(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二つの独立したグループを含む爆破装置であって、各グループが、
いくつかの出力を有する制御装置であって、少なくとも一つのレーザ源と、前記レーザ源用の少なくとも一つの制御スイッチとを含み、この制御スイッチを閉じるとレーザ源からレーザ光線が前記出力の少なくとも一つに向けて発射される制御装置と、
爆破すべき構造体中の所定の場所に配置された光学的に制御される火工起爆薬と、
各火工起爆薬を制御装置の出力の一つに接続する光ファイバとを備え、
レーザ源が、緩和モードで動作する励起された中実棒を有するレーザ源であり、各制御装置が単一のレーザ源と光分岐結合器とを備え、この光分岐結合器が、レーザ源から発射されたレーザ光線を受け取ることができる一つの入力と、制御装置からの出力を構成するいくつかの出力とを有し、
各制御装置が、二次入力と、該二次入力を介して制御装置に入ってくる追加のレーザ光線をこの制御装置用の光分岐結合器の入力に向けることができるフィードバック手段とを備え、すべてのグループに共通の追加のレーザ源が前記追加のレーザ光線を発射できる爆破装置。
【請求項２】
各グループ内の少なくとも一部の光ファイバが、少なくとも一つの第２の光分岐結合器を介していくつかの火工起爆薬を制御装置の出力の一つに接続する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
各制御装置が補助制御入力と、制御装置内で補助制御入力と光分岐結合器への入力との間にバイパス光路を確立できる第２のフィードバック手段とを備える請求項１に記載の装置。
【請求項４】
各制御装置が、レーザ源と光分岐結合器への入力との間に配置できる伸縮自在シャッタを備える請求項３に記載の装置。
【請求項５】
伸縮自在シャッタが能動閉位置を取ったときに第２のフィードバック手段が伸縮自在シャッタ上に形成される請求項４に記載の装置。
【請求項６】
各制御装置が、レーザ源の制御スイッチと直列に設置された安全スイッチを備える請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物、工業用建築物、橋梁、岩石および一般に天然構造物または人工構造物（建築物、公共建造物、埋設工、採石場など）のような建造物を、爆薬を用いて爆破または破壊するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
爆薬を用いて建造物、橋梁、資材などを破壊する場合、爆破すべき構造物にあけられた穴に多数の小さい装薬を入れる。
【０００３】
現在では、これらの小さい装薬に中強度または高強度の電気雷管を付け、それを発火装置によって電気的に発火させる。
【０００４】
より正確には、振動、爆風、騒音などの危害を制限するために、全体的な爆破を多数の小さい爆破に分け、この小さい爆破を特定の時間間隔を置いて行う。
【０００５】
この目的には通常、微小遅延を有する電気雷管が用いられ、連続してグループ化される（たとえば２０個ずつ）。同じ連続中の各雷管間にはある時間間隔（たとえば２５０００分の１秒）が設けられる。
【０００６】
また、いくつかの雷管を時間間隔を置いて発火させる逐次動作形発破器も通常用いられる。その場合、いくつかの逐次動作形発火装置が結合されることもある。
【０００７】
この原理による既存の装置は、住棟を爆破するために設計されている場合、各発火につき１５００〜２０００個の雷管を備える。発火は、装置によって開始される爆破の間隔のために３〜４秒間続くことがある。この発火は、装薬と点火雷管を設置するための予備作業の後で行われ、それには３〜４日または１週間もかかることがある。
【０００８】
現行の装置では、装薬と点火雷管を設置するための予備作業の間中に偶発的な起爆や障害が起こることがある。
【０００９】
偶発的な点火の主な危険性は、雷管を付けた装薬の周りに発生することがある迷走電流によるものである。このような迷走電流は、頭上または地下の回路網から発生する電光や電流、付近の動作中の電気設備（変圧器、鉄道や路面鉄道の懸垂線、電灯など）から発生する電流、およびトンネル掘進時に地下を循環する自然電流などいくつかの原因によって生じる。
【００１０】
また、装薬は、ラジオ、携帯用無線電話機、携帯電話機などの電子的装置をこの装薬の付近で使用することによって偶発的に発火することもある。
【００１１】
雷管の偶発的な発火は、例えば迷走電流や各種の事故によって輸送中または保管中に起こることもある。
【００１２】
穿孔作業は３〜４日または１週間も続くことがあるので、前に設置された装薬が簡単な電池を使ったいたずらで発火する危険性もある。
【００１３】
さらに、特に原子力発電所を爆破する場合のように、爆破すべき建造物が核産業に関係する場合、強い放射性環境内で生じる妨害のために既存の爆破装置を発火時に使用することはできない。
【００１４】
既存の電気的に発火される爆破装置はまた、爆破作業に影響を及ぼすことがある障害の影響を受ける。このような障害の具体的な原因の一つは、電線の破断、または保護格子や爆破すべき建築物内の金属製装置などの金属構造物と電線との接触である。爆破すべき建造物が火力発電所など大きな金属構造物である場合には、建築物内の巨大な鋼鉄の塊によって発生する電界によって障害が起こることもある。
【００１５】
さらに、既存の爆破装置中で使用される電気雷管は、輸送中ならびに保管中、および爆破すべき建造物内への設置後に、盗まれ、容易に再使用されることがある。
【００１６】
最後に、このタイプの爆破装置の回路に問題が生じた場合、これらの問題は検出するのに非常に時間がかかり、危険であることが多い。欠陥のある線路を見つけるのは簡単であるが、回路内の断線の正確な位置を知ることは不可能である。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、既存の電気的に制御される爆破装置のすべての欠点をなくすことができ、特に装薬を設置する作業中ならびに起爆操作中、および装置の構成要素の保管中または輸送中の偶発的な発火やいたずらによる発火のあらゆる危険性をなくすことができる独創的な設計の爆破装置である。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記の結果は、少なくとも二つの独立したグループを含み、各グループが、
それぞれ少なくとも一つのレーザ源と前記レーザ源用の少なくとも一つの制御スイッチとを含むいくつかの出力を有し、この制御スイッチを閉じるとレーザ源からレーザ光線が一つまたは複数の前記出力に向けて発射される制御装置と、
爆破すべき構造体中の所定の場所に配置された光学的に制御される火工起爆薬と、
各火工起爆薬を制御装置の出力の一つに接続する光ファイバとを含むことを特徴とする爆破装置によって得られる。
【００１９】
このようにして設計された装置では、火工起爆薬は光ファイバを介して光学的にのみ発火される。したがって、発火は迷走電流の影響をまったく受けない。これにより、特に爆破すべき建造物が変電所内またはその付近、または懸垂線下にある場合、最適の安全性が得られる。さらに、荒天でも作業の進行または安全に影響が及ぶことがない。
【００２０】
上記の特徴は、大都市の密集地にある建造物を、大量の電子機器がこれらの密集地に存在するにもかかわらず、危険性なしに爆破できることも意味する。
【００２１】
さらに、発火にはレーザが必要であり、そのレーザは装置内で使用されているレーザの正確な周波数に適合しなければならないので、いたずらによる発火は不可能である。
【００２２】
発火が光学的に制御されるので、点火が金属塊によって妨害されることはない。構成要素の輸送中および保存中の安全も保障される。
【００２３】
さらに、光学的に制御される雷管は盗まれた場合でも使用できない。
【００２４】
最後に、光ファイバの断線個所は、コンピュータを用いて簡単に決定できる。
【００２５】
本発明の第１の実施形態では、レーザ源は、緩和モードで動作する励起された中実棒を有するレーザ源である。その場合、各制御装置は、単一のレーザ源と光分岐結合器とを備え、この光分岐結合器は、レーザ源から発射されたレーザ光線を受け取ることができる一つの入力と、制御装置の出力を構成するいくつかの出力とを有する。
【００２６】
その場合、各グループ内の一部または全部の光ファイバは、少なくとも一つの第２の光分岐結合器を介していくつかの火工起爆薬を制御装置の出力の一つに接続する。
【００２７】
各制御装置は二次入力とフィードバック手段とを含み、それによって二次入力を介して制御装置に入ってくる追加のレーザ光線をこの制御装置用の光分岐結合器の入力に向けることができることが有利である。その場合、すべてのグループに共通の追加のレーザ源が備えられており、それによって制御装置の一つでレーザ源が故障した場合、必要なときにいつでも追加のレーザ光線を発射できる。
【００２８】
したがって、各制御装置は補助制御入力と第２のフィードバック手段とを含み、それによってこの制御装置のために補助制御入力と光分岐結合器への入力との間にバイパス光路を確立できる。特に、この構成は、補助制御入力の前に配置された可視光源を使用して、光ファイバの保全性を検査できることを意味する。
【００２９】
各制御装置は、レーザ源と光分岐結合器への入力との間に配置できる伸縮自在シャッタを備えることが好ましい。
【００３０】
第２のフィードバック手段は、この伸縮自在シャッタが能動閉位置を取ったときに伸縮自在シャッタ上に形成される。
【００３１】
各制御装置は、レーザ源の制御スイッチと直列に設置された安全スイッチを含むこともできる。
【００３２】
本発明の第２の実施形態では、レーザ源がレーザダイオードである。その場合、各制御装置は各出力ごとに一つのレーザダイオードを含み、各レーザダイオードはこれらの出力の一つに光学的に接続される。
【００３３】
本発明のこの第２の実施形態では、各レーザダイオードは、各制御装置内の別個の制御スイッチと直列に設置することができる。その場合、共通の安全スイッチが各制御装置内のすべてのレーザダイオードと直列に設置される。
【００３４】
変形例として、各制御装置内のレーザダイオードがｎ個の行とｍ個の列からなるマトリックスを形成し、各行内のレーザダイオードが第１の制御スイッチと直列に設置され、各列内のレーザダイオードの出力が第２の制御スイッチに接続される。
【００３５】
次に、添付図面を参照しながら、非限定的な例を用いて、本発明の様々な実施形態について説明する。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１および図２に図示する本発明の第１の実施形態では、爆破装置はいくつかの完全に独立したグループで構成されている。ただし各グループは、制御装置１０と、光学制御によるいくつかの火工起爆薬１２と、光ファイバ１４とを備え、各光ファイバ１４は、火工起爆薬１２を対応するユニットの制御装置１０からの出力１８の一つに接続している。
【００３７】
図１には、本発明による爆破装置内の二つの独立したグループしか示されていない。実際には、装置内の独立したグループの数は限定されず、二つまたはそれ以上の任意の数でよい。慣例により、装置内の独立したグループの数はＫで示される。
【００３８】
この場合、各制御装置１０は単一のレーザ源１６を備え、レーザ源１６は、緩和モードで動作する、すなわちポッケルスセルや他の同様の手段を使用してトリガすることなしに動作する励起された中実棒を有するレーザ源で構成される。このタイプのレーザ源は、数十光学キロワット程度の瞬時パワーを出力できる比較的長いパルスストリーム（約１５０μｓ）を特徴とする。
【００３９】
レーザ源１６がこのようなパワーレベルを有するので、レーザ光線を各制御装置１０内で連続的に分割でき、場合によってはこの制御装置外でも分割できる。
【００４０】
図２により正確に図示するように、各制御装置１０内で、レーザ光線は第１の光分岐結合器２２によって分割される。この第１の光分岐結合器２２はレーザ源１６の光路上にある単一の入力を有し、この入力はこのレーザ源から発射されたレーザ光線を受け取る。また、光分岐結合器２２は、制御装置１０からの出力１８を構成するＮ個の出力を有する。
【００４１】
実際には、各制御装置１０の出力１８の数は、たとえば４〜１２個である。各グループの制御装置１０からの出力１８の数は、本発明の範囲から外れることなく、異なるグループ内で同じこともあり、異なることもあることに注意されたい。
【００４２】
図１に一部のみを概略的に示すように、光ファイバ１４は、制御装置１０からの各出力１８を、場合に応じて当該グループの一つまたは複数の火工起爆薬１２に接続するために使用される。
【００４３】
したがって、図１の最も上には、光入力が光ファイバ１４を介して対応する制御装置１０からの出力１８の一つに直接接続され、この光ファイバの経路上に何らの装置も配置されていない火工起爆薬１２の場合を示す。
【００４４】
一方、制御装置１０の出力と火工起爆薬１２の光入力との間に示された他のすべてのリンクは、いくつかの火工起爆薬１２を同じ出力１８に接続するように設計されている。したがって、第２の光分岐結合器２０が当該出力１８とこの出力に接続される火工起爆薬１２との間に配置される。
【００４５】
より正確には、各第２の光分岐結合器２０は、第１の光ファイバ１４を介して対応する制御装置１０からの出力１８の一つに接続された単一の入力と、それぞれ対応する光ファイバ１４を介して火工起爆薬１２の一つに接続されたいくつかの出力とを有する。
【００４６】
爆破装置中で使用されている第２の光分岐結合器２０は、すべて同じものであることもあり、異なるタイプのものであることもある。光分岐結合器２０の出力数は、たとえば４〜１２個である。
【００４７】
分岐結合器２０および２２の出力数を選択する際には、各火工起爆薬１２に伝達されるパワーおよびエネルギーが発火のために十分大きくなるように注意する必要がある。伝達されるパワーおよびエネルギーは、制御装置１０中に含まれるレーザ源１６の特性と、当該チャネル上にいくつかの分岐結合器を縦続接続することによって生じる総減衰量によって決まる。
【００４８】
この観察は、任意の火工起爆薬１２に利用できるパワーＰＤ（単位はｄＢω）の近似式によって確証される。この近似式は、Ｎ個の出力１８を有する制御装置、および制御装置１０の出力の一つと当該火工起爆薬１２との間に挿入されたＭ個の出力を有する第２の光分岐結合器２０を含むグループの場合、次の数式によって与えられる。
【００４９】
【数１】
0004184517.tif 000002
上式で、
ＰＳはレーザ源のパワー出力（単位はｄＢω）であり、
Σは光リンクと光結合器による損失の合計である。
【００５０】
火工起爆薬１２は、爆破すべき構造物にあけられた穴に入れられた装薬の起爆を制御できる光学的に制御される雷管である。光学制御による雷管は、従来の遅延を有する雷管を使用し、それに光入力を適応させるか、またはたとえば文献ＦＲ−Ａ−２  ６１５  ６０９およびＦＲ−Ａ−２  ６４６  ９０１に記載されているものなど、宇宙産業用に設計された既存の光雷管を使用する場合に応じて作成される。
【００５１】
このようにして設計された爆破装置のアーキテクチャでは、同じグループ内のすべての起爆薬は同時に発火される。一方、グループ間の独立性は、各グループをプログラムされた遅延により別々に制御できることを意味する。したがって、同様に、異なるグループに属する起爆薬を近い位置に配置することによって火工起爆薬に冗長性を与えることができる。
【００５２】
図２により正確に図示するように、各制御装置１０はレーザ源１６用の電源回路を備えている。この電源回路は、外部電源（図示せず）に接続される入力コネクタとレーザ源１６との間に直列に配置された安全スイッチ２４と、低電圧／高電圧変換器２６と、制御スイッチ２８とを備えている。この電源回路を外部電源に接続した場合、各スイッチ２４および２８を閉じてからでなければレーザ源１６を使用することはできない。
【００５３】
使用時にレーザ源１６から発射されたレーザ光線は、アダプタレンズ３０を介して光分岐結合器２２の入力に伝送される。
【００５４】
アダプタレンズ３０の入力側では、レーザ源１６と光分岐結合器２２の入力との間の光路上に伸縮自在シャッタ３２が配置されている。この伸縮自在シャッタ３２はモータ３４によって制御され、モータ３４は、シャッタ３２が上記の光路上にない受動引込み位置と、シャッタが上記の光路上にある能動シャッタ位置（図２に示す）との間でシャッタ３２を移動させる。
【００５５】
伸縮自在シャッタ３２と安全スイッチ２４は二つの安全装置を形成し、制御スイッチ２８の偶発的な閉じの結果起こる偶発的な発火の危険性をなくす。
【００５６】
図２に概略的に示すように、伸縮自在シャッタ３２は、シャッタが能動閉位置を取ったときにアダプタレンズ３０に対向する傾斜した反射面３２ａを有する。伸縮自在シャッタ３２のこの傾斜した反射面３２ａは一つのフィードバック手段であり、補助制御入力（図示せず）を介して、また一方では光ファイバ１４によって形成される一つまたは複数の線からの光線をこの補助制御入力に導くことによって、制御装置１０中に入ってくる光線を光分岐結合器２２の入力に導くことができる。
【００５７】
この構成によれば、光火工爆破装置の保全性を異なる方法で検査することが可能になる。したがって、既知の有限のパワーを補助制御入力中に注入することができる。その場合、各光出力上で回復された部分の測定値を予測された計算値と比較して、第一の検査を行うことができる。
【００５８】
逆に、場合によっては、補助制御入力に対向する従来の反射測定装置を使用して、線路の欠陥があると思われる端部から始めて、既知のパワーを注入することによって測定を行うこともできる。その場合、各線路はその端部から制御装置１０に向かう方向において独立しているので、障害を突き止めることができる。
【００５９】
補助制御入力は、オペレータが火工起爆薬１２を接続する際に正しい線路を使用していることを確認するためにも使用でき、そのためには、補助制御入力に対向して配置され、可視範囲内で選択された光源３６（図２）を表示するだけでよい。
【００６０】
さらに、各制御装置１０は、二次光入力４０と、この制御装置内のレーザ源１６に欠陥がある場合に追加のレーザ光線をアダプタレンズ３０を介して光分岐結合器２２の入力に向けるフィードバック手段とを備えている。
【００６１】
図２に概略的に図示するように、二次光入力４０は、適切なアダプタレンズとフィードバック手段とを備えており、フィードバック手段はミラー４２など固定フィードバック装置とミラー４４など可動フィードバック装置とを含んでいる。
【００６２】
可動フィードバック装置４４はモータ４６によって制御され、モータ４６は可動フィードバック装置４４を受動引込み位置（図２）と能動位置との間で移動させる。能動位置では、可動フィードバック装置４４は、二次入力４０を介して制御装置１０中に入ってきた補助レーザ光線を光分岐結合器２２の入力に向ける。より正確には、二次入力４０を介して制御装置１０に入ってきた補助レーザ光線は、固定フィードバック装置４２によって可動フィードバック装置４４に戻され、可動フィードバック装置は、伸縮自在シャッタが能動位置にあるときにレーザ源１６からの出力と伸縮自在シャッタ３２との間に挿入される。
【００６３】
また、爆破装置全体はすべてのグループに共通の追加のレーザ源４８（図１）を含んでおり、このレーザ源４８はいずれかの制御装置１０のレーザ源１６に欠陥がある場合に発火中に使用できる。従って、追加のレーザ源４８は対応する制御装置１０の二次光入力４０に対向して配置される。
【００６４】
次に、図３〜図５を参照しながら本発明の第２の実施形態について説明する。
【００６５】
この第２の実施形態は、主として、レーザダイオード１６で構成されるレーザ源の性質によって第１の実施形態と区別される。レーザダイオードによって出力されたパワーおよびエネルギーは、上記の第１の実施形態で使用した励起された中実棒を有するレーザ源によって出力されたパワーおよびエネルギーよりもかなり小さいので、この場合、各火工起爆薬１２ごとに別個のレーザ源を使用し、したがって光分岐結合器は不要である。
【００６６】
図３に図示するように、爆破装置の全般的なアーキテクチャは、図１を参照しながら前に説明したものと非常に類似している。したがって、爆破装置はいくつかの独立したグループからなり、各グループは、複数の出力１８を有する制御装置１０と、火工起爆薬１２と、各制御装置の出力１８を火工起爆薬１２に接続する光ファイバ１４とを含んでいる。より正確には、この場合、出力１８の数は火工起爆薬１２の数と等しく、光ファイバ１４は各出力１８を火工起爆薬１２の一つに個別に接続している。
【００６７】
図４に図示する本発明の第２の実施形態で使用される基本的解決策では、各制御装置１０は各出力１８ごとに一つのレーザダイオード１６を含み、各ダイオードから出力されたレーザ光線は対応する出力に向けられる。さらに、これらすべてのダイオード１６は、図３に図示する外部低電圧電源４９に接続するように設計された電源回路内に電気的に並列になるように取り付けられている。
【００６８】
より正確には、レーザダイオード１６の入力側では、制御スイッチ２８が各ダイオード上に直列に取り付けられている。すなわち、制御装置１０の出力１８の数をＮで表すとすれば、この電気回路は、制御スイッチ２８とレーザダイオード１６とを連続した形で含むＮ個の平行アームを含むことになる。各制御装置１０内のこれらすべてのアームは、安全スイッチ２４を含む共通の電源線に接続されている。出力側では、様々な平行アームがこの回路を低電圧電源４９にループ結合する戻り線２５に接続されている。
【００６９】
各レーザダイオード１６を個別に見た場合、安全スイッチ２４と、このレーザダイオードに対応する制御スイッチ２８と、レーザダイオード自体とが直列に取り付けられている。
【００７０】
図４に図示するアーキテクチャでは、各レーザダイオード１６は、別個の制御スイッチ２８によって独立に制御できる。したがって、制御すべき各火工起爆薬１２ごとに一つの制御スイッチが存在する。これには、何らの制限なしに発火を制御できるという利点がある。
【００７１】
図５に本発明の第２の実施形態の変形例を示す。これによれば制御スイッチ２８の数を減らすことができる。この場合、各制御装置１０は各出力１８ごとに一つのレーザダイオード１６を含む。ただし、レーザダイオード１６は、電気回路内の別個の平行アーム上に取り付けられる代わりに、ｎ個の行とｍ個の列とからなるマトリックスを形成するように互いに電気的に接続される。
【００７２】
より正確には、各線路上のレーザダイオード１６は第１の制御スイッチ２８ａと直列に接続され、各列内のレーザダイオード１６の出力は互いに接続され、さらに第２の制御スイッチ２８ｂが取り付けられた戻り線２５に接続される。
【００７３】
この構成では、最左端の列内のレーザダイオード１６は、対応する線路上のスイッチ２８ａとこの列からの出力に接続されたスイッチ２８ｂとを閉じることによって個別に制御できる。一方、他の列内にあるレーザダイオード１６を個別に制御することは不可能である。したがって、マトリックス内の任意のレーザダイオードを制御する唯一の方法は、同じ行上で当該レーザダイオードより前にある、言い換えれば図５において当該レーザダイオードの左側にあるすべてのレーザダイオードを同時に制御することである。
【００７４】
図５を参照しながら説明した構成では、制御スイッチの数を大幅に減らすことができる。これは、制御スイッチの数がダイオードの総数に等しい（たとえば各グループにつき約１００個）のではなく、レーザダイオードマトリックス内の行数と列数の合計（たとえば約２０個）に等しいためである。
【００７５】
いま図３から図５を参照しながら説明した第２の実施形態では、任意の線路内の障害を、従来の検査装置（反射測定、音響測定）を用いて線路の端部から検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す、建造物を爆破するための装置を概略的に示す図である。
【図２】図１の装置の一つの制御ブロックの構成要素を概略的に示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す、図１に類似する概略図である。
【図４】図３の装置の制御装置の考えられる第一の構造を概略的に示す図である。
【図５】図３の装置で使用される制御装置の変形実施形態を概略的に示す、図４に類似する図である。
【符号の説明】
１０  制御装置
１２  火工起爆薬
１４  光ファイバ
１６  レーザ源
１８  制御装置の出力
２０  第２の光分岐結合器
２２  第１の光分岐結合器
２４  安全スイッチ
２５  戻り線
２６  低電圧／高電圧変換器
２８  制御スイッチ
２８ａ  第１の制御スイッチ
２８ｂ  第２の制御スイッチ
３０  アダプタレンズ
３２  伸縮自在シャッタ
３４  モータ
３２ａ  傾斜した反射面
３６  光源
４０  二次光入力
４２  固定フィードバック装置（ミラー）
４４  可動フィードバック装置（ミラー）
４６  モータ
４８  追加のレーザ源
４９  外部低電圧電源
【図１】
0004184517.tif 000003
【図２】
0004184517.tif 000004
【図３】
0004184517.tif 000005
【図４】
0004184517.tif 000006
【図５】
0004184517.tif 000007