СПОСОБ И СИСТЕМА ИНИЦИИРОВАНИЯ ЗАРЯДОВ Российский патент 2019 года по МПК F42C13/02 F42D1/04 

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в технических средствах инициирования, в частности в бортовой аппаратуре, для обеспечения безопасности функционирования систем автоматики в условиях воздействия электромагнитного излучения различной природы.

Известны различные способы и устройства, в которых использованы волновые, оптические и электрические средства инициирования. Для передачи энергии к исполнительным устройствам применяются проводные или оптоволоконные линии связи.

Известно техническое решение [Патент RU 2285897 С1, Способ инициирования зарядов взрывчатых веществ, МПК F42D 1/055 от 28.04.2005], в котором используется электрическая проводная система, где инициирование осуществляется путем подачи в заданном интервале электрического импульса длительностью не менее 2 мс с амплитудой тока не менее 1.5 А и частотой 52 кГц.

Основным недостатком способа с использованием электрических проводных систем является недостаточная помехозащищенность, т.е. возможность несанкционированного инициирования, обусловленная воздействием электромагнитных высокочастотных сигналов, статического электричества или наведенных ионизационных токов.

Для повышения уровня электрозащищенности используют электростатическую защиту, а также определенный уровень величины безопасного тока. Однако электростатическая защита может быть эффективна лишь в определенных пределах, а увеличение безопасного уровня тока ограничено возможностью блоков питания.

Известны способы и устройства, в которых инициирование процессов выполняют с использованием передачи оптической энергии при помощи оптоволоконных систем. К достоинствам использования оптоволоконных систем для передачи оптических сигналов можно отнести повышенную помехозащищенность, незначительные искажения передаваемых сигналов, отсутствие искрения и самовозгорания. Перечисленные достоинства позволяют использовать данные системы на опасных производствах и объектах, при взрывных работах, при разработке военной техники.

Известно устройство инициирования [Патент RU 2554318 С1, Устройство инициирования, МПК F42C 13/02, G08C 19/36, G01D 5/00 от 04.04.2014], состоящее из блока управления, содержащего источник питания и лазеры, и блока инициирования, содержащего преобразователь энергии лазерного излучения в напряжение и фотоэлектронный ключ. Блок инициирования укомплектован фильтрами со спектром пропускания, соответствующим спектру излучения направленного на них лазера.

Работа устройства инициирования заключается в следующем. При подаче напряжения с источника питания в блоке управления включается лазер и энергия лазерного излучения передается на фотопреобразователь. Фотопреобразователь, получая энергию лазерного излучения, преобразует ее в напряжение, которое умножается и поступает на накопительный конденсатор. В таком состоянии, с заряженным конденсатором, устройство находится длительное время. При поступлении необходимой информации выдается команда на включение второго лазера, предназначенного для инициирования, срабатывает фотоключ, который замыкает контакт и подключает накопительный конденсатор к нагрузке. Т.к. конденсатор в блоке инициирования находится постоянно в заряженном состоянии любой наведенный заряд, обусловленный воздействием электромагнитного излучения в фотоключе, может привести к его несанкционированному срабатыванию и подключению накопительного конденсатора к нагрузке.

В способе [Патент RU 2107256 С1, Способ инициирования зарядов, МПК F42D 3/04, 1/04, F42C 13/02 от 20.03.1998] наиболее близком к заявляемому изобретению, который может быть принят за прототип, для инициирования зарядов монтируется цепь, включающая лазер, инициируемые заряды и командный тракт в виде оптического волокна, по которому подают команду от выхода лазера вдоль продольной оси оптического волокна для детонации зарядов посредством передаваемой оптической энергии. Система прототипа снабжена пусковым устройством, содержащим приборы запуска, и не имеет электромагнитной защиты. Недостатком системы является возможность несанкционированного запуска в результате действия электромагнитного излучения, обусловливающего генерацию в элементах устройства высокой концентрации наведенных зарядов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности работы системы инициирования: исключение несанкционированного запуска системы инициирования при воздействии электромагнитного излучения различной природы, включая импульсное ионизирующее излучение.

Технический результат достигается тем, что в системе инициирования зарядов, включающей блок управления лазером, лазер и блок инициирования, соединенные волоконно-оптической линией связи, введен оптический затвор, состоящий из соединенных между собой и помещенных в единый корпус волоконно-оптического переключателя, фотопреобразователя и схемы запуска, таким образом, что волоконно-оптический переключатель соединен с фотопреобразователем волоконно-оптической линией связи, а фотопреобразователь электрически соединен через схему запуска с волоконно-оптическим переключателем, кроме того лазер посредством волоконно-оптической линии связи соединен с волоконно-оптическим переключателем, который посредством волоконно-оптической линии связи соединен с блоком инициирования.

Кроме того, лазер, оптический затвор и волоконно-оптические линии связи выполнены в стойком к воздействию ионизирующих излучений исполнении.

Кроме того оптический затвор выполнен с возможностью перекрытия светового потока в отсутствии управляющего светового сигнала лазера для исключения несанкционированного запуска блока инициирования.

Кроме того схема запуска выполнена с возможностью обеспечения задержки переключения волоконно-оптического переключателя после окончания управляющего светового сигнала лазера на время, необходимое для прохождения исполнительного светового импульса для срабатывания блока инициирования.

Кроме того оптический затвор выполнен с возможностью обеспечивать прохождение сигнала излучения лазера с требуемыми временными, энергетическими и спектральными характеристиками для инициирования зарядов.

Технический результат достигается тем, что в способе инициирования зарядов включающем монтаж оптоволоконной линии, связывающей лазер и инициируемые заряды, и управление исполнительным световым сиг налом лазера, в оптоволоконную линию монтируют оптический затвор, включающий волоконно-оптический переключатель, фотопреобразователь и схему запуска, управляющий световой сигнал лазера подают на волоконно-оптический переключатель, затем на фотопреобразователь, где преобразуют в электрический импульс, посредством которого замыкают оптоволоконную линию, после чего исполнительный световой сигнал лазера подают на инициируемые заряды.

На фигуре 1 схематично представлена система инициирования зарядов.

На фигуре 2 представлена спектральная зависимость фоточувствительности фотопреобразователя на основе структур In GaAs.

На фигуре 1 показан блок управления 1, соединенный с лазером 2; оптический затвор 3, включающий волоконно-оптического переключатель 4, фотопреобразователь 5 и схему запуска 6, соединенные между собой и помещенные в единый корпус (на фигуре не показан); блок инициирования 7. Волоконно - оптическая линия связи (ВОЛС) 8 соединяет лазер 2, волоконно-оптический переключатель 4 и блок инициирования 7, а также волоконно-оптическая линия связи 8 соединяет волоконно-оптический переключатель 4 и фотопреобразователь 5.

Система инициирования реализована следующим образом.

В систему инициирования зарядов, представленную на фиг. 1 вмонтирован оптический затвор. Оптический затвор состоит из волоконно-оптического переключателя 4, соединенного волоконно-оптической линией связи с фотопреобразователем 5, и схемы запуска 6. Фотопреобразователь 5, схема запуска 6 и волоконно-оптический переключатель соединены между собой электрически и помещены в единый корпус.

Принцип действия волоконно-оптического переключателя 4 в составе оптического затвора 3 основан на изменении направления светового луча при поступлении электрического сигнала. При этом возникает отклонение светового луча на угол, достаточный для замыкания волоконно-оптической линии инициирования. В переключателе используются линзы, которые делают световой пучок параллельным.

В исходном состоянии волоконно-оптический переключатель 4 размыкает волоконно-оптическую линию 8 между лазером 2 и блоком инициирования 7, что обусловливает исключение ложного срабатывания системы. Т.е. в отсутствии управляющего светового сигнала лазера обеспечивается перекрытие светового потока, что исключает несанкционируемый запуск блока инициирования зарядов.

Фотопреобразователь выполнен на основе Al In GaAs/ In GaAs гетероструктур p-n полярности с широкозонным окном и тыльным потенциальным барьером и оптимизирован под длину волны лазерного излучения ~970 нм наиболее эффективную при инициировании. Спектральная зависимость фоточувствительности фотопреобразователя на основе структур In GaAs представлена на фиг. 2.

Таким образом оптический затвор выполнен с возможностью обеспечивать прохождение сигнала излучения лазера с требуемыми временными, энергетическими и спектральными характеристиками для инициирования зарядов.

Инициирование зарядов осуществляется следующим образом.

С блока управления 1 включается лазер 2, с которого световой сигнал оптической мощности не менее 1 Вт через волоконно-оптическую линию связи 8 подается на волоконно-оптический переключатель 4, а затем по волоконно-оптической линии связи 8 на фотопреобразователь 5. С фотопреобразователя 5 снимается напряжение, требуемое для срабатывания схемы запуска. Схема запуска 6 формирует сигнал переключения оптоволоконного переключателя и его задержку на время, необходимое для прохождения исполнительного светового импульса для срабатывания блока инициирования 7. Таким образом волоконно-оптическая линия связи между лазером и блоком инициирования замкнута на время, достаточное для прохождения, коммутируемого блоком управления 1, светового сигнала лазера 2 с целью надежного инициирования заряда.

Система инициирования с оптическим затвором полностью защищена от воздействия электромагнитных помех и несанкционированного запуска, что связано с использованием волоконно-оптических линий связи. Высокая надежность работы системы инициирования зарядов обусловлена сохранением ее работоспособности при высоких уровнях ионизирующих излучений за счет использования источника лазерного излучения, фотопреобразователя, волоконно-оптических линий в стойком исполнении.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в технических средствах инициирования, в частности в бортовой аппаратуре, для обеспечения безопасности функционирования систем автоматики в условиях воздействия электромагнитного излучения различной природы. В систему инициирования зарядов, включающую блок управления лазером, лазер и блок инициирования, соединенные волоконно-оптической линией связи, введен оптический затвор, состоящий из соединенных между собой и помещенных в единый корпус волоконно-оптического переключателя, фотопреобразователя и схемы запуска таким образом, что волоконно-оптический переключатель соединен с фотопреобразователем волоконно-оптической линией связи, а фотопреобразователь электрически соединен через схему запуска с волоконно-оптическим переключателем, кроме того, лазер посредством волоконно-оптической линии связи соединен с волоконно-оптическим переключателем, который посредством волоконно-оптической линии связи соединен с блоком инициирования. В способе инициирования зарядов, включающем монтаж оптоволоконной линии, связывающей лазер и инициируемые заряды, и управление исполнительным световым сигналом лазера, в оптоволоконную линию монтируют оптический затвор, включающий волоконно-оптический переключатель, фотопреобразователь и схему запуска, управляющий световой сигнал лазера подают на волоконно-оптический переключатель, затем на фотопреобразователь, где преобразуют в электрический импульс, посредством которого замыкают оптоволоконную линию, после чего исполнительный световой сигнал лазера подают на инициируемые заряды. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности работы системы инициирования: исключение несанкционированного запуска системы инициирования при воздействии электромагнитного излучения различной природы. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система инициирования зарядов, включающая блок управления лазером, лазер и блок инициирования, соединенные волоконно-оптической линией связи, отличающаяся тем, что в систему введен оптический затвор, состоящий из соединенных между собой и помещенных в один корпус волоконно-оптического переключателя, фотопреобразователя и схемы запуска таким образом, что волоконно-оптический переключатель соединен с фотопреобразователем волоконно-оптической линией связи, а фотопреобразователь электрически соединен через схему запуска с волоконно-оптическим переключателем, кроме того, лазер посредством волоконно-оптической линии связи соединен с волоконно-оптическим переключателем, который посредством волоконно-оптической линии связи соединен с блоком инициирования.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что лазер, оптический затвор и волоконно-оптические линии связи выполнены в стойком к воздействию ионизирующих излучений исполнении.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что оптический затвор выполнен с возможностью перекрытия светового потока в отсутствие управляющего светового сигнала лазера для исключения несанкционированного запуска блока инициирования.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что схема запуска выполнена с возможностью обеспечения задержки переключения волоконно-оптического переключателя после окончания управляющего светового сигнала лазера на время, необходимое для прохождения исполнительного светового импульса для срабатывания блока инициирования.

5. Система по п. 1 отличающаяся тем, что оптический затвор выполнен с возможностью обеспечивать прохождение сигнала излучения лазера с требуемыми временными, энергетическими и спектральными характеристиками для инициирования зарядов.

6. Способ инициирования зарядов включающий монтаж оптоволоконной линии, связывающей лазер и инициируемые заряды, и управление исполнительным световым сигналом лазера, отличающийся тем, что в оптоволоконную линию монтируют оптический затвор, включающий волоконно-оптический переключатель, фотопреобразователь и схему запуска, управляющий световой сигнал лазера подают на волоконно-оптический переключатель, затем на фотопреобразователь, где преобразуют в электрический импульс, посредством которого замыкают оптоволоконную линию, после чего исполнительный световой сигнал лазера подают на инициируемые заряды.