WO2022203528A1 - Adaptador electrónico con retardo programado para la iniciación de un fulminante - Google Patents

Adaptador electrónico con retardo programado para la iniciación de un fulminante Download PDF

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Arnaldo Ignacio ARANCIBIA VÁSQUEZ
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    • F42D1/045—Arrangements for electric ignition

Definitions

  • the present invention in general, is located in the technical field of explosives used in mining activities, civil works and in quarries, and refers more particularly to an electronic adapter with programmed delay for the initiation of explosive accessories.
  • safety fuses are conventionally known for the initiation of the fire of an explosive. These safety fuses have the inconvenience that they generate high levels of contamination when they are lit and, in addition, they have generated countless accidents in mining activities.
  • the present invention is an electronic device for the initiation of explosive accessories that comprises contents in a casing to a printed circuit board (PCB) in which a capacitor is electrically connected.
  • energy to store energy and an activation resistance which are energized by a power supply through electrical conductors characterized in that it is adaptable and attachable in situ with the explosive accessory and because it also includes in its circuit and connected to the capacitor power to a voltage regulator, a varistor diode, a current rectifier, and an onboard timer that connects with one or more delay resistors and a delay capacitor, plus, an optocoupler associated with the onboard timer and pull-up resistor to actuate an ignition filament to produce the spark in a fulmi nante to carry out the blasting.
  • PCB printed circuit board
  • the casing that is sealed at its ends by respective covers in order to provide protection to the device and are coupled once they are in conjunction with the blasting cap of the explosive accessory.
  • the varistor diode is the first electronic component where the power supply to the circuit circulates, if the voltage exceeds a safe voltage range for the circuit, it acts as a short circuit to protect the other electronic components. Subsequently, the current rectifier modifies the power supply polarity in case they have been connected inversely.
  • the voltage regulator allows adjusting the voltage required for the operation of the electronic components.
  • the integrated timer is the electronic component where the delay time of the circuit is programmed.
  • the delay time for activation of the timer depends on the delay resistors and the delay capacitor that are connected in series and in turn establish a voltage divider that is connected to a pin of the timer, depending on the values of said resistors it lengthens or shortens the charge time of the delay capacitor, which is what generates a delay in the integrated timer, then the integrated timer applies a pulse on another of its pins to the anode of the optocoupler and this allows the passage of current previously stored the power condenser to the tungsten ignition filament which when heated instantaneously generates a spark in a primer to activate the explosion
  • the integrated timer allows a predetermined time to be programmed for the explosion, so that explosives placed in different locations can explode in a specific order and not randomly. immediately all at once, improving the results in the fracture in the rock or soil.
  • FIGURE N° 1 An exploded plan view of the electronic adapter with programmed delay for the activation of explosive accessories according to the preferred embodiment of the invention is shown, showing the elements of the electronic circuit that are found on the upper part of the PCB and , the casing that covers it.
  • FIGURE N° 2 An exploded bottom view of the electronic adapter with programmed delay for the activation of explosive accessories of figure 1 is shown, showing the elements of the electronic circuit that are found in the lower part of the PCB and the casing that covers it .
  • FIGURE N° 3 An exploded plan view of the electronic adapter with programmed delay for the activation of explosive accessories of figure 1 is shown, showing the coupling of the casing that covers the circuit and the rear cover of said casing.
  • FIGURE N° 4 An exploded plan view of the electronic adapter with programmed delay for the activation of explosive accessories of figures 1 and 2 is shown, showing the way of coupling the device in a common primer of the explosive accessory.
  • FIGURE N° 5 An exploded plan view of the electronic adapter with programmed delay for the activation of explosive accessories is shown of figure 4 showing the way of coupling in a common primer of the explosive accessory with the front cover.
  • FIGURE N° 6 An exploded plan view of the electronic adapter with programmed delay for the activation of explosive accessories of figure 5 is shown, showing the way of complete coupling with the explosive accessory.
  • PCB printed circuit board
  • the electronic adapter device with delay for the activation of explosive accessories of the present invention will be put into practice in a preferred embodiment with reference to figures 1-6.
  • the adapter device with programmed delay (100) of this invention comprises an electronic circuit that is made up of a printed circuit board (101), hereinafter PCB, in which a varistor diode (103) is electrically connected.
  • the electronic adapter (100) in order to provide protection to the electronic circuit of the electronic adapter (100), it also has a casing (109) that is sealed at one of its ends by a rear cover (114) and at the other end by a cover. front (115) that is incorporated when the primer (200) is attached.
  • Said casing (109) and covers (114) and (115) are preferably made of plastic material, antistatic, waterproof and high resistance.
  • the power supply of the adapter can be one of the conventional type widely known in the art, so its operation and configuration will not go into detail, however it provides between 16 and 40 V.
  • the varistor diode (103) has the function of protecting and absorbing voltage spikes greater than a predetermined value, in this case 40V, if the input voltage is greater than 40 said varistor diode (103) serves as a short circuit and does not let the voltage pass to the other elements of the circuit.
  • the current rectifier (104) is responsible for transforming the alternating current into direct current.
  • Said current rectifier (104) is preferably a diode bridge.
  • the voltage regulator (110) allows adjusting the voltage required in the integrated timer (111) to activate it.
  • the integrated timer (111) has the delay time of the circuit programmed and, preferably, it is a TS555 integrated circuit, the operation of which is well known by those skilled in the art, so it will not go into detail about its operation.
  • the delay resistors (106) and the delay capacitor (112) are connected in series to one of the pins of the TE555, and depending on the values of said resistors (106) and the capacitor (112), generates a desired delay using a mathematical formula before the TE555 generates a pulse on its trigger pin which is connected to the optocoupler (107).
  • the adapter (100) receives electrical energy through the electrical conductors (102) from the power source, this energy reaches the varistor diode (103) and the rectifier (104) which come to provide a first means of safety, since when feeding the circuit with overvoltages (greater than 40 volts) the system acts as a short circuit and prevents the activation of the ignition filament (108), its activation range being between 16 and 40 volts, a safe voltage for the operator at the time of handling and activation.
  • the energy condenser (105) stores energy allowing, at the moment of blasting, to activate the ignition filament (108) or, in the event that the electrical conductors (102) suffer damage, to give the circuit sufficient time autonomy so that the ignition filament (108) is activated.
  • the optocoupler (107) forms a second security means, therefore, it allows the energy of the energy capacitor (105) to be released towards the ignition filament (108) once the delay programmed in the integrated timer (111) has been completed, making circulating an electrical current through the ignition filament (108), this generates a small spark sufficient to activate a primer (200) of an explosive accessory.
  • the primer (200) is not part of the device but that the installation is done on site and, in figures 4 to 6, the coupling of the adapter with said primer is shown. As can be seen in figures 5 and 6, when the adapter is installed, a front cover (115) is attached that serves to protect the primer (200).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

La presente invención se refiere a un dispositivo electrónico que es adaptabe y acoplable in situ para la iniciación de accesorios explosivos que comprende contenidos en una carcasa a PCB, un condensador de energía y una resistencia de activación que comprende además en su circuito y conectados con el condensador de energía a un regulador de voltaje, un diodo varistor, un rectificador de corriente y un temporizador integrado que se conecta con una o más resistencias de retardo y un condensador de retardo, además de, un optoacoplador asociado al temporizador integrado y a la resistencia de activación para accionar a un filamento de ignición para producir la chispa en un fulminante para realizar la voladura. La invención tiene las ventajas de que no genera contaminación al ambiente, permite su transporte, manipulación, su almacenamiento, su fabricación de manera segura, al no estar en un solo paquete integrado con todo el accesorio explosivo y los explosivos pueden explotar en un orden específico gracias al retardo programado, mejorándose los resultados en la fractura en la roca o el suelo.

Description

ADAPTADOR ELECTRÓNICO CON RETARDO PROGRAMADO PARA LA
INICIACIÓN DE UN FULMINANTE
CAMPO TÉCNICO
La presente invención, en general, se ubica en el campo técnico de los explosivos empleados en actividades mineras, obras civiles y en canteras, y se refiere más particularmente, a un adaptador electrónico con retardo programado para la iniciación de accesorios explosivos.
ESTADO DE LA TÉCNICA
En la actualidad se conocen convencionalmente para la iniciación del fuego de un explosivo, las mechas de seguridad. Estas mechas de seguridad presentan el inconveniente de que generan altos niveles de contaminación en su encendido y además, ha generado un sinnúmero de accidente en actividades mineras.
También, actualmente se conocen una gran cantidad de iniciadores eléctricos y electrónicos como los que se han divulgado en los documentos de patentes divulgados bajo los números de publicación WO2018119999A1 , US2005066832A1 , CN203785562U los cuales cuentan con diferentes accesorios y funciones, pero que convergen en el empleo de medios eléctricos y/o electrónicos dispuestos en placas de circuitos impresos (PCB) y que además, están diseñados en un solo paquete con los accesorios explosivos, cuyas estructuras tienen productos químicos para generar la explosión.
Sin embargo, pese a que estos dispositivos iniciadores logran solucionar el problema de las mechas de seguridad, tienen el inconveniente de que al estar en un solo paquete integrado con el accesorio explosivo, también pueden ocasionar accidentes fatales por la explosión durante su manipulación, en su almacenamiento, en su fabricación y/o en su transporte haciéndose también necesario mantenerlas en estrictas restricciones de uso y regulaciones legales. Además, durante su uso en voladura en minería, los explosivos se ubican en diferentes partes lo que provoca que las explosiones se realicen al mismo tiempo, esto es una mala práctica ya que ocasiona que la fractura de la roca no sea uniforme.
Por lo descrito anteriormente, existe la necesidad de desarrollar un dispositivo para la iniciación de un accesorio explosivo que permita solventar los problemas de los antecedentes descritos.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Como solución a los problemas antes mencionados se desarrolló el presente invento el cual se trata de un dispositivo electrónico para la iniciación de accesorios explosivos que comprende contenidos en una carcasa a una placa de circuito impreso (PCB) en el cual están conectados eléctricamente un condensador de energía para almacenar energía y una resistencia de activación los cuales son energizados por una fuente de alimentación a través de unos conductores eléctricos que se caracteriza porque es adaptable y acoplable in situ con el accesorio explosivo y porque comprende además en su circuito y conectados con el condensador de energía a un regulador de voltaje, un diodo varistor, un rectificador de corriente y un temporizador integrado que se conecta con una o más resistencias de retardo y un condensador de retardo, además de, un optoacoplador asociado al temporizador integrado y a la resistencia de activación para accionar a un filamento de ignición para producir la chispa en un fulminante para realizar la voladura.
Así mismo, la carcasa que es sellada en sus extremos por sendas tapas con la finalidad de proporcionar protección al dispositivo y se acoplan una vez que están en conjunto con el fulminante del accesorio explosivo.
El diodo varistor es el primer componente electrónico donde circula la alimentación de energía al circuito, si el voltaje supera un rango de tensión seguro para el circuito, actúa como un corto circuito para proteger los demás componentes electrónicos. Posteriormente el rectificador de corriente, modifica la polaridad de alimentación en el caso hayan sido conectadas inversamente.
El regulador de voltaje permite adecuar la tensión requerida para el funcionamiento de los componentes electrónicos.
El temporizador integrado es el componente electrónico donde se programa el tiempo de retardo del circuito. El tiempo de retardo para activación del temporizador depende de las resistencias de retardo y el condensador de retardo que están conectados en serie y a su vez establecen un divisor de voltaje que se conecta a un pin del temporizador, dependiendo de los valores de dichas resistencias se alarga o acorta el tiempo de carga del condensador de retardo que es lo que genera un retardo en el temporizador integrado, a continuación, el temporizador integrado aplica un pulso en otro de sus pines al ánodo del optoacoplador y este permite el paso de corriente que anteriormente almacenó el condensador de energía hacia el filamento de ignición de tungsteno que al calentarse instantáneamente genera una chispa en un fulminante para activar la explosión
La presente invención tiene los siguientes efectos beneficiosos respecto al estado de la técnica:
No genera contaminación al ambiente, al realizar la activación de manera electrónica.
Permite su transporte, manipulación, en su almacenamiento, en su fabricación y/o en su transporte de manera segura, al no estar en un solo paquete integrado con todo el accesorio explosivo, sino que es adaptable para su instalación in situ.
Finalmente, el temporizador integrado permite que se programe un tiempo predeterminado para la explosión, con lo que los explosivos colocados en distintas ubicaciones pueden explotar en un orden específico y no de manera inmediata todos a la vez, mejorándose los resultados en la fractura en la roca o el suelo.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Con la finalidad de mejorar la comprensión de los aspectos técnicos de la invención, se están anexando a la presente memoria descriptiva un pliego de dibujos, los cuales tienen un carácter explicativo, más no limitativo, los cuales representan lo siguiente:
FIGURA N° 1 : Se muestra una vista de planta explosionada del adaptador electrónico con retardo programado para la activación de accesorios explosivos según el ejemplo de realización preferente de la invención mostrando los elementos del circuito electrónico que se encuentran por la parte superior de la PCB y, la carcasa que lo cubre.
FIGURA N° 2: Se muestra una vista inferior explosionada del adaptador electrónico con retardo programado para la activación de accesorios explosivos de la figura 1 mostrando los elementos del circuito electrónico que se encuentran por la parte inferior de la PCB y, la carcasa que lo cubre.
FIGURA N° 3: Se muestra una vista de planta explosionada adaptador electrónico con retardo programado para la activación de accesorios explosivos de la figura 1 mostrando el acople de la carcasa que cubre el circuito y la tapa posterior de dicha carcasa.
FIGURA N° 4: Se muestra una vista de planta explosionada del adaptador electrónico con retardo programado para la activación de accesorios explosivos de las figuras 1 y 2 mostrando la manera de acoplamiento del dispositivo en un fulminante común del accesorio explosivo.
FIGURA N° 5: Se muestra una vista de planta explosionada del adaptador electrónico con retardo programado para la activación de accesorios explosivos de la figura 4 mostrando la manera de acoplamiento en un fulminante común del accesorio explosivo con la tapa delantera.
FIGURA N° 6: Se muestra una vista de planta explosionada del adaptador electrónico con retardo programado para la activación de accesorios explosivos de la figura 5 mostrando la manera de acoplamiento completo con el accesorio explosivo.
Los elementos mostrados en referencias a las figura 1 a 5 corresponden a: 100.- Adaptador electrónico con retardo programado,
101.- placa de circuito impreso (PCB),
102.- conductores eléctricos,
103.- diodo varistor,
104.- rectificador de corriente, 105.- condensador de energía,
106.- resistencias de retardo,
107.- optoacoplador,
108.- filamento de ignición,
109.- carcasa 110.- regulador de Voltaje
111.- temporizador integrado (TS555)
112.- condensador de retardo
113.- Resistencia de activación (del optoacoplador)
114.- tapa posterior de la carcasa 115.- tapa delantera de la carcasa
200.- Fulminante común
EJEMPLOS DE REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN El dispositivo adaptador eléctronico con retardo para la activación de accesorios explosivos de la presente invención se llevará a la práctica en un ejemplo de realización preferente en referencia a las figuras 1-6. Según lo mencionado anteriormente, el dispositivo adaptador con retardo programado (100) de esta invención comprende un circuito electrónico que está conformado por una placa de circuito impreso (101), en adelante PCB, en el cual están conectados eléctricamente un diodo varistor (103), un rectificador de corriente (104), un condensador de energía (105), un regulador de voltaje (110), un temporizador integrado (111), una o más resistencias de retardo (106), un condensador de retardo (112), un optoacoplador (107) que dispone de una resistencia de activación (113) para accionar un filamento de ignición (108) e iniciar la chispa en un fulminante común (200) del accesorio explosivo, donde además, dicho circuito electrónico recibe energía desde una fuente de alimentación externa (no ilustrada) a través de unos conductores eléctricos (102) para poner en funcionamiento el circuito.
Así mismo, con la finalidad de proporcionar protección al circuito electrónico del adaptador eléctrónico (100) este cuenta además con una carcasa (109) que es sellada en uno de sus extremos por una tapa posterior (114) y en el otro extremo por una tapa delantera (115) que se incorpora cuando se acopla el fulminante (200). Dichas carcasa (109) y tapas (114) y (115) están fabricadas preferentemente de material plástico, antiestático, impermeable y de alta resistencia.
La fuente de alimentación del adaptador puede ser una del tipo convencional ampliamente conocida en la técnica, por lo que no se entrará en detalle sobre su funcionamiento y configuración, sin embargo esta proporciona entre 16 y 40 V.
El diodo varistor (103) tiene la función de proteger y absorber los picos de voltaje mayores a un valor predeterminado, en este caso 40V, si el voltaje de entrada es mayor a 40 dicho diodo varistor (103) sirve como un corto circuito y no deja que el voltaje pase a los demás elementos del circuito.
El rectificador de corriente (104), se encarga de transformar la corriente alterna en corriente continua. Dicho rectificador de corriente (104), de manera preferente es un puente de diodos. El regulador de voltaje (110) permite adecuar la tensión requerida en el temporizador integrado (111) para activarlo.
El temporizador integrado (111) tiene programado el tiempo de retardo del circuito y, de manera preferente es un circuito integrado TS555, cuyo funcionamiento es bien conocido por los expertos en la técnica, por lo que no se entrará en detalle acerca de su funcionamiento.
Por otro lado, las resistencias de retardo (106) y el condensador de retardo (112) están conectadas en serie a uno de los pines del TE555, y dependiendo de los valores de dichas resistencias (106) y el condensador (112), se genera un retardo deseado mediante una fórmula matemática antes de que el TE555 genere un pulso en su pin de disparo que está conectado al optoacoplador (107).
En funcionamiento, el adaptador (100) recibe energía eléctrica a través de los conductores eléctricos (102) desde la fuente de energía, esta energía llega al diodo varistor (103) y al rectificador (104) los cuales vienen a proporcionar un primer medio de seguridad, ya que al alimentar el circuito con sobretensiones (mayor a 40 voltios) el sistema actúa como un corto circuito y evita la activación del filamento de ignición (108), siendo su rango de activación entre 16 y 40 voltios, un voltaje seguro para el operador en el momento de su manipulación y activación.
El condensador de energía (105) almacena energía permitiendo al momento de la voladura, activar el filamento de ignición (108) o, en el caso que los conductores eléctricos (102) sufran un daño, dar suficiente autonomía de tiempo al circuito para que el filamento de ignición (108) sea activado.
El optoacoplador (107) conforma un segundo medio de seguridad, pues, permite liberar la energía del condensador de energía (105) hacia el filamento de ignición (108) una vez se ha completado el retardo programado en el temporizador integrado (111), haciendo circular una corriente eléctrica por el filamento de ignición (108), este genera una pequeña chispa suficiente para activar un fulminante (200) de un accesorio explosivo. Los expertos en la técnica deben comprender que el fulminante (200) no forma parte del dispositivo sino que la instalación se hace in situ y, en las figuras 4 a 6 se muestra el acoplamiento del adaptador con dicho fulminante. Como puede apreciarse en las figuras 5 y 6, cuando se realiza la instalación del adaptador, se acopla una tapa delantera (115) que sirve para proteger al fulminante (200)
De esta manera, se ha descrito de manera suficiente y amplia todos los aspectos técnicos de la invención, con lo cual un experto en la técnica debe entender que cualquier cambio en la forma, en el nombre o en los elementos, siempre que estos no alteren el funcionamiento del adaptador, se considera dentro del alcance de esta invención.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo electrónico para la iniciación de un fulminante (200) que comprende conectados eléctricamente y contenidos en una carcasa (109) a una placa de circuito impreso (101), un condensador de energía (105) y una resistencia de activación (113) para el fulminante (200) los cuales son energizados por una fuente de alimentación que se caracteriza porque es adaptable y acoplable in situ con el fulminante (200) por medio de una tapa posterior (114) y una tapa delantera (115) que se acoplan cuando están en conjunto con el fulminante (200) y porque además comprende conectados en la placa de circuito impreso:
- un diodo varistor (103), un rectificador de corriente (104) y un regulador de voltaje (110) conectados al condensador de energía (105);
- un temporizador integrado (111), una o más resistencias de retardo (106) y un condensador de retardo (112) conectados entre sí y con el condensador de energía (105) para generar un retardo en la activación del fulminante (200);
- un optoacoplador (107) asociado con el temporizador integrado (111) y a la resistencia de activación (113) para accionar un filamento de ignición (108) que inicia la chispa en el fulminante (200).
2. El dispositivo electrónico para la iniciación de un fulminante (200) según la reivindicación 1 caracterizado porque el temporizador integrado (111) es un circuito integrado del tipo TS555.
3. El dispositivo electrónico para la iniciación de un fulminante (200) según la reivindicación 1 caracterizado porque el rectificador de corriente (104) es un puente de diodos.
4. El dispositivo electrónico para la iniciación de un fulminante (200) según la reivindicación 1 caracterizado porque la fuente de alimentación es externa y proporciona entre 16 y 40 V al dispositivo.
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