NO831831L - Fremgangsmaate og apparat for utloesning av eksplosjoner - Google Patents

Abstract

Detoneringsapparat som omfatter et flertall flerkanals tennerenheter (MCE-enheter) forbundet med en styreenhet som danner et operatør/apparat-mellomledd fjernt fra MCE-enhetenes detonatorkretser. MCE-enhetene måler integritet, resonansfrekvens og impedans ved resonans i detonatorkretsene forbundet med hver kanal,. og blir dermed programmert til å gi optimal avfyrings-strøm ved resonansfrekvensen. Styreenheten forsyner. elektrisk kraft, "forhører" MCE-enhetene om detonatorkretsenes status, og sender avfyringssignaler som skal adlydes av MCE-enhetene etter forutbestemte forsinkel-ser.

Description

Oppfinnelsen angår elektriske apparater for utløsning av eksplosjoner ved å frembringe en elektrisk avfyringsstrøm i et flertall av detonatorkretser.

Mange større sprengningsoperasjoner, såsom stenbrudd og brønnboring, krever sekvensert sprengning hvor sprengladninger eller grupper av sprengladninger blir detonert ved forskjellige tidspunkter, ofte adskilt ved meget små tidsintervaller. Dette byr på mange fordeler, såsom minimalisering av støy og vibra-sjon, mulighet for å oppnå en betydelig sprengdybde med en enkelt sekvens samtidig som man opprettholder en fri flate for hver eksplosjon. Sekvens-sprengning blir vanligvis utført ved hjelp av flerkanalstennerenheter (MCE-Multichannel Exploders), hvor hver kanal er forbundet med en detonatorkrets som forbinder et antall detonatorer (typisk 200) slik at en elektrisk avfy-ringsstrøm tilført detonatorkretsen vil utløse detonatoren. Størrelse og type (dvs. veksel- eller likestrøm) av strøm be-, stemmes av detonatoren. For å oppnå den ønskede sekvens av eksplosjoner etter at en avfyringssekvens er iverksatt, kan forskjellige sprengladninger detoneres til forskjellige tider ved bruk av pyrotekniske eller elektriske forsinkelsesinnretninger i de individuelle detonatorer, eller fortrinnsvis ved bruk av en elektrisk forsinkelsesinnretning i MCE-enheten for å frembringe en avfyringsstrøm i de forskjellige kanaler til forskjellige tider. Begge former kan brukes i kombinasjon.

Man har nå identifisert et antall (ofte farlige) mangler ved konvensjonelle systemer, og har anordnet et apparat som kan over-komme mange av dem, spesielt i apparatets foretrukne utførelse. Man finner således i praksis at det altfor ofte forekommer at bare en del av sprengladningene eksploderer, slik at ueksploderte sprengladninger finnes blant restene etter eksplosjonen - eller . enda farligere - en sprengflate kan være bare delvis adskilt fra en klippe eller skjæreflate, slik at det blir stående igjen en ustabil stenstruktur, inneholdende armerte, men ueksploderte lad-ninger, som kan falle ned når som helst hvis den forstyrres.

Slike feil synes som oftest å skje pga. brudd i detonatorkretsen for én eller flere kanaler. Disse kretsene kunne bli testet hver for seg mens de kobles opp, men pga. MCE-enhetenes nødvendige nærhet til sprengflaten for å oppnå korte detonator-ledninger er slik testing ikke uten sine egne åpenbare faremomen- ter. Det er des.suten ikke ukjent at slike brudd oppstår etter at testingen er ferdi, f.eks. at de forstyrres av en operatør som trekker seg tilbake.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det anordnet et apparat for utløsning av eksplosjoner ved å frembringe en elektrisk av-fyringsstrøm i et flertall tilkoblede detonatorkretser. Apparatet omfatter en kontroll- eller styreenhet som kan plasseres fjernt fra detonatorkretsene, minst én flerkanals tennerenhet (MCE) forbundet med styreenheten og bestående av et flertall.kanaler hvor hver kanal har en utgangsanordning for tilkobling til en av detonatorkretsene; hver MCE omfatter en energilagrings-anordning for å motta og lagre elektrisk energi forsynt fra styreenheten, midler for å teste impedansen av detonatorkretsen forbundet med hver kanal for å sjekke om kretsen er hel eller brutt; og en avfyringsanordning som er følsom for et avfyringssignal fra styreenheten for å omforme i det minste en del av den lagrede energi i lagringsanordningen til en avfyringsstrøm i hver kanal et forutbestemt tidsintervall etter mottak av avfy-ringssignalét; og styreenheten omfatter en energikilde for alle energibehov for de tilknyttede MCE-enheter, en anordning for å "forhøre" hver MCE for å bestemme hvorvidt alle MCE-enhetens kanaler har komplette detonatorkretser, og en avfyrings-signalgenerator for aktivering av MCE-enhetenes avfyringsanordninger.

I mange anvelser er det nødvendig med et betydelig antall MCE-enheter. I slike tilfeller foretre-ker man å utstyr styreenheten og hver MCE-enhet med sende/motta-kretser,. inklusive en adresseringsanordning, slik at hver MCE kan "forhøres" av styreenheten, f.eks. for å bestemme detonatorkretsenes tilstand, ved bruk av en felles kommunikasjonskanal. På denne måten kan man unngå kostnaden av separate sambandskanaler (f.eks. elektriske ledninger eller fiberoptikk) for hver MCE-enhet over distanser som kan være av betydelig lengde.

I anvendelser hvor et større antall MCE-enheter er nødven-dig, oppstår det problem å sikre at alle MCE-enhetene vil reagere på avfyringssignalet fra styreenheten. I det foretrukne apparat har styreenheten en avfyrings-signalgenerator innrettet til å sende minst én karakteristisk frekvens "forhørs"-anordningen er innrettet til å bestemme hvorvidt alle MCE-enhetene detekterer tilstedeværelsen av den karakteristiske frekvens, og hver MCE

■ omfatter en anordning for å detektere den karakteristiske frekvens og en anordning for å rapportere tilstedeværelsen av den karakteristiske frekvens til styreenheten.

De foretrukne MCE-enheter omfatter en prosessor og et flertall kanaler forbundet med og styrt av prosessoren, som også tjener som mellomledd mellom kanalene og sambandskanalen til styreenheten, og hver kanal har sin egen anordning for energi-lagring, for impedanstest og for avfyring. Man foretrekker også at hver avfyringsanordning har en egen innebygget tidsforsin-kelse (heller enn å benytte en felles for alle kanaler i vedkom-mende MCE-enhet), slik at når avfyringssignal-dekoderkretsen sender ut et avfyringssignal etter et signal fra styreenheten, tel-ler hver kanal sin egen forsinkelsestid.

Når likestrøm benyttes som detonatorstrøm foretrekker man å teste detonatorkretsens impedans ved å påtrykke en likespenning som er lavere enn den som er nødvendig for å generere en strøm som såvidt er tilstrekkelig til å avfyre detonatorene. Den impedans som måles ved en slik test er likestrømsmotstanden. Likeledes, når man tester før bruk av vekselstrøm som detonator-strøm, foretrekker man å måle vekselstrømsimpedansen ved påtrykning av en vekselspenning. I begge tilfeller vil en nominell impedans indikere en komplett krets, mens en uendelig høy impedans indikerer et brudd i kretsen.

For hver detektor er det en optimal strømverdi som kan forutbestemmes (f.eks. av produsenten), idet en for lav strøm ikke alltid vil avfyre alle detonatorene og en for høy strøm betyr sløseri ved unødig forbruk av energi. Likeledes, for hver detonatorkrets er det en optimal spenningsverdi, påtrykt kretsen av avfyringskanalen, som genererer den optimale avfyringsstrøm i alle detonatorene. Denne kan bestemmes ved å måle kretsens impedans, f.eks. mens man tester for komplette kretser. Et foretrukket apparat er således ett hvor hver impedanstest-anordning er innrettet til å frembringe en kvantitativ måling av kretsens impedans, og hvor hver kanal omfatter en anordning, følsom for den målte impedans, for å regulere spenningen av den lagrede energi, eller den del av den som blir omformet til avfyrings-strøm, til en spenning som vil generer en forutbestemt optimal strømverdi i detonatorkretsen.

Man finner at likestrømsavfyrte detonatorer, arrangert i serie rundt detonatorkretsen på kjent måte, lider av forskjellige ulemper, såsom følsomhet for forstyrrelser utenfra, kort-slutninger og sammenbrudd av hele detonatorkretser pga. feil i en enkelt detonator. Man foretrekker å benytte transformator-koblede detonatorer av en type som kan bli avfyrt ved bruk av vekselstrøm som induseres inn i en broledning forbundet med en sekundærvikling rundt en transformatorkjerne, og man finner at mange av ulempene med likestrømsavfyrte detonatorer kan bli redusert eller fullstendig unngått. Man foretrekker spesielt å benytte toroidekoblede detonatorer, f.eks. av den type som er utviklet av Imperial Chemical Industries PLC, og markedsført under handelsnavnet "MAGNADET".

Toroidekoblede detonatorer som beskrevet ovenfor blir brukt sammen med ferrittringer. Hver detonator har sin egen ring, hvor den ledende tråd fra hver detonator blir tredd flere ganger (typisk 4 tørn) rundt ringen for å utforme en sekundærkrets. Lengden av de ledende tråder blir tilpasset til å sikre at ringene blir plassert ved munningen av et sprengehull, og energi blir tilført avfyringsanordningen til systemet via en primærled-ning som blir.tredd bare en gang gjennom hver ring.

Et attraktivt trekk ved et system som beskrevet ovenfor er ferrittringenes frekvens-selektive karakteristikk. Ringene har således en båndpass-karakteristikk som effektivt demper lavfrek-venssignaler med frekvens under 10 kHz og høyfrekvenssignaler med frekvens over 100 kHz. Da den ledende tråd for hver detonator således utgjør en isolert, lukket sløyfe, er detonatorene i det vesentlige immune mot lekkasjestrømmer og jordlekkasje.

Et problem med slike systemer er at det ved frekvenser på 15 - 25 kHz (som er det brste frekvensområde for energioverføring via ferrittringene) er betydelige tap av avfyringsstrøm pga. sy-stemets induktans. Dette vil variere, hovedsakelig avhengig av

antallet ferrittringer og tilhørende detonatorer som blir brukt, og av konfigurasjonen av den detonatorkrets som frembringer primærledningen, da den totale impedans er minimum ved detonatorkretsens resonansfrekvens. Det er derfor ønskelig at detonatorkretsen koblet til detonatorene har en resonansfrekvens i området 15 - 25 kHz, og også at kretsens resonansfrekvens er i det vesentlige lik frekvensen av den benyttede detonator-vekselstrøm. Øket avvik fra dette ønskemål leder til øket tap av avfyrings-

strøm.

Det er mulig å avstemme hver krets til e.n fast frekvens

ved å sette inn en seriekondensator med en slik verdi at man får seriresonans ved den faste frekvens. Det ville imidlertid da bli nødvendig å måle induktansen av hver krets, beregne den nød-vendige kapasitansverdi, velge en egnet kondensator fra lager og å koble kondensatoren inn i systemet. Tenne fremgangsmåte er tidskrevende og farlig, og krever et lager av kondensatorer såvel som kyndig personell.

Heldigvis har man funnet at problemet kan løses på en annen måte. Frekvensområdet 15 - 25 kHz er tilstrekkelig bredt til at utgangen av MCE-kanalene lett kan innrettes (f.eks. med en seriekondensator) slik at alle detonatorkretsene vil ha en resonansfrekvens et sted innenfor dette området, til tross for vari-asjoner i antallet av koblede detonatorer. Denne modifikasjon kan forutbestemmes under trygge forhold. Man kombinerer dette med bruken av en avfyrings-vekselstrøm hvis frekvens blir justert til å være lik resonansfrekvensen av den spesielle detonator som tenkes brukt, for som man kan forstå er det mulig at alle detonatorkretser forbundet med en enkelt MCE-enhet er forskjellige. Før man beskriver det apparat som er utviklet for å oppnå disse resultater, bør det imidlertid nevnes at den spenning som kreves for å oppnå en optimal avfyringsstrøm som nevnt ovenfor, vil av-henge av nærheten av avfyringsstrømmens frekvens til detonatorkretsens resonansfrekvens.

Med disse mål i tankene har man i det foretrukne apparat en anordning for impedanstesting, omfattende en variabel frekvensgenerator for å tilføre et vekselstrøms-testsignal til detonatorkretsen, med en strømverdi som er lavere enn den som kreves for å avfyre detonatorene, og med en frekvens som minst omfatter detonatorkretsens resonansfrekvens; en anordning for impedansdetek-sjon, innrettet til å måle impedansen ved resonansfrekvensen; en avfyringsanordning som omfatter en variabel frekvensanordning som kan generere en avfyringsstrøm nær detonatorkretsens resonansfrekvens. For dette benytter testanordningen og avfyringsanordningen fortrinnsvis samme frekvensgenerator, men de tilhørende kretser, vil være forskjellige, i det minste slik at teststrømmen blir meget mindre enn avfyringsstrømmen.

Der kan også være andre forskjeller, idet testsignalet kan være av variabel frekvens, mens avfyringsstr^mmens frekvens er låst til resonansfrekvensen. I et spesielt foretrukket apparat er således den variable frekvensgenerator i testanordningen innrettet til å frembringe et testsignal som sveiper over et forutbestemt frekvensbånd (mest passende 15 - 25 kHz). Testanordningen omfatter også en anordning for å overvåke endringer i detonatorkretsens impedans, for dermed å finne eventuelle frekvenser hvor impedansen går gjennom et minimum, midler for å måle denne minimumsimpedans og frekvensen hvor den forekommer, nem-lig resonansfrekvensen, samt en anordning for å indikere når den målte impedans ikke går gjennom et minimum innenfor det aktuelle frekvensområde. Avfyringsanordningen har en programmerbar innretning for å låse avfyringsstrømmens frekvens til detonatorkretsens resonansfrekvens som bestemt av testanordningen.

En alternativ løsning er automatisk å detektere og låse både test- og avfyringsstrøm til kretsens resonansfrekvens. Dette kan gjøres i ét apparat hvor testanordningen omfatter tilbakekobling fra detektorkretsen, og hvor frekvensgeneratoren er følsom for tilbakekoblingen for å låse testsignalets frekvens til sløyfens resonansfrekvens. Avfyringsanordningen kan så enten blir programmert til å låse seg til samme frekvens, eller den kan operere dynamisk og reagere på tilbakekobling på samme måte som testsignalet. En-kanalstennere som kan brukes effektivt i denne sammen-heng, en i hver kanal av en MCE-enhet, er f.eks. en type som er beskrevet i GB-patentsøknad nr. 81 19236.

På tross av alle de ovenfor nevnte forhloldsregler er det mulig at en eller annen kanal ikke eksploderer, og uten at dette er klart for operatøren. En ytterligere sikkerhetsforanstalt-ning som lett kan legges inn er en anordning i hver MCE-kanal for å detektere når avfyringsstrøm ikke blir sendt i henhold til et avfyringssignal, og en styreenhet med en anordning for å indikere at en kanal har feilet på denne måten. Man foretrekker videre at hver MCE-kanal har en anordning for å identifisere en feilet kanal, og at styreenheten har muligheter for å vise slik identifi-kasjon.

En spesiell utførelse av oppfinnelsen skal nå forklares under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor

Fig. 1 er et helhetsskjerna av avfyringssystemet, og viser en styreenhet og to av et antall MCE-enheter forbundet med den; Fig. 2 viser en MAGNADET avfyringskrets; Fig. 3 er en elektrisk evivalenskrets til en MAGNADET avfyringskrets;

Fig. 4 er et blokkdiagram av styreenheten,

Fig. 5-8 viser detaljer av mikroprosessoren brukt i styrekret- sen, Fig. 9 - 11 viser data-modem og henholdsvis sender- og mottager-filtere som blir brukt både i styreenheten og i MCE-enhetene. Fig. 12 viser styreenhetens avfyringssignal-sender; Fig. 13 viser MCE-enhetens avfyringssignal-mottager; Fig. 14 viser styreenhetens kraftforsyningsenhet og batteri- lader; Fig. 15 er et blokkdiagram av en MCE-enhet; Fig. 16 viser adresse-dekoderkretsen i en MCE-datakrets; Fig. 17 viser en MCE kanalmoduls styrebuss; Fig. 18 viser nummer- og forsinkelsesinnstilling for en MCE- enhet; Fig. 19 - 22 viser henholdsvis adresse-dekoderkrets, datavelger-krets, frekvensgenerator, og avfyrings/forsinkelses-teller for en MCE-kanalmodul; Fig. 23"viser likestrøm/vekselstrøm-inverteringskrets for ge- nerering av avfyringsstrøm; Fig. 24 viser spenningsregulatoren for en MCE-kanalmodul; og

Fig. 25 er et blokkdiagram av en kanalmodul.

Fig. 1 er et elektrisk skjema av avfyringssystemet. Det består av en styreenhet og et antall flerkanals-tennere (MCE) hvorav to er merket MCE 1 og MCE 2. Hver av de to MCE-enhetene er utstyrt med 10 utgangskanaler forbundet med MAGNADET avfy-ringskretser. Elektrisk kraft for å operere MCE-enhetene blir forsynt fra styreenheten over to ledninger i forbindelseskabelen. Styresignaler mellom styreenheten og flerkanalstennerne blir le-

det over den tredje ledning.

Fig. 2 viser en MAGNADET avfyringskrets i mer detalj. Ut-gangskanalen 2-1 er forbundet med MAGNADET-primærkretsen med en lengde avfyringskabel 2-2. På primærkretsen 2-3 er det vist tre MAGNADET detonatorer 2-4. MAGNADET-detonatorkretsen består av en ferritt-ring 2-5 med noen tørn tråd viklet rundt og forbundet med en standard elektrisk detonator 2-6.

Primærkretsen er ført én gang gjennom ferritt-ringen, og

utformer dermed en strømtransformator.

Det henvises'nå til fig. 3, som er en elektrisk ekvivalens-krets for en MAGNADET avfyringskrets forbundet med en MCE-ut-gangskrets. Avfyringskabelen og primærledningen er representert ved en motstand 3-2 og en induktor 3-3, mens MAGNADET-kretsen, som referert tilbake til primærkretsen, er representert ved en motstand 3-4 og en induktor 3-5. Induktoren 3-3 har en typisk verdi på 60 - 600 uH, og motstanden 3-2 har en verdi på 5 - 10 ohm. Likeledes har motstanden 3-4 en verdi på N X 0,125 ohm, hvor N er antallet detonatorer, og induktoren 3-5 har en verdi på N X 2,5 uH. Ferritt-riongene er frekvens-selektive, og har en optimal energioverførings-karakteristikk i frekvensområdet 15 - 25 kHz. Det fremgår således at den induktive karakteristikk av MAGNADET-kretsen er av stor betydning.

For å eliminere den induktive effekt inngår det i utgangs-kanalen en seriekondensator 3-6 av slik verdi at seriekretsen får en resonansfrekvens i området 15 - 25 kHz.

Nå henvises til fig. 4 som viser et blokkdiagram av styreenheten. Denne enheten er bydt rundt en mikroprosessor som blir brukt til å motta kommando og å vise data for operatøren. Prosessoren omsetter kommandoene til styringsbeskjeder for flerka-naltennerne, og sender dem til MCE-enhetene via den frekvens-skiftnøklede (FSK) datamodem. Bekreftelse av kommandomeldinger sammen med .statusopplysninger blir mottatt tilbake fra MCE-enhetene via FSK-modemkretsen. Kommandoen om å begynne avfyring blir sendt til MCE-enhetene fra styreenheten via avfyringssignal-modu-latoren. Elektrisk kraft for MCE- og styreenhetene blir levert av en oppladbar batterienhet.

Fig. 5-8 gir detaljer av styreenhetens mikroprosessor. På fig. 5 er det 8k adresserom av en 6504 mikroprosessor-krets 5-1 delt i 4 av en 21inje/41inje-dekoderkrets 5-61. To utganger blir brukt til å velge den 4k PROM 5-2. Den tredje velger inn/ut-registrene og den siste velger de to RAM-kretsene 5-3, 5-4. Inn/ut-registervalg blir utført av de to 3/8-linjers de-koderkretser 5-7 og 5-8. 5-8 velger register for en skriveoperasjon, mens 5-7 velger register for en leseoperasjon.

Fig. 6 viser bryter-følerkrets og (skjerm)-visning. De fire bryternes status blir overført til databuss av signalet READ SWITCH L som blir generert når bryterstatus-registeret blir adressert.

De seks lampene blir styrt fra lamperegisteret 6-2. Data på.buss'en blir lastet inn i registeret av LOAD AMP H. Utgangen fra registeret styrer Darlington-transistorpakken 6-3 som frembringer jordkobling for å drive lampene.

Den numeriske viserskjerm som er vist på fig. 7 som 7-3 og 7-6 blir styrt fra skjermregisteret; binærkodede desimaldata (BCD) som skal vises blir lastet inn i de sammenlåste 7-segment-dekoder kretsene 7-1 og 7-4. De to transistorkretsene 7-2 og 7-5 frembringer den nødvendige strømforsterkning for å drive de store LED-skjermene.

Serie-inn/ut blir utført på fig. 8 av en standard C-mos-krets UART, 8-3. Serie-data som skal sendes blir lastet inn i UART-kretsen fra databuss ved signaler LOAD TRANS H som blir generert når sender-registeret blir adressert. Når senderregiste-ret er tomt vil TBRE, om senderavbrudds-kretsene er klargjort, generere et avbruddssignal via IRQ.

Mottatte data vil generere et Data Klar (DR)-signal som vil generere et avbruddsønske-signal via IRQ. Data blir lest fra mottageren inn i prosessorkretsen av signalet READ RECEIVER L som blir generert når mottagerregisteret blir adressert. Data-takt-generatoren 5-5 frembringer sende- og mottagerklokke såvel som mikroprosessor-klokke.

Mottagerfeil-flagg og andre statusopplysninger blir lest inn i prosessoren ved READ UART CONT L som blir generert når UART-styreregistrene 8-1, 8-2, 8-4 blir adressert for en leseoperasjon. Styring av ubenyttede senderavbruddskretser blir utført ved å stille 8-1 i styreregisteret.

Styring av modem-senderen blir utført ved å stille eller tilbakestille RTS ff, 8-4. Den data-modem som brukes både i styreenheten og i MCE-enhetene er vist på fig. 7, og er basert på den universelle lav-hastighets modemkrets MC14412. Denne innretning benytter digitalteknikk til å utføre FSK-modulasjon/ demodulasjon. Data som skal sendes blir presentert i seriefor-mat til modulatorkretsen som digitalt syntetiserer en sinusbølge fra en 1MHz referanseoscillator.

Den syntetiserte sinusbølge har stort harmonisk-innhold, og dette blir fjernet av den 4-polige båndpassfilter/forsterker 9-2.

Operasjon av sendeseksjonen blir styrt av RTS-signalet.

Når dette signalet er høyt klargjør det både senderseksjonen av 9-1 og utgangstrinnet av 9-2. Når signalet er lavt blir senderseksjonen 9-1 slått av og utgangstrinnet av 9-23 gjort flytende.

Data mottatt på linjen blir filtrert av mottagerfilteret 9-3 og omformet til en firkant-bølge av komparator-kretsen LM311 ved 9-4. Denne firkantbølgen blir presentert for modem-krétsen hvor den blir demodulert til å frembringe et serie-datasignal. Amplituden av det mottatte signal blir målt av den annen LM311 komparatorkrets 9-5. Hvis amplituden av den mottatte bærebølge fal-ler under terskelverdien blir serieutgangen holdt høy. Fig.' 10 gir detaljer av sender-filtrene brukt både i styreenheten og i MCE-enhetene. Fig. 11 gir detaljer av mottagerfiltrene brukt både i styreenheten og i MCE-enhetene.

Avfyringssignal-senderen i styreenheten er vist på fig. 12.

Avfyringssignalet blir generert av funksjonsgeneratorkret-sen XR2206, 12-1. Oscillasjonsfrekvensen av denne IC blir bestemt av logikk-nivået på ben 9. Når ben 9 blir tatt til lav av avfyringsbryteren, skiftes frekvensen fra "stand-by"-frekvens til avfyringsfrekvens.

Sinusbølgen som genereres ved ben 2 blir forsterket av 12-2. Utgangstrinnet av forsterkeren blir slått på og av ved signalet FIRE RTS som, når det er høyt, klargjør utgangen.

Avfyringssignal-dekoderkretsen som benyttes i hver MCE-enhet er vist på fig. 13.

Avfyringssignalet som sendes av styreenheten blir skilt fra dataene ved båndpassfilteret 13-3 og dekodet av FSK-demodulator-kretsen XR2211, 13-2. Denne innretning er en fase-låst sløyfe som følger inngangssignalet innenfor det aktuelle bånd, og en spennings-komparatorkrets som anordner FSK-demodulasjon. En se-parat kvadratur-fasedetektor anordner deteksjon av bærebølgen. Utgangen fra komparatorkretsen blir OG'et med detekterte bære-bølgesignal for å generere FIRE L-signalet.

Styreenhetens kraftforsyning, batteripakke og batterila-derkrets er vist på fig. 14. Kraftforsyning for styreenheten og flerkanalstennerne kommer fra 12 forseglede blybatterier. Disse batteriene er.bygget inn i styreenheten, og kan lades fra lysnettet ved hjelp av den innebygde ladekrets. Lavspenning for styreenheten blir tatt fra en.tapp på 24 V til to 3-termi-nals regulatorkretser som gir +12 og +5 volt.

Formatet av hver MCE-enhet er vist som blokkdiagram på fig. 15. Konstruksjon av tenneren er basert rundt mikroproses-sorkortet, som setter opp kanalmodulene klar for avfyring og som også tar hånd om datasamband mellom tenneren og styreenheten. Data som skal sendes eller mottas blir frekvenskodet/dekodet av datamodemkretsen. Samband mellom prosessoren og kanalmodulene er over en 8-bit, to-veis databuss. Hver kanalmodul er gitt en adresse på bussen, men underadressering som definerer styreregistrene i hver kanalmodul.

Hver av kanalmodulene vist i blokkdiagrams form på fig. 25 er en komplett enkeltkanal-tenner som kan programmeres fra prosessorenheten for utgangsfrekvens, utgangseffekt og kanalforsin-kelse. Hver kanal omfatter en impedans-målekrets som kan benyttes av prosessorenheten til å avstemme kanalmodulen til den rette avfyringsfrekvens og utgangseffekt.

Selve prosessoren er ikke i stand til å avfyre kanalmodulene. Den er imidlertid i stand til å klargjøre og å slå av avfyringsstyrekretsen i hver kanalmodul og å rapportere dens status tilbake til hoved-styreenheten. Avfyring av kanalmodulene blir gjort i parallell av avfyringssignal-demodulatoren. Når den først er satt i gang, vil hver modul gå, uavhengig av prosessoren og andre utgangsmoduler, og vil fyre av når forsinkelses-telleren kommer til null.

Det egentlige avfyringssignal er frekvensskift-nøklet, og bruker en annen frekvens enn de to brukt av data-modemkretsen. Avfyringssignalet blir etablert ved standby-frekvensen. Så blir . slave-tennerne testet for å sjekke at de mottar denne frekvens.. Hvis testen viser at alt er i orden, finner avfyringen sted ved å endre frekvens til avfyringsfrekvensen.

Elektrisk kraft for modem, avfyringsdemodulator, prosessor- enhet og impedans-målekrets i hver kanalmodul blir levert av en omkoblingsmodus-kraftenhet (switched mode Power Supply, SMPS). Kraft for avfyringskretsene blir levert fra separate spennings-regulatorer i hver kanalmodul.

SMPS-enheten anordner kraftforsyning slik at strømforbru-ket ved 150 volt blir betydelig redusert.

MCE-prosessorkortet vist på fig. 16 inneholder mikropro-sessorkretsen 6504, hukommelse, serielinje-mellomkobling og ka-nalmodulmellomkobling. Det 8k adresserom i mikroprosessorkret-sen 6504, 16-1, blir delt i fire av 2/4-linjer dekoderkretsen 16-6. De to viktigste utganger blir brukt til å velge 4k PROM 16-2. Den neste utgang velger inn/ut-register, mens den siste velger de to RAM-kretsene 16-3, 16-4.

Inn/ut-registervalg blir utført av de to 3/8-linjer deko-derkretser 16-7 og 16-8. 16-8 velger register for en skriveoperasjon, mens 16-7 velger register for en leseoperasjon.

Anordningen for styring av de forskjellige moduler av MCE-prosessoren er vist på fig. 17, og denne virker som følger: Samband mellom prosessoren og kanalmodulene er via en 8-bit adresse/data-buss. Adresse eller data som skal skrives inn på bussen blir "låst" inn i 17-2 ved signalet LOAD I/O H som blir generert når kanalens inn/ut-register blir adressert for en skriveoperasjon. Data blir lest fra bussen via 17-1 når signalet READ I/O L blir generert av adressedekoderen under en lese-syklus.

Styring av kanalmodul-bussen blir utført ved å laste inn kanalmodul-styreregisteret 17-3. Bit 0 av dette register styrer trestillings-utgangen av 17-2. Bit 1 driver RD-styrelinjen, Bit 2 driver WR-styrelinjen og Bit 3 driver LA-styrelinjen.

Styre-bitsekvensen for en komplett utgangssyklus av adresse og deretter data er:

I disse to sekvensene blir bussen forlatt mens prosessoren sender. Under lesesekvensen blir bussen forsiktig snudd rundt ved å slå prosessor-enden av før kanalmodul-enden blir slått på, slik at man unngår en transient-tilstand med begge senderne på.

Det henvises nå til fig. 18: MCE-nummeret blir lest via en leseoperasjon til CONT/MCE-registeret 18-3. MCE-nummeret stilles inn ved å koble bit 0-5 til MCE'ens binærnummer. Bit 6 og 7 i dette register viser status for de to avfyringssignaler FIRE 1 og FIRE 2.

Første forsinkelse blir lest via en leseoperasjon til TØ registeret 18-1. Første forsinkelse stilles ved å stille en av bitØ-7 og de øvrige bit lavt. Forsinkelses-verdien som tilsvarer denne bit-posisjon blir valgt fra en tabell i programmet.

Forsinkelsen mellom kanalene blir lest over en leseoperasjon til TD-registeret 18-2. Forsinkelsen mellom kanalene stilles ved å stille en av bit 0-7 høyt og de øvrige bit lavt. Forsinkelsen som svarer til denne bit-posisjon blir valgt fra en tabell i programmet.

Spenningen tilstede på analog-databussen blir omformet til binærform ved A/D-kretsen 18-4. Omformingen blir igangsatt ved signalet LOAD A/D H som blir generert ved en skriveoperasjon til A/D-styreregisteret. Data fra A/D blir strobet over til data-bussen ved signalet READ A/D L som blir generert under en leseoperasjon til A/D-styreregisteret.

Overføring av adresse/data-buss for kanalmodulene blir ut-ført av kretsene vist på fig. 19. Valg av kanalmodul og register blir gjort ved at prosessoren sender adressen ut på adresse/data-bussen. Bit 5, 4, 3 og 2 velger kanalmodul og bit 1 og 0 velger register innenfor modulen. Når kanalmodul-adressen tilsvarer det kanalnummer som er innstilt av SEL 0- SEL 3 er utgangen av størrelses-komparatorkretsen 19-1 høy.

Etter at adressen er etablert blir lasteadresse-signalet LA påtrykt av prosessoren, og dette låser bit 0 og bit 1 til 2/4-linje-dekodefen 19-5 og stiller SEL-flipflopkretsen 19-2.

For dataoverføringer ut av prosessoren, sender prosessoren så ut dataene på data/adresse-bussen, og etter at disse har etablert seg påtrykkes WD som etter OG-ing med SEL H klargjør 2/4-linje dekoderen 19-5 som så genererer det korrekte laste-signal..

For dataoverføringer inn i prosessoren påtrykker denne signalet RD, som etter.OG-ing med SEL H porter inngangen til dataselektor-kretsen inn på data-bussen som vist på fig. 20. Registervalg blir gjort ved de låste adressebit ADL 0 og ADL 1.

Styrekortet for hver MCE-kanalmodul innbefatter sin egen frekvensgenerator, som vist på fig. 21.

Dette kortet inneholder en 2,00 MHz krystalloscillator som forsyner både forsinkelses-generatoren og den programmerbare frekvensgenerator 21-1 som genererer en firkantb,lge på 15 - 25 kHz i trinn på ca. 2 kHz. Utgangen av denne generator driver likestrøminverteringskretsen og testsignal-generatoren.

Testsignalgeneratoren omfatter en konstantstrøm-generator-krets 21-2, 21-3 som driver en 50 mA firkantbølge inn i ut-gangstransformatorens teststrøms-vikling. Den spenning som genereres over primærviklingen blir omformet til likespenning ved 21-4, og svitsjet via analog-dataselektorkretsen 21-5 inn på analogdata-bussen hvor de blir omformet til binærform av pro-sessorens A/D-krets.

Den eksakte verdi av strømkilden finnes ved å svitsje den til referansemotstanden. Under avfyring blir utgangskretsen også svitsjet til referansemotstanden, da det på dette tids-punkt vil ligge 120 volt over teststrøm-viklingen.

Da denne kretsen forbruker betydelig strøm, blir dens krafttilførsel styrt av TEST ON L.

Prosessoren bruker denne kretsen til å "plott" impedans

Vs frekvens for detonator-avfyringskretsen, og impedansen fal-ler til et skarpt minimum ved resonansfrekvensen. Prosessoren velger så den avfyringsstrøm som gir minimum impedans, og basert, på denne minimumsverdi velges den nødvendige kondensator-spenning.

Den avfyringsforsinkelse som kreves av kanalmodulen blir programmert inn i den nedtellingskretsen som utformes av 22-2, 22-3, 22-5 under etablering av slavekretsen. 1-ms-klokken som driver nedtellingskretsen er anordnet ved for-skalerings-kretsen 22-1. Fasesynkronisering mellom kanalmodulene blir opp-nådd ved å holde denne forskaleringskrets tilbakestilt til av-fyr ingssignalet stiller fremføringssignalet FIRE ON. Når nedtellingskretsen kommer til null, stiller den fremføring FIRE 22-6 og deretter monostabilkretsen 22-7 som så "porter" 15 - 25 kHz-signalet inn på inngangen til likestrøms-inverterings-kretsen.

Armering av avfyringskretsene blir gjort via de to signalene FIRE ENABLE 1 og FIRE ENABLE 2. Disse to signalene blir generert ved å laste styreregisterbit 2 og 3 med en logikk-1.

Når den først er armert venter avfyringskretsen til enten FIRE 1 eller FIRE 2 går lavt og bevirker at FIRE ON-fremførings-signalet 22-4 blir stilt og sekvensen startet.

Detonator-avfyringsstrømmen som flyter ut av kanalen blir overvåket av en liten strømtransformator 22-8, hvis utgangssig-nal blir likerettet og filtrert. Hvis avfyringsstrømmen er av tilfredsstillende verdi vil likespenningsnivået ved utgangen av filteret være tilstrekkelig til å stille signalet CHANNEL OK, 10 msek etter avfyring. Status av denne FF blir så sendt til styreenheten etter at alle MCE-enhetene er avfyrt. Eventuelle feilede kanaler blir vist på styreenhetens skjerm.

Fig. 23 viser detaljer av den likestrøm/vekselstrøm-inver-teringskrets som genererer avfyringsstrøm for detonatorene. Denne består av to par effekt-transistorer arrangert i mottakts-kobling (push-pull). Når FIRE-signalet er lavt er base-driv-strøm til begge parene slått av. Når FIRE-signalet går høyt blir begge 4093-portene slått på, utgangen fra 15 - 25 kHz-oscillatoren blir ført til båse-drivkretsen. Den annen port anordner den nødvendige fase-invertering.

Kretsen for ladning av kondensatorbanken er vist på fig. 24. Denne består av en LM723 spenningsregulatorkrets 24-1 og en analog-dataselektor-krets 24-2 som omkobler referansespen-ningen for regulatorkretsen. Spenninger på 0, 22, 33, 45 volt kan bli valgt ved å laste bit 0 og 1 av kanalmodulens styre-register henholdsvis med 00, 01, 10, 11. Under ladning av kondensatorbanken er ladestrømmen begrenset til 50 mA ved å slå av LM723 ved bruk av transistoren 24-3.

Lavspenningsforsyningen for kanalmodulene blir regulert av transistoren 2'4-5 og tre-terminalregulatoren 24-4.

Claims (12)

1. .1. Apparat for utløsning av eksplosjoner ved å frembringe en elektrisk avfyringsstrøm i et flertall tilkoblede detonatorkretser (1-2), hvor apparatet omfatter en styreenhet (1-1) med en avfyrings-signalgenerator, hvilken styreenhet kan plasseres et sted fjernt fra detonatorkretsene; minst én flerkanals ten-nerenhét (MCE, =. multi channel exploder) (1-2) forbundet med styreenheten og med et flertall kanaler, hver med en utgangsanordning for forbindelse til en detonatorkrets, og hver MCE utstyrt med en avfyringsanordning (15-14) følsom for et avfyringssignal fra styreenheten (1-1) som kan utlade en avfyringsstrøm inn i hver detonatorkrets et forutbestemt tidsintervall etter mottagelse av avfyringssignalet,

   karakterisert ved at hver MCE-enhet omfatter en' energilagrings-anordning (25-7) for å motta og lagre energi til-ført fra styreenheten (1-1), en anordning for å teste impedansen av detonatorkretsen (25-6) forbundet med hver kanal (1-3) ; at styreenheten (1-1) omfatter en energikilde for å levere elektrisk energi til alle tilhørende MCE-enheter, og en anordning (4-1) for å "forhøre" hver MCE-enhet for å bestemme hvorvidt alle MCE-enhetens kanaler har komplette detonatorkretser.
2. 2. Apparat ifølge krav 1,

   karakterisert ved at styreenheten (1-1) har en avfyrings-signalgenerator (4-3) innrettet til å sende minst én karakteristisk frekvens, og forhørsanordningen er innrettet til å bestemme hvorvidt alle MCE'ene detekterer den nevnte karakteristiske frekvens, og hver MCE inneholder en anordning (15-4) for å detektere den nevnte karakteristiske frekvens og en anordning (15-3) for å rapportere tilstedeværelsen av den karakteristiske frekvens til styreenheten (1-1).
3. 3. Apparat ifølge krav 1 eller krav 2,

   karakterisert ved at hver MCE-enhet (1-2) omfatter en prosessor (15-1) og et flertall kanaler (15-2) forbundet med og styrt av den nevnte prosessor, hvor prosessoren (15-1) også danner mellomkobling mellom kanalene (1-3) og sambandskanalen (15-6) til styreenheten (1-1), og hvor kanalene (1-3) har sin egen energilagringsanordning (25-7) og avfyringsanordning (25-2).
4. 4. Apparat ifølge krav 3,

   karakterisert ved at hver kanal har en inne-bygd anordning for impedanstesting (25-6).
5. 5. Apparat ifølge krav 3 eller 4,

   karakterisert ved at hver kanal har en inne-bygd tidsforsinkelses-anordning.
6. 6. Apparat ifølge et av kravene 1-5,

   karakterisert ved at hver impedanstest-anordning (25-6) er innrettet til å frembringe et kvantitativt mål for impedansen i den krets som blir testet; og hver kanal om

   fatter en anordning (25-1) som er følsom for den målte impedans for å regulere spenningen av den lagrede energi, eller den del av den som omformes til avfyringsstrøm, til den spenningsverdi som genererer en forutbestemt optimal strøm i detonatorkretsen.
7. 7. Apparat ifølge et av kravene 1-6,

   karakterisert ved at detonatorkretsen er transformatorkoblet til detonatorer av den type som avfyres med vekselstrøm.
8. 8. Apparat ifølge krav 7,

   karakterisert ved at detonatorkretsene er koblet til elektriske detonatorer gjennom ferrittringer (2-5).
9. 9. Apparat ifølge krav 7 eller 8,

   karakterisert ved at anordningen for testing av detonatorkretsens impedans* omfatter en variabel frekvensgenerator (25-3) for påtrykning av et vekselstrøm-testsignal til detonatorkretsen, med en strøm som er mindre enn den som er nødvendig for å avfyre detonatorene og med en frekvens som minst omfatter detonatorkretsens resonansfrekvens; en impedansdetek-tor-anordning (25-6) innrettet til å overvåke endringer i deto-natrokretsens impedans med endringer i testsignalets frekvens, for derved å finne en eventuell frekvens hvor impedansen er minimum; en anordning for å måle denne minimums-impedans og frekvensen hvor den finner sted; og en anordning (25-5) for å generere en avfyringsstrøm, med frekvens tilnærmet lik detonatorkretsens resonansfrekvens.
10. 10. Apparat ifølge et av kravene 1-9,

    karakterisert ved at hver MCE-kanal (1-3) er utstyrt med en anordning (25-7) for å oppdage om den ikke sender ut avfyringsstrøm i henhold til et avfyringssignal, og at styreenheten har en anordning (6-2) som indikerer at en kanal har feilet på denne måte.
11. 11. Fremgangsmåte for utløsning av eksplosjoner ved å frembringe en elektrisk avfyringsstrøm i et flertall detonatorkretser, som omfatter forbinding av hver detonatorkrets med en kanal (1-3) av minst én flerkanals tennerenhet (MCE) (1-2)' som

    forbindes med en styreenhet (1-1) plassert fjernt fra detonatorkretsene, og som har en avfyringsanordning (15-4) følsom for et avfyringssignal fra styreenheten (1-1) for å utlade en avfy-ringsstrøm inn i hver detonatorkrets et forutbestemt tidsintervall etter mottagelse av avfyringssignalet, karakterisert ved at hver MCE omfatter en kapasitiv anordning (25-7) for mottaging og lagring av elektrisk energi forsynt av styreenheten (1-1) , en anordning (25-6) for testing av impedansen i detonatorkretsen for hver kanal, en anordning (15-3) for å rapportere detonatorkretsens impedans til styreenheten (1-1) , og videre karakterisert ved at styreenheten omfatter en energikilde (4-5) for å forsyne alle de tilkoblede MCE-enheter med den nødvendige elektriske energi,

    en anordning for å "forhøre" hver MCE-enhet (1-2) for å bestemme hvorvidt alle MCE-kanalene (1-3) har komplett detonatorkrets, og en anordning (4-4) for å rapportere til operatøren om en kanal har defekt detonatorkrets; at elektrisk energi blir levert fra den nevnte energikilde til lagringsanordningen (25-7), at impedansen av hver detonatorkrets (2-2) blir testet, at hver MCE-enhet (.1-2) blir "forhørt" og at et avf yringssignal blir generert for å aktivere avfyringsanordningen (15-4) til å frembringe en avfyringsstrøm i.detonatorkretsen.
12. 12. Fremgangsmåte ifølge krav 11,

    karakterisert ved at detonatorkretsene (2-2) er transformatorkoblet til elektriske detonatorer, at impedansen av hver detonatorkrets blir testet ved å påtrykke et veksel-spennings-testsignal på detonatorkretsen ved en frekvens som omfatter detonatorkretsens resonansfrekvens, at impedansen ved resonansfrekvensen måles, og at avfyringsanordningen (15-4) genererer en avfyringsstrøm med frekvens tilnærmet lik detona torkretsen resonansfrekvens.