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CN107592907B - 电子雷管和验证引信头部的方法 - Google Patents

电子雷管和验证引信头部的方法 Download PDF

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CN107592907B CN201680020636.XA CN201680020636A CN107592907B CN 107592907 B CN107592907 B CN 107592907B CN 201680020636 A CN201680020636 A CN 201680020636A CN 107592907 B CN107592907 B CN 107592907B
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Abstract

一种用于验证电子雷管中的引信头部的方法，其中所述雷管包括：参考电阻器；引信头部；至少一个电容器和开关装置，其中在开关装置的第一位置，参考电阻器连接到至少一个电容器形成第一RC电路，并且在所述开关装置的第二位置，引信头部连接到至少一个电容器形成第二RC电路，所述方法包括以下步骤：测量至少一次第一充电时间；将开关装置启动到第二位置以用引信头部代替RC电路中的参考电阻；测量至少一次第二充电时间；以及确定第二充电时间与第一充电时间的偏差。

Description

电子雷管和验证引信头部的方法
技术领域
本发明涉及电子雷管和用于验证电路中的引信头部的方法，更具体地说，涉及用于验证雷管电路中的引信头部的方法。
背景技术
电子雷管包括与提供电压的导线连接的电子电路。引信头部连接到雷管电路，并且引信头部适于在高于所确定的阈值的电流流经引信头部时启动雷管中包括的炸药装药。
在雷管的制造过程中，引信头部被焊接到雷管的电子电路。然而，可能正确或错误地执行焊接。如果焊接被良好地执行，则雷管可正常工作。在引信头部未被正确焊接的情况下，引信头部可能不启动炸药装药，或者可能会以低于或高于所确定的阈值的电流启动炸药装药，从而折损雷管的质量，并意味着经济成本和安全性风险。
验证雷管中引信头部的焊接的一种已知方法使用万用表来测量电子电路中的引信头部的电阻。该方法的问题是，必须在雷管组装之前进行此测量，因为当雷管组装好并且电子电路处于装载有炸药装药的金属壳内时，测量导线不能到达引信头部。
因此，需要一种即使在引信头部已经组装在雷管的金属壳内之后也能够安全地验证组装在电子雷管中的引信头部的方法。
发明内容
本发明通过用于验证电子雷管中的引信头部的方法和电子雷管提供了上述问题的解决方案。
在第一发明方面，本发明提供一种用于验证电子雷管中的引信头部的方法，其中所述雷管包括：
参考电阻器；
引信头部；
至少一个电容器；以及
开关装置，其中
在所述开关装置的第一位置，所述参考电阻器连接到至少一个电容器形成第一RC电路，并且
在所述开关装置的第二位置，所述引信头部连接到至少一个电容器形成第二RC电路，
所述方法包括以下步骤：
a)测量至少一次第一充电时间t1时，所述第一充电时间t1是当所述开关装置处于所述第一位置时所述至少一个电容器达到所述第一RC电路中的指定电荷值所需的时间；
b)将所述开关装置启动到所述第二位置；
c)测量至少一次第二充电时间t2，所述第二充电时间t2是所述第二RC电路中的至少一个电容器达到与步骤a)中指定的电荷值相同的指定电荷值所需的时间；
d)确定第二充电时间t2是否在范围(t1-λ1，t1+λ2)内，t1是第一充电时间，t1-λ1是第一验证阈值，t1+λ2是第二验证阈值。
所述方法因此基于测量第一RC电路和第二RC电路中的至少一个电容器直至达到指定的电荷值的充电时间并确定与第二RC电路相对应的第二充电时间偏离与第一RC电路相对应的第一充电时间的偏差。当第二充电时间t2在限定范围内时，引信头部被认为有效。否则，引信头部被认为无效。指定的电荷值是安全值，其中流经引信头部的电流不会引发炸药的爆炸。
有利的是，即使当电子电路组装在具有炸药装药的雷管的金属壳内时，这种方法也可以安全地验证引信头部的电阻和引信头部与雷管的电子电路的焊接。在本文中，“验证”应解释为确定有效性。
用于验证引信头部的范围(t1-λ1，t1+λ2)可以根据用户的需要和特定引信头部可接受的可变性来定义。在一个实施例中，λ1＝λ2，因此第一充电时间t1在该范围的中间。在其他实施例中，在第一充电时间t1以上和以下的可接受的变化性是不相同的，例如在需要限定远离可能引发引信头部的炸药装药的值的范围的情况下，因此λ1≠λ2，验证范围相对于第一充电时间t1不对称。
第一验证阈值和第二验证阈值量化了特定引信头部可接受的最大变化。在一个实施例中，在包含在电子雷管中的微控制器的固件中设置第一验证阈值和第二验证阈值。
在特定实施例中，该方法包括步骤a)和步骤c)之间的附加中间步骤，所述附加中间步骤包括使至少一个电容器放电。在一个实施例中，在步骤a)和b)之间执行中间步骤，其中至少一个电容器在第一RC电路中被放电。在另一实施例中，在步骤b)和c)之间执行中间步骤，其中至少一个电容器在第二RC电路中被放电。在优选实施例中，执行放电步骤，直到RC电路的输出电压低于或等于第一充电阈值，优选直到输出电压为0V。
在特定实施例中，使所述至少一个电容器放电进一步包括在所确定的时间段的期间使所述至少一个电容器短路。有利地，本实施例保证电容器不被充电，并且第二充电时间的测量精度提高。
在特定实施例中，该方法还包括计算引信头部的电阻的步骤。
在特定实施例中，计算引信头部的电阻Rfuse包括应用以下表达式，
其中，
t2是在步骤c)中测量的第二充电时间，
t1是在步骤a)中测量的第一充电时间，
Rref是所述参考电阻器的电阻。
在特定实施例中，步骤a)中至少一个电容器达到指定电荷值所需的时间的测量至少进行两次，并且获得所进行的测量的平均值作为第一充电时间t1。
有利地，该实施例提高了确定第一充电时间的准确性。在这种情况下，该方法进行多于一次测量，因此该方法的可靠性和准确度提高，因为即使在任何测量中存在误差的情况下，考虑用于比较的最终充电时间t2是进行的测量的平均值，并且补偿任何潜在误差。
在特定实施例中，步骤c)中至少一个电容器达到指定电荷值所需的时间的测量至少进行两次，并且获得所进行的测量的平均值作为所述第二充电时间t2。
有利地，在这种情况下，最终测量的可靠性和准确性提高，因为即使在任何测量中出现错误的情况下，考虑用于比较的第二充电时间t2也是所进行的测量的平均值，所述测量中的误差被补偿。
在特定实施例中，参考电阻器是电阻等于引信头部的标称电阻的精密电阻器。
有利地，使用精密电阻器使得第一充电时间t1的测量更准确。此外，比较结果具有更高的精度，因为精密电阻器具有等于引信头部的标称电阻的电阻，并且可以优化第一验证阈值和第二验证阈值。
在特定实施例中，所述方法步骤由电子雷管中包括的微控制器执行。
在特定实施例中，所述雷管包括第二电容器，两个电容器并联连接，所述第一充电时间t1和所述第二充电时间t2是两个电容器达到指定电荷值所需的时间。
在第二发明方面，本发明提供一种电子雷管，包括：
参考电阻器；
引信头部；
至少一个电容器；
开关装置，其中，
在所述开关装置的第一位置，所述参考电阻器连接到至少一个电容器形成第一RC电路，并且
在所述开关装置的第二位置，所述引信头部连接到至少一个电容器形成第二RC电路；以及
微控制器，其中所述微控制器被配置为执行根据第一发明方面的方法的方法步骤。
有利地，本发明提供了一种电子雷管，其适于安全地验证组装在其中的引信头部。
在一个实施例中，电子雷管包括第二电容器，其中两个电容器并联连接。
在一个实施例中，所述第一验证阈值和第二验证阈值(t1-λ1，t1+λ2)被设置在所述微控制器的固件中。
除了这些相互排斥的特征和/或步骤的组合之外，本文(包括权利要求书、说明书和附图)和/或所述方法的所有步骤中描述的所有特征可以以任何组合方式进行组合。
附图说明
通过参照附图，考虑到本发明的详细描述将清楚地理解本发明的这些和其他特征和优点，从本发明的优选实施例将明白本发明的详细描述，本发明的优选实施例仅作为示例给出并不限于此。
图1示出了本发明方法中使用的电子电路的引信头部和连接点。
图2示出了与本发明方法中使用的电子电路连接的引信头部。
图3示出了焊接到本发明方法中使用的电子电路的引信头部。
图4示出了在本发明的实施例中使用的电子电路的实施例。
具体实施方式
图1、2和3示出了电子雷管的电子电路中的引信头部的组装过程。
图1示出了电子电路的引信头部(1)和端子(2)。该端子(2)包括用于连接引信头部(1)的两个连接点(3)。
图2示出了通过连接点(3)连接到电子电路的端子(2)的引信头部(1)。
图3示出了通过连接点(3)焊接到电子电路的端子(2)的引信头部(1)。由于所使用的锡的量未被控制，所以图3所示的这种焊接可能是不规则的。这可能导致在雷管的电子电路中产生短路或开路，从而折损雷管的质量，并且意味着经济成本和安全隐患。此外，重要的是在使用雷管之前要确保引信头部(1)的焊接或引信头部(1)本身在雷管组件组装之后(例如在运输或储存过程中)是否已经损坏。因此，在本发明的实施例中，在电子雷管的编程期间自动执行验证方法。
图4示出了在本发明的实施例中使用的电子电路，包括以下元件：
连接点(3)。
第一输入点(4)、第二输入点(5)。
输出点(6)。
电容器C1和C2。
作为参考电阻器的电阻器R13。
晶体管T3和T4，晶体管T3和T4用作开关装置，具体地分别用作第一开关和第二开关。
电阻器(R8，R12，R10，R15，R14)。
放电电路7。
连接点(3)适于引信头部(1)的附接和焊接。
第一输入点(4)适于向开关装置发送指令以将开关装置设置在适于测量第一充电时间t1的位置。
第二输入点(5)适于向开关装置发送指令以将开关装置设置在适于测量第二充电时间t2的位置。
输出点(6)适于将第一充电时间t1或/和第二充电时间t2发送到微控制器。
电阻器(R13)是精密电阻器，即，其公差和其在时间上的性质的可变性非常低。为了避免附接到引信头部(1)的炸药装药的非期望的意外启动，电阻器R12适于限制流经精密电阻器和引信头部(1)的电流。电阻器(R8，R10，R15，R14)是适用于极化晶体管T4和T3的电阻器，其用作第一开关和第二开关，并且所述开关适于在用作第一开关的情况下连接电阻器R13并断开引信头部(1)以测量电容器的充电时间，并且适于在用作第二次开关的情况下连接引信头部(1)并断开电阻器R13以测量电容器的充电时间。
电容器C1和C2彼此并联连接。以这种方式，充电时间与具有电容C1+C2的电容器相同。
在图4所示的实施例中，微控制器适于通过第一输入点(4)、第二输入点(5)、输出点(6)和放电电路(7)连接。通过这些输入(4，5)和输出(6)点，微控制器能够通信并将指令发送给电路。微控制器适于执行根据本发明的实施例的步骤：
1)通过第一输入点(4)启动第一开关，从而将开关装置设置在第一位置。
在该步骤中，微控制器启动晶体管T4。来自电压源(8)的电流流经电阻器R12、晶体管T4和精密电阻器R13，并加载电容器C1和C2。
2)测量至少一次第一充电时间，第一充电时间t1是当开关装置处于第一位置时电容器达到第一RC电路中的指定电荷值所需的时间。
在执行第一次测量后，电容器应放电到一定水平。为了在该实施例中加速该过程，微控制器通过晶体管T2B启动放电电路(7)。在本实施例中，电容器通过晶体管T2B被短路接地，直到RC电路的输出电压等于0V。
3)通过第二输入点(5)启动第二开关，从而将开关装置设置在第二位置，从而用引信头部(1)代替参考电阻器(R13)。
在此步骤中，微控制器启动晶体管T3。来自电压源(8)的电流流经电阻器R12、晶体管T3、以及电阻器R17和连接到连接点(3)的引信头部(1)的并联。由于电阻器R17的电阻比引信头部(1)的电阻高得多，所以电流仅流经引信头部(1)并加载电容器C1和C2。
4)测量至少一次第二充电时间t2，第二充电时间是第二RC电路中的电容器达到与步骤2中指定的电荷值相同的指定电荷值所需的时间。
5)确定第二充电时间t2是否在范围(t1-λ1，t1+λ2)内，t1是第一充电时间，t1-λ1是第一验证阈值，t1+λ2是第二验证阈值。如果第二充电时间t2落在指定范围内，则引信头部(1)被认为有效。相反，如果第二充电时间t2低于t1-λ1或大于t1+λ2，则引信头部(1)被认为无效。
在一个实施例中，λ1＝λ2＝10％t1。在该实施例中，验证的范围因此是(0.9t1，1.1t1)。
在一个实施例中，雷管适于在存储器装置中存储执行的比较和/或将结果发送到外部实体和/或在显示器上显示结果。
优选地，雷管适于连接到外部设备，该外部设备即使当所述雷管被放置在例如地下或露天采矿作业中的位置中时，也能够测试雷管的状况。
根据本发明的方法，可以在使用雷管之前检查雷管的有效性。在受控爆炸的情况下，至关重要的是所有的雷管都能正常工作，因此这种方法提供了验证引信头部1以保证雷管的正常工作的解决方案。

Claims (14)

1.一种用于验证电子雷管中的引信头部(1)的方法，其中，所述雷管包括：
参考电阻器(R13)；
引信头部(1)；
至少一个电容器；以及
开关装置，其中
在所述开关装置的第一位置，所述参考电阻器(R13)连接到所述至少一个电容器形成第一RC电路，并且
在所述开关装置的第二位置，所述引信头部(1)连接到所述至少一个电容器形成第二RC电路，
所述方法包括以下步骤：
a)测量至少一次第一充电时间t1，所述第一充电时间是当所述开关装置处于所述第一位置时所述至少一个电容器达到所述第一RC电路中的指定电荷值所需的时间；
b)将所述开关装置启动到所述第二位置，
c)测量至少一次第二充电时间t2，所述第二充电时间是所述第二RC电路中的所述至少一个电容器达到与步骤a)中指定的电荷值相同的指定电荷值所需的时间；
d)确定所述第二充电时间是否在范围(t1-λ1，t1+λ2)内，t1是所述第一充电时间，t1-λ1是第一验证阈值，t1+λ2是第二验证阈值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括步骤a)和步骤c)之间的附加中间步骤，所述附加中间步骤包括：
使所述至少一个电容器放电，直到所述RC电路的输出电压低于或等于充电阈值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，使所述至少一个电容器放电包括在所确定的时间段内使所述至少一个电容器短路。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述充电阈值为0V。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括计算所述引信头部(1)的电阻的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，计算所述引信头部(1)的电阻Rfuse包括应用下式：
其中
t2是在步骤c)中测量的所述第二充电时间，
t1是在步骤a)中测量的所述第一充电时间，
Rref是所述参考电阻器(R13)的电阻。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，步骤a)中所述至少一个电容器达到指定电荷值所需的时间的测量至少进行两次，并且获得所进行的测量的平均值作为所述第一充电时间t1。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，步骤c)中所述至少一个电容器达到指定电荷值所需的时间的测量至少进行两次，并且获得所进行的测量的平均值作为所述第二充电时间t2。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述参考电阻器(R13)是电阻等于所述引信头部(1)的标称电阻的精密电阻器。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述方法步骤由所述电子雷管中包括的微控制器执行。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述雷管包括第二电容器，两个所述电容器并联连接，所述第一充电时间t1和所述第二充电时间t2是两个电容器达到指定电荷值所需的时间。
12.一种电子雷管，包括：
参考电阻器(R13)；
引信头部(1)；
至少一个电容器；
开关装置，其中，
在所述开关装置的第一位置，所述参考电阻器(R13)连接到所述至少一个电容器形成第一RC电路，并且
在所述开关装置的第二位置，所述引信头部(1)连接到所述至少一个电容器形成第二RC电路；以及
该电子雷管还包括微控制器，其中所述微控制器被配置为执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
13.根据权利要求12所述的电子雷管，还包括第二电容器，两个所述电容器并联连接。
14.根据权利要求12至13中任一项所述的电子雷管，其中，所述第一验证阈值和第二验证阈值(t1-λ1，t1+λ2)被设置在所述微控制器的固件中。
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