WO2003044449A1 - Module de commande electronique pour detonateur - Google Patents

Module de commande electronique pour detonateur Download PDF

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Guy Mausy
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Chemical Holdings International Ltd.
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10—Initiators therefor
    • F42B3/195—Manufacture
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10—Initiators therefor
    • F42B3/12—Bridge initiators
    • F42B3/121—Initiators with incorporated integrated circuit

Definitions

  • a detonator module generally comprises a printed circuit board carrying the electronic components of the circuit, this card having the shape of an elongated plate housed in a section of tube and embedded in this section or this tubular casing by a resin blocking. From one of the ends of the envelope comes out of the conductors for connecting the module to a firing line itself connected to a central programming and control unit while at its other end the envelope and the printed circuit that 'it contains means for its connection to the pyrotechnic primer added to it.
  • the invention has relates to an electronic control module for detonator comprising a printed circuit board equipped with the circuit components, which is enclosed in a tubular envelope and which is embedded in a resin blocking the card in the envelope, in which a screen shielding is interposed between the card and the tubular casing, this screen having an insulating face facing the casing and a conductive side facing the card, the conductive face being electrically connected to the ground conductor of the printed circuit board.
  • This screen thus performs a double function, namely an insulation against untimely electrical contacts which may occur between the components of the electronic circuit of the module and the external envelope and a screen with electromagnetic disturbances originating from the external environment and transmitted or even concentrated by the ferromagnetic metallic envelope.
  • the screen is formed by a sheet of flexible and elastic plastic material the conductive face of which is covered with a conductive ink with the exception of a peripheral margin.
  • This sheet can thus be easily electrically connected to the printed circuit board and be wound around this board with considerable overlap, the elasticity of the sheet making it possible to easily introduce it into the metal envelope by winding it on a diameter smaller than the inside diameter of this envelope and, once introduced into the envelope, the sheet tending to unwind elasticly to come to bear against the internal face of one tubular envelope thus forming a holding means of the electronic card before the blocking resin is poured into it.
  • FIG. 1 illustrates the printed circuit board of the electronic module according to the invention, equipped with its shielding screen
  • FIG. 2 illustrates a front view of the shielding screen alone
  • FIG. 3 illustrates the introduction of the printed circuit board with its shielding screen in a ferromagnetic envelope
  • FIG. 4 illustrates in a longitudinal section the electronic module produced.
  • a printed circuit board 1 in the form of an elongated wafer which carries all the electronic components necessary for the operation of the control module of an electronic detonator and in particular a capacity 2 which forms an energy reserve intended for be charged before firing and to be discharged into the pyrotechnic primer which will be connected to the electronic module.
  • the shielding screen according to the invention bears the reference 3 in FIG. 1 and is shown as a rigid sheet but which can be elastically bent over itself, having the consistency of a sheet of RHODOID or of a photographic film. This screen 3 is planted substantially perpendicular to the wafer 1 by means of ribbon plates 4 for connection.
  • FIG. 1 there is shown a printed circuit board 1 in the form of an elongated wafer which carries all the electronic components necessary for the operation of the control module of an electronic detonator and in particular a capacity 2 which forms an energy reserve intended for be charged before firing and to be discharged into the pyrotechnic primer
  • this screen 3 comprises a base sheet 5 of insulating plastic material having the consistency described above on one face of which an impression 6 of conductive ink has been produced.
  • the ink does not completely cover one of the faces of the plastic sheet 5: it leaves no printed a peripheral margin 7.
  • the face covered with ink is itself covered with an insulating film 8 which has two lower reserves 9 and 10 at the right of which the dabs 4 of conductive material are stapled to be in electrical contact with the conductive ink 6.
  • These dabs 4 have parts which protrude outside an edge of the sheet 5, these projecting parts being able to be installed in holes in the printed circuit board 1, conductive holes connected to the ground circuit of this printed circuit board.
  • the sheet 3 When the electrical mechanical assembly of the screen 3 and the printed circuit board 1 is carried out, the sheet 3 is wound on itself by enclosing the printed circuit board 1 as illustrated in FIG. 3.
  • the coated side d conductive ink of this screen is rotated opposite the plate 1.
  • the dimension of the screen 3 perpendicular to the plate 1 is such that it can be rolled up on itself with an overlapping zone 11 so as to form a total screen in radial direction between the components carried by the printed circuit board and the exterior.
  • FIG. 4 shows the elements already described with, for the printed circuit board 1, an electrical conductor 13 soldered on the printed circuit board and leaving the metal tube by one of its ends for the connection of the module to programming and control unit.
  • the metal tube 12 was closed by a plug 14, tightly traversed by the conductor 13, in order to be able to almost completely fill the tube equipped with the printed circuit and the screen with a blocking resin 15 preferably a resin polyurethane to ensure inside the tube 12 resilient support of the printed circuit board 1 and its components capable of better absorbing shock waves.
  • FIG. 4 comprises a capacity 2 coated with an envelope 16 made of natural or synthetic rubber foam constituting an element for damping and braking the accelerations of the capacitor 2 under the effect of shock waves .
  • these capacities are electrochemical capacitors which are sensitive to mechanical shocks and which can lose all or part of their charge under the effect of a very significant acceleration like that which is generated by a shock wave.

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Abstract

Module de commande électronique pour détonateur comprenant une carte (1) de circuit imprimé, équipée des composants du circuit, enfermée dans une enveloppe tubulaire (12) noyée dans une résine de blocage (15) de la carte dans l'enveloppe, dans lequel un écran de blindage (3) est interposé entre la carte (1) et l'enveloppe (12) tubulaire, cet écran présentant une face isolante tournée vers l'enveloppe (12) et une face conductrice (6) tournée vers la carte, la face conductrice étant électriquement reliée au conducteur de masse de la carte de circuit imprimé (1).

Description

Module de commande électronique pour détonateur.
. La présente invention concerne un module électronique pour détonateur, utilisé dans le domaine des mines et des carrières et formant système d'amorçage des explosifs. Un module de détonateur comprend en général une carte de circuit imprimé portant les composants électroniques du circuit, cette carte ayant la forme d'une plaquette allongée logée dans un tronçon de tube et noyée dans ce tronçon ou cette enveloppe tubulaire par une ré- sine de blocage. De l'une des extrémités de l'enveloppe sort des conducteurs de raccordement du module à une ligne de tir elle-même reliée à une unité centrale de programmation et de commande tandis qu'à son autre extrémité l'enveloppe et le circuit imprimé qu'elle contient pos- sède des moyens pour sa connexion à l'amorce pyrotechnique qui lui est ajoutée.
Ces détonateurs électroniques sont utilisés dans un milieu hostile. Il est donc nécessaire de protéger au maximum les composants du module électronique d'une part des contraintes mécaniques provenant des ondes de chocs issues des explosions des charges précédentes dans un plan de tir programmé et des contraintes électromagnétiques qui sont à même de perturber les communications entre le module et l'unité centrale de programmation et de commande de la mise à feu.
Pour résister aux contraintes mécaniques, on choisit généralement une enveloppe métallique résistante en acier. Celle-ci présente cependant des inconvénients : d'une part il peut se produire des contacts électriques intempestifs entre les composants électroniques du module et l'enveloppe et d'autre part cette enveloppe transmet et concentre toutes les perturbations électromagnétiques pouvant provenir du milieu extérieur aux circuits électroniques . Pour remédier à ces inconvénients, l'invention a pour objet un module de commande électronique pour détonateur comprenant une carte de circuit imprimé équipée des composants du circuit, qui est enfermée dans une enveloppe tubulaire et qui est noyée dans une résine de blocage de la carte dans l'enveloppe, dans lequel un écran de blindage est interposé entre la carte et 1 ' enveloppe tubulaire, cet écran présentant une face isolante tournée vers 1 ' enveloppe et une face conductrice tournée vers la carte, la face conductrice étant électriquement reliée au conducteur de masse de la carte de circuit imprimé .
Cet écran assure ainsi une double fonction, à savoir une isolation contre les contacts électriques intempestifs pouvant se produire entre les composants du cir- cuit électronique du module et l'enveloppe extérieure et un écran aux perturbations électromagnétiques provenant du milieu extérieur et transmises voire concentrées par l'enveloppe métallique ferromagnétique.
Dans un mode de réalisation avantageux de cet écran, l'écran est formé par une feuille en matière plastique souple et élastique dont la face conductrice est recouverte d'une encre conductrice à l'exception d'une marge périphérique. Cette feuille peut être ainsi facilement raccordée électriquement à la carte de circuit im- primé et être enroulée autour de cette carte avec un chevauchement important, l'élasticité de la feuille permettant de l'introduire aisément dans l'enveloppe métallique en 1 ' enroulant sur un diamètre plus petit que le diamètre intérieur de cette enveloppe et, une fois introduite dans l'enveloppe, la feuille tendant à se dérouler élastique- ment pour venir s ' appuyer contre la face interne de 1 ' enveloppe tubulaire formant ainsi un moyen de maintien provisoire de la carte électronique avant qu'il y soit coulé la résine de blocage. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront de la description donnée ci-après d'un exemple de sa réalisation.
Il sera fait référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 illustre la carte de circuit imprimé du module électronique selon l'invention, équipée de son écran de blindage,
- la figure 2 illustre par une vue de face l'écran de blindage seul, - la figure 3 illustre l'introduction de la carte de circuit imprimé avec son écran de blindage dans une enveloppe ferromagnétique,
- la figure 4 illustre par une coupe longitudinale le module électronique réalisé. A la figure 1 on a représenté une carte de circuit imprimé 1 en forme de plaquette allongée qui porte tous les composants électroniques nécessaires au fonctionnement du module de commande d'un détonateur électronique et notamment une capacité 2 qui forme une réserve d'énergie destinée à être chargée avant la mise à feu et à être déchargée dans l'amorce pyrotechnique qui sera reliée au module électronique. L'écran de blindage selon l'invention porte la référence 3 sur la figure 1 et est représenté comme une feuille rigide mais pouvant être élastiquement recourbée sur elle-même, ayant la consistance d'une feuille de RHODOÏD ou d'un film photographique. Cet écran 3 est planté sensiblement perpendiculairement à la plaquette 1 au moyen de limandes 4 de connexion. A la figure 2 on constate que cet écran 3 comporte une feuille de base 5 en matière plastique isolante ayant la consistance décrite ci-dessus sur une face de laquelle on a réalisé une impression 6 d'encre conductrice. L'encre ne recouvre pas totalement l'une des faces de la feuille en matière plastique 5 : elle laisse non imprimée une marge périphérique 7. La face recouverte d'encre est elle-même recouverte d'un film isolant 8 qui comporte deux réserves inférieures 9 et 10 au droit desquelles les limandes 4 en matériau conducteur sont agra- fées pour être au contact électrique de l'encre conductrice 6. Ces limandes 4 possèdent des parties qui font saillie à l'extérieur d'un bord de la feuille 5, ces parties en saillie pouvant être implantées dans des orifices de la plaque de circuit imprimé 1, orifices conducteurs reliés au circuit de masse de cette plaque de circuit imprimé.
Lorsque l'assemblage mécanique électrique de l'écran 3 et de la plaque de circuit imprimé 1 est réalisé, on enroule la feuille 3 sur elle-même en enfermant la plaque de circuit imprimé 1 comme illustré à la figure 3. La face revêtue d'encre conductrice de cet écran est tournée en regard de la plaque 1. La dimension de l'écran 3 perpendiculaire à la plaque 1 est telle qu'il peut être roulé sur lui-même avec une zone de chevauchement 11 de manière à former un écran total en direction radiale entre les composants portés par la plaque de circuit imprimé et l'extérieur.
En ayant pris la peine d'enrouler l'écran pour former un tube de diamètre plus petit que le diamètre in- térieur d'un tube métallique enveloppe 12, il est aisé d'introduire la plaque 1 et l'écran 3 ainsi roulé sur lui-même à l'intérieur du tube métallique 12 et, lorsqu'on relâche l'écran 3 après introduction, ce dernier tend à se dérouler en venant se plaquer contre la face intérieure du tube métallique 12. La plaque de circuit imprimé 1 est alors provisoirement maintenue à l'intérieur du tube métallique, par la friction entre l'écran 3 et ce tube. On aura noté que la marge 7 permet de garantir que 1 ' encre conductrice ne viendra pas au contact du tube métallique 12. Ce tube métallique sera de préférence un tube en acier sans soudure.
A la figure 4 on a représenté les éléments déjà décrits avec, pour la plaque de circuit imprimé 1, un conducteur électrique 13 soudé sur la plaque de circuit imprimé et sortant du tube métallique par l'une de ses extrémités pour le raccordement du module à unité de programmation et de commande. On a fermé le tube métallique 12 par un bouchon 14, traversé de manière étanche par le conducteur 13, afin de pouvoir remplir presque totalement le tube équipé du circuit imprimé et de l'écran d'une résine de blocage 15 de préférence une résine de polyuré- thane afin d'assurer à l'intérieur du tube 12 un maintien résilient de la plaque de circuit imprimé 1 et de ses composants apte à mieux encaisser les ondes de chocs.
Enfin, on aura noté que la figure 4 comporte une capacité 2 enrobée d'une enveloppe 16 réalisée en mousse de caoutchouc naturel ou de synthèse constituant un élément d'amortissement et de freinage des accélérations du condensateur 2 sous l'effet des ondes de chocs. En effet, ces capacités sont des condensateurs électrochimiques qui sont sensibles aux chocs mécaniques et qui peuvent perdre tout ou partie de leur charge sous l'effet d'une accélération très importante comme celle qui est engendrée par une onde de chocs.
On comprend en outre que la coulée de la résine de polyuréthane peut s ' opérer aisément puisque le tube est maintenu verticalement, cette position étant possible par le maintien sans glissement de la plaque de circuit imprimé à l'intérieur du tube 12 au moyen de l'écran élastique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Module de commande électronique pour détonateur comprenant une carte (1) de circuit imprimé équipée des composants du circuit, qui est enfermée dans une enveloppe tubulaire (12) et qui est noyée dans une résine de blocage (15) de la carte dans l'enveloppe, caractérisé en ce qu'il comprend un écran de blindage (3) interposé ""entre la carte (1) et l'enveloppe (12) tubulaire, présen- tant une face isolante tournée vers l'enveloppe (12) et une face conductrice (6) tournée vers la carte, la face conductrice étant électriquement reliée au conducteur de masse de la carte de circuit imprimé (1) .
2. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écran de blindage (3) est formé par une feuille en matière plastique (5) souple et élastique dont la face conductrice est recouverte d'une encre conductrice (6) à l'exception d'une marge (7) périphérique.
3. Module selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche d'encre conductrice (6) est recouverte d'un film de protection (8) isolant.
4. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe tubulaire (12) est formée par un tronçon de tube d'acier sans soudure et en ce que la résine de blocage (15) est une résine de polyuréthane .
5. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant de manière connue un composant capacitif électrochimique (2) , caractérisé en ce que ce composant (2) comporte une enveloppe extérieure (16) d'amortissement de chocs.
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