kondensator er kontrollert. For den bistabile shunten muliggjør kommandoene å putte shunten enten i en stabil lukket tilstand (forhindring av broen fra å drives og følgelig avfyres, shunten fremviser lav elektrisk motstand, spesielt i forhold til motstanden av broen), enten inn i en stabil åpen tilstand (shunten fremviser så høy elektrisk motstand, spesielt i forhold til motstanden til broen og leder følgelig en neglisjerbar strøm). For den monostabile shunten vil kommandoene muliggjøre å putte shunten enten i en tilstand der den kan svitsjes over fra åpen tilstand mot lukket tilstand, nevnte tilstand er en såkalt svitsjovertilstand, der svitsj overen avhenger av en svitsjover terskelverdi til det elektriske brosignalet, svitsjover mot lukket tilstand tilveiebringes når det elektriske signalet påført broen overskrider terskelen, eller inn i en tvungen åpen tilstand. Hvis det foretrekkes kan den monostabile shunten svitsjes inn i en lukket tilstand og svitsjes igjen mot åpen tilstand når det elektriske signalet kommer tilbake under en terskelverdi, tilfellet når den monostabile shunten forblir i lukket tilstand etter svitsjingen er også er undersøkt, det skal forstås at så skal en spesifikk kommando implementeres slik at den svitsjes over igjen mot åpen svitsjovertilstand (der den kan vippe mot lukket tilstand hvis terskelen fortsatt en gang overskrides oppover) eller sende en åpen tilstand kraftkommando.

Det skal forstås at inn i den lukkede tilstanden kan shunten, som er parallell med broen, kortslutte hovedsakelig broen som så ikke kan drives lenger og forårsake avfyring (trenger ikke å være oppvarmet tilstrekkelig lenger for å feile enhver tilstrekkelig strøm som sirkulerer deri). Den monostabile shunten har en størrelse slik at dens svitsjover terskel er mindre enn Rtennhette x Io tennhette, Rtennhette er motstanden til tennhetten og Io tennhette er den maksimale ikke-avfyringsintensiteten til tennhetten, der shunten er ledende over denne terskelverdien og ikke-ledende under denne terskelverdien, noe som gjør ikke-passende initiering umulig. Den monostabile shunten oppfører seg som en kontrollerbar automatisk bryterkrets (chopper circuit) der den lukkede tilstanden impliserer at broen vil kun se ett spenningsområde, ifølge shunttypen, mellom null volt (perfekt kortslutning) og det meste Rtennhette x Io tennhette volt (sann begrensnings-enhet). Fortrinnsvis, for den bistabile shunten, settes shunten inn i den lukkede tilstanden og slik at broen kun ser et spenningsområde ifølge typen shunt, mellom null volt (perfekt kortslutning) og ikke mer enn Rtennhette x Io tennhette volt (sann begrensning).

Oppfinnelsen vedrører følgelig en pyroelektronisk tennhette omfattende en elektronisk krets i det minste for styring av avfyringen av tennhetten ved å sende en avfyringsstrøm inn i en elektrotermisk bro.

Ifølge oppfinnelsen innbefatter Rtennhetten videre minst én elektrisk shuntingsinnret-ning anordnet i direkte forhold med broen, der shuntingsinnretningen er kontrollerbar via kommandoer som muliggjør tilstandsseleksjon, tilstandene er en lavelektrisk motstand lukket tilstand til shunten som har til hensikt å forhindre avfyring av tennhetten mens den slipper igjennom shunten strømmen av broen og en høyelektrisk motstand åpen tilstand av shunten (og følgelig autorisering av avfyring som vil tilveiebringes når en strøm er sendt inn i broen ytterligere til en avfyringskommando koplet eller ikke med en tilstandskommando).

I forskjellige utførelsesformer av oppfinnelsen kan de følgende innretninger som kan anvendes individuelt eller i alle de teknisk mulige kombinasjoner brukes: shunten er bistabil, hvori kommandoene muliggjør å putte shunten enten i en

stabil lukket tilstand, eller i en stabil åpen tilstand,

- shunten er monostabil, der kommandoene muliggjør å putte shunten enten i en svitsjovertilstand, i det minste fra åpen tilstand mot den lukkede tilstanden, der svitsjoveren avhenger av en svitsjover terskel av broelektrisk signal, svitsjoveren mot den lukkede tilstanden tilveiebringes når det elektriske signalet påført broen overskrider terskelverdien, eller inn i en tvungen åpen tilstand, - etter svitsjing over mot den lukkede tilstanden til den monostabile shunten, svitsjer shunten igjen mot den åpne tilstanden når det elektriske signalet kommer tilbake under en terskelverdi, - den monostabile shunten som svitsjer igjen mot den åpne tilstanden når det elektriske signalet kommer tilbake under terskelverdien, fremviser en hysterese, der svitsjover terskelverdien fra den åpne tilstanden til den lukkede tilstanden er større enn svitsjover terskelverdien fra den lukkede tilstanden til den åpne tilstanden, - den monostabile shunten som svitsjer igjen mot den åpne tilstanden når det elektriske signalet kommer tilbake under terskelverdien er tidsforsinket, svitsjoveren tilbake mot den åpne tilstanden skjer etter en forutsatt (preset) forsinkelse straks signalet er kommet tilbake under terskelverdien, - den monostabile shunten som svitsjer igjen mot den åpne tilstanden når det elektriske signalet kommer tilbake under terskelverdien er tidsforsinket, svitsjoveren tilbake mot den åpne tilstanden skjer etter en forsatt (preset) forsinkelse straks signalet er kommet tilbake og forblir under terskelverdien (signalet må forbli under terskelverdien for en viss tid for at svitsjoveren skal finne sted),

etter svitsjing over mot den lukkede tilstanden av den monostabile shunten,

forblir shunten i lukket tilstand, uavhengig av nivået til det elektriske signalet, en spesifikk kommando gjør det mulig å svitsje den over igjen til åpen tilstand (svitsjovertilstand eller tvungen åpen tilstand),

den samme shunten kan være monostabil eller bistabil, avhengig av typen kommando som mottas,

- terskelen er en spenningsterskel valgt ut til å være mindre enn produktet av Rtennhette x Io tennhette, Rtennhette er motstanden til tennhetten og Io

tennhette den maksimale ikke-avfyringsintensiteten til tennhetten,

motstanden i lukket tilstand i shunten er mindre enn motstanden til broen

dividert med 10,

- broens elektriske signal er spenningen ved terminale/kontaktpunktene til broen, broens elektriske signal er spenningen ved terminalene til en kondensator som

har til hensikt å bli utladet gjennom broen under avfyring,

shunten er toretningsmessig (på toppen av en strøm med konstant polaritet -

likestrøm av hvilken som helst slags form - den toretningsmessige shunten slipper igjennom en mulig vekselstrøm) (de elektriske ledningsegenskapene inn i lukket tilstand kan være forskjellig ifølge retningen - polariteten - til den shuntede strømmen, slik som for eksempel i tilfellet av en shunt utformet som en NPN-transistor og til en diode i parallell, katode på kollektoren og anode på emitteren: i en retning ledningsterskelen til dioden, i den andre metnings-spenningen til transistoren som er gjort ledende)

- tennhetten innbefatter en ASIC-konfigurerbar elektronisk krets, shunten kan være inni eller på utsiden av nevnte krets (ASIC = "application specific

integrated circuit"),

shunten er en komponent valgt ut blant minst én (det vil si en eller flere eller en assosiasjon av disse komponentene, for eksempel en transistor og en tyristor eller triac) eller flere av følgende komponenter:

- et elektromagnetisk relé,

- et statisk relé,

- en bipolar transistor,

- en felteffekt transistor,

- en tyristor,

- en triac,

- en mikromekanisk elektrisk svitsj (MEMS),

- en diode,

- en Zener diode,

- en neon,

- ved hvile er shunten i en tilstand svarende til en umulig avfyring (vedrører så vel en tennhette ikke koplet til en avfyringslinje, ikke energilevert, som en tennhette koplet til en avfyringslinje som bærer en kommunikasjon og/eller krafttilførsels-strøm for en kodekontrollert tennhette, utenfor en desinhibering eller aktiver-ingskode er disse betegnelsene ekvivalent) - tennhetten innbefatter videre innretninger for måling av strøm ført gjennom shunten, og endringen eller svitsjoveren mot åpen tilstand er mulig kun hvis strømmålingen er mindre enn en forutbestemt strømterskel/terskelverdi, - tilstandene til shunten styres av kommandoer (koder) sendt over en avfyrings linje koplet til den elektroniske kretsen til tennhetten, kontrollspenningen til åpningen av shunten er større enn den minimale drifts- spenningen til logikken av den elektroniske modulen, - tennhetten ("header") innbefatter innretninger som muliggjør svitsjoveren til en tilstand samsvarende med en mulig avfyring og kontrolleres av en desinhiberingskommando sendt inn i tennhetten, - tennhetten innbefatter innretninger som muliggjør svitsjover til en tilstand svarende til at en umulig avfyring kan styres/kontrolleres av en inhiberings-kommando sendt til tennhetten.

Takket være implementeringen av en shunt, på toppen av økt sikkerhet, er det mulig å utføre tester på tennhetten opp til en elektrisk utladning (simulering av en transient strøm eller avfyringskommando, men med avfyringsinhibering av stabil lukket shunt eller i en svitsjovertilstand) i den endelige kretsen av broen, men uten å forårsake virkelig avfyring av tennhetten siden utladningen er hovedsakelig ført gjennom shunten. Mer grundige tester enn det som var mulig tidligere, kan således utføres.

Denne oppfinnelsen skal nå forklares ved hjelp av eksempel uten å være avgrenset til dette med den følgende beskrivelsen i forhold til de medfølgende figurene: Figur 1 representerer et funksjonsdiagram av en tennhette ifølge den foreliggende oppfinnelsen.

På figur 1 innbefatter Rtennhetten 1 en elektronisk modul 2 koplet ved 3 til en avfyringslinje og gjennom hvilken, ifølge kompleksistetsgraden til modulen 2, en avfyringsstrøm av ordre (koder eller forskjellige instruksjoner blant hvilke avfyringen) mottas av modulen, og eventuelt, data som kan sendes fra modulen til utsiden. Modulen innbefatter en elektronisk kontrollkrets. En termoelektrisk bro 4 er koplet til to elektriske strømtilførselslinjer via et avfyringskontroll/styringselement, trtir, som er en transistor 5, fortrinnsvis MOS slik som på figur 1. En lagringskondensator Ctir er anordnet mellom de to strømtilførselslinjene og har til hensikt å lagre energi spesielt utformet for avfyring. En shunt 7 er anordnet parallelt til broen 4. Åpen eller lukkede tilstander av shunten kan styres av den elektriske kretsen i linjen 8. Den elektriske kretsen, via en linje 6, kan styre avfyringen av pelleten ved å få transistoren 5 til å lede (og tilveiebringe at shunten 7 er i en stabil eller tvungen åpen tilstand).

I tilfellet av en bistabil shunt, muliggjør kommandoene å svitsje shunten fra en stabil åpen tilstand til en stabil lukket tilstand, og omvendt.

I tilfellet av en monostabil shunt, muliggjør kommandoene å svitsje shunten fra en svitsjovertilstand der shunten kan svitsje minst fra en åpen tilstand til en lukket tilstand, ifølge verdien til et broelektrisk signal ved kontaktpunktene/terminalene til broen eller ved kontaktpunktene til kondensatoren Ctir, i forhold til en terskelverdi, eller til å svitsje den mot en tvungen åpen tilstand, eller omvendt. I svitsjovertilstanden kan shunten svitsje over tilbake til åpen tilstand automatisk eller ikke for å tilpasses det elektriske signalet ifølge den implementerte variasjonen.

Fortrinnsvis er det den elektroniske kretsen som styrer svitsjoveren ifølge det elektriske brosignalet, der shunten er i form av en enkel vippesvitsj eller svitsj. Fortrinnsvis er en elektronisk shunt implementert som er eller innbefatter en bipolar eller felteffekt-transistor, spesielt MOS for sistnevnte. I en variasjon der den elektroniske kretsen ikke bærer slike styringer, innbefatter shunten egne innretninger for måling av signalet og for å styre svitsjoveren.

Det er også mulig å implementere ekstra sikkerhetsinnretninger med en strømmåling som går gjennom shunten 7 som er parallell med den termoelektriske broen 4 og tilstanden svitsjover fra lukket tilstand (følgelig inhibert tennsats) mot åpen tilstand (desinhibert tennsats, så autorisering av mulig avfyring) vil kun bli autorisert hvis strømmålingen er mindre enn en terskelverdi.

I en variasjon av oppfinnelsen er det også mulig å implementere videre shunten som er parallell med broen, en ekstra svitsjingskrets (åpen = ikke-ledende/lukket = ledende) kontrollerbar i serier med broen, shunten er parallell med svitsj ingskretsen og med broen, de to sistnevnte er i serier, svitsj ingskretsen har reversert kommandoer i forhold til shunten (for avfyring bør svitsj ingskretsen være lukket og shunten åpen). Alternativt til denne variasjonen kan svitsj ingskretsen være i serier med broen og shunten som er i parallell. I begge tilfeller er svitsj ingskretsen fortrinnsvis atskilt fra avfyringskontroll-elementet 5. Det skal bemerkes at denne variasjonen fremviser tilkortkommenheten ved å tilsette en svitsj ingskrets som kan fremvise en viss indre motstand når den er lukket, her i serier med broen, som kan redusere energien/strømmen levert til broen.

Til slutt og fortrinnsvis, når Rtennhetten er i hvile, ikke brukt, ikke koplet til en avfyringslinje, ikke energilevert til den, selv til og med koplet og kraft levert av en avfyringslinje, så er Rtennhetten initielt (ved fravær av motsatt kommando) i en tilstand av inhibering av avfyringen, det vil si at shunten er i en stabil lukket tilstand (i tilfelle av den bistabile shunten) eller en svitsjovertilstand (i tilfelle av en monostabil shunt) derved forhindrer enhver upassende avfyring.

Claims (13)

1. Pyroelektronisk tennhette (1) innbefattende en elektronisk krets (2) for i det minste å styre avfyringen av tennsatsen ved å sende en strøm inn i en elektrotermisk bro (4), og at tennhetten innbefatter videre i det minste én elektrisk shuntinnretning (7) anordnet parallelt med broen (4),karakterisert vedat den elektroniske kretsen (2) mottar instruksjoner som kommer fra en avfyringslinje for produksjon av kommandoer, den elektriske shuntinnretningen (7) er aktiv og styrbar via kommandoer som muliggjør tilstandsvalg, hvilke tilstander er en lav elektrisk motstandlukket tilstand av shunten (7), som har til hensikt å forhindre avfyringen av tennhetten (1) ved shunting av strømmen fra broen (4) via shunten (7), og at i den lukkede tilstanden ser broen (4) kun et spenningsområde mellom null volt og Rtennhette x Io tennhette volt, der Rtennhette er motstanden i tennhetten (1) og Io tennhette er den maksimale ikke-avfyringsintensiteten til tennhetten, og en høy elektrisk motstand åpen tilstand av shunten (7).

2. Tennhette (1) ifølge krav 1,karakterisert vedat, ved ro, er shunten (7) i en tilstand svarende til en umulig avfyring.

3. Tennhette (1) ifølge et hvilket som helst av kravene 1 eller 2,karakterisert vedat shunten (7) er bistabil, kommandoene gjør det mulig å putte shunten (7) enten i en stabil lukketilstand eller i en stabil åpen tilstand.

4. Tennhette (1) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat shunten (7) er monostabil, kommandoene gjør det mulig å putte shunten (7) enten i en svitsjovertilstand ved i det minste fra åpen tilstand til lukket tilstand, der svitsjoveren avhenger av svitsjoverterskelverdien til det elektriske brosignalet (4), svitsjoveren mot lukket tilstand tilveiebringes når det elektriske signalet påført broen (4) overskrider terskelverdien, eller i en tvunget åpen tilstand.

5. Tennhette (1) ifølge krav 4,karakterisert vedat etter svitsjing over mot lukket tilstand av den monostabile shunten (7), svitsjer nevnte shunt (7) tilbake til åpen tilstand dersom det elektriske signalet faller under en terskelverdi.

6. Tennhette (1) ifølge et hvilket som helst ene av krav 4 eller 5,karakterisert vedat terskelverdien er en spenningsterskelverdi valgt til å være mindre enn produktet av Rtennhette x Io tennhette.

7. Tennhette (1) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat motstanden i lukket tilstand av shunten (7)er mindre enn motstanden av broen (4) dividert med 10.

8. Tennhette (1) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat shunten (7) er en komponent valgt ut blant minst én eller flere av følgende komponenter: et elektromagnetisk relé, et statisk relé, en bipolar transistor, en felteffekt transistor, en tyristor, en triac, en mikromekanisk elektrisk svitsj, en diode, en Zener diode, en neon lyspære.

9. Tennhette (1) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat shunten (7) er toveis.

10. Tennhette (1) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den innbefatter en ASIC-konfigurerbar elektronisk krets, shunten (7) er inni eller utenfor nevnte krets.

11. Tennhette (1) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den innbefatter innretninger som muliggjør svitsjover til en tilstand svarende til en mulig avfyring som kan kontrolleres av en desinhiberingskommando sendt inn i tennhetten (1).

12. Tennhette (1) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den innbefatter innretninger som muliggjør svitsjoveren til en tilstand svarende til en umulig avfyring som kan kontrolleres av en inhi-beringskommando sendt til tennhetten (1).

13. Tennhette (1) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat styringsspenningen av åpningen av shunten (7) er større enn minimums drifts spenningen av logikken i den elektriske modulen.