煤矿许用的雷管电子模块及雷管的制作方法

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1.本技术属于民用火工品，民用爆破装置技术领域，具体来说是一种适应井下作业环境，符合煤矿许用标准，符合本质安全标准的数码电子雷管芯片及其外围电路的组合，还包括带有上述电路结构的雷管产品。


背景技术：

2.数码电子雷管，即采用电子控制模块对起爆过程进行控制的雷管，其本质在于用一个含有微型电子芯片的控制模块驱动点火头。其中电子控制模块是指置于数码电子雷管内部，具备雷管起爆延期时间控制、起爆能量控制功能，能对自身功能、性能以及雷管点火元件的电性能进行测试，并能和起爆控制器及其他外部控制设备进行通信的专用电路模块。
3.煤矿井下生产环境具有一定的特殊性，主要特点是断面小、地质构造对爆破作业影响大、周边环境复杂，电磁环境、高温、含硫、潮湿、伴随可燃气产生等。因此煤矿井下对爆破器材和数码电子雷管都有特殊要求，包括整体含能较小的本质安全要求和需要把整流桥前置的入口本安要求等，同时还要消除静电火花引燃瓦斯气体等安全隐患。在本领域中，数码电子雷管在煤矿井下的应用及研究仍然较少。


技术实现要素：

4.发明目的：
5.本技术的目的在于，提供一种适用于煤矿井下作业环境，符合煤矿许用标准的数码电子雷管芯片及其外围电路、雷管。
6.技术方案：
7.本技术涉及一种煤矿许用的雷管电子模块的技术方案，包括如下特征：
8.雷管控制芯片，所述雷管控制芯片内部集成有电源模块、充电开关和发火开关；
9.储能电容，与所述雷管控制芯片连接，用于为雷管中的发火元件供能；
10.入口整流桥，输入端与雷管脚线连接，输出端与所述雷管控制芯片中的电源模块连接；
11.其中，当所述充电开关闭合时，所述电源模块能够对所述储能电容充电；当所述发火开关闭合时，所述储能电容能够对发火元件放电并使发火元件执行发火动作；
12.单片机，所述单片机与雷管控制芯片连接并能够控制所述充电开关和发火开关；
13.其中，所述单片机能够从所述入口整流桥的输出端采集信号，并能够根据采集到的信号控制充电开关和发火开关。
14.优选地，所述雷管控制芯片内部集成有：
15.ldo模块，所述ldo模块分别连接工作电容和ldo电容。
16.优选地，所述雷管控制芯片内部集成有：
17.放电开关，所述放电开关与所述储能电容连接，当所述放电开关闭合时，能够泄放
所述储能电容中的电能；
18.所述单片机能够控制所述放电开关。
19.优选地，还包括：
20.信号采集电路，所述信号采集电路与所述单片机连接，用于从入口整流桥的输出端采集信号并传输至所述单片机。
21.优选地，所述入口整流桥能够将雷管脚线输入的差分信号转换为直流信号；
22.所述单片机能够采集所述入口整流桥输出的直流信号，并能够从所述直流信号中读取指令，根据指令对所述雷管控制芯片进行控制。
23.进一步地，当所述单片机读取到充电指令时，控制雷管控制芯片中的充电开关闭合；
24.当所述单片机读取到起爆指令时，依次执行：控制雷管控制芯片中的充电开关断开，根据预设延时计时，控制雷管控制芯片中的发火开关闭合；
25.当所述单片机读取到放电指令时，控制雷管控制芯片中的放电开关闭合。
26.进一步地，所述单片机装载有控制软件；
27.所述控制软件能够：
28.从输入信号中读取指令；
29.根据指令设定延时；
30.根据指令控制所述雷管控制芯片。
31.优选地，还包括：
32.脚线焊盘，用于连接雷管脚线，所述脚线焊盘与所述入口整流桥输入端连接；
33.防静电弹片，通过瞬变抑制二极管连接所述脚线焊盘，所述防静电弹片能够与雷管外壳接触并形成电连接。
34.本技术技术方案还涉及一种数码电子雷管，包括：
35.上述技术方案任一项所述的煤矿许用的雷管电子模块；
36.雷管外壳；
37.起爆药剂；
38.发火元件，与所述煤矿许用的雷管电子模块连接，所述发火元件能够通过通电后产生热能引燃发火药或直接产生电火花引燃基础药的方式起爆雷管。
39.优选地，所述发火元件包括：
40.通电后能够产生热能的发火桥丝，所述发火桥丝上蘸有点火药剂；
41.或
42.mepic电阻；
43.或
44.半导体桥发火元件。
45.上述技术方案产生的优点及效果有：
46.相比现有数码电子雷管产品，本技术技术方案在雷管脚线入口处增加完整的整流桥电路，符合入口本质安全要求。雷管控制芯片设置有放电开关，可使雷管异常情况下主动放电。使用单片机中的控制软件进行控制，具备较佳的泛用性，通过对软件的调整可使产品适配多种场合，适配多种配套装置。支持镍铬桥丝和mepic电阻两种发火器件，适配药剂范
围宽，技术成熟，发火可靠，也可选用半导体桥scb点火头进行发火。生产兼容现有数码电子雷管产线和作业流程，不用额外建生产线。
附图说明：
47.图1为本技术基于pcb板贴装结构示意图；
48.图2为本技术基于pcb板贴装结构示意图(背面)；
49.图3为本技术电路及结构框图；
50.图4为防静电部分电路示意图。
51.图中：
52.1雷管控制芯片；2单片机；3防静电弹片；4发火元件；5储能电容；6工作电容；7脚线焊盘；8ldo电容；9ldo模块；10电源模块；11入口整流桥；12信号采集电路；13瞬变抑制二极管；14静电阻抗器；
53.s1充电开关；s2放电开关；s3发火开关。
具体实施方式：
54.实施例1
55.本例涉及一种煤矿许用的雷管电子模块，如图1,2,3所示，包括：
56.雷管控制芯片1，基于申请人
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融硅思创(北京)科技有限公司当前广泛应用于爆破工程的数码电子雷管rg19a型电子模块技术架构为基础，与现有技术相同的部分及非必要技术特征在此不再赘述。该芯片中集成有如下电路结构：雷管控制芯片1内部集成有电源模块，可以灵活的支持无极性连接，还集成有充电开关s1和发火开关s3；芯片内部集成状态检测功能，可以进行充电检测、放电检测、桥丝通断检测、解密状态检测、延时同步状态检测等多种功能，具有非常高的安全可靠性。芯片内部集成数字通信模块，可以与通用型单片机2进行交互通信，实现功能灵活定制，为满足煤矿井下安全提供可靠设计方案
57.储能电容5，与所述雷管控制芯片1连接，用于为雷管中的发火元件4供能；为68μf储能电容5。
58.入口整流桥11，输入端与雷管脚线连接，输出端与所述雷管控制芯片1中的电源模块连接；入口整流桥11设置在整体结构的最前端，换句话说，就是雷管脚线接口增加完整的整流桥电路，符合本质安全要求。
59.其中，当所述充电开关s1闭合时，所述电源模块能够对所述储能电容5充电；当所述发火开关s3闭合时，所述储能电容5能够对发火元件4放电并使发火元件4执行发火动作；
60.单片机2，所述单片机2与雷管控制芯片1连接并能够控制所述充电开关s1和发火开关s3；其中，所述单片机2能够从所述入口整流桥11的输出端采集信号，并能够根据采集到的信号控制充电开关s1和发火开关s3。单片机2的作用在于：1雷管电子模块是基于起爆器发来的指令信号来工作的，但是在整流桥设置在整体电路入口的前提下，信号由差分信号被整流成直流信号，无法被雷管控制芯片1采集读取，本例中增加了单片机2，通过单片机2读取直流信号并获取其中指令，来控制雷管芯片执行各种动作；2单片机2可编程，可以通过程序的不同适配不同的起爆器，适配不同的作业环境，设定不同的起爆延时和发火能量，具备更好的泛用性。雷管的生产兼容现有的管厂生产线，只需更改部分检测与赋码设备即
可，无需额外建设生产线，同时雷管和起爆器产品的操作不改变常规电子雷管的作业方式和线路连接方式，作业人员易于掌握和熟练应用，快速实现煤矿许用电子雷管的技术导入和生产。
61.实施例2
62.在实施例1的基础上，所述雷管控制芯片1内部集成有：
63.ldo模块，所述ldo模块分别连接工作电容6和ldo电容。ldo可以可靠稳定的输出3.3v。使雷管控制芯片1和其它辅助电路正常工作，同时支持掉电检测功能及复位信号输出功能。
64.实施例3
65.在实施例1的基础上：
66.所述雷管控制芯片1内部集成有：
67.放电开关s2，所述放电开关s2与所述储能电容5连接，当所述放电开关s2闭合时，能够泄放所述储能电容5中的电能；具备更好的安全性。
68.所述单片机2能够控制所述放电开关s2。可选择地通过起爆器指令或自身检测到异常时主动放电。
69.实施例4
70.在实施例1的基础上，还包括：
71.信号采集电路12，所述信号采集电路12与所述单片机2连接，用于从入口整流桥11的输出端采集信号并传输至所述单片机2。
72.实施例5
73.在实施例1的基础上，还包括：所述入口整流桥11能够将雷管脚线输入的差分信号转换为直流信号；
74.所述单片机2能够采集所述入口整流桥11输出的直流信号，并能够从所述直流信号中读取指令，根据指令对所述雷管控制芯片1进行控制。
75.实施例6
76.在实施例5的基础上，当所述单片机2读取到充电指令时，控制雷管控制芯片1中的充电开关s1闭合；
77.当所述单片机2读取到起爆指令时，依次执行：控制雷管控制芯片1中的充电开关s1断开，根据预设延时计时，控制雷管控制芯片1中的发火开关s3闭合；
78.当所述单片机2读取到放电指令时，控制雷管控制芯片1中的放电开关s2闭合。
79.实施例7
80.在实施例5的基础上，所述单片机2装载有控制软件；
81.所述控制软件能够：
82.从输入信号中读取指令；
83.根据指令设定延时；
84.根据指令控制所述雷管控制芯片1。
85.实施例8
86.如图4所示，在实施例1的基础上，还包括：
87.脚线焊盘7，用于连接雷管脚线，所述脚线焊盘7与所述入口整流桥11输入端连接；
88.防静电弹片3，通过瞬变抑制二极管13连接所述脚线焊盘7，所述防静电弹片3能够与雷管外壳接触并形成电连接。
89.如图4所示，脚线和芯片之间串联2个1k的电阻，脚线最大电流限制在10ma以内，提高安全可靠性。采用双重esd保护，可以降低浪涌和静电的干扰。
90.实施例9
91.本例为一种数码电子雷管，其特征在于，包括：
92.实施例1～8任一项所述的煤矿许用的雷管电子模块；
93.雷管外壳；
94.起爆药剂；可选苦味酸钾或硫氰酸铅。
95.发火元件4，与所述煤矿许用的雷管电子模块连接，所述发火元件4能够在通电后产生热能或动能并点燃起爆药剂。
96.实施例10
97.所述发火元件4包括：
98.通电后能够产生热能的镍铬桥丝，所述镍铬桥丝上蘸有点火药剂；也可选用mepic电阻(片式点火电阻)或半导体桥发火元件4。适配药剂范围宽，技术成熟，发火可靠。
99.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。