УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СРАБАТЫВАНИЯ КАПСЮЛЯ-ДЕТОНАТОРА С УДАРНО-ВОЛНОВОЙ ТРУБКОЙ
DEVICE FOR MEASUREMENT OF PARAMETERS OF ACTION OF BLASTING CAP WITH SHOCK-WAVE TUBE

Изобретение относится к области измерения параметров срабатывания капсюлей-детонаторов (КД) с ударно-волновой трубкой (УВТ) типа «Нонель» в неэлектрических системах взрывного дела. Такими параметрами являются скорость детонационного процесса в УВТ, инициирующая способность КД и время срабатывания КД вместе с отрезком УВТ определенной длины.
Известно устройство для определения скорости детонации маломощных детонирующих шнуров типа «волновод» со светопроницаемой оболочкой (RU №2232388 C2, 10.07.2004, G01N 33/22, G01P 3/68), в котором осуществляется измерение времени распространения детонационной волны внутри отрезка УВТ со светопроницаемой оболочкой. Устройство содержит два фотодатчика, расположенных на фиксированном расстоянии друг от друга, источник питания и хронограф, соединенные между собой, средства крепления волновода между фотодатчиками, инициирующее устройство. В качестве фотодатчиков применены высокочувствительные фототранзисторы, рабочий диапазон которых лежит в области длин волн видимого излучения электромагнитного спектра, а в качестве хронографа - цифровой электронный измеритель времени, запуск и остановка которого осуществляются сигналами от фотодатчиков, реагирующих на световое излучение проходящего над ними фронта детонационной волны внутри волновода после задействования от инициирующего устройства. Скорость детонации определяется как средняя скорость прохождения детонационной волной расстояния между фотодатчиками.
Измерение времени срабатывания КД с УВТ с использованием известного устройства весьма сложно в применении, так как исполнение датчика, останавливающего хронограф, не рассчитано на работу с КД и может привести к разрушению датчика. Кроме того, применение фотодатчиков может привести к неопределенности фиксации момента прохождения фронтом детонации точки установки фотодатчика из-за эффекта весьма длительного «послесвечения», которое продолжается в течение примерно 1 с после срабатывания УВТ.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для определения времени срабатывания безынициаторного капсюля-детонатора (варианты), в котором предложены два варианта определения времени срабатывания безынициаторного капсюля-детонатора, имеющего ударно-волновую трубку со светопроницаемой оболочкой в качестве проводника импульса от инициирующего устройства (RU №2328748 C2, 10.07.2008, G01P 3/64, C06C 7/00). По варианту 1 устройство содержит хронограф, фотодатчик запуска хронографа, реагирующий на излучение фронта детонационной волны, проходящей внутри УВТ после ее инициирования. Фотодатчик расположен вблизи УВТ на расстоянии по ее длине не менее 30 см от инициирующего устройства и на расстоянии 1 м по ее длине от конца, закрепленного в КД. Пьезодатчик остановки хронографа, реагирующий на ударное воздействие при срабатывании КД, расположен на металлической пластине, с противоположной стороны которой напротив него размещен КД, причем толщина пластины в месте крепления датчика составляет 10-30 мм. Устройство по варианту 2 в качестве датчика остановки хронографа содержит фотодатчик, реагирующий на излучение при срабатывании КД и расположенный вблизи КД, помещенного во втулку, в которой выполнена щель шириной не менее 5 мм и длиной 3-10 мм. Фотодатчик остановки хронографа может снабжаться защитным экраном от осколков при срабатывании КД. Фотодатчики запуска и остановки хронографа имеют рабочий диапазон в области длин волн, охватывающий видимую и инфракрасную части электромагнитного спектра.
К общему недостатку вариантов 1 и 2 известного устройства следует отнести использование фотодатчиков для запуска хронографа из-за неопределенности фиксации момента прохождения фронтом детонации внутри УВТ точки установки фотодатчика. Такая неопределенность может быть связана с прохождением излучения от детонации через многослойную рассеивающую среду - оболочку УВТ, сопровождающимся процессом длительного «послесвечения», при этом из-за многообразия типов и цветов оболочек УВТ в современных системах неэлектрического взрывания используемые фотодатчики вряд ли могут обеспечить универсальность для разных типов УВТ. Существенным недостатком устройства является невозможность контроля инициирующей способности КД (полноты детонации) по общепринятому способу пробития свинцовой пластины, а также ненадежность (недолговечность) конструкции подрыва КД на металлической пластине с пьезодатчиком остановки хронографа в варианте 1 устройства, требующим независимого от фотодатчика канала питания и преобразования сигнала, что неизбежно усложняет электрическую схему устройства.
Техническим результатом настоящего изобретения является получение возможности прямого измерения времени прохождения и замыкания фронтом детонации промежутков ионизационных датчиков, расположенных на фиксированных базах, позволяющее рассчитать скорость детонационного процесса в УВТ и время срабатывания соединенного с отрезком УВТ капсюля-детонатора, а также путем подрыва КД на типовой свинцовой пластине определить инициирующую способность КД.
Технический результат достигается за счет того, что в устройство для измерения параметров срабатывания капсюля-детонатора с ударно-волновой трубкой, состоящее из узла для подрыва капсюля-детонатора, узла инициирования детонационного процесса в ударно-волновой трубке, измерителя времени, датчика запуска измерителя времени, датчика фиксации момента детонации капсюля-детонатора, узла питания и обработки сигналов от датчиков, введен датчик измерения скорости детонационного процесса в ударно-волновой трубке, расположенный на расстоянии 1 м от датчика запуска измерителя времени и на расстоянии 1 м от конца отрезка ударно-волновой трубки, закрепленного в капсюле-детонаторе, а датчик запуска измерителя времени и датчик измерения скорости детонационного процесса в ударно-волновой трубке выполнены ионизационными игольчатого типа с размещением ионизационного промежутка внутри канала ударно-волновой трубки. Кроме того, узел для подрыва капсюля-детонатора выполнен с возможностью его подрыва на типовой свинцовой пластине для определения инициирующей способности, а датчик фиксации момента детонации выполнен ионизационным с расположением между капсюлем-детонатором и свинцовой пластиной, узел питания и обработки сигналов от трех ионизационных датчиков выполнен с возможностью триггерного преобразования импульсных сигналов в потенциальные, т.е. сигналы ступенчатой формы, для надежной регистрации промежутков времени между сигналами от датчиков, а в качестве измерителя времени используется двухканальный цифровой запоминающий осциллограф с возможностью курсорного измерения временных интервалов между сигналами, поступающими от трех ионизационных датчиков.
На рис.1 показана общая схема устройства для измерения параметров срабатывания капсюля-детонатора с ударно-волновой трубкой, где позициями обозначены:
1 - узел для подрыва КД;
2 - свинцовая пластина;
3 - капсюль-детонатор;
4 - отрезок ударно-волновой трубки длиной 2,3 м;
5 - инициирующее устройство (ИУ);
6 - узел питания и обработки сигналов от датчиков (УП);
7 - измеритель времени (ИВ);
8 - ионизационный датчик (Д1) запуска измерителя времени;
9 - ионизационный датчик (Д2) измерения скорости детонационного процесса в УВТ;
10 - ионизационный датчик (Д3) фиксации момента детонации КД.
Узел для подрыва КД 1 на стандартной свинцовой пластине 2 является типовым устройством для испытания капсюлей-детонаторов на инициирующую способность и время срабатывания. Капсюль-детонатор 3 с отрезком УВТ 4 длиной 2,3 м может быть любым из применяемых в настоящее время неэлектрических систем взрывания (СИНВ, КОРШУН, НОНЕЛЬ, ПРИМАДЕТ и др.), на отрезке УВТ 4 перед испытанием размечаются места установки датчиков Д1 и Д2, после чего КД3 устанавливается на свинцовой пластине 2 с одновременным монтажом между КД и пластиной датчика 10 фиксации момента детонации КД (Д3). Датчик Д3 представляет собой отрезок тонкого изолированного провода, один конец которого подсоединяется к разъему на стенке муфеля и, тем самым, к входу (УП) узла питания и обработки сигналов от датчиков 6. Затем свободный конец УВТ подсоединяется к (ИУ) инициирующему устройству 5, в качестве которого может использоваться ручное механическое устройство с капсюлем «Жевело», и, на размеченных местах, производится монтаж ионизационных датчиков Д1 и Д2. Датчики Д1 и Д2 имеют одинаковую конструкцию, состоящую из двух стальных игл (диаметром 0,4 мм, длиной по 30 мм) с припаянными к тупым концам одиночными изолированными проводниками для подсоединения к входам УП 6. Каждая пара игл вводится под прямым углом через оболочку УВТ и под прямым углом друг от друга на расстоянии примерно 0,5 мм между иглами. Расстояние между датчиками Д1 и Д2, равное 1 м, может быть легко выставлено с точностью ±1 мм и является базой для измерения скорости детонационного процесса в УВТ. УП 6 компактен, содержит общую для трех датчиков и триггерных преобразователей схему питания постоянным напряжением от батареи типа «Крона», сигнальные элементы управления работой УП и выполняет функцию регистрации импульсных сигналов от последовательного срабатывания датчиков Д1-Д3 и преобразования их в потенциальные выходные для подачи на входы измерителя времени 7. В качестве ИВ 7 может применяться двухканальный цифровой осциллограф (например, GDS-840C), позволяющий с высокой точностью проводить временные измерения от момента запуска развертки по сигналу от срабатывания датчика Д1 до сигналов от срабатывания датчиков Д2 и Д3, а также между сигналами от Д2 до Д3. Все электрические соединения устройства выполнены по схеме с общей землей.
Устройство функционирует следующим образом (см. рис.1). Инициирующее устройство 5 возбуждает детонационный процесс в отрезке УВТ 4. На участке УВТ длиной 0,3 м до места установки Д1 8 детонация в канале приобретает стационарный характер и ее фронт «замыкает» ионизационный промежуток между иглами датчика Д1, пройдя мерный отрезок УВТ (1 м) фронт детонации «замыкает» ионизационный промежуток между иглами датчика Д2 9, пройдя еще один мерный отрезок УВТ (1 м) фронт детонации в канале УВТ достигает «начинки» КД3, что приводит к детонации основного заряда КД, прямому замыканию изолированного провода датчика Д3 10 на землю и пробитию свинцовой пластины 2. Диаметр пробитого отверстия позволяет сделать заключение об уровне инициирующей способности КД3.
Импульсные сигналы при срабатывании датчиков, поступающие на входы УП 6, с помощью триггерного преобразователя изменяются за время порядка 0,5 мкс (время срабатывания каждого канала преобразователя) на сигнал ступенчатой формы с амплитудой напряжения питания (батарея типа «Крона») и подаются на входы осциллографа GDS-840C. При этом сигнал от срабатывания датчика Д1 запускает однократную развертку осциллографа и на экране появляется знак начала отсчета времени, при срабатывании датчика Д2, после прохождения фронтом детонации в УВТ отрезка в 1 м, сигнал в виде ступени записывается на канале 1, а при срабатывании КД сигнал от датчика Д3 в виде ступени записывается на канале 2. Цифровая запись сигналов срабатывания датчиков позволяет с высокой степенью точности проводить измерения промежутков времени между моментами их возникновения и производить расчет следующих параметров процесса срабатывания КД с отрезком УВТ (см. рис.1):
1) скорости детонационного процесса в УВТ путем деления длины мерного отрезка (1 м) на время между сигналами от датчиков Д1 и Д2;
2) времени срабатывания КД с отрезком УВТ длиной 2 м путем измерения промежутка времени между сигналами от датчиков Д1 и Д3;
3) времени срабатывания КД с отрезком УВТ длиной 1 м путем измерения промежутка времени между сигналами от датчика Д2 и Д3;
4) времени срабатывания КД путем расчета разницы между временем, измеренным по п.3 (временем срабатывания КД с отрезком УВТ длиной 1 м), и промежутком времени между сигналами от датчиков Д1 и Д2, т.е. временем срабатывания отрезка УВТ длиной 1 м.
Вместе с определением инициирующей способности КД возможность измерения перечисленных выше параметров КД с УВТ позволяет сделать заключение о решении задачи изобретения в полном объеме и дополнительно отметить универсальность применения разработанного устройства во всех современных системах неэлектрического взрывания с применением УВТ типа «Нонель». Такая универсальность требует выполнения только одного условия: отрезок УВТ должен иметь точно измеренную длину от КД до инициирующего устройства, после чего достаточно на расстоянии 0,3 м и 1.3 м от инициирующего устройства установить ионизационные датчики (см. рис.1, датчики Д1 и Д2) и произвести испытание в порядке, приведенном выше. Точность измерения скорости детонационного процесса в отрезке УВТ длиной 1000 мм ± 1 мм за время 530 мкс ± 2 мкс (СИНВ) составляет ±10 м/с, а точность измерения времени срабатывания КД любого типа замедления с отрезком УВТ зависит от дискретности цифровой развертки осциллографа, подобранной для измерения такого времени.