CN114508974A - 一种高抗振的电子***延期装置 - Google Patents

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李超飞
孙翼
李彦铭
蔡海啸
张永刚
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Abstract

本发明采用低功耗,抗爆轰振动冲击和抗电磁干扰方案,设计了一款高安全,高可靠,抗振性能好,可适用于小断面***环境的数码电子***延期控制装置,模块电路中设置保护电路与芯片引脚进行相连,有效避免了电子***在***过程中因***冲击和挤压将电子***延期模块损坏,从而不会造成拒爆的现象。所述芯片属于自主研发,具有高安全、高可靠、低功耗、全国产等特点,主要包括信号接收模块,数据发送模块,指令译码模块,存储模块,延时计数器,时钟电路,输出驱动模块,本发明通过加强模块芯片和电路抗冲击设计,解决了数码电子***在小断面应用时难以回避的拒爆问题,并在小断面矿山中实际使用,为电子***未来全面代替传统***奠定了基础。

Description

一种高抗振的电子***延期装置
技术领域
本发明属于民用***器材技术应用领域,具体涉及到一种抗振性能好,可适用于小断面***的电子***延期装置。
背景技术
数码电子***采用电子延期体代替传统延期***的延期药剂,具有抗静电,抗杂散电流,抗电磁辐射的能力,同时每发电子***都有自己的UID码,便于安全管控,起爆需要专用的起爆装置,不会被一般的交/直流电源、电池或传统的设备起爆,具有有效防止***被非法使用的功能,已应用于各种***场景。
目前市场上国内电子***在地下小断面应用中,经常出现电子***拒爆问题,究其机理而言,与地面露天***应用不同,地下小断面***面狭小,孔间距小,岩矿致密,***参数沿袭导爆管***设计方案进行设计,所有这些因素均会给电子***在小断面的应用带来困难。小断面应用产生拒爆的电子***外观良好,无明显结构损伤,但内部电路损伤且不可修复,至于外观损坏的拒爆***是***造成的二次机械力损坏的结果,隧道***和基坑***也会存在类似情况的拒爆。
针对电子***在地下小断面应用中出现的拒爆问题,目前已了解到的技术是采用双管壳结构,采用这种方式在一定程度上能够有效降低拒爆率,但是却无法从根本上杜绝拒爆的问题。小断面***应用中******产生的冲击波会对电子***造成过载冲击,使其内部元器件遭受过载冲击从而引起不同程度受损,***中产生的电磁脉冲干扰也会影响抗电磁干扰能力薄弱的芯片正常工作,从而导致电子***延期模块失效,无法引爆电子***中的起爆药,引起电子***的拒爆。加强电子***模块芯片和电路抗冲击设计是解决***小断面应用的关键因此研制一款高抗冲的电子***延期装置可以保证电子***在各类小断面成功应用,也为电子***全面代替传统***奠定了基础。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明通过加强电子***模块芯片和电路抗冲击设计,提供一款可应用于隧道,地下金属或非金属矿采以及基桩等工程***环境的数码电子***延期控制装置。
为实现上述目的,本发明采用低功耗,抗爆轰振动冲击和抗电磁干扰方案,设计一款高安全,高可靠,抗振性能好,适用于小断面***环境的数码电子***延期控制装置,解决数码电子***在小断面应用难以回避的拒爆问题,并在小断面矿山实际使用。
本发明采用的技术方案如下:
一种高抗振的电子***延期装置,包括脚线引出端,电子延时模块,发火元件,所述电子延时模块采用抗振结构设计,设置有保护电路和专用ASIC芯片。
进一步地,所述电子延时模块电路还包括限流单元,整流模块,发火开关和储能单元。
进一步地,所述保护电路一端与芯片引脚相连,另外一端与整流模块和发火元件相连,用于对芯片的保护,可加强对电子***延期模块的保护,有效避免了电子***在***过程中因***冲击和挤压将电子***延期模块损坏,从而不会造成拒爆的现象;所述限流单元一端与脚线相连,另外一端和整流模块相连,在电容充电瞬间可以起到限流的作用;所述整流模块输入端与限流单元相连,输出端和储能单元相连;所述发火元件一端与储能单元相连,另外一端与发火开关相连。
进一步地,所述发火开关可以为MOS管,三极管或者场效应管中的一种。
进一步地,所述发火元件为发火电阻或者刚性药头中的一种。
进一步地,所述ASIC芯片属于自主研发,具有高安全、高可靠、低功耗、全国产等特点,主要包括信号接收模块,数据发送模块,指令译码模块,存储模块,延时计数器,时钟电路,输出驱动模块。
所述专用的ASIC芯片采用逻辑控制电路,设计多条专用指令,可实现芯片自检查询,子节点ID呼叫等规定动作的功能,不涉及数据底层架构的运行,芯片接收指令效率反馈速度快,提高了芯片运行的效率,并且芯片中设置有采样结构,可提取数据中的样本数据,并对样本数据进行高效快速地分析处理,快速反馈检测效果,保证电路安全和数码电子***的安全运行。
进一步地,所述专用的ASIC芯片主要工作过程如下:
第一步、所述脚线BUS1,BUS2既是信号传输端口,又是芯片工作供能端口,通过TDM(时分复用)方式实现,同时,实现了信号的滤波整形;
第二步、所述滤波整形的信号包含命令信息,数据信息,进一步地,所述命令信息,数据信息经过信号检波处理,生成信号处理器可识别的字节;
第三步、所述字节数据经过校验比对,确认无误,进入协议算法处理,进行运算;
第四步、所述协议算法处理完成,之后进入执行单元,如果都是正确,执行操作输出,并返回确认信息;如果以上任意环节有错,返回错误信息,进入相应的处理环节。
对本发明研制的电子***延期装置进行芯片及电路实验室的摸底验证,利用Hopkinson杆进行电子***芯片冲击模拟验证,利用空气炮模拟电子***电路及工作状态下的冲击验证等,利用上述设备试验出高g值下电路失效机理;另外借助管厂现有场地和试验条件进行模拟爆轰环境验证,对验证所出现的问题进行分析,定位问题点,然后以此对电子***芯片和电路设计进行改进。
本发明研制的电子***延期装置应用环境可涵盖一般露天***,金属矿山,隧道开挖,水下***,楼宇拆除,桩基***,地下小断面矿采以及大型露天***等,实际使用时,需要对***孔网参数进行优化,需要同时考虑断面大小,炮孔直径,炮孔深度,装药量,孔间间距,起爆***数量以及延期间隔等因素。
本发明的有益效果
本发明采用低功耗,抗爆轰振动冲击和抗电磁干扰方案,设计了一款高安全,高可靠,抗振性能好的数码电子***延期控制装置,保护电阻与芯片引脚相连,可加强对电子***延期模块的保护,有效避免了电子***在***过程中因***冲击和挤压将电子***延期模块损坏,从而不会造成拒爆的现象。研制的产品性能达到国内领先水平,满足工程试用,具备产业化前景,拓展了电子***的应用环境,在地面***,金属矿山,大型露天抛掷,隧道小断面以及水下***等民爆工程领域均有广泛地应用空间,解决了数码电子***在小断面应用难以回避的拒爆问题,大大提高了小断面***的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。
图1为高抗振的电子***延期装置电路图;
图2为高抗振的电子***延期装置专用ASIC芯片内部结构示意图;
图3为高抗振电子***延期装置专用ASIC工作原理图;
图4为高抗振电子***延期装置工作流程图;
图5和图6为采用高抗振电子延期装置的电子***在小断面***中的效果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的,技术方案更加清楚明白,下面通过具体实施例并结合附图对本发明的实施方式做进一步的详细说明,但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
本实施例提供一种抗振性能良好的电子***延期装置,如附图1所示,包括脚线引出端BUS1和BUS2,电子延时模块,发火元件,其中电子延时模块包括限流单元,整流模块,储能单元,保护电路,专用ASIC芯片,发火开关,具体地,保护电路包括电阻R1,R2,限流单元包括电阻R3,R4,整流模块包括二极管D1,D2,D3,D4,储能单元为电容C1,发火开关为K1,发火元件为发火桥丝B1,保护电阻R1一端与芯片引脚VCAP相连,另外一端与全波整流二极管输出端相连;保护电阻R2一端与芯片引脚QS相连,另外一端与发火桥丝B1相连,保护电阻R1,R2用于对芯片的保护,可加强对电子***延期模块的保护,有效避免了电子***在***过程中因***冲击和挤压将电子***延期模块损坏,从而不会造成拒爆的现象;所述限流电阻R3,R4一端与脚线BUS1,BUS2相连,另外一端分别与专用ASIC芯片第一输入端口IN1,第二输入端口IN2相连,在电容充电瞬间可以起到限流的作用;所述全波整流二极管输入端与限流电阻R3,R4相连,输出端和储能电容C1相连;所述发火桥丝B1一端与储能电容C1相连,另外一端与开关K1相连。
以上技术特征构成了本发明的最佳实施例,其具有较强的适应性和最佳实施效果,可根据实际需要增减非必要的技术特征,来满足不同情况的需求。
本实施例中专用ASIC芯片属于自主研发,具有高安全、高可靠、低功耗、全国产等特点,附图2为本实施例专用ASIC芯片内部结构示意图,主要包括信号接收模块,数据发送模块,指令译码模块,EEPROM存储器,延时计数器,时钟电路,输出驱动模块。ASIC芯片采用逻辑控制电路,设计有多条专用指令,可实现芯片的自检查询,子节点ID呼叫等规定动作的功能,不涉及数据底层架构的运行,芯片接收指令效率反馈速度快,提高了芯片运行的效率,并且芯片中设置有采样结构,可提取数据中的样本数据,并对样本数据进行高效快速地分析处理,快速反馈检测效果,保证电路安全和数码电子***的安全运行。
本实施例专用的ASIC芯片架构原理如附图3所示,具体过程如下:
第一步、所述脚线BUS1,BUS2既是信号传输端口,又是芯片工作供能端口,通过TDM(时分复用)方式实现,同时,实现了信号的滤波整形;
第二步、所述滤波整形的信号包含命令信息,数据信息,进一步地,所述命令信息,数据信息经过信号检波处理,生成信号处理器可识别的字节;
第三步、所述字节数据经过校验比对,确认无误,进入协议算法处理,进行运算;
第四步、所述协议算法处理完成,之后进入执行单元,如果都是正确,执行操作输出,并返回确认信息;如果以上任意环节有错,返回错误信息,进入相应的处理环节。
附图4为本实施例专用的ASIC芯片内部工作的流程图。
本实施例采用保护电阻R1、R2对芯片进行保护,加强了电子***延期模块的保护,有效避免了电子***在***过程中因***冲击和挤压将电子***延期模块损坏,从而避免拒爆现象的产生,以下是对本实施例电子***延期装置抗冲击性能进行的测试。
借助***厂现有场地和试验条件进行模拟爆轰环境验证,通过试验摸索出电子***在***冲击下的失效机理,验证过程如下:将铁块钻多个孔,在中间空孔装黑索金***并放置瞬发电子***,在周边孔放置仅装有电子***延期模块的空管并设置成不同的延期时间,采用该方式模拟爆轰波对延期中的电子***的振动冲击,试验结果表明电子***处于不同爆轰传播介质中受到的爆轰冲击的影响不同,特别是在水介质下延时工作中的电子***受到冲击振动破坏最大,甚至是损毁。
利用Hopkinson杆测试***对电子***芯片和模块电路进行摸底验证,测试结果表明电子***芯片在20万g的冲击加速度下未有损坏,模块电路在15万g冲击加速度下未有损坏,另外利用空气炮测试***对电子***模块电路进行冲击测试,将模块电路装配到弹丸中,其中弹丸内置加速度传感器以便记录弹丸碰靶过程中的冲击加速度的值,碰靶材料选用水泥混凝土,在弹丸出炮口初速度为200m/s的情况下碰靶,测试结果表明,在5万g的冲击加速度下,电子***模块电路工作正常。
将本实施例研制的高抗振的电子***延期装置应用于电子***中,针对不同的岩石结构,需要对***孔网参数进行优化,需要同时考虑断面大小,炮孔直径,炮孔深度,装药量,孔间间距,起爆***数量以及延期间隔等因素,将改进的电子***应用于小断面***中,未收到拒爆现象的反馈,附图5为福建某铁矿地下小断面的***效果图,附图6为四川某地下矿小断面***的效果图。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精准形式,并且很显然,根据上述教导,可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用,从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高抗振的电子***延期装置,包括脚线引出端,电子延时模块,发火元件,其特征在于,所述电子延时模块采用抗振结构设计,设置有保护电路和专用ASIC芯片。
2.根据权利要求1所述的一种高抗振的电子***延期装置,其特征在于,所述保护电路与芯片引脚相连。
3.根据权利要求1所述的一种高抗振的电子***延期装置,其特征在于,所述电子延时模块电路还包括限流单元,整流模块,储能元件和发火开关。
4.根据权利要求3所述的一种高抗振的电子***延期装置,其特征在于,所述限流单元一端与脚线相连,另外一端和整流模块相连;所述整流模块输入端与限流单元相连,输出端和储能单元相连。
5.根据权利要求1所述的一种高抗振的电子***延期装置,其特征在于,所述发火元件一端与储能单元相连,另外一端与发火开关相连,所述发火元件为发火电阻或者刚性药头中的一种。
6.根据权利要求3所述的一种高抗振的电子***延期装置,其特征在于,所述发火开关为MOS管,三极管或者场效应管中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种高抗振的电子***延期装置,其特征在于,所述专用ASIC芯片主要包括信号接收模块,数据发送模块,指令译码模块,存储模块,延时计数器,时钟电路,输出驱动模块。
8.根据权利要求1所述的一种高抗振的电子***延期装置,其特征在于,所述专用ASIC芯片采用逻辑控制电路,设计有多条专用指令,不涉及数据底层架构的运行,接收指令反馈速度快。
9.根据权利要求1所述的一种高抗振的电子***延期装置,其特征在于,所述专用ASIC芯片设置有采样结构,可提取数据中的样本数据,并对其进行高效快速地分析处理,从而保护电子***的安全运行。
10.根据权利要求1所述的一种高抗振的电子***延期装置,其特征在于,所述专用ASIC芯片主要工作过程如下:
(1)***脚线通过TDM时分复用方式,一方面作为信号传输端口,另一方面又作为芯片工作供能端口,同时实现信号的滤波整形;
(2)进一步地,所述滤波整形的信号包含命令信息,数据信息,通过对其进行信号检波处理,生成信号处理器可识别的字节;
(3)所述字节数据经过校验比对,确认无误后,进入协议算法处理,进行运算;
(4)所述协议算法处理完成,进入执行单元,若显示结构无误,执行操作输出,并返回确认信息,若以上任意环节有错,返回错误信息,进入相应的处理环节。
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