Оптический пиротехнический инициатор Российский патент 2024 года по МПК F42C13/02 F42B3/113 A62C19/00 

Изобретение относится к области безопасных средств воспламенения, а именно лазерных средств инициирования с использованием светочувствительных воспламенительных составов (ВС).

Изобретение может применяться в средствах пироавтоматики воздушных, водных и наземных средств, в системах пожаротушения, в ракетно-космической технике, а также при разработке полезных ископаемых.

Известно изобретение «Лазерный детонатор», описанное в патенте РФ №2596171 C1, опубл.27.08.2016 г., содержащее установленные соосно в корпусе источник излучения, инициирующую и выходную навески заряда взрывчатого вещества, оптический подпор, размещенный между источником излучения и зарядом ВС, градиентную оптическую линзу, расположенную между источником излучения и оптическим подпором, выполненным из оптически прозрачной керамики. Работа лазерного средства инициирования осуществляется путем подачи напряжения на контакты источника излучения и последующим прохождением оптического излучения через градиентную линзу и оптический подпор и фокусированием на инициирующей навеске, что приводит к высокоскоростному процессу взрывчатого превращения и как следствие вызывает детонацию выходной навески заряда взрывчатого вещества.

Достоинством данного устройства является наличие фокусирующей градиентной линзы, что позволяет уменьшить площадь пучка выходного излучения источника, и как следствие увеличить плотность мощности излучения. Это приводит к увеличению быстродействия лазерного средства инициирования. Также достоинством лазерного детонатора является добавление в корпус детонатора инициирующей навески со светочувствительными компонентами, что повышает надежность срабатывания детонатора.

Основными недостатками устройства «Лазерный детонатор» является: близкое расположение источника излучения к заряду ВС, что при срабатывании лазерного средства инициирования способно вывести из строя источник излучения, что удорожает стоимость обслуживания данного средства; подверженность воздействию внешних электромагнитных помех, возникающих в электрических проводниках большой протяженности, по которым подводится электрический ток к узлу лазерного излучения, что способно привести к неправильной работе устройства или к его несанкционированному срабатыванию. Кроме того, цепь питания сама является потенциальным источником электромагнитных помех по отношению к другим электрическим цепям объекта применения. К остальным недостаткам относятся: отсутствие дублирующей линии срабатывания и отсутствие системы проверки целостности лазерного средства инициирования. Приведенные недостатки понижают эффективность срабатывания лазерного средства инициирования, и усложняют диагностику его неполадок.

Известно изобретение «Laser ignition device, inspection method and ignition method» («Устройство лазерного зажигания, способ контроля и зажигания»), описанное в патенте JP №2020051687 А, опубл. 02.04.2020 г., содержащее устройство питания, источник излучения, устройство управления, оптическое волокно, оптическую систему, включающую блок передачи/отражения, на который попадает излучение разных длин волн. Работа устройства лазерного зажигания осуществляется путем подачи лазерного излучения по оптическому волокну на оптическую систему. На блоке передачи/отражения излучение мощного лазерного диода одной длины волны фокусируется и передается к запальному заряду, излучение маломощного контрольного лазерного диода другой длины волны отражается в блоке передачи/отражения и передается на фотодетектор, что обеспечивает возможность проверки оптической системы устройства.

Достоинством данного устройства является реализация контроля целостности оптической цепи.

Основным недостатком этого устройства является отсутствие дублирования сигнала на его срабатывание.

Наиболее близким прототипом является изобретение «Предохранительный детонатор», описанное в патенте РФ №2424490, опубл. 20.07.2011 г., содержащее металлическую гильзу с выемкой, внутри которой размещены первичное инициирующее вещество, заряд основного вещества, воспламенитель, волоконная линия подвода энергии и пробка для герметизации корпуса. Детонатор снабжен оптической системой линз, фокусирующей излучение на первичную инициирующую навеску. Первичное затравочное вещество может состоять из свинцового сурика, клеевой композиции и нитросиликокальция в соотношении 8:1:1, а поверхность затравки, обращенная к оптической системе, может быть покрыта тонким слоем черного пороха. Данное изобретение было выбрано ближайшим аналогом за счет вынесенного за пределы корпуса детонатора оптического источника, наличия оптической системы, состоящей из оптических линз, и первичного воспламенительного состава, инициирующего основной заряд.

Достоинством ближайшего аналога является размещение источника излучения за пределами корпуса детонатора и реализация детонатора без использования электрических проводов, что в свою очередь позволяет избежать влияния электромагнитного и статического воздействия на кабельную систему детонатора.

Основным недостатком ближайшего аналога является отсутствие проверки целостности оптической части системы и линии подвода энергии, нарушение целостности которых может привести к несрабатыванию предохранительного детонатора. Также среди недостатков можно выделить отсутствие дублирования сигнала на срабатывание, что снижает надежность срабатывания предохранителя и сложность конструкции оптической системы детонатора, состоящей из четырех линз, соосность которых между собой и с оптическим волокном может быть нарушена при воздействии внешних факторов. Это в свою очередь может привести к выходу устройства из строя.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи эффективного, безопасного и надежного срабатывания лазерного средства инициирования.

Указанный технический результат достигается за счет изменения конструкции лазерного средства инициирования, а именно:

- источник оптического излучения размещается за пределами корпуса лазерного средства инициирования. Излучение от источника излучения поступает на инициатор через оптическое волокно, использование которого для доставки энергии инициирования взамен электрических проводов крупного сечения позволяет избежать влияния электромагнитного и статического воздействия на кабельную систему устройства;

- в конструкции лазерного средства инициирования применено дублирование команд на инициирование и осуществляется проверка целостности оптических каналов, для чего в корпусе размещены два оптических разъема для подключения двух линий доставки лазерного излучения, две оптических системы градиентных линз и две навески ВС, что позволяет увеличить вероятность безо] казной работы устройства;

- в корпусе лазерного средства инициирования устанавливаются оптическая система, состоящая из градиентных оптических линз с нанесенным на выходные торцы линз тонкопленочного полупрозрачного зеркала, пропускающего основной сигнал высокой мощности и частично отражающий проверяющий сигнал малой мощности, что позволяет провести проверку целостности линии доставки лазерного излучения и оптической системы до момента срабатывания инициатора;

- в корпус лазерного средства инициирования дополнительно монтируется демпфирующий элемент, подпружинивающий оптический разъем к торцевой поверхности градиентной линзы, за счет чего обеспечивается надежный оптический контакт линзы и волокна при воздействии внешних факторов и при срабатывании устройства;

- в корпус лазерного средства инициирования устанавливается дублированная светочувствительная навеска воспламенителя с составом Ti/KClO₄/C/CdO/СКФ или Nb/KClO₄/C/CdO/СКФ. Корпус навески выполнен таким образом, что устанавливается соосно с градиентной линзой, что улучшает примыкание ВС к оптической системе и тем самым увеличивает надежность ее срабатывания.

Целью данного изобретения является увеличение безопасности, надежности и эффективности задействования лазерного средства инициирования, а также реализация проверки целостности оптической системы оптического пиротехнического инициатора.

На чертеже представлен общий вид оптического пиротехнического инициатора и введены следующие обозначения:

1 - линия доставки лазерного излучения:

2 - корпус оптического пиротехнического инициатора;

3 - оптическая система инициатора:

4 - камера горения;

5 - первичная инициирующая светочувствительная навеска;

6 - вторичная выходная навеска;

7 - оптический коннектор:

8 - демпфирующая система;

9 - дублирующая линия.

Оптический пиротехнический инициатор (Фиг. 1) содержит линию доставки излучения 1, корпус инициатора 2 со встроенной оптической системой 3, представляющей собой градиентную оптическую линзу с нанесенным на выходной торец полупрозрачным зеркалом, и соосно установлена камера горения 4. в которой находится заряд ВС, состоящий из первичной инициирующей навески 5 и вторичной выходной навески 6. Лазерное излучение доставляется по линии доставки излучения, оканчивающейся оптическим коннектором 7. Коннектор плотно прилегает к входному торцу оптической градиентной линзы и зафиксирован демпфирующей системой 8, представляющей собой упругий подпор. При этом корпус инициатора и камеры горения выполнен таким образом, чтобы обеспечить соосность оптического коннектора 7. оптической системы 3 и первичной инициирующей навески 5. Также в корпусе оптического пиротехнического инициатора 2 размещена дублирующая линия 9, включая: линию доставки излучения, оптический коннектор, демпфирующую систему, оптическую систему и инициирующую навеску.

Работа оптического пиротехнического инициатора осуществляется следующим образом. Оптическое излучение к инициатору подается по линиям доставки лазерного излучения 1 от вынесенного за пределы корпуса оптического источника излучения.

При подаче проверяющего оптического сигнала малой мощности, лазерное излучение проходит через оптическую систему инициатора 3. фокусируется на выходном торце градиентной линзы и отражается от тонкопленочного полупрозрачного зеркала, нанесенного на ее торец, после чего возвращается обратно в линию доставки лазерного излучения 1. В дальнейшем оно анализируется контрольным фотоприемником (на чертеже не указан), который определяет исправность оптической системы и целостность линии доставки лазерного излучения. Далее процедура проверки повторяется для дублирующей линии 9, а именно: линии доставки лазерного излучения и оптической системы.

При подаче инициирующего сигнала высокой мощности, лазерное излучение подается одновременно по обеим линиям доставки лазерного излучения - 1. 9, и проходя по оптической схеме оптического пиротехнического инициатора, фокусируется на первичной светочувствительной навеске воспламенителя - 4, с составом Ti/KClO₄/С/CdO/СКФ или Nb/KClO₄/C/CdO/СКФ, инициирует (воспламеняет) ее и вызывает инициирование выходной навески - 5.

Рецептура воспламенительного состава подобрана из условия минимального значения энергии активации состава и минимальной температуры его воспламенения. Высокодисперсный углерод с массовой долей до 3% существенно снижает диффузию энергии лазерного излучения кристаллами титана, ниобия и перхлората калия. Введение катализатора - оксида кадмия обеспечивает уменьшение температуры воспламенения состава до 30% по сравнению с температурой начала разложения окислителя - перхлората калия. Синтетический каучук марки СКФ одновременно выполняет роль флегматизатора, уменьшающего показатели чувствительности состава к механическим воздействиям, и способствует повышению температуры продуктов в области горения состава за счет развития в нем вторичных цепных реакций. Вторичная часть состава на основе свинцового сурика в качестве горючего, перхлотата калия в качестве окислителя и органического связующего обеспечивает высокую воспламеняемость последующих веществ за счет содержания жидких и газообразных фаз свинца в продуктах его разложения.

Использование данного изобретения позволит повысить безопасность, надежность и эффективность срабатывания инициатора, дополнить функцией проверки целостности линий доставки излучения и оптических элементов.

Изобретение относится к области безопасных средств воспламенения, а именно, лазерных средств инициирования с использованием светочувствительных воспламенительных составов. Оптический пиротехнический инициатор содержит корпус, внутри которого параллельно размещены в камере горения два заряда светочувствительных воспламенительных составов, состоящих из двух раздельно размещенных навесок: первичной инициирующей навески и вторичной выходной навески. Два заряда соединены с двумя оптическими системами, представляющими собой градиентные оптические линзы, к которым плотно прилегают коннекторы, фиксирующиеся демпфирующими системами в виде упругих подпоров. Коннектор каждой оптической системы подключен к своей линии доставки лазерного излучения. На выходные торцы каждой градиентной линзы нанесено полупрозрачное зеркало, выполненное с возможностью отражения сигнала малой мощности и возвращения его обратно в линию доставки лазерного излучения. Первичная навеска имеет высокую чувствительность к лазерному излучению и инициирует вторичную выходную навеску. Техническим результатом является повышение эффективности, безопасности и надежности срабатывания лазерного средства инициирования, за счет снижения влияния электромагнитного и статического воздействия на кабельную систему устройства, увеличения вероятности его безотказной работы, проверки целостности линии доставки лазерного излучения и оптической системы до срабатывания устройства, и увеличения чувствительности воспламенительных составов к лазерному излучению. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Оптический пиротехнический инициатор содержит корпус, внутри которого параллельно размещены в камере горения два заряда светочувствительных воспламенительных составов, состоящих из двух раздельно размещенных навесок: первичной инициирующей навески и вторичной выходной навески, при этом два заряда соединены с двумя оптическими системами, представляющими собой градиентные оптические линзы, к которым плотно прилегают коннекторы, фиксирующиеся демпфирующими системами в виде упругих подпоров, коннектор каждой оптической системы подключен к своей линии доставки лазерного излучения, причем на выходные торцы каждой градиентной линзы нанесено полупрозрачное зеркало, выполненное с возможностью отражения сигнала малой мощности и возвращения его обратно в линию доставки лазерного излучения.

2. Оптический пиротехнический инициатор по п. 1, отличающийся тем, что первичная навеска имеет высокую чувствительность к лазерному излучению и инициирует вторичную выходную навеску.