一种基于时序控制的数码电子雷管起爆系统及控制方法

1.本发明属于数码电子雷管技术设备领域，涉及一种基于时序控制的数码电子雷管起爆系统及控制方法。


背景技术：

2.利用切割索进行开槽破膜的爆炸容器的工作状态如图3和图4所示。使用前利用布基胶带将切割索4均匀布置在密封膜片5的内侧并与密封膜片紧密接触，所有切割索交汇于密封膜片的中心，利用胶布将固定支座2和起爆药柱3固定于切割索交汇中心，雷管1插入固定支座2中心预留孔，并与起爆药柱3紧密接触。工作时首先由起爆器引爆雷管1，雷管1引爆起爆药柱3，起爆药柱3引爆切割索4，切割索4切开密封膜片5，在高压气流的作用下切开后的密封膜片沿切割索位置断开，在密封膜片外侧根部发生翻转并紧贴于设备壁面。全部切割索正常工作，无大块破片从此处飞出。
3.在利用切割索进行爆炸容器密封膜片开槽切割工作时，极少数情况下，由于使用要求、安装工艺、火工品工作状态或环境等因素，存在一定概率的一根或多根切割索不能正常工作的情况。在此情况下，密封膜片不能按照设定形状开口，对气流形成障碍，后端火工品按照原设计时序起爆，破膜和爆炸产生的冲击波对未正常破膜部分的密封膜片产生冲切破坏，冲切破坏产生的大块破片对后端设备和试验品造成严重破坏，存在严重的安全隐患。
4.现有的数码电子雷管起爆器，起爆前向一次起爆的所有雷管传递起爆参数，起爆指令下达后，所有数码电子雷管按照设定的时序依次起爆，无法中断和改变。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种基于时序控制的数码电子雷管起爆系统及控制方法，在现有的数码电子雷管起爆器原理的基础上增加前序火工品工作状态判断电路和信号处理系统，后序数码电子雷管起爆指令下达依据前序火工品的工作状态。如果所有火工品(切割索)正常工作，下达起爆指令，后序爆炸容器内的火工品按照原设定起爆时序起爆；如果有一根或者多根切割索工作异常，不下达起爆指令或下达复位指令，中断后序雷管起爆过程，有效解决背景技术中的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：将起爆流程分为两步实施，前序引爆切割索的雷管和后序正常工作雷管，分开下达起爆指令，后序起爆指令下达依据前序起爆结果实施。包括主控模块、信息输入模块、检测及起爆模块、火工品工作状态判断电路、信号采集模块、状态显示模块、通信模块、切割索固定装置、柔性切割索和数码电子雷管。
7.所述主控模块，为整个系统的信息处理和控制中心，负责功能的实现；
8.所述信息输入模块，用于数码电子雷管注册、起爆参数设置、起爆指令下达；
9.所述检测及起爆模块，用于与主控模块通信、向数码电子雷管传递起爆参数、检测数码电子雷管状态、充电和下达起爆指令；
10.所述信号采集模块，用于采集火工品工作状态判断电路的电压信号，并将信号实
时反馈给主控模块；
11.所述火工品工作状态判断电路，固定在切割索与密封膜片之间，通过检测电路两端的电压变化判断火工品的工作状态；
12.所述状态显示模块，用于显示系统实时状态参数和预警信息；
13.所述通讯模块，用于与其他系统进行信息交换；
14.所述切割索固定装置、起爆药柱、切割索安装在密封膜片表面，数码电子雷管通过固定支座与起爆药柱接触，用于引爆柔性切割索切割密封膜片。
15.所述柔性切割索下方设置有火工品工作状态判断电路，所述触发判断电路采用通电良好具有一定机械强度的材料加工，一般采用漆包线或绝缘电线加工，增加的材料不得影响切割索的工作性能，其直径一般不得超过切割索切割同类材质板材厚度的25％，电路设置于切割索与密封膜片之间，并与两者保持绝缘，从切割索引出后，过双绞线连接到起爆系统。
16.所属火工品工作状态判断依据为在规定的时间内采集模块测到高电平，认为切割索正常工作，如在此时间内有1路或多路电压未达到要求，则认为切割索未正常工作。
17.所述起爆器系统包括：主控模块、信息输入模块、检测及起爆模块、火工品工作状态判断电路、信号采集模块、状态显示模块、通信模块。
18.作为本发明的一种优选技术方案，所述密封膜片为圆形q235b钢板，截面为弧形，所述起爆药柱与柔性切割索通过粘接材料固定至密封膜片表面，所有切割索交汇与密封膜片的中心。
19.作为本发明的一种优选技术方案，所述起爆器组件包括固定支座内侧安装起爆药柱，所述安装定位支座外侧四周连接多根柔性切割索。
20.作为本发明的一种优选技术方案，切割索及固定支座与密封膜片固定采用粘性好的布基胶带。
21.作为本发明的一种优选技术方案，所述柔性切割索数量可根据膜片的规格进行调整，最小数量不少于6根，固定支座和起爆药柱规格根据切割索的数量进行调整。
22.作为本发明的一种优选技术方案，所述火工品工作状态判断电路具有良好的导电性，具有一定的机械强度，安装在密封膜片和切割索之间，埋设在密封膜片下部分不得影响切割索的工作性能，电路自切割索引出后通过双绞线与信号采集模块连接，火工品工作状态判断电路根据输出端电压确定柔性切割索工作状态，在规定时间测量电路电压超过电源电压的50％认为达到高电平。
23.作为本发明的一种优选技术方案，所述火工品工作状态判断电路通过实时检测电路两侧的电压变化来确定切割索是否可靠起爆。判断方法为计算第1路电路达到高电平时间与最后1路电路达到高电平时间的差值，计算时间差小于等于设计值，认为切割索正常起爆，如果计算时间差大于设计值或者未在规定时间内采集到信号，认为切割索工作异常
24.作为本发明的一种优选技术方案，所述火工品工作状态判断电路供电电压不能影响火工品的安全，一般采用9v直流稳压电源或者9v干电池供电。
25.作为本发明的一种优选技术方案，所述火工品工作状态判断电路数量可根据膜片的规格进行调整，最小数量不应少于切割索数量。
26.作为本发明的一种优选技术方案，所有的工作状态判断电路应安装在以膜片中心
为半径相同的圆上。
27.作为本发明的一种优选技术方案，所述两个检测及起爆模块成互锁状态的检测模块a和检测模块b，检测及起爆模块a和检测及起爆模块b向所有数码电子雷管内起爆电容充电完成后，检测及起爆模块a下达起爆指令，检测及起爆模块b在收到主控模块给出的切割索工作状态正常信号后下达起爆指令，检测及起爆模块b在收到主控模块给出的切割索未正常工作信号或未在规定的时间收到切割索正常工作信号时，检测及起爆模块b不下达起爆指令或者下达复位指令。
28.作为本发明的一种优选技术方案，所述检测模块a和检测模块b可同时控制多个数码电子雷管，具体数量根据使用实际在信息输入模块中进行设定和确认。
29.作为本发明的一种优选技术方案，所述检测及起爆模块可采用使用雷管配套的起爆器进行改装，与安全起爆控制系统进行通信，根据指令对所连接的雷管进行操作，实时反馈信息。
30.作为本发明的一种优选技术方案，所述信号采集模块采集的传感器信号数量应不少于实际使用的火工品工作判断电路数量。
31.作为本发明的一种优选技术方案，数码电子雷管采用充电完成后无起爆指令不起爆的型号，优先采用充电后能够进行复位的型号
32.作为本发明的一种优选技术方案，包括以下步骤：
33.进入起爆流程前需要完成数码电子雷管注册、状态检查和参数设置，状态显示模块实时显示流程信息。
34.s1)：雷管授时检测，将起爆参数传递至数码电子雷管，完成校验，如果检测通过进入步骤s2，如果检测未通过再次进行雷管检测，必要时按照安全规范检测连接线路或者更换雷管。
35.s2)：数码电子雷管升高压，升高压完成检测及起爆模块进入起爆指令下达等待状态，雷管进入起爆指令接收状态，如果不能正常显示状态信息，重新进行雷管检测；
36.s3)：检测及起爆模块a发送起爆指令，与切割索连接的a雷管如果收到起爆指令，按照设计时序起爆，如果未收到起爆指令进入等待指令，等待指令超时则进行报警；
37.s4)：信号采集模块对状态判断电路信息进行采集，将采集的信号传递给主控模块，如果所有火工品正常起爆，检测及起爆模块b发送起爆指令，雷管b按照设定时序起爆；如果有一路或多路火工品未正常起爆，或未在规定的时间内收到信号，检测及起爆模块b不发送起爆指令或者发送复位指令，雷管b失效。
38.与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种基于时序控制的数码电子雷管起爆系统及控制方法，根据设置于密封膜片的前序火工品的工作状态确定爆炸容器内后序火工品是否按设定参数起爆；如果所有切割索正常工作，爆炸容器内的火工品按照原设定起爆时序起爆；如果有一根或者多根切割索工作异常，中断爆炸容器内的火工品起爆并使安装的雷管失效，有效保障试验和设备运行安全。
附图说明
39.图1为本发明的系统总框图；
40.图2为本发明的系统工作流程图；
41.图3为本发明的切割索工作状态示意图；
42.图4为本发明的切割索工作状态中心局部放大剖面图；
43.图5为本发明的火工品工作状态判断电路线示意图；
44.图6为本发明的实测高电平信号波形图1；
45.图7为本发明的实测高电平信号波形图2；
46.图8为本发明的实测高电平信号波形图3。
47.图中：1、雷管；2、固定支座；3、起爆药柱；4、柔性切割索；5、密封膜片；6、火工品工作状态判断电路。
具体实施方式
48.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.实施例1
50.如图1至图5所示，本发明所述的一种基于时序控制的数码电子雷管起爆系统及控制方法，采用的技术方案是，将起爆流程分为两步实施，前序引爆切割索的雷管和后序正常工作雷管提前完成雷管内电容充电，分开下达起爆指令，后序起爆指令下达依据前序起爆结果实施。包括主控模块、信息输入模块、检测及起爆模块、火工品工作状态判断电路、信号采集模块、状态显示模块、通信模块、切割索固定装置、柔性切割索和数码电子雷管。
51.所述爆炸容器密封膜片为φ1100mm圆形q235b钢板，厚度2.75mm，截面为弧形，在密封膜片内表面自中心射线状均匀布置8根切割索，采用布基胶带将切割索、固定支座、起爆药柱和雷管固定在膜片上。
52.所述柔性切割索下方设置有火工品工作状态判断电路，所述火工品工作状态判断电路采用φ0.5mm柔性绝缘电线制作，固定在切割索与密封膜片之间，引出后通过双绞线连接到控制系统。判断电路安装在每根切割索的中心位置。
53.本实施例检测及起爆模块a连接1枚数码电子雷管，信号采集模块连接8路火工品工作状态判断电路，检测及起爆模块b连接10枚数码电子雷管。
54.所述火工品工作状态判断电路，采用9v干电池供电。未起爆前，触发输出端为10mv左右的低电平；切割索正常工作时，切断布置在切割索下方的导电线，电路输出端为远大于未引爆前的电压，如图6、图7和图8所示。
55.所述火工品工作状态判断电路的电压信号，由信号采集模块采集后传输给主控模块，所有判断电路3ms内均达到4.5v认为切割索工作正常，有1路未达到则认为膜片切割索未完全工作。
56.系统工作时，对使用的数码电子雷管进行编号，通过信息输入模块，采集数码电子雷管编号，设置控制参数，包括雷管数量、延时参数、雷管起爆控制参数、工作状态判断电路数量、工作状态判断参数等。
57.系统工作时起爆器对安装好的数码电子雷管进行状态参数检测，信号采集模块自检，检测合格后，下达系统工作指令，通过与起爆器连接的电缆向所有电子雷管内电容充
电。
58.充电完成后，没有异常情况或人为中断情况，信号采集模块进入工作状态，检测及起爆模块a向连接在切割索上的雷管a发送起爆指令，雷管a正常起爆。
59.系统工作时：主控模块用于给出系统的基准时基、负责处理各模块反馈数据和下达工作指令；检测及起爆模块用于电子雷管的通信、授时、高压充电与检测、接收和反馈主控模块数据。起爆器授时合格后进行高压充电，充电完成后，检测及起爆模块a发送起爆指令，信号采集模块采集到电压后进行信号切换，主控模块对采集8路判断电路电压信号进行判断，当采集信号满足判断条件时，检测及起爆模块b发出起爆指令，与之相连的10枚电子雷管正常起爆；在规定时间内有1路及以上未测到高电压电路信号，检测及起爆模块b不发出起爆指令或者发出复位指令。
60.如图2所示，信号控制系统步骤如下：
61.进入起爆流程前需要完成数码电子雷管注册、状态检查和参数设置，状态显示模块实时显示流程信息。
62.s1)：雷管授时检测，将起爆参数传递至数码电子雷管，完成校验，如果检测通过进入步骤s2，如果检测未通过再次进行雷管检测，必要时按照安全规范检测连接线路或者更换雷管。
63.s2)：数码电子雷管升高压，升高压完成检测及起爆模块进入起爆指令下达等待状态，雷管进入起爆指令接收状态，如果不能正常成显示状态信息，重新进行雷管检测；
64.s3)：检测及起爆模块a发送起爆指令，与切割索连接的a雷管如果收到起爆指令，按照设计时序起爆，如果未收到起爆指令进入等待指令，等待指令超时则进行报警；
65.s4)：信号采集模块对状态判断电路信息进行采集，将采集的信号传递给主控模块，如果所有火工品正常起爆，检测及起爆模块b发送起爆指令，雷管b按照设定时序起爆；如果有一路或多路火工品未正常起爆，或未在规定的时间内收到信号，检测及起爆模块b不发送起爆指令或者发送复位指令，雷管b失效。
66.实施例2
67.与实施例1的不同之处在于，密封膜片为φ1600mm圆形q235b钢板，厚度2.75mm，安装10根切割索，连接10路火工品工作状态判断电路。
68.实施例3
69.与实施例1的不同之处在于，密封膜片为φ2000mm圆形q235b钢板，厚度2.75mm，安装12根切割索，连接12路火工品工作状态判断电路。
70.实施例4
71.与实施例1的不同之处在于，连接24路火工品工作状态判断电路。第一系列12根安装在单根切割索靠近密封膜片中心位置1/3处，第二系列12根安装在单根切割索靠近密封膜片外侧位置1/3处，所有判断电路4ms以内均达到供电电压50％为正常起爆判断阈值。
72.本文中未详细说明的电路控制方式为现有技术。
73.本发明根据切割索的工作状态确定后续爆炸容器内火工品是否正常起爆。如果所有切割索正常工作，爆炸容器内的火工品按照原设定起爆时序起爆；如果有一根或者多根切割索工作异常，中断爆炸容器内的火工品起爆并使雷管失效，有效保障起爆安全。
74.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以
理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种基于时序控制的数码电子雷管起爆系统，其特征在于：包括主控模块、信息输入模块、检测及起爆模块、信号采集模块、状态显示模块、通信模块、火工品工作状态判断电路、切割索固定装置、柔性切割索和数码电子雷管；所述主控模块，为整个系统的信息处理和控制中心，负责功能的实现；所述信息输入模块，用于数码电子雷管注册、起爆参数设置、起爆指令下达；所述检测及起爆模块，用于与主控模块通信、向数码电子雷管传递起爆参数、检测数码电子雷管状态、充电和下达起爆指令；所述信号采集模块，用于采集火工品工作状态判断电路的电压信号，并将信号实时反馈给主控模块；所述火工品工作状态判断电路，固定在切割索与密封膜片之间，通过检测电路两端的电压变化判断火工品的工作状态；所述状态显示模块，用于显示系统实时状态参数和预警信息；所述通讯模块，用于与其他系统进行信息交换；所述切割索固定装置与起爆药柱、切割索设置于密封膜片表面，所述数码电子雷管通过固定支座与起爆药柱接触，用于引爆柔性切割索切割密封膜片。2.根据权利要求1所述的一种基于时序控制的数码电子雷管起爆系统，其特征在于：所述密封膜片截面为弧形，所述柔性切割索采用可靠方式固定至密封膜片表面。3.根据权利要求1所述的一种基于时序控制的数码电子雷管起爆系统，其特征在于：所述起爆器组件包括安装定位支座，安装定位支座内侧填充起爆药柱，安装定位支座外侧四周连接多根柔性切割索，切割索数量根据膜片大小确定。4.根据权利要求1所述的一种基于时序控制的数码电子雷管起爆系统，其特征在于：所述火工品工作状态判断电路具有良好的导电性，具有一定的机械强度，安装在密封膜片和切割索之间，埋设在密封膜片下部分不得影响切割索的工作性能，电路自切割索引出后通过双绞线与信号采集模块连接。5.根据权利要求1所述的一种基于时序控制的数码电子雷管起爆系统，其特征在于：所有的所述工作状态判断电路应安装在以膜片中心为半径相同的圆上。6.根据权利要求1所述的一种基于时序控制的数码电子雷管起爆系统，其特征在于：所述火工品工作状态判断电路通过实时检测电路两侧的电压变化来确定切割索是否可靠起爆。判断方法为计算第1路电路达到高电平时间与最后1路电路达到高电平时间的差值，计算时间差小于等于设计值，认为切割索正常起爆，如果计算时间差大于设计值或者未在规定时间内采集到信号，认为切割索工作异常。7.根据权利要求1所述的一种基于时序控制的数码电子雷管起爆系统，其特征在于：所述两个检测及起爆模块成互锁状态的检测模块a和检测模块b，检测及起爆模块a和检测及起爆模块b向所有数码电子雷管内起爆电容充电完成后，检测及起爆模块a下达起爆指令，检测及起爆模块b在收到主控模块给出的切割索工作状态正常信号后下达起爆指令，检测及起爆模块b在收到主控模块给出的切割索未正常工作信号或未在规定的时间收到切割索正常工作信号时，检测及起爆模块b不下达起爆指令或者下达复位指令。8.根据权利要求7所述的一种基于时序控制的数码电子雷管起爆系统，其特征在于：所述检测模块a和检测模块b可同时控制多个数码电子雷管，具体数量根据使用实际在信息输
入模块中进行设定和确认。9.一种基于时序控制的数码电子雷管起爆系统及控制方法，其特征在于：包括以下步骤：进入起爆流程前需要完成数码电子雷管注册、状态检查和参数设置，状态显示模块实时显示流程信息。s1)：雷管授时检测，将起爆参数传递至数码电子雷管，完成校验，如果检测通过进入步骤s2，如果检测未通过再次进行雷管检测，必要时按照安全规范检测连接线路或者更换雷管。s2)：数码电子雷管升高压，升高压完成，检测及起爆模块进入起爆指令下达等待状态，雷管进入起爆指令接收状态，雷管进入起爆指令接收状态，如果不能正常显示状态信息，重新进行雷管检测；s3)：检测及起爆模块a发送起爆指令，与切割索连接的a雷管如果收到起爆指令，按照设计时序起爆，如果未收到起爆指令进入等待指令，等待指令超时则进行报警；s4)：信号采集模块对状态判断电路信息进行采集，将采集的信号传递给主控模块，如果所有火工品正常起爆，检测及起爆模块b发送起爆指令，雷管b按照设定时序起爆；如果有一路或多路火工品未正常起爆，或未在规定的时间内收到信号，检测及起爆模块b不发送起爆指令或者发送复位指令，雷管b失效。

技术总结
本发明涉及一种基于时序控制的数码电子雷管起爆系统及控制方法。采用的技术方案是：通过判断前序数码电子雷管引爆火工品的工作状态，来确定后序数码电子雷管工作状态，如前序火工品正常工作，后序数码电子雷管按设定参数起爆，如前序火工品未满足设定条件，后序雷管失效不工作。本发明的有益效果：根据设置于爆炸容器内密封膜片的前序火工品的工作状态确定后序火工品是否按设定参数起爆，如果所有切割索正常工作，向爆炸容器内的火工品发送起爆指令，按照原设定起爆时序起爆；如果有一根或者多根切割索工作异常，不向爆炸容器内的火工品发送起爆指令或者发送复位指令，使雷管失效无法正常起爆，有效保障试验和设备运行安全。全。全。


技术研发人员：张婷 辛凯 梁仕发 闫民华 高永红 黄旭 周立强
受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院国防工程研究院工程防护研究所
技术研发日：2021.11.29
技术公布日：2022/3/8