PT2678633E

PT2678633E - Detonação de explosivos

Info

Publication number: PT2678633E
Application number: PT127069367T
Authority: PT
Inventors: Elmar Muller; Pieter Stephanus Jacobus Halliday; Clifford Gordon Morgan; Paul Dastoor; Warwick Belcher; Xiaojing Zhou; Glenn Bryant
Original assignee: Ael Mining Services Ltd
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2015-07-22
Also published as: CL2013002402A1; CO6771444A2; US9146084B2; PE20140584A1; CN103492829A; PL2678633T3; AU2012221766B2; BR112013021325A2; EP2678633B1; US20150369573A1; EP2678633A1; AR085368A1; AP2013007089A0; EP2913627A1; CA2827749A1; ZA201306473B; AU2012221766A1; US20130319276A1; ES2540573T3; CN103492829B

Description

DESCRIÇÃO

DETONAÇÃO DE EXPLOSIVOS

CAMPO DA INVENÇÃO

Esta invenção refere-se à detonação de explosivos. Mais particularmente, a invenção refere-se a sistemas de detonação destinados a fazer detonar explosivos com os quais estão dispostos numa relação de detonação. Em concordância, a invenção proporciona um sistema de detonação para detonar uma carga explosiva com a qual, em utilização, está disposto numa relação de detonação. A invenção também proporciona um método de operação de um sistema de detonação.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO A detonação de explosivos é, em geral, efectuada por meio de detonadores que são fornecidos numa relação de detonação com as cargas explosivas. Tais cargas explosivas normalmente compreendem os chamados explosivos "principais" ou "secundários".

Na indústria de mineração, em particular, bem como em inúmeras outras indústrias que dependem da utilização de explosivos, por exemplo, a indústria de demolição, o controlo preciso da detonação de explosivos é de grande importância, por motivos que incluem a segurança e a precisão da operação de detonação de explosivos.

De um modo geral, pode-se distinguir entre dois tipos de detonadores, nomeadamente, detonadores eletrónicos e detonadores pirotécnicos.

Os detonadores eletrónicos, de um modo geral, realizam a detonação de um explosivo com o qual estão numa relação de detonação por meio da geração de uma faísca ou plasma de tensão na proximidade do explosivo. Tal faísca ou plasma de tensão é gerada pela quebra de um elemento de resistência ou ponte, que é fornecido entre dois eléctrodos condutores. A ponte resistiva e os eléctrodos são geralmente referidos colectivamente como uma "cabeça de fusível", que fica acomodada dentro de um alojamento do detonador. 0 plasma gera uma onda de choque que é transmitida para a proximidade do explosivo e inicia o explosivo.

Tais detonadores electrónicos, em geral, proporcionam um controlo preciso sobre a detonação, particularmente em relação às suas propriedades de tempo e de atraso. No entanto, os detonadores electrónicos são de fabrico caro e difíceis de usar, exigindo uma fonte de energia separada ou externa e complexas conexões de cabos de transmissão electrónica para permitir a transmissão de electricidade para o detonador e permitir o disparo remoto dos mesmos. Na experiência do requerente, tais conexões do detonador são propensas a falhas e podem até resultar ou permitir a iniciação prematura do detonador e, portanto, do explosivo, possivelmente devido a falsos estímulos, por exemplo, que são proporcionados por interferência de radiofrequência (rf) no local de mineração/demolição.

Em contraste com os detonadores electrónicos que funcionam por meio de um sistema electrónico de atraso, os detonadores pirotécnicos empregam uma série de cargas explosivas que ficam localizadas no interior de um alojamento do detonador para fornecer um sinal de detonação desejado para a carga explosiva principal num tempo e atraso necessários. A série de cargas explosivas geralmente inclui (i) uma carga de iniciação e de vedação, também conhecida como uma carga iniciadora, (ii) uma carga de temporização, (iii) uma carga primária e, opcionalmente, (iv) uma carga de base. A carga de iniciação serve para iniciar a sequência de explosivos em resposta a um sinal de choque transmitido ao mesmo e também funciona como uma carga de vedação que proporciona uma vedação para impedir uma contra-explosão no interior do alojamento do detonador. A carga de iniciação também inicia a carga de temporização que proporciona um atraso de queima desejado para a detonação. A carga de temporização, por sua vez, inicia a carga primária que fornece directamente um sinal de iniciação da detonação para a carga explosiva principal, ou inicia a carga de base que, por sua vez, irá fornecer o sinal de iniciação de detonação desejado para a carga explosiva principal. 0 documento WO 97/01076 AI constitui o ponto de partida para as reivindicações 1 e 17 e descreve um sistema de detonação de explosivos para detonar uma carga explosiva com a qual em utilização, está disposto numa relação de detonação. O sistema inclui uma fonte de tensão carregável descarregada que é electricamente sensível a uma propriedade de carga que é incluída num sinal de carga que, em utilização, comunica-se com o detonador. 0 documento WO 97/01076 Al, no entanto, não ensina que o carga da fonte de tensão pelo sinal de carga poderia ser independente de propriedades particulares do sinal de carga, desse modo permitindo que o sistema diferencie, a partir de um sinal de carga, outros sinais que podem, por outro lado, ter um efeito de carga similar sobre a fonte de tensão carregável.

Os documentos US 4700629 A e WO 2006/096920 Al têm um objecto comparável ao documento WO 97/0107 6 Al.

Como mencionado anteriormente, o inicio da carga de iniciação de um detonador pirotécnico é, em geral, efectuada por transmissão de um sinal de choque ao detonador, sendo tipicamente fornecido por um ou mais tubos de choque que estão localizados numa relação de iniciação com o detonador. A carga de iniciação compreende, então, tipicamente, um explosivo sensível, cuja iniciação pode ser efectuada por uma onda de choque de magnitude suficiente. O tubo de choque é bem conhecido e amplamente utilizado na iniciação de detonadores; compreende um tubo oco de plástico forrado com uma camada de explosivo de iniciação ou núcleo, que tipicamente compreende uma mistura de HMX e alumínio metálico em pó. Após a ignição do explosivo de iniciação (núcleo), uma pequena explosão propaga-se ao longo do tubo na forma de uma frente de onda de temperatura/pressão em avanço, tipicamente a uma velocidade de cerca de 2.000 m/s (cerca de 7.000 pés/s). Ao alcançar o detonador, a onda de pressão/temperatura desencadeia ou inflama a carga de iniciação/vedação no detonador, o que resulta na sequência de ignições acima mencionada e, desse modo, eventualmente provocando a detonação da carga explosiva principal. Apesar do tubo de choque ser economicamente atraente e fácil de usar, não sendo prontamente susceptível a falsos estímulos, os sistemas à base de detonadores pirotécnicos existentes não permitem, de modo algum, o mesmo grau de controlo de temporização e atraso de detonação que se consegue usando detonadores electrónicos, uma vez que as características de temporização e de atraso são fornecidas pelo carga da carga de explosivos do detonador, em vez de pelos componentes eléctricos.

Será, portanto, entendido que cada um dos sistemas de detonação electrónicos e pirotécnicos têm desvantagens particulares associadas com os mesmos, cujas desvantagem impactam negativamente na fiabilidade operacional, segurança e facilidade de utilização de tais sistemas. Mais particularmente, embora os sistemas electrónicos de detonação sejam atraentes da perspectiva da precisão de controlo que os mesmos oferecem, as disposições complexas de fios de transmissão de tensão e conexões que são necessárias apresentam uma apreensão. No que se fere a sistemas de detonação pirotécnicos, embora os mesmos ofereçam a capacidade de utilizar tubo de choque e evitar a utilização de complexos fios de transmissão, os mesmos apresentam dificuldades em alcançar controlo de atraso de detonação e precisão.

Por conseguinte, a presente invenção tem por objectivo, de uma maneira genérica, proporcionar uma abordagem para operar detonadores explosivos que aborda e, pelo menos em parte, alivia as desvantagens associadas com a iniciação de detonadores de explosivos, tanto pirotécnicos como electrónicos.

Mais especificamente a presente invenção tem como objectivo tratar das dificuldades de conexões complexas de fios de transmissão de sinal eléctrico que estão associadas com o funcionamento de sistemas de detonação electrónicos e também as dificuldades de temporização e controlo de atraso inexactos associadas com os sistemas de detonação pirotécnicos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com um aspecto da invenção, é proporcionado um sistema de detonação de explosivos de acordo com a revindicação 1.

Para efeitos da continuidade com a memória descritiva do pedido de prioridade número ZA2011/01370 em particular, deve ser observado que o sistema de detonação corresponde, de uma maneira ampla, com o detonador descrito no documento ZA2011/01370. Mais particularmente, a fonte de tensão carregável descarregada compreende, de uma maneira genérica, a fonte de tensão integrada do documento ZA2011/01370.

Em utilização, quando a diferença de potencial gerada entre os eléctrodos é igual ou excede a tensão de ruptura da ponte resistiva, uma faísca ou plasma de tensão é gerada entre os eléctrodos. Este plasma, por sua vez, gera um sinal de choque que provoca, directa ou indirectamente, a iniciação e, desse modo, a detonação da carga explosiva com a qual o sistema detonador está disposto numa relação de detonação. 0 alojamento do detonador pode, numa forma de realização da invenção, ser de forma cilíndrica. 0 detonador pode também incluir um suporte ou substrato sobre o qual o circuito de detonação é fornecido. Em tal caso, o suporte ou substrato, também será, desse modo, localizado no interior do alojamento do detonador. 0 substrato pode, tipicamente, ser um substrato flexível e pode compreender PET (tereftalato de polietileno), PEN (naftalato de polietileno), PI (polietileno imina) ou papel revestido. 0 trajecto condutor do circuito de detonação, e, de preferência o próprio circuito de detonação, de preferência, compreende circuitos integrados, sendo portanto, integrados com o substrato. Numa forma de realização da invenção, o trajecto condutor pode ser gravado no substrato. De preferência, no entanto, o circuito integrado é impresso um circuito integrado, sendo impresso sobre o substrato tal como a seguir descrito em mais detalhe.

Além disso, pelo menos alguns, mas de preferência todos os componentes do circuito de detonação que são fornecidos ao longo do trajeto condutor, isto é, a cabeça de fusível (que compreende tanto os eléctrodos como a ponte resistiva) e a fonte de tensão, podem também ser impressas no substrato por métodos de impressão adequados tal como a seguir descrito em mais detalhe. É, portanto, preferido que estes componentes não compreendem os chamados dispositivos montados na superfície (ou SMD).

Será, portanto, entendido que, de um modo preferido, o circuito de detonação, na sua totalidade, é um circuito impresso, não tendo qualquer SMD nele incluído. A impressão do circuito de detonação, isto é, o trajecto condutor e os seus componentes, podem ser por meio de impressão por jacto de tinta, rotogravura, serigrafia, litografia off-set, flexografia, ou qualquer outro método adequado de bobina a bobina. A ponte resistiva da cabeça de fusível pode compreender um elemento resistivo. Tipicamente, o elemento resistivo pode ser um elemento de película fino, um dispositivo montado na superfície, ou um elemento resistivo obtido por uma técnica de imersão química. Quando obtido por uma técnica de imersão química, o elemento resistivo pode ser aplicado ao substrato por imersão do substrato sobre o qual os eléctrodos são fornecidos num produto químico adequado, isto é, imersão em oxidante, combustível e/ou explosivo, e depois disso permitindo que o produto químico seque. De preferência, no entanto, o elemento resistivo é um elemento resistivo de película fina impresso, sendo tipicamente impresso com uma tinta condutora ou polimérica apropriada, ou pasta de metalização que é à base de ouro, cobre, prata, carbono, aço inoxidável ou alumínio. A pasta pode também ser à base de carbono, com o carbono sendo na forma de nanotubos de carbono. A produção de energia a partir da ponte resistiva pode ser melhorada pela adição de uma camada impressa num produto químico de aumento de produção adequado (oxidante, combustível e ou explosivo). Por 'aumento de produção', refere-se em particular, mas não exclusivamente, à onda de choque que é gerada pela ruptura da ponte resistiva.

Os eléctrodos da cabeça de fusível também podem ser impressos no substrato, tipicamente, também por meio de um condutor adequado, por exemplo, tinta ou pasta metálica ou polimérica, tal como aqui anteriormente descrito.

Como será entendido, a fonte de tensão não é uma fonte de tensão pré-carregada, tal como uma célula electroquímica ou bateria. 0 sistema detonador é, portanto, fornecido com a condição de que a fonte de tensão não seja pré-carregada e, portanto, não é capaz, na ausência do sinal de carga, de gerar a tensão de ruptura entre os eléctrodos. A fonte de tensão, e desse modo o sistema de detonação, podem, portanto, ser considerados como estando inicialmente num estado passivo, até que o mesmo ficarem expostos à propriedade de carga do sinal de carga. 0 sistema de detonação inclui um tubo de choque que é fornecido em proximidade de iniciação ao detonador. 0 sinal de carga compreende um sinal de choque que é fornecido pelo tubo de choque, e propagado ao longo do mesmo. 0 tubo de choque compreende um corpo oco alongado, dentro do qual é proporcionado um explosivo de tubo de choque, cuja detonação fornece o sinal de choque. 0 tubo de choque pode também conter, para além do explosivo do tubo de choque, um produto químico foto-luminescente que proporciona ou aumenta o impulso luminoso de carga. 0 produto químico foto-luminescente pode, tipicamente, ser um produto químico fluorescente ou fosforescente ou, alternativamente, pode ser um precursor para um produto químico foto-luminescente, caso em que pode ser capaz de se transformar num produto químico foto-luminescente em condições explosivas. 0 produto químico foto-luminescente pode, numa forma de realização da invenção, ser inorgânico e compreender um sal de metal de terras raras ou combinações de dois ou mais sais. Tipicamente, os sais podem ser seleccionados de sais de óxidos, sais de nitrato, sais de perclorato, sais de persulfato e suas combinações. Alternativamente, o produto químico foto-luminescente pode ser um precursor para um tal sal ou outro óxido luminescente.

Sendo carregável por natureza, e, inicialmente, numa condição descarregada, o funcionamento da fonte de tensão é dependente de um estímulo fornecido por uma energia externa ou fonte de energia. Esta fonte de energia externa é, naturalmente, a propriedade de carga do sinal de carga. Deve ser entendido que tal energia externa ou fonte de energia, não é considerada como a fonte de tensão, uma vez que a geração da diferença de tensão entre os eléctrodos é conseguida por meio da fonte de tensão que é integrada com o circuito de detonação e não por meios da fonte de energia externa. A própria fonte de energia externa, na ausência da fonte de tensão, portanto, não é capaz de gerar a diferença de potencial entre os eléctrodos.

Numa forma de realização da invenção, a fonte de tensão pode incluir uma célula fotossensível, tal como uma célula fotovoltaica. Embora a célula fotovoltaica possa ser um SMD, a célula fotovoltaica é, de preferência, uma célula fotovoltaica impressa que é impressa sobre o substrato. Tipicamente, a célula fotovoltaica é uma célula fotovoltaica orgânica (OPV), tal como uma célula fotovoltaica orgânica P3HT:PCBM. A célula fotovoltaica orgânica pode ser impressa no substrato, tipicamente com uma tinta à base de éster metílico do ácido fenil-C61-butírico (PCBM) e uma tinta à base de politiofeno, ou mais particularmente poli (3-hexiltiofeno) ou (P3HT).

Numa outra forma de realização da invenção, a fonte de tensão pode compreender um componente electrónico passivo, tal como um condensador e um componente de carga que está operacionalmente associado com o condensador ao longo do trajecto condutor do circuito de detonação, sendo desse modo capaz de carregar o condensador. 0 componente de carga pode ser electricamente sensível à propriedade de carga, de tal modo que a exposição do componente de carga à propriedade de carga resulta que o componente de carga carrega o condensador, deste modo tornando o condensador capaz de gerar uma diferença de potencial entre os eléctrodos, pelo menos, igual à tensão de ruptura da ponte resistiva. 0 componente de carga pode, por conseguinte, ser configurado para fornecer uma carga de magnitude suficiente para o condensador, de tal modo que a descarga do condensador resulta na geração da tensão de ruptura, a menos que um reforço de tensão seja empregue como descrito a seguir. Deve ser entendido que, numa tal forma de realização, a fonte de tensão compreende, por conseguinte, tanto o condensador como o componente de carga. 0 componente de carga pode, tipicamente, compreender uma ou mais transístores que estão em comunicação eléctrica com a fonte de tensão ao longo do trajecto condutor do circuito de detonação.

Numa outra forma de realização da invenção, a fonte de tensão pode compreender um ou mais transístores, desse modo, na ausência de um componente eléctrico passivo, tal como um condensador e com o próprio transístor a constituir a fonte de tensão.

Quando a propriedade de carga compreende o impulso luminoso de carga, o transistor, seja o componente de carga ou a fonte de tensão, pode incluir um material fotossensível que é sensível ao impulso luminoso de carga, em função da sua tensão de saída, e com uma mudança activada por luz no material fotossensível no impulso luminoso de carga resultando num aumento na tensão de salda do transístor.

Numa forma de realização da invenção, o transístor pode estar operativamente associado, isto é, formar uma heterojunção de volume, com uma célula fotovoltaica orgânica. Por exemplo, o transístor pode ser um transístor orgânico de película fina à base de pentaceno tendo uma célula fotovoltaica orgânica P3HT-PC6iBM funcionalmente associada com o mesmo. Em tal caso, a foto-sensibilidade é, por conseguinte, transmitida ao transístor pela célula fotovoltaica orgânica.

Numa outra forma de realização da invenção, o transístor pode compreender um transístor orgânico de película fina de multicamadas, tendo camadas alternadas de Cu e ftalocianina e 3,4,9,10-perilenetotracaboxílico bis-benzimidazol.

Ainda numa outra forma de realização do invento, o transístor pode compreender uma heterojunção de volume, isto é, sendo a associação operativa de poli (3-octil-tiofeno) e PCBM um derivado de Cõo ·

Ainda adicionalmente, o transístor pode compreender díades orgânicas dadoras/receptoras ligadas de forma covalente.

Quando a propriedade de carga compreende a temperatura de carrega, o transístor pode incluir um material sensível à temperatura que é sensível à temperatura de carga como função da tensão de saída, com uma mudança termicamente activada no material sensível à temperatura na temperatura de carga que resulta, desse modo, num aumento da tensão de saída do transístor.

Quando a propriedade de carga compreende a pressão de carga, o transistor pode incluir um material sensível à pressão que é sensível à pressão de carga como função da tensão de saída, com uma mudança activada por pressão no material sensível à pressão na pressão de carga resultando num aumento da tensão no transístor de saída.

Como mencionado acima, o transístor pode, em particular, ser um transístor orgânico de película fina (OTFT, Organic Thin Film Transistor). Em alternativa, o transístor pode ser um transístor orgânico de efeito de campo (OFET, Organic Field Effect Transistor). 0 transístor pode, em particular, ser impresso sobre o substrato, sendo, portanto, um transístor impresso. Quando o transístor compreende um OTFT ou OFET, o mesmo pode ser impresso sobre o substrato por meio de uma tinta orgânica adequada associada com os componentes do OTFT ou OFET.

Em ainda uma outra forma de realização da invenção, a fonte de tensão pode compreender um dispositivo de identificação por radiofrequência (RFID, Radiofrequency Identification Device) activo ou passivo que é sensível, como função da sua tensão de saída, à radiofrequência de carga. Em tal caso, o sinal de carga pode ser um sinal de rádio, que tem a radiofrequência de carga, que é transmitida para a fonte de tensão, isto é, o RFID, a partir de um transmissor de sinal de rádio.

Em utilização, o sistema de detonação estará inicialmente numa condição passiva e não-detonável, com a fonte de tensão de carga na condição sem carga. 0 sistema de detonação não é, portanto, capaz de efectuar a detonação de uma carga explosiva. No entanto, uma vez que o sinal de carga é transmitido à fonte de tensão, quer por meio de um sinal de choque propagado ao longo do tubo de choque quer por meio de um sinal de rádio transmitido por um transmissor de rádio, a fonte de tensão torna-se carregada e, portanto, capaz de gerar a tensão de ruptura entre os eléctrodos. A geração de um sinal de detonação eléctrico é, desse modo, conseguida através da transmissão de um sinal de iniciação análogo, ou melhor, à base de pirotecnia (que compreende o sinal de carga). 0 sistema de detonação pode também incluir, como parte do circuito de detonação, um dispositivo de atraso electrónico que atrasa a geração da tensão de ruptura ao longo dos eléctrodos durante um período de atraso desejado. 0 atraso electrónico é, portanto, mantido, enquanto a exigência de ligações de fios de transmissão eléctrica complexos é evitada, permitindo a utilização de tubo de choque. 0 sistema de detonação pode, tipicamente, incluir ainda um ou mais componentes de gatilho que são sensíveis a uma ou mais das propriedades de carga, tipicamente como uma função da sua condutância ou condutividade. Tais componentes de gatilho podem também ser integrados com os circuitos de detonação e podem inicialmente obstruir a geração da tensão de ruptura, até que eles sejam expostos à propriedade de carga para a qual são sensíveis e que resulta no aumento da sua condutância. Com a sua condutância aumentada, a obstrução que eles forneceram é removida e, por conseguinte, a geração da tensão de ruptura é permitida. Tais componentes de gatilho podem, tipicamente, incluir um ou mais transístores que incluem materiais que são sensíveis, como função da sua condutância, a uma ou mais das propriedades de carga do sinal de carga. Prevê-se que, desta forma, pelo menos uma propriedade de carga pode ser usada para carregar a fonte de tensão e pelo menos uma outra propriedade de carga pode ser usada para disparar o sistema de detonação para a geração da tensão de ruptura.

De acordo com outro aspecto da invenção, é proporcionado um método para fazer funcionar o sistema de detonação de acordo com a reivindicação 17 . 0 sistema de detonação pode, em particular, ser um sistema de detonação como aqui descrito anteriormente e, portanto, de acordo com a invenção.

Quando a propriedade de carga compreende uma radiofrequência de carga, o sinal de carga pode ser um sinal de rádio com a radiofrequência de carga.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A invenção será agora descrita a titulo de exemplo ilustrativo, apenas com referência ao desenho esquemático anexo, que mostra, conceptualmente, um sistema de detonação de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Com referência ao desenho, o numeral de referência 10 indica, de uma maneira genérica, um sistema de detonação de explosivos de acordo com a invenção. O sistema de detonação 10 compreende um detonador electrónico de atraso de tempo 11 e tubo de choque 15, o qual está ligado ao detonador 11, mais particularmente a um alojamento cilíndrico 13 do detonador 11. O tubo de choque 15 está, desse modo, em proximidade de iniciação ao detonador 11. Deve ser entendido que o tubo de choque 15 não precisa estar fisicamente ligado ao detonador 11 em todas as formas de realização. 0 detonador 11 inclui uma fonte de tensão 12 e uma cabeça de fusível 14 que estão operacionalmente ligadas ao longo de um trajecto condutor 16. 0 trajecto condutor 16, juntamente com a fonte de tensão 12 e a cabeça de fusível 14, proporciona um circuito de detonação que é genericamente indicado pelo numeral de referência 17.

Será entendido que o detonador 11 não inclui quaisquer composições pirotécnicas e que, por conseguinte, o sistema de detonação 10 compreende uma combinação de um sistema de detonação pirotécnico, que é representado pelo tubo de choque 15, e um sistema de detonação electrónico, que é representado pelo detonador electrónico 11. O detonador 11 inclui um suporte ou substrato 18 sobre o qual o circuito de detonadores é fornecido. O substrato 18 é, desse modo, localizado no interior do alojamento 13 do detonador. O substrato é um substrato flexível, sendo de qualquer um de PET, PEN, PI ou papel revestido. O trajecto condutor 16 compreende um circuito integrado, que é gravado no substrato 18, ou, mais de preferência, que é impresso sobre o substrato por meio de jacto de tinta, rotogravura, serigrafia, litografia off-set, flexografia e outros métodos de bobina a bobina.

De modo similar, pelo menos alguns, mas de preferência todos os componentes do circuito de detonação 17 proporcionados ao longo do trajecto condutor 16, isto é, a fonte de tensão 12 e a cabeça de fusível 14 (que compreende tanto os eléctrodos como a ponte resistiva), são também impressos no substrato 18. Desse modo, é preferido que estes componentes não compreendam os chamados dispositivos montados na superfície (SMD). A cabeça de fusível 14 compreende dois eléctrodos condutores espaçados (não ilustrados), com uma ponte resistiva (não ilustrada) que abrange um espaço entre os eléctrodos. 0 trajecto condutor 16 passa ao longo de ambos os eléctrodos e a ponte resistiva. A ponte resistiva compreende um elemento resistivo, que é um elemento de filme fino ou um dispositivo montado na superfície. Tipicamente, o elemento resistivo pode ser um elemento de filme fino, um dispositivo montado na superfície, ou um elemento resistivo obtido por uma técnica de imersão química.

Quando obtido por uma técnica de imersão química, o elemento resistivo pode ser aplicado ao substrato por imersão do substrato sobre o qual os eléctrodos são fornecidos num produto químico adequado, isto é, imersão em oxidante, combustível e/ou explosivo, e depois disso permitindo que o produto químico seque. De preferência, no entanto, o elemento resistivo é um elemento resistivo de película fina impresso, sendo tipicamente impresso sobre o substrato 18 com uma tinta condutora ou polimérica apropriada, ou pasta de metalização que é à base de ouro, cobre, prata, carbono, aço inoxidável ou alumínio. A pasta pode também ser à base de carbono, com o carbono sendo na forma de nanotubos de carbono. A produção de energia a partir da ponte resistiva pode ser melhorada pela adição à mesma de uma camada de intensificação impressa num produto químico adequado (oxidante, combustível e ou explosivo).

Os eléctrodos da cabeça de fusível são também, de preferência, impressos sobre o substrato 18 com uma tinta ou pasta condutora adequada, por exemplo, metálica ou polimérica, tal como aqui anteriormente descrito. 0 tubo de choque 15 tem um corpo oco alongado, no interior do qual é proporcionado um explosivo de tubo de choque, cuja detonação fornece um sinal de choque. A fonte de tensão 12 é uma fonte de tensão carregável descarregada, que é electricamente sensível a uma propriedade de carga, que está incluída num sinal de carga que, em utilização, está em comunicação ao sistema de detonação 10. Em particular, a exposição à propriedade de carga carrega a fonte de tensão 12, tornando assim a fonte de tensão 12 capaz de gerar uma diferença de potencial entre os eléctrodos da cabeça fusível 14, cuja diferença de potencial é, pelo menos, igual à tensão de ruptura da ponte resistiva. A geração de tal diferença de potencial, tais entre os eléctrodos resulta na geração de uma faísca ou plasma de tensão entre os eléctrodos devido à ruptura da ponte resistiva. Esta faísca ou plasma de tensão é utilizada então para iniciar ou detonar um explosivo com o qual o detonador 10 está disposto numa relação de detonação.

De acordo com a invenção, a propriedade de carga compreende pelo menos um impulso luminoso de carga, e opcionalmente, uma pressão de carga, uma temperatura de carga e uma rádio frequência de carga. A fonte de tensão 12 é, desse modo, electricamente sensível a pelo menos ao impulso luminoso de carga, e opcionalmente, à pressão de carga, temperatura de carga e rádio frequência de carga.

Numa forma de realização da invenção, a fonte de tensão 12 compreende uma célula fotossensivel, tal como uma célula fotovoltaica. Embora a célula fotovoltaica possa ser um SMD, a célula fotovoltaica é, de preferência, uma célula fotovoltaica impressa que é impressa sobre o substrato. Em particular, a célula fotovoltaica é uma célula fotovoltaica orgânica, tal como uma célula fotovoltaica orgânica P3HT:PCBM. A célula fotovoltaica orgânica é também, de preferência, impressa no substrato, tipicamente com uma tinta à base de éster metilico do ácido fenil-C61-butírico (PCBM) e um politiofeno, ou mais particularmente tinta à base de poli(3-hexiltiofeno) ou (P3HT).

Alternativamente, a fonte de tensão 12 compreende um condensador e um componente de carga 12.1 que compreende um transístor que está operacionalmente ligado ao condensador ao longo do transcurso condutor 16. 0 componente de carga 12.1, isto é, o transístor, está, por conseguinte, configurado para fornecer uma carga de magnitude suficiente ao condensador, de tal modo que a descarga do condensador resulta na geração da tensão de ruptura, a menos que um reforço de tensão seja empregue como descrito a seguir.

No desenho, o componente de carga 12.1 está incluído no trajecto condutor 16 ao longo da rota alternativa 16.1. 0 componente de carga 12.1 é electricamente sensível à propriedade de carga, de tal modo que a exposição do componente de carga 12.1 à propriedade de carga resulta que o componente de carga 12.1 carrega o condensador, tornando deste modo o condensador, capaz de gerar uma diferença de potencial entre os eléctrodos. A sensibilidade do transístor, como o componente de carga 12.1, à propriedade de carga é conseguida da maneira descrita a seguir.

Ainda numa outra forma de realização da invenção, a fonte de tensão 12 pode compreender um ou mais transístores, seleccionados de transístores orgânicos de película fina e transístores orgânicos de efeito de campo. 0 transístor é, em tal forma de realização, por conseguinte, configurado para fornecer uma carga de magnitude suficiente ao condensador, de tal modo gue a descarga do condensador resulta na geração da tensão de ruptura, a menos gue um reforço de tensão seja empregue como descrito a seguir.

Independentemente do facto do transístor ser a fonte de tensão 12 ou o componente de carga 12.1, guando a propriedade de carga compreende o impulso luminoso de carga, numa forma de realização, para proporcionar sensibilidade ao impulso luminoso de carga, o transístor inclui um material fotossensível gue é sensível ao impulso luminoso de carga, em função da sua tensão de saída de tal modo que uma mudança activada pela luz no material fotossensível no impulso luminoso de carga resulta num aumento da tensão de saída do transístor. Mais particularmente, o transístor, numa forma de realização, inclui uma célula fotovoltaica orgânica que fornece um material fotocondutor que constitui o material fotossensível. Em tal forma de realização, o transístor está operacionalmente associado, isto é, forma uma heterojunção de volume com a célula fotovoltaica orgânica. Por exemplo, o transístor pode ser um transístor orgânico de película fina à base de pentaceno que tem uma célula fotovoltaica orgânica P3HT-PC6iBM operativamente associada, isto é, formando uma heterojunção de volume com o mesmo. Numa outra forma de realização da invenção, a fim de tornar o transístor sensível ao impulso luminoso de carga, o transístor compreende um transístor orgânico de película fina de multicamadas, que tem camadas alternadas de Cu, ftalocianina e 3,4,9,10-perilenetotracaboxílico bis-benzimidazol. Ainda numa outra forma de realização da invenção, para tornar o transístor sensível ao impulso de luz de carga, o transístor compreende uma heterojunção de volume, isto é, associação operativa, de poli(3-octil-tiofeno) e PCBM, sendo um derivado de C6o · Ainda adicionalmente, a fim de tornar o transístor sensível ao impulso luminoso de carga, o transístor pode possivelmente compreender díades orgânicas dadoras/receptoras ligadas de forma covalente.

Quando a propriedade de carga compreende a temperatura de cara, a fim de proporcionar sensibilidade à temperatura de carga, o transístor inclui um material sensível à temperatura que é sensível à temperatura de carga como função da sua tensão de saída de tal modo que uma mudança termicamente activada no material sensível à temperatura na temperatura de carga resulta num aumento na tensão de saída do transístor. 0 material sensível à temperatura é tipicamente um material polimérico ferroeléctrico, de preferência um fluoreto de polivinilideno (PDVF). Em tal caso, o material sensível à temperatura está presente no transístor como um condensador de película fina de polímero piezo ou piroeléctrico que foi, desse modo, integrado com o transístor.

Quando a propriedade de carga compreende a pressão de carga, a fim de proporcionar sensibilidade à pressão de carga, o transístor inclui um material sensível à pressão que é sensível à pressão de carga como uma função da tensão de saída e com uma mudança activada por pressão no material sensível à pressão na pressão de carga resultando num aumento na tensão de saída do transístor. 0 material sensível à pressão pode incluir uma borracha sensível à pressão, que constitui uma camada do transístor, e/ou um laminado sensível à pressão, que constitui um laminado externo do transístor.

Mais particularmente, desse modo, o transístor pode compreender tipicamente uma integração de um transístor orgânico de película fina (OTFT) com o material sensível à pressão. 0 material sensível à pressão pode, em particular, ter uma resistência variável que é uma função da sua deformação mecânica, conferindo, desse modo, uma alteração na condutividade ao OTFT na pressão de comutação que é suficiente para a condutividade ser conducente à geração da tensão de iniciação de detonação. Um exemplo de tal material é borracha sensível à pressão que contém partículas de carbono e uma matriz de borracha de silicone. Outro exemplo de um dispositivo que utiliza borracha sensível à pressão para detecção da pressão é uma base de transístores limitados por carga espacial (SCLT, Space-charge Limited Transistors), que têm P3HT como camada activa. Um SCLT é um transístor vertical com um eléctrodo de grade inserido entre o eléctrodo de fonte e o eléctrodo de drenagem para controlar o fluxo de corrente vertical. À medida que a pressão é aplicada à borracha sensível a pressão, a resistência e, portanto, a corrente no circuito fonte-dreno é sistematicamente alterada permitindo que a pressão aplicada seja monitorizada. Outra possibilidade é a utilização de um sensor de pressão flexível, possivelmente através do emprego de folha de plástico transparente como o substrato e porta dieléctrica do transístor 18.1. Quando o material sensível à pressão compreende um laminado, o laminado pode ser tipicamente um molde de polidimetilsiloxano (PDMS) com eléctrodos de ouro. Deve-se observar, no entanto, que os OTFTs têm uma sensibilidade inerente à pressão aplicada, por exemplo transístores de pentaceno que têm um portão dieléctrico de polivinilfenol processado por solução sobre um substrato de vidro.

De acordo com a invenção, a fonte de tensão pode também ser um dispositivo de identificação por radiofrequência activo ou passivo (RFID) que é sensível, como função da sua tensão de saída, à radiofrequência de carga. Em tal caso, o sinal de carga compreende um sinal de rádio, que tem a radiofrequência de carga.

Quando a propriedade de carga é um ou mais do impulso luminoso de carga, a temperatura de carga e a pressão de carga, o sinal de carga será o sinal de choque que é fornecido pelo tubo de choque 15 e propagado ao longo do mesmo. Para a finalidade de proporcionar o impulso luminoso de carga, o tubo de choque 15 também pode conter um produto químico foto-luminescente que fornece ou amplifica o impulso luminoso de carga. 0 produto químico foto-luminescente é, de preferência, um produto químico fluorescente e/ou fosforescente ou um precursor de um produto químico fluorescente e/ou fosforescente.

Quando a propriedade de carga é a radiofrequência de carga, o sinal de carga será um sinal de rádio que é fornecido por um transmissor de rádio e tem a radiofrequência de carga. 0 detonador 11 também inclui, opcionalmente, como parte do circuito de detonação 17, um dispositivo electrónico de atraso 20 que retarda a geração da tensão de ruptura através dos eléctrodos durante um período de atraso desejado. O atraso electrónico é portanto mantido, enquanto a exigência de complexas ligações de fios de transmissão eléctricos é evitada pela utilização de um sinal de carga não-electrónico. O detonador 11 inclui ainda, opcionalmente, como parte do circuito de detonação 17, um ou mais componentes de gatilho 22 que são sensíveis a uma ou mais das propriedades de carga, tipicamente como função da sua condutância ou condutividade. Tais componentes de gatilho 22 estão integrados com o circuito de detonação 17 e, inicialmente, obstruem a geração da tensão de ruptura, até que serem expostos à propriedade de carga para à qual são sensíveis e que resulta no aumento da sua condutância. Com a sua condutância aumentada, a obstrução fornecida pelos componentes de gatilho 22 é, por conseguinte, removida e a geração da tensão de ruptura é permitida. Tais componentes de gatilho tipicamente incluem um ou mais transístores que incluem materiais que são sensíveis, como função da sua condutância, a uma ou mais das propriedades de carga do sinal de carga. Tais transístores podem ser transístores como aqui descritos, incluindo, desse modo, tais materiais electricamente sensíveis como também descrito anteriormente. Com uma tal configuração, pelo menos uma propriedade de carga pode ser usada carregar a fonte de tensão e pelo menos uma outra propriedade de carga pode ser utilizada para accionar o sistema de detonação para a geração da tensão de ruptura.

Em utilização, o sistema de detonação 10 é disposto de tal modo que o detonador 11 está em proximidade de detonação e, portanto, numa relação de detonação com um explosivo que será detonado desse modo. Inicialmente, a fonte de tensão 12 está descarregada e, portanto, não é capaz de gerar a tensão de ruptura através dos eléctrodos da cabeça de fusível 14. O detonador 11, desse modo, não é capaz, nesta condição, de detonar o explosivo. Esta situação subsiste, e o detonador 11 desse modo permanece numa condição de dormência, até que a fonte de tensão 12 é exposta à propriedade de carga do sinal de carga.

Ao detonar o explosivo, o sinal de carga é transmitido para o detonador 11, seja por transmissão do sinal de rádio do emissor de rádio seja por iniciação do tubo de choque 15. Uma vez que a propriedade de carga do sinal de carga encontra a fonte de tensão 12, com a fonte de tensão 12 tendo, desse modo, sido exposta à propriedade de carga, a fonte de tensão 12 torna-se carregada e desse modo é capaz de gerar a diferença de potencial de ruptura entre os eléctrodos da cabeça de fusível 14 e, desse modo, de detonar o explosivo.

Se nenhum dispositivo de atraso 20 ou gatilho de detonação 22 for fornecido, a fonte de tensão carregada, ao tornar-se totalmente carregada para a geração da tensão de ruptura, descarrega imediatamente, provocando assim a ruptura da ponte resistiva e a geração do plasma de tensão, com o explosivo sendo assim detonado. Quando o detonador 11, no entanto, inclui o dispositivo de atraso 20, a descarga do dispositivo será retardada de acordo com a especificação do dispositivo 20. De modo similar, quando o detonador 11 inclui o gatilho 22 detonação, a fonte de tensão 12 carregada descarregará apenas quando o gatilho 22 permite a descarga, por exemplo, na recepção de um sinal de propriedade de carga de sinal de carga que só atinge o detonador 11 depois de uma outra propriedade de carga.

Deve ser entendido que é previsto que um reforço 24 de tensão possa ser necessário a fim de aumentar a tensão que é fornecida pela fonte de tensão 12 com a finalidade de gerar a tensão de ruptura. Tal reforço de tensão pode, ele próprio, ser um transístor. O requerente espera que um sistema de detonação, tal como o sistema de detonação 10 de acordo com a presente invenção, isto é, um detonador que incorpora no mesmo uma fonte de tensão em oposição a um detonador, que é dependente de uma fonte de tensão externa, será particularmente útil em evitar a necessidade de conexões de cabos condutores complexos que normalmente são associados com detonadores electrónicos (como descrito anteriormente).

Em particular, o Requerente acredita que a combinação de um sinal de detonação não-electrónico ou análogo (sendo o sinal de carga) com um efeito de detonação electrónica, combina as vantagens tanto do detonador de base pirotécnica (segurança de utilização fornecida pelo tubo de choque) como do detonador electrónico (precisão de temporização e de atraso), como aqui anteriormente descrito, ao mesmo tempo que evita as dificuldades associadas com ambos. 0 requerente espera que a invenção irá melhorar a segurança de utilização de detonadores de explosivos em que o risco de falha será reduzido e uma maior precisão de detonação e temporização será atingida. Por conseguinte, o requerente espera que um detonador de acordo com a invenção irá permitir uma maior precisão e fiabilidade de detonadores utilizados na detonação de explosivos e resolve as dificuldades e problemas que estão associados com detonadores puramente pirotécnicos e puramente eléctricos, respectivamente.

Lisboa, 12 de Junho de 2015.

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Sistema de detonação de explosivos (10) para fazer detonar uma carga explosiva com a qual, em utilização, está disposto numa relação de detonação, o sistema de detonação compreendendo: um detonador (11), que inclui um alojamento do detonador; um circuito de detonador no interior do alojamento, o circuito de detonação compreendendo um trajecto condutor (16); uma cabeça de fusível (14) no interior do alojamento do detonador, a cabeça de fusível compreendendo pelo menos dois eléctrodos condutores separados um do outro e uma ponte resistiva que abrange um espaço entre os eléctrodos, a cabeça de fusível (14) sendo integrada com o circuito de detonação de tal modo que o trajecto condutor (16) passa ao longo de ambos os eléctrodos e a ponte resistiva; uma fonte de tensão carregável descarregada (12) no interior do alojamento do detonador, a fonte de tensão carregável sendo integrada com o circuito de detonação e sendo electricamente sensível a uma propriedade de carga que é incluída num sinal de carga que, em utilização, está em comunicação com o detonador (11) , de tal modo que a exposição à propriedade de carga carrega a fonte de tensão (12), desse modo tornando a fonte de tensão (12) capaz de gerar uma diferença de potencial entre os eléctrodos pelo menos igual à tensão de ruptura da ponte resistiva; e um tubo de choque (15) que é proporcionado, em utilização, em proximidade de iniciação ao detonador (11) e é capaz de proporcionar um sinal de choque como pelo menos parte do sinal de carga, o tubo de choque (15) compreendendo um corpo oco alongado, no interior do qual é proporcionado um explosivo do tubo de choque, cuja detonação proporciona o sinal de choque, caracterizado por a propriedade de carga incluir pelo menos um impulso luminoso de carga e, opcionalmente, uma temperatura de carga, uma pressão de carga e/ou uma radiofrequência de carga do sinal de carga e a fonte de tensão carregável ser, portanto electricamente sensível ao impulso luminoso de carga e, opcionalmente, a qualquer um ou mais da temperatura de carga, pressão de carga e radiofrequência de carga; e no interior do corpo oco alongado ser proporcionado um produto químico foto-luminescente que fornece o impulso luminoso de carga.
2. Sistema de detonação (10) de acordo com a Reivindicação 1, no qual o produto químico foto-luminescente é um produto químico fluorescente e/ou fosforescente.
3. Sistema de detonação (10) de acordo com a Reivindicação 1 ou Reivindicação 2, no qual a fonte de tensão (12) compreende uma célula fotovoltaica orgânica.
4. Sistema de detonação (10) de acordo com a Reivindicação 3, no qual a célula fotovoltaica orgânica é uma célula fotovoltaica orgânica impressa, sendo impressa sobre um substrato (18) para este fim com uma tinta orgânica, com o substrato sendo desse modo incluído no interior do alojamento do detonador.
5. Sistema de detonação (10) de acordo com a Reivindicação 1 ou Reivindicação 2, no qual a fonte de tensão (12) compreende um condensador e um componente de carga (12.1) que é operativamente associado com o condensador ao longo do trajecto condutor (16) do circuito de detonação, com o componente de carga (12.1) sendo electricamente sensível à propriedade de carga, de tal modo que a exposição à propriedade de carga resulta em que o componente de carga (12.1) carrega o condensador, tornando, desse modo o condensador capaz de gerar uma diferença de potencial entre os eléctrodos pelo menos igual à tensão de ruptura da ponte resistiva.
6. Sistema de detonação (10) de acordo com a Reivindicação 5, no qual o componente de carga (12.1) compreende um ou mais transístores.
7. Sistema de detonação (10) de acordo com a Reivindicação 1 ou Reivindicação 2, no qual a fonte de tensão (12) compreende um ou mais transístores.
8. Sistema de detonação (10) de acordo com a Reivindicação 6 ou Reivindicação 7, no qual o transístor inclui um material fotossensível que é sensível ao impulso luminoso de carga como função da tensão de saída e com uma mudança activada por luz no material fotossensível no impulso luminoso de carga que resulta num aumento da tensão de saída do transístor.
9. Sistema de detonação (10) de acordo com a Reivindicação 6 ou Reivindicação 7, no qual a propriedade de carga inclui a temperatura de carga, com o transístor incluindo um material sensível à temperatura que é sensível à mudança de temperatura como função da sua tensão de saída e com uma mudança termicamente activada no material sensível à temperatura na temperatura de carga que resulta num aumento da tensão de saída do transístor.
10. Sistema de detonação (10) de acordo com a Reivindicação 6 ou Reivindicação 7, no qual a propriedade de carga inclui a pressão de carga, com o transístor incluindo um material sensível à pressão à mudança de pressão como função da sua tensão de saída e com uma mudança activada por pressão no material sensível à pressão na pressão de carga que resulta num aumento da tensão de saída do transístor.
11. Sistema de detonação (10) de acordo com qualquer das reivindicações 6 a 10 inclusive, no qual o transístor é um transístor orgânico de película fina (OTFT, Organic Thin Film Transistor) ou um transístor orgânico de efeito de campo (OFET, Organic Field Effect Transistor).
12. Sistema de detonação (10) de acordo com a Reivindicação 7, no qual o transístor é um transístor impresso que é impresso sobre um substrato (18), com o substrato (18) desse modo sendo incluído no interior do alojamento do detonador.
13. Sistema de detonação (10) de acordo com a Reivindicação 1, no qual a fonte de tensão (12) compreende um dispositivo de identificação por radiofrequência (RFID) activo ou passivo, que é sensível, como função da sua tensão de saída, à radiofrequência de carga.
14. Sistema de detonação (10) de acordo com a Reivindicação 13, no qual a propriedade de carga inclui a radiofrequência de carga, com o sinal de carga incluindo um sinal de rádio que tem a radiofrequência de carga.
15. Sistema de detonação (10) de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 14 inclusive, no qual o trajecto condutor (16) é integrado com um substrato (18) para este fim, e o circuito de detonação desse modo compreende um circuito de detonação integrado.
16. Sistema de detonação (10) de acordo com a Reivindicação 15, no qual o trajecto condutor (16) é impresso sobre o substrato (18) ou gravado no mesmo.
17. Num sistema de detonação de explosivos (10) que compreende um detonador (11) que tem um alojamento do detonador no interior do qual é proporcionado um circuito de detonação que compreende um trajecto condutor (16), que tem integrado no mesmo (i) uma cabeça de fusível (14), que compreende pelo menos dois eléctrodos condutores separados um do outro e uma ponte resistiva que abrange um espaço entre os eléctrodos e (ii) uma fonte de tensão carregável descarregada (12) que é electricamente sensível a uma propriedade de carga que compreende pelo menos um impulso luminoso de carga e, opcionalmente, uma temperatura de carga, uma pressão de carga e/ou uma radiofrequência de carga, de tal modo que a exposição à propriedade de carga carrega a fonte de tensão, desse modo tornando a fonte de tensão capaz de gerar uma diferença de potencial entre os eléctrodos pelo menos igual à tensão de ruptura da ponte resistiva; e um tubo de choque (15) que é proporcionado em proximidade de iniciação ao detonador (11) e que é capaz de proporcionar um sinal de choque como pelo menos uma parte de um sinal de carga, o tubo de choque (15) compreendendo um corpo oco alongado, no interior do qual é proporcionado um explosivo para o tubo de choque, cuja detonação proporciona o sinal de choque; e um produto químico foto-luminescente um método de funcionamento do sistema de detonação inclui carregar electricamente a fonte de tensão (12) pela iniciação do tubo de choque (15) e transmitir o sinal de choque, como pelo menos uma parte do sinal de carga, tendo pelo menos o impulso luminoso de carga como a propriedade de carga, para a fonte de tensão (12); e gerar entre dois eléctrodos, por meio da fonte de tensão (12), uma diferença de potencial superior à tensão de ruptura da ponte resistiva, em que o produto químico foto-luminescente fornece o impulso luminoso de carga. Lisboa, 12 de Junho de 2015.