ПРИБОР ДЛЯ ПОДРЫВА ПИРОСРЕДСТВ
PYRO DEVICE BLASTING INSTRUMENT

Изобретение относится к системам инициирования пиросредств. Известна система управления (см. патент на полезную модель №47508 от 14.02.05, «Распределенная система управления пиросредствами», Ю.С.Ватару, Б.А.Мошкин, И.Г.Шестопалов, С.С.Мазеин, А.К.Леонтьев, опубликован 27.08.05). Система управления содержит центральный прибор управления, который состоит из микроконтроллера, многовходового аналого-цифрового преобразователя, датчика тока и внешнего источника энергии. Микроконтроллер, управляющий магистральной линией связи, подсоединен к аналого-цифровому преобразователю, двум передатчикам, двум приемникам. Выходы передатчиков и входы приемников подключены к первичным обмоткам выходных трансформаторов центрального прибора, к средним точкам вторичных обмоток которых, для снижения количества связей, подключены шины силового питания, а сами обмотки подсоединены к двухканальной магистральной линии связи, которая подсоединена к входным развязывающим трансформаторам множества двухканальных приборов подрыва пиросредств. В каждом из каналов прибора подрыва пиросредств входной трансформатор подключен к приемному устройству, к которому подключено логическое устройство, распознающее кодовую последовательность и мажоритирующее информационный сигнал. Логическое устройство подключено к трансформатору гальванической развязки, который подключен к усилителю мощности, построенному по схеме коммутируемого генератора постоянного тока и диодному мосту. Усилитель мощности подключен к первичной обмотке выходного трансформатора прибора подрыва пиросредства, вторичная обмотка которого подключена непосредственно к пиросредству и параллельно подключенному резистору. При проверках величина потенциала на линии связи зависит от исправной работы узлов прибора подрыва и наличии подключения к нему пиросредства.
Недостатками данного устройства являются большие схемные затраты, в частности большое количество трансформаторов, что при увеличении количества задействуемых пиросредств приводит к пропорциональному увеличению габаритов и массы системы, трудоемкости ее изготовления и снижению надежности.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является 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), который является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбран в качестве прототипа. Устройство 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, преобразователь напряжения и тиристорные ключи К1…Кn.
Недостатками прототипа являются большие схемные затраты, что при увеличении количества задействуемых пиросредств приводит к пропорциональному увеличению габаритов и массы системы, трудоемкости ее изготовления и снижению надежности.
Решаемой технической задачей является создание прибора для подрыва пиросредств с более высокой надежностью и лучшими габаритно-массовыми характеристиками.
Достигаемым техническим результатом является повышение надежности за счет упрощения ключей, уменьшения их количества и полного автоматического самоконтроля прибора непосредственно перед его применением.
Для достижения технического результата в прибор для подрыва пиросредств, 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, новым является то, что к выходу каждого ключа дополнительно подключена схема контроля, выход каждой из которых соединен с соответствующим входом микроконтроллера, дополнительно введены диоды, при этом ключи разделены на две группы, в одной из которых выходы ключей соединены с анодами диодов, катоды которых через соответствующие электровзрывные сети соединены с выходами ключей другой группы, стробирующие входы первой и второй групп схем контроля соединены с соответствующими стробирующими выходами микроконтроллера.
Указанная совокупность признаков заявляемого устройства позволяет уменьшить схемные затраты и повысить надежность устройства.
l
k
k+1
L
На Фиг.1 приведена схема прибора для подрыва пиросредств; на Фиг.2 - пример выполнения схемы контроля CК…CК первой группы; на Фиг.3 - пример выполнения схемы контроля СК…СК второй группы.
i
L
l
k
k+1
L
l
L
i
j
l
L
l
k
k+1
L
Прибор для подрыва пиросредств содержит микроконтроллер 1, источник энергии 2, n электровзрывных сетей (ЭВС) 3.1…3.n и ключи К…К, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам микроконтроллера 1. Входы первой группы ключей К…К подключены к плюсовой клемме источника энергии 2, а входы другой группы ключей К…К подключены к минусовой клемме источника энергии 2. Вновь введены диоды 4.1…4.n и схемы контроля CК…CК, при этом ЭВС образуют матрицу из k строк и L-k столбцов, положительные выводы ЭВС i-й строки соединены с выходом i-того ключа К; и входом i-й схемы контроля СК (где i=1…k), a отрицательные выводы ЭВС j-го столбца соединены с анодами соответствующих диодов, катоды которых соединены с выходом j-го ключа К и входом j-й схемы контроля CКj (где j=k+1…L), выходы схем контроля CК…CК подключены к оответствующим входам микроконтроллера 1, стробирующие входы первой группы схем контроля CК…CК соединены с первым стробирующим выходом микроконтроллера 1, стробирующие входы второй группы схем контроля СК…СК соединены со вторым стробирующим выходом микроконтроллера 1.
1
k
Каждая схема контроля СК…СК первой группы (см. Фиг.2) содержит резистор 5, электронный ключ 6 и пороговое устройство 7, вход которого является входом схемы контроля и через резистор 5 и электронный ключ 6 соединен с минусовой клеммой источника энергии 2, выход порогового устройства 7 является выходом схемы контроля, а управляющий вход электронного ключа 6 является стробирующим входом схемы контроля.
k+1
L
Каждая схема контроля СК…СК второй группы (см. Фиг.3) содержит первый 8 и второй 9 резисторы, электронный ключ 10 и пороговое устройство 11, вход которого является входом схемы контроля, через первый резистор 8 и электронный ключ 10 соединен с плюсовой клеммой, а через второй резистор 9 - с минусовой клеммой источника энергии 2, выход порогового устройства 11 является выходом схемы контроля, а управляющий вход электронного ключа 10 является стробирующим входом схемы контроля.
l
k
k+i
L
k+1
L
k+i
L
k+1
L
l
k
k+l
L
l
k
k+1
L
1
k
l
k
l
k
Прибор для подрыва пиросредств работает следующим образом. На первом этапе самоконтроля микроконтроллер 1 поочередно открывает и закрывает ключи К…К первой группы. При этом ключи К…К второй группы удерживаются в закрытом состоянии. При открывании i-го ключа первой группы с плюсовой клеммы источника энергии 2 протекает ток через ЭВС i-й строки, соответствующие диоды и вторые резисторы всех схем контроля СК…СК на минусовую клемму источника энергии 2. При отсутствии обрывов в цепях указанных ЭВС и закрытом состоянии ключей К…К на выходах всех схем контроля СК…СК будут появляться потенциалы высокого уровня при открывании каждого ключа К…К первой группы. Это свидетельствует о целостности всех цепей ЭВС, об отсутствии пробоев ключей К…К второй группы и нормальном срабатывании ключей К…К первой группы на высокоомную нагрузку, так как для создания тока контроля ЭВС на безопасном уровне сопротивление вторых резисторов 9 схем контроля СК…СК выбрано достаточно высоким. Для контроля указанных ключей на нагрузке, близкой к реальной, на стробирующие входы схем контроля СК…СК микроконтроллер 1 подает короткий строб-импульс, на время которого выходы указанных ключей привязываются через резистор 5 и электронный ключ 6 соответствующей схемы контроля к минусовой клемме источника энергии 2. Сопротивление резистора 5 выбирается близким к сопротивлению ЭВС, а длительность строб-импульса достаточно короткой, чтобы обеспечить безопасность самоконтроля в случае наличия неисправных элементов и не разряжать источник энергии 2, если в качестве него используется аккумулятор. Во время действия стоб-импульса на выходе схемы контроля, связанной с открытым ключом, формируется потенциал высокого уровня, а на выходах остальных схем контроля CК…CК - потенциалы низкого уровня. Это свидетельствует о нормальной работе ключей К…К первой группы на реальной нагрузке и об отсутствии пробоя диодов в обратно смещенном состоянии.
k+1
L
l
k
k+1
L
j
j
k+1
L
На втором этапе самоконтроля микроконтроллер 1 поочередно открывает и закрывает ключи К…К второй группы. При этом ключи К…К первой группы удерживаются в закрытом состоянии. При открывании j-го ключа второй группы и формировании строб-импульса на стробирующих входах схем контроля СК…СК второй группы на выходе j-й схемы контроля CК сформируется потенциал низкого уровня, а на выходах остальных схем контроля данной группы - потенциалы высокого уровня. Это свидетельствует о нормальном открывании ключа К и отсутствии утечки тока через другие, закрытые, ключи второй группы, при этом проверка работоспособности данных ключей проводится на реальной нагрузке, так как сопротивление первого резистора 8 каждой схемы контроля СК…СК выбирается близким к сопротивлению ЭВС.
Любое отличие результатов самоконтроля от описанных выше квалифицируется программой микроконтроллера 1 как обнаружение неисправности в схеме прибора для подрыва пиросредств, и дальнейшая его работа блокируется.
i
l
k
j
k+1
L
j
Если результаты самоконтроля положительные, то прибор подрыва пиросредств переходит в режим штатной работы. В этом режиме через программно заданные интервалы времени ключи открываются попарно: один ключ К из первой группы ключей К…К, а другой ключ К из второй группы ключей К…К. Ток протекает с плюсовой клеммы источника энергии 2 через ключ К, ЭВС i-й строки и j-го столбца, соответствующий диод и ключ К на минусовую клемму источника энергии 2 в течение времени, достаточного для инициирования ЭВС. Таким образом, для задействования, например, 64 ЭВС требуется (при размере матрицы 8х8) 16 ключей, что в четыре раза меньше, чем в прототипе.
Проведено макетирование 64-канального прибора для подрыва пиросредств с использованием микроконтроллера PIC16F877, полевых транзисторов IRF4905 и КП922А и эквивалентных резисторов нагрузки вместо ЭВС. Для проверки функционирования прибора в режиме самоконтроля проводилась имитация различных неисправностей элементов. Испытания макета прибора подтвердили работоспособность заявляемого устройства и его практическую ценность.