СПОСОБ ИНИЦИИРОВАНИЯ МНОГОКАНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЛАЗЕРНОГО ИНИЦИИРОВАНИЯ
METHOD FOR INITIATING MULTI-CHANNEL LASER INITIATION SYSTEM

Изобретение относится к области физики взрыва, методов и средств неконтактного подрыва промышленных взрывчатых веществ (ВВ) и может использоваться в средствах для обеспечения безопасности, контроля и инициирования взрывных устройств и пиротехнических приборов оптическим сигналом.
Известно изобретение под названием "Устройство для многократного оптического инициирования, для активной обороны транспортных средств" (патент Франции №2864217, МПК F42B 3/113, опубл. 24.06.2005 г.), в котором описан способ инициирования многоканальной системы лазерного инициирования, согласно которому формируют и подают сигнал на электрические и оптические включатели, тем самым позволяя выбрать требуемое количество источников лазерного излучения, на которые будет подаваться питание от источника энергии для выдачи оптического импульса инициирования требуемых лазерных воспламенителей.
Достоинством данного способа инициирования является то, что обеспечивается не только электрический, но и оптический разрыв в тракте передачи импульса инициирования от источника питания к лазерному воспламенителю.
Недостатком данного способа инициирования является отсутствие возможности контроля состояния оптического тракта с помощью контрольного импульса от лазерного излучателя через оптический включатель до каждого из лазерных воспламенителей (ЛВ) с последующей регистрацией с помощью регистратора лазерного излучения.
Известен способ инициирования многоканальной системы лазерного инициирования, по которому формируют и подают оптический импульс инициирования от лазерного излучателя через управляемые компьютером поляризационный оптический включатель и акустико-оптический дефлектор в требуемый канал инициирования лазерного воспламенителя ("Предохранительно-прицельное устройство без подвижных частей", патент США №5404820, МПК F42B 3/113, опубл. 11.04.1995 г.).
Согласно изобретению с источником лазерного излучения связан поляризационный оптический включатель для блокировки лазерного излучения при первом положении включателя и для пропускания лазерного излучения при втором положении. От оптического включателя лазерное излучение поступает на управляемый компьютером блок акустико-оптического дефлектора, в котором регулируется угол перемещения лазерного излучения в зависимости от выходного сигнала блока управления, управляемого компьютером. В результате лазерное излучение направляется в один или в несколько волоконно-оптических каналов для задействования лазерного воспламенителя, относящегося к данному каналу.
Достоинством данного способа является возможность блокировки лазерного импульса инициирования при первом положении включателя и для пропускания импульса инициирования при втором положении. Недостатком данного способа инициирования является отсутствие контрольного оптического импульса, и как следствие - отсутствие возможности контроля состояния оптического тракта от лазерного излучателя через оптический включатель до каждого из лазерных воспламенителей.
Известна многоканальная система лазерного инициирования под названием "Детонирующая система" (патент США №5413045, МПК F42B 3/00, 3/113, опубл. 09.05.1995 г.), в которой описан способ инициирования лазерного воспламенителя, по которому формируют и подают контрольный и инициирующий оптические импульсы от разных лазерных излучателей через оптический расщепитель в волоконно-оптический кабель на лазерный воспламенитель с регистрацией контрольного импульса регистратором лазерного излучения.
Инициирование лазерного воспламенителя происходит при помощи лазерного излучения определенных частоты и мощности. Оптическое излучение от лазерного излучателя проходит по волоконно-оптическому кабелю через оптический расщепитель, который пропускает только излучение определенной частоты и отражает все остальные. Контрольный лазерный излучатель служит для проверки работоспособности системы лазерного инициирования и посылает по волоконно-оптическому кабелю контрольный оптический импульс в виде излучения другой частоты и мощности по сравнению с импульсом инициирования. Контрольный импульс отражается от оптического расщепителя и возвращается обратно по волоконно-оптическому кабелю и выделяется (регистрируется) регистратором лазерного излучения.
Данный способ позволяет контролировать состояние лазерного воспламенителя, однако нет возможности проконтролировать параметры основного лазерного излучения, инициирующего лазерный воспламенитель.
Известна система лазерного инициирования под названием "Лазерное инициирующее устройство с волоконно-оптическим кабелем" (патент США №5714458, МПК F42C 19/00, опубл. 22.06.1999 г.), в которой описан способ инициирования лазерного воспламенителя, согласно которому формируют и подают оптический инициирующий импульс и контролируют параметры оптического инициирующего импульса регистратором лазерного излучения.
Инициирование лазерного воспламенителя происходит передачей импульса инициирования от лазерного излучателя по волоконно-оптическому кабелю на лазерный воспламенитель. Отдельный волоконно-оптический кабель системы встроенного контроля дополняет волоконную систему передачи лазерного излучения. Оптический блок содержит GRIN линзы. Линзы установлены последовательно и обеспечивают коллимирование и рассеивание части лазерного излучения к лицевой поверхности волоконно-оптического кабеля регистратора лазерного излучения. В состав оптического блока также входят линзы с асферической оптикой, которые контролируют преломление лазерного излучения, отраженного в направлении волоконно-оптического кабеля регистратора лазерного излучения.
В данном способе осуществлена возможность регистрации параметров оптического инициирующего импульса от лазерного излучателя, задействующего лазерный воспламенитель. При этом, контроль параметров оптического инициирующего импульса от лазерного излучателя является опосредованным и только непосредственно сразу после лазерного излучателя. Также недостатком является отсутствие возможности контроля состояния оптического тракта с помощью контрольного импульса от лазерного излучателя до лазерного воспламенителя с последующей регистрацией с помощью регистратора лазерного излучения.
Известна система лазерного инициирования под названием "Способ и система инициирования зарядов" (патент РФ №2684259 МПК F42C 13/02 (2006.01) F42D 1/04 (2006.01), опубл. 04.04.2019 г.), в которой описан способ инициирования лазерного воспламенителя, согласно которому формируют и подают оптический инициирующий импульс через оптический включатель, переключаемый блоком управления на время передачи инициирующего импульса из исходного состояния в сработанное.
Согласно изобретению инициирование лазерного воспламенителя осуществляется следующим образом. Блок управления включает лазер, с которого оптическое излучение по волоконно-оптическому кабелю подается на оптический переключатель, содержащий фотопреобразователь и схему запуска, формирующую сигнал переключения из исходного в сработанное состояние оптического включателя на время необходимое для прохождения оптического излучения, инициирующего лазерный воспламенитель.
Таким образом, прохождение оптического излучения от лазера обеспечивается с требуемыми временными, энергетическими и спектральными характеристиками для инициирования лазерного воспламенителя. Однако, отсутствует возможность контроля состояния оптического тракта с помощью контрольного импульса от лазерного излучателя через оптический включатель до каждого из лазерных воспламенителей с последующей регистрацией с помощью регистратора лазерного излучения
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является четырехканальная система лазерного инициирования с помощью лазерных диодов (D.Rosner, E.Spomer "For channel laser firing unit using laser diodes" // Second NASA Aerospace Pyrotechnic Systems Workshop, Sandia national laboratories Albuquerque, 1994 г., p. 101-114), в котором описан способ инициирования системы который заключается в том, что контролируют оптический тракт системы при закрытом оптическом включателе (ОВ) путем формирования и подачи инициирующего импульса в тракт инициирующего устройства, переводят ОВ в открытое состояние, инициируют инициирующее устройство - формируют и подают инициирующий импульс на инициирующее устройство.
В данной системе лазерного инициирования предлагаются два варианта обеспечения контроля инициирующего устройства. В первом варианте используются три оптических кабеля: один - для передачи оптического импульса на инициирующее устройство, второй - для передачи оптического импульса контроля оптического тракта, третий - для регистрации оптического импульса контроля, объединенные в оптическом разветвителе, имеющем на выходе один оптический кабель, соединенный с инициирующим устройством, также дополнительно применен лазерный излучатель, формирующий оптический импульс контроля с длиной волны, отличной от длины волны инициирующего лазерного излучателя.
Во втором варианте используются два оптических кабеля: один - для передачи оптического импульса на инициирующее устройство, второй - для регистрации оптического импульса контроля, при этом мощность оптического импульса инициирования ограничена до значения мощности контрольного импульса апертурой (диаметром отверстия) фильтра оптического включателя.
Однако, в данной системе невозможно подать инициирующий импульс одновременно на более, чем одно инициирующее устройство, нет полного контроля оптического тракта при закрытом ОВ, а также нет контроля оптического тракта при открытом ОВ и контроля инициирования ЛВ. Все это снижает безопасность системы.
Задача, на решение которой направлено изобретение - повышение безопасности системы лазерного инициирования.
Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого технического решения - обеспечение контроля состояния оптического тракта в каждом канале системы.
Указанный технический результат достигается тем, что контролируют оптический тракт системы при закрытом оптическом включателе путем формирования и подачи инициирующего импульса в тракт инициирующего устройства, переводят оптический включатель в открытое состояние, инициируют инициирующее устройство - формируют и подают инициирующий импульс на инициирующее устройство, при этом контролируют оптический тракт при закрытом оптическом включателе путем формирования и подачи сначала контрольного, а затем инициирующего импульса, после перевода оптического включателя в открытое состояние контролируют оптический тракт путем формирования и подачи контрольного импульса в тракт инициирующего устройства, после инициирования инициирующего устройства проверяют его срабатывание контрольным импульсом, при этом контрольный и инициирующий импульсы формируют одинаковыми по амплитуде и разными по длительности для каждого лазерного излучателя, контрольный/инициирующий импульс подают один или одновременно два на одно или два инициирующих устройства, соответственно, через проходной оптический соединитель, открытое/закрытое состояние оптического включателя обеспечивают перемещением светофильтра оптического включателя в открытое/закрытое состояние, соответственно.
Всей совокупностью перечисленных признаков достигается высокая безопасность многоканальной системы. Этого добились за счет следующего: при закрытом оптическом включателе (ОВ) контролируют оптический тракт сначала контрольным, а затем инициирующим импульсом, что дает возможность контролировать как состояние оптического включателя (открытое/закрытое), так и параметры инициирующего импульса. Далее проверяют состояние оптического тракта при открытом ОВ путем формирования и подачи контрольного импульса, что подтверждает также и состояние (исходное/неисходное) инициирующего устройства. Затем инициируют инициирующее устройство и проверяют его срабатывание контрольным импульсом. При этом контрольный и инициирующий импульсы формируют одинаковыми по амплитуде и разными по длительности для каждого лазерного излучателя, контрольный/инициирующий импульс подают один или одновременно два на одно или два инициирующих устройства, соответственно, через проходной оптический соединитель, что подтверждает при выдаче лазерным излучателем только контрольного импульса работоспособность лазерного излучателя и возможность формирования им инициирующего импульса, при этом проходной оптический соединитель обеспечивает удобство эксплуатации и расширение объектов применения лазерной системы.
Таким образом, обеспечивают контроль состояния оптического тракта в каждом канале системы и решают задачу повышения ее безопасности.
При анализе уровня техники не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. А также не выявлено факта известности влияния признаков, включенных в формулу, на технический результат заявляемого технического решения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям "новизна" и "изобретательский уровень".
На фиг. приведена структурная схема многоканальной системы лазерного инициирования для реализации способа инициирования.
Многоканальная система лазерного инициирования, реализующая заявляемый способ, содержит блок управления (БУ) 1, лазерные излучатели (ЛИ) 2, оптический включатель (ОВ) 3 со светофильтром, проходной оптический соединитель 4, инициирующие устройства 5, регистрирующие элементы 6. Выходы БУ 1 соединены с каждым ЛИ 2 и с ОВ 3, при этом ОВ расположен между выходом каждого ЛИ и соответствующим входом оптического разъема (ОР) 7. В качестве инициирующих устройств 5 используются лазерные воспламенители (ЛВ), а в качестве регистрирующих элементов 6 - регистраторы лазерного излучения (РЛИ). Каждый ЛВ 5 соединен оптическим кабелем (ОК) 8 с соответствующим входом РЛИ 6 через оптические разъемы 7. Проходной оптический соединитель 4 соединен ОК 8 через ОР 7 с входом каждого ЛВ 5 и с соответствующим выходом ОР 7 каждого ЛИ 2. ОВ 3 и ЛИ 2 образуют оптический блок (ОБ).
БУ 1 предназначен для обеспечения контроля состояния ОБ электрическим сигналом - в требуемый момент времени БУ 1 по заданному алгоритму работы обеспечивает формирование и передачу управляющих электрических (контрольного (одного или двух одновременно) или инициирующего (одного или двух одновременно)) сигналов для формирования каждым лазерным излучателем 2 соответствующих оптических (контрольного или инициирующих, одного или двух одновременно) импульсов, а также формирование и передачу управляющих электрических сигналов для перехода ОВ 3 из одного устойчивого состояния в другое (открытое или закрытое). Открытое/закрытое состояние ОВ 3 обеспечивают перемещением светофильтра ОВ 3 в открытое/закрытое состояние, соответственно.
В открытом состоянии светофильтр ОВ 3 обеспечивает пропускание оптического импульса от ЛИ 2 с минимальными оптическими потерями, в закрытом - с максимальными оптическими потерями.
Каждое инициирующее устройство 5 на входе ОР 7 имеет два оптических кабеля. Один - для получения контрольного или инициирующего оптического импульса с выхода ОР 7 соответствующего лазерного излучателя 2, второй - для передачи на вход РЛИ 6, отраженного от лазерного воспламенителя 5 контрольного или инициирующего оптического импульсов.
При нахождении ОВ 3 в закрытом состоянии без лазерного инициирования ЛВ 5 обеспечивается контроль РЛИ 6 контрольного или инициирования оптического импульсов (одного или двух одновременно), при нахождении ОВ 3 в открытом состоянии - только контрольного оптического импульса (одного или двух одновременно).
Способ осуществляют следующим образом.
В исходном состоянии ОВ 3 находится в закрытом положении, обеспечивая светофильтром, находящимся в закрытом состоянии, максимальные оптические потери для передачи оптического (инициирующего, контрольного) импульса в оптический тракт от всех ЛИ 2 до всех инициирующих устройств 5.
При закрытом ОВ контролируют оптический тракт системы от ЛИ 2 до ЛВ 5 путем формирования БУ 1 и подачи от ЛИ 2 (от одного или двух ЛИ 2 одновременно) сначала контрольного, а затем инициирующего импульса в тракт до ЛВ 5 (одного или двух ЛВ 5 одновременно) и регистрации (одного или двух одновременно) оптического импульса РЛИ 6. Переводят ОВ в открытое состояние, после чего контролируют оптический тракт путем формирования БУ 1 и подачи от ЛИ 2 (от одного или двух ЛИ 2 одновременно) контрольного импульса в тракт до ЛВ 5 (одного или двух ЛВ 5 одновременно) и регистрации (одного или двух одновременно) оптического импульса РЛИ 6. После проверки одного (двух) тракта от ЛИ 2 до ЛВ 5 в соответствии с необходимым (требуемым) алгоритмом работы БУ 1 формирует и ЛИ 2 подает (один или два одновременно) инициирующий импульс в тракт до ЛВ 5 (одного или двух ЛВ 5 одновременно). После инициирования ЛВ 5 (одного или двух ЛВ 5 одновременно) проверяют срабатывание инициирующего устройства ЛВ 5 контрольным импульсом - путем формирования БУ 1 и подачи от ЛИ 2 (от одного или двух ЛИ 2 одновременно) контрольного импульса в тракт до ЛВ 5 (одного или двух ЛВ 5 одновременно) и регистрации (одного или двух одновременно) оптического импульса РЛИ 6.
При этом контрольный и инициирующий импульсы формируют одинаковыми по амплитуде и разными по длительности для каждого лазерного излучателя и подают через проходной оптический соединитель 4.
При этом отраженный от лазерного воспламенителя 5 контрольный оптический импульс, преобразованный в электрический сигнал регистратором лазерного излучения 6, обеспечивает контроль не только оптического тракта от ЛИ 2 до ЛВ 5, но и состояние (исходное, сработанное) ЛВ 5, являющегося оконечным устройством системы лазерного инициирования.
Таким образом, представленные данные свидетельствуют о выполнении при использовании способа по заявляемому изобретению следующей совокупности условий:
- процесс, воплощающий заявленный способ при его осуществлении, предназначен для использования в области ракетно-космической техники, горной промышленности и сотрудников МЧС при создании систем инициирования ВВ, обеспечивая повышенную безопасность в условиях воздействия электромагнитных факторов различного происхождения;
- для заявляемого способа в том виде, в котором он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления.
Следовательно, заявляемый способ соответствует условию "промышленная применимость".