ПРИБОР ДЛЯ ПОДРЫВА ПИРОСРЕДСТВ Российский патент 2017 года по МПК F42D1/05 F42C11/00 

Изобретение относится к системам инициирования пиросредств.

Известен сетевой прибор взрывания (см. патент РФ №2202766 от 12.03.01, «Сетевой прибор взрывания», К.Х. Пагиев, Ю.С. Петров, А.А. Маслов, опубликован 20.04.03). Сетевой прибор взрывания содержит микроконтроллер, выполняющий функции центрального блока управления, устройства замедления в виде тиристорных ключей К1…Кn, каждое из которых подсоединено к соответствующей электровзрывной сети, запоминающее устройство, внешний источник энергии, преобразователь напряжения, устройство контроля и защиты прибора, датчик тока, датчик напряжения, два аналого-цифровых преобразователя и устройство ввода и отображения информации. Тиристорные ключи К1…Кn подсоединены к преобразователю напряжения и к электровзрывной сети, а к управляющим входам тиристорных ключей К1…Кn подключен микроконтроллер. Между преобразователем напряжения и тиристорными ключами К1…Кn подключены последовательно датчик тока и параллельно датчик напряжения. Выходы датчиков тока и напряжения подключены к входам аналого-цифровых преобразователей, выходы которых подсоединены к входам микроконтроллера, к другим входам которого подключены устройство ввода и отображения информации, блок оперативно-запоминающего устройства и устройство контроля и защиты прибора, к входам которого подключены аналого-цифровой преобразователь напряжения и тиристорные ключи К1…Кn.

Недостатком данного устройства является отсутствие гальванической развязки исполнительных устройств и микроконтроллера, что может приводить к сбоям микроконтроллера в сложной помеховой обстановке.

Известен прибор для подрыва пиросредств (см. патент РФ №2434199, «Прибор для подрыва пиросредств», Л.Б. Егоров, К.С. Кирсанов, И.В. Цетлин, опубликованный 20.11.2011, Бюл №32), содержащий источник энергии, электровзрывные сети и ключи, одни из которых подключены к плюсовой клемме источника энергии, а другие подключены к минусовой клемме источника энергии, микроконтроллер, выходы которого подключены к управляющим входам ключей соответственно. К выходу каждого ключа дополнительно подключена схема контроля, выход каждой из которых соединен с соответствующим входом микроконтроллера. Дополнительно введены диоды, при этом схемы контроля и ключи разделены на две группы. В одной группе выходы ключей соединены с анодами диодов, катоды которых через соответствующие электровзрывные сети соединены с выходами ключей другой группы соответственно. Стробирующие входы первой и второй групп схем контроля соединены с соответствующими стробирующими выходами микроконтроллера.

Недостатком данного устройства является низкая устойчивость к разрядам статического электричества и электромагнитным наводкам в электровзрывных сетях, так как имеется гальваническая связь выходов устройства с внутренними цепями, что может приводить к сбоям микроконтроллера. Применение в качестве ключей электромагнитных реле обеспечивает хорошую гальваническую развязку от электровзрывных сетей, но снижает точность времени выдачи выходных импульсов, что связано с большой задержкой срабатывания электромагнитных реле, разбросом указанной задержки как технологическим, так и связанным с изменением напряжения питания, а также наличием дребезга контактов. Участие микроконтроллера в контроле исправности ключей приводит к многочисленности связей микроконтроллера со схемами контроля, что затрудняет обеспечение гальванической развязки известными способами, так как ведет к резкому увеличению схемных затрат, габаритов и массы устройства.

Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.

Достигаемым техническим результатом является повышение помехоустойчивости.

Для достижения технического результата в приборе для подрыва пиросредств, содержащем микроконтроллер, каждый выход которого подключен к управляющему входу каждого релейного ключа, первые выводы ключей соединены с первыми выводами электровзрывных сетей, источник энергии, к минусовой клемме которого подключен первый вывод первого электронного ключа, новым является то, что дополнительно введены первый, второй и третий резисторы, конденсатор, блок гальванической развязки и второй электронный ключ, управляющий вход которого соединен с первыми выводами конденсатора, третьего резистора и через первый резистор соединен со вторым выводом первого электронного ключа и вторыми выводами каждого релейного ключа, вторые выводы третьего резистора и конденсатора и первый вывод второго электронного ключа подключены к минусовой клемме источника энергии, к плюсовой клемме которого подключены вторые выводы электровзрывных сетей, второй вывод второго электронного ключа соединен с управляющим входом первого электронного ключа, первый вывод которого соединен с отрицательным выходом блока гальванической развязки, положительный выход которого соединен через второй резистор с управляющим входом первого электронного ключа, при этом входы блока гальванической развязки соединены с соответствующими дополнительными выходами микроконтроллера.

Указанная совокупность существенных признаков позволяет повысить помехоустойчивость прибора за счет гальванической развязки микроконтроллера от выходов устройства.

На фиг. 1 приведена схема прибора для подрыва пиросредств, на фиг. 2 - схема релейного ключа.

Прибор для подрыва пиросредств содержит микроконтроллер 1, каждый выход которого подключен к управляющему входу соответствующего релейного ключа 2-1, …, 2-n, электровзрывные сета 3-1, …, 3-n, источник энергии 4, к минусовой клемме которого подключен первый вывод первого электронного ключа 5, первый 6, второй 7 и третий 8 резисторы, конденсатор 9, блок гальванической развязки 10 и второй электронный ключ 11. Первые выводы релейных ключей 2-1, …, 2-n соединены с первыми выводами электровзрывных сетей 3-1, …, 3-n. Управляющий вход второго электронного ключа 11 соединен с первыми выводами конденсатора 9, третьего резистора 8 и через первый резистор 6 соединен со вторым выводом первого электронного ключа 5 и вторыми выводами каждого релейного ключа 2-1, …, 2-n. Вторые выводы третьего резистора 8 в конденсатора 9 и первый вывод второго электронного ключа 11 подключены к минусовой клемме источника энергии 4, к плюсовой клемме которого подключены вторые выводы электровзрывных сетей 3-1, …, 3-n. Второй вывод второго электронного ключа 11 соединен с управляющим входом первого электронного ключа 5, первый вывод которого соединен с отрицательным выходом блока гальванической развязки 10, положительный выход которого соединен через второй резистор 7 с управляющим входом первого электронного ключа 5, при этом входы блока гальванической развязки 10 соединены с соответствующими дополнительными выходами микроконтроллера 1.

Релейный ключ 2-1 (2-2, …, 2-n) содержит электромагнитное реле 12, один вывод обмотки которого подключен к положительной шине 13 питания микроконтроллера 1, а другой вывод соединен с коллектором транзистора 14, эмиттер которого подключен к минусовой шине 15 питания микроконтроллера 1, а база - с выводом резистора 16, другой вывод которого является управляющим входом релейного ключа 2-1 (2-2, …, 2-n). Выводы группы замыкающих контактов электромагнитного реле 12 являются одним и другим выводами релейного ключа 2-1 (2-2, …, 2-n).

Прибор для подрыва пиросредств (см. Фиг. 1) работает следующим образом.

По определенной программе микроконтроллер 1 на своих выходах формирует импульсы команд на подрыв соответствующих электровзрывных сетей 3-1, …, 3-n. Одновременно с указанными импульсами, но с задержкой на время t₃, превышающее время дребезга контактов релейных ключей 2-1, …, 2-n, микроконтроллер 1 формирует сигналы на дополнительных выходах, которые проходят через блок гальванической развязки 10 и в виде импульса напряжения через второй резистор 7 поступают на управляющий вход первого электронного ключа 5. Первый электронный ключ 5 открывается, и через него и контакты соответствующего релейного ключа 2-i протекает импульс тока через соответствующую электровзрывную сеть 3-i, приводящий к ее подрыву. При этом аварийная ситуация могла бы произойти, если помимо релейного ключа 2-i открылся другой релейный ключ 2-j, например, из-за его неисправности, или из-за неисправности j-го выхода микроконтроллера 1. В этом случае произошел бы подрыв двух электровзрывных сетей. Данная ситуация исключается благодаря применению второго электронного ключа 11.

Выявление неисправности происходит следующим образом. Если схема исправна, то сумма токов утечек закрытых релейных ключей 2-1, …, 2-n, протекая через третий резистор 8, создает на нем падение напряжения ниже порога срабатывания второго электронного ключа 11. Данный ключ остается закрытым. При появлении импульса команды на одном из выходов микроконтроллера 1 с задержкой и дребезгом замыкаются контакты соответствующего релейного ключа 2-i. Через первый резистор 6 начинает протекать ток, величина которого ограничена сопротивлением указанного резистора на уровне, безопасном для электровзрывных сетей 3-1, …, 3-n. При этом постоянная времени заряда конденсатора 9 выбрана такой, чтобы через время t₃, когда откроется первый электронный ключ 5, напряжение на конденсаторе 9 было гарантированно ниже порога срабатывания второго электронного ключа 11. Открытый первый электронный ключ 5 сформирует импульс тока подрыва соответствующей электровзрывной сети 3-i и одновременно разрядит конденсатор 9 через первый резистор 6.

Если неисправен хотя бы один из релейных ключей 2-1, …, 2-n или хотя бы один из выходов микроконтроллера 1, во время отсутствия команд к сумме токов утечек исправных ключей добавятся ток, протекающий через неисправный релейный ключ 2-i, величина которого ограничена сопротивлением первого резистора 6 на уровне, безопасном для электровзрывной сетей 3-i. Через время, обусловленное постоянной времени заряда конденсатора 9, напряжение на нем превысит порог срабатывания второго электронного ключа 11. Второй электронный ключ 11 откроется и заблокирует открывание первого электронного ключа 5. Таким образом, аварийная ситуация, связанная с одновременным подрывом двух и более электровзрывных сетей 3-1, …, 3-n из-за неисправности схемы, исключается.

Гальваническая развязка, обеспеченная релейными ключами 2-1, …, 2-n и блоком гальванической развязки 10, исключает сбои микроконтроллера 1 в условия действия помех. Этому также способствует уменьшение, по сравнению с прототипом, количества связей микроконтроллера 1 с исполнительной частью прибора.

Проведено макетирование прибора для подрыва пиросредств с использованием микросхемы БМК 5517БЦ2У в качестве микроконтроллера. Остальная часть устройства реализована на базе реле РЭК81, полевых транзисторов 2П7231А9, трансформаторе ТИЛЗВ. Испытания макета подтвердили работоспособность заявляемого устройства и его практическую ценность.

Изобретение относится к системам инициирования пиросредств. Прибор для подрыва пиросредств содержит микроконтроллер, каждый выход которого подключен к управляющему входу соответствующего релейного ключа, электровзрывные сети, источник энергии, к минусовой клемме которого подключен первый вывод первого электронного ключа, первый, второй и третий резисторы, конденсатор, блок гальванической развязки и второй электронный ключ. Первые выводы релейных ключей соединены с первыми выводами электровзрывных сетей. Управляющий вход второго электронного ключа соединен с первыми выводами конденсатора, третьего резистора и через первый резистор соединен со вторым выводом первого электронного ключа и вторыми выводами каждого релейного ключа. Вторые выводы третьего резистора и конденсатора и первый вывод второго электронного ключа подключены к минусовой клемме источника энергии, к плюсовой клемме которого подключены вторые выводы электровзрывных сетей. Второй вывод второго электронного ключа соединен с управляющим входом первого электронного ключа, первый вывод которого соединен с отрицательным выходом блока гальванической развязки, положительный выход которого соединен через второй резистор с управляющим входом первого электронного ключа, при этом входы блока гальванической развязки соединены с соответствующими дополнительными выходами микроконтроллера. Достигаемым техническим результатом является повышение помехоустойчивости. 2 ил.

Прибор для подрыва пиросредств, содержащий микроконтроллер, каждый выход которого подключен к управляющему входу каждого релейного ключа, первые выводы ключей соединены с первыми выводами электровзрывных сетей, источник энергии, к минусовой клемме которого подключен первый вывод первого электронного ключа, отличающийся тем, что дополнительно введены первый, второй и третий резисторы, конденсатор, блок гальванической развязки и второй электронный ключ, управляющий вход которого соединен с первыми выводами конденсатора, третьего резистора и через первый резистор соединен со вторым выводом первого электронного ключа и вторыми выводами каждого релейного ключа, вторые выводы третьего резистора и конденсатора и первый вывод второго электронного ключа подключены к минусовой клемме источника энергии, к плюсовой клемме которого подключены вторые выводы электровзрывных сетей, второй вывод второго электронного ключа соединен с управляющим входом первого электронного ключа, первый вывод которого соединен с отрицательным выходом блока гальванической развязки, положительный выход которого соединен через второй резистор с управляющим входом первого электронного ключа, при этом входы блока гальванической развязки соединены с соответствующими дополнительными выходами микроконтроллера.