一种用于电子雷管的本安电路及延时装置的制作方法

1.本发明涉及雷管爆破技术领域，尤其涉及一种用于电子雷管的本安电路及延时装置。


背景技术：

2.按gb3836.4
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2010规定，本安电路是指在规定的试验条件下，正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性气体混合物的电路，是防爆电气设备中最安全的，因为即使在故障状态下，它也不会引爆，也就是从“本质”上是安全的，故称为本质安全型，简称本安型。
3.在煤矿或矿井等特殊行业，要求整个产品在任何情况下都不可以有因高温或火花从而产生点燃风险，目前使用的煤矿许用电雷管存在雷管丢失的问题，存在严重的社会安全隐患，国家管理机关采取多种手段来杜绝此类事件的发生，最为有效的措施是全面推广电子雷管来替代普通雷管。然而，普通电子雷管还未通过煤安认证，在井下煤矿和易燃易爆气体环境下使用存在巨大的生产安全隐患，不能达到本质安全的要求，所以电子延期雷管还没有在井下爆破作业中大规模推广使用，因此研制符合本质安全要求的电子雷管是目前电子雷管推广过程中的迫切需求。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提供了一种用于电子雷管的本安电路及延时装置，其可以消除电子雷管在煤矿作业中可能存在的生产安全隐患，安全系数高。
5.其技术方案是这样的：一种用于电子雷管的本安电路，其特征在于，包括电连接的：
6.限流模块，所述限流模块的输入端与雷管脚线相连，用于限制电流的大小；
7.瞬态抑制模块，所述瞬态抑制模块的输入端连接所述限流模块的输出端，用于防止浪涌脉冲；
8.整流模块，所述整流模块的输入端连接所述瞬态抑制模块的输出端，用于将交流电转换成直流电；
9.阻断模块，所述阻断模块的输入端连接所述整流模块的输出端，用于防止电子雷管的控制端的储能模块向所述雷管脚线放电；
10.收发辅助模块，所述收发辅助模块连接在所述阻断模块的输出端，用于对输出的信号进行箝位。
11.进一步的，所述限流模块包括第一电阻、第二电阻，所述第一电阻、第二电阻分别为限流电阻或fuse电阻中的任意一种，所述第一电阻、第二电阻的第一端分别与两个所述雷管脚线相连接。
12.进一步的，所述瞬态抑制模块包括tvs二极管，所述第一电阻、第二电阻的第二端分别连接所述tvs二极管。
13.进一步的，所述tvs二极管为双向tvs二极管，所述第一电阻的第二端连接双向tvs二极管的第一端，所述第二电阻的第二端连接双向tvs二极管的第二端。
14.进一步的，所述整流模块包括全波整流电路，所述全波整流电路包括相连接的四个二极管d1、d2、d3、d4，所述第一电阻、第二电阻的第二端分别连接到所述整流模块的输入端。
15.进一步的，所述阻断模块包括阻断二极管，所述整流模块的输出端分别连接所述阻断二极管的正极，所述阻断二极管的负极连接到电子雷管的控制端。
16.进一步的，所述收发辅助模块包括下拉电阻或上拉电阻中的任意一种。
17.一种用于电子雷管的延时装置，其特征在于，包括上述的本安电路，雷管脚线连接所述本安电路后连接到控制端，所述控制端包括：
18.延时控制芯片，所述延时控制芯片的信号输入端与所述本安电路的输出端相连接；
19.储能模块，所述储能模块的输入端与所述本安电路的输出端相连接，所述储能模块的输出端与发火开关相连接；
20.发火开关，所述发火开关与所述延时控制芯片的信号输出端相连接；
21.发火元件，所述发火元件与所述发火开关相连接，所述发火元件用于引燃引火药头。
22.进一步的，所述延时控制芯片采用asic芯片，所述储能模块采用储能电容，所述发火元件为发火电阻或者刚性药头中的一种，所述发火开关为mos管、三极管或者场效应管中的一种。
23.进一步的，所述控制端还包括芯片保护电路，所述芯片保护电路包括保护电阻，所述保护电阻设置在所述延时控制芯片的电压输入端和信号输出端。
24.本发明的用于电子雷管的本安电路，能够作为一种接口电路，加装在电子雷管中，可作为二线制电子雷管通讯协议的通用方案，具有体积小，可移植性强的优点，本安电路通过设置限流模块进行限流，通过设置瞬态抑制模块防浪涌脉冲，通过设置阻断模块防止电路发生故障时储能模块的能量反灌回电子雷管的脚线端，从而达到本质安全的目的，解决了煤矿作业下普通电子雷管易产生瓦斯煤尘爆炸的问题；将本发明的本安电路应用到电子雷管的延时装置，由此可以确保电子雷管符合本质安全的要求，尤其适用于煤矿作业，实用性强，简单方便，容易推广。
附图说明
25.图1为一个实施例中的用于电子雷管的本安电路的模块框图；
26.图2为一个实施例1中的用于电子雷管的本安电路的电路图；
27.图3为一个实施例2中的用于电子雷管的本安电路的电路图；
28.图4为一个实施例中的用于电子雷管的延时装置的模块框图。
具体实施方式
29.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有
关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
30.见图1，一种用于电子雷管的本安电路，其特征在于，包括电连接的：
31.限流模块1，限流模块1的输入端与雷管脚线100相连，可以起到限制电流的大小；
32.瞬态抑制模块2，瞬态抑制模块2的输入端连接限流模块1的输出端，用于防止浪涌脉冲；
33.整流模块3，整流模块3的输入端连接瞬态抑制模块2的输出端，用于将交流电转换成直流电；
34.阻断模块4，阻断模块4的输入端连接整流模块3的输出端，用于防止电子雷管的控制端的储能模块向雷管脚线100放电。
35.收发辅助模块，收发辅助模块连接在阻断模块的输出端，用于对输出的信号进行箝位。
36.实施例1：
37.见图2，具体在本发明的一个实施例中，本安电路通过如下方式设置：
38.限流模块1包括第一电阻r3、第二电阻r4，在本实施例中，第一电阻r3、第二电阻r4分别采用限流电阻，第一电阻r3、第二电阻r4的第1端分别与两个雷管脚线bus1、bus2相连接；
39.瞬态抑制模块2包括tvs二极管d7，第一电阻、第二电阻的第2端分别连接tvs二极管d7，具体在本实施例中，tvs二极管d7为双向tvs二极管，第一电阻r3的第2端连接双向tvs二极管的第1端，第二电阻r4的第2端连接双向tvs二极管d7的第2端；
40.整流模块3包括全波整流电路，全波整流电路包括相连接的四个二极管d1、d2、d3、d4，第一电阻r3的第2端连接到二极管d1、d3之间，第二电阻r4的第2端分别连接到二极管d2、d4之间，整流模块可以控终端供电、给控制端的储能模块充电；
41.阻断模块4包括阻断二极管d5、d6，阻断二极管d5的正极连接到二极管d1、d3之间，阻断二极管d6的正极连接到二极管d2、d4之间，阻断二极管d5、d6的负极分别连接到电子雷管的控制端。
42.在本实施例中，收发辅助模块包括下拉电阻，具体设置是：下拉电阻r5、r6的第1端连接阻断模块的输出端，下拉电阻r5、r6的第2端接地。接收命令时，若控终端的信号输入端in1为高电平、in2浮空，下拉电阻r6为信号输入端in2提供默认电平；若信号输入端in2为高电平、下拉电阻in1浮空，r5为in1提供默认电平。
43.实施例2：
44.见图3，在本发明的另一个实施例中，本安电路通过如下方式设置：
45.限流模块1包括第一电阻r3、第二电阻r4，在本实施例中，第一电阻r3、第二电阻r4分别采用fuse电阻，第一电阻r3、第二电阻r4的第1端分别与两个雷管脚线bus1、bus2相连接；
46.瞬态抑制模块2包括tvs二极管d7，第一电阻、第二电阻的第2端分别连接tvs二极管d7，具体在本实施例中，tvs二极管d7为双向tvs二极管，第一电阻r3的第2端连接双向tvs二极管的第1端，第二电阻r4的第2端连接双向tvs二极管d7的第2端；
47.整流模块3包括全波整流电路，全波整流电路包括相连接的四个二极管d1、d2、d3、
d4，第一电阻r3的第2端连接到二极管d1、d3之间，第二电阻r4的第2端分别连接到二极管d2、d4之间，整流模块可以控终端供电、给控制端的储能模块充电；
48.阻断模块4包括阻断二极管d5、d6，阻断二极管d5的正极连接到二极管d1、d3之间，阻断二极管d6的正极连接到二极管d2、d4之间，阻断二极管d5、d6的负极分别连接到电子雷管的控制端。
49.在本实施例中，收发辅助模块包括上拉电阻，具体设置是：上拉电阻r7、r8的第1端连接阻断模块的输出端，上拉电阻r7、r8的第2端可以连接储能模块。
50.对采用实施例2本安电路的电子雷管进行测试，测试内容包括：
51.1.抗直流性能：
52.使用2个4.7k的fuse电阻，结合芯片管脚在输入为48v的钳位功能，形成内部回路，fuse电阻能够过流5ma且不熔断。
53.2.抗交流性能：
54.向电子雷管施加220v/50hz交流电压，保持10s，电子雷管不应发生爆炸。
55.使用2个4.7k的fuse电阻，当脚线施加220v交流电时，芯片2输入管脚内部发生钳位形成回路，fuse电阻流经电流约为30ma，达到熔断电流并发生熔断，回路被立即破坏并不再有电流流经后端电路，后端电路不会发生损坏。
56.3.静电感度：
57.3.1.在电容为500pf、串联电阻为5000ω及充电电压为25kv的条件下，对电子雷管的脚线
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脚线、脚线
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管壳放电，电子雷管不发生爆炸。
58.3.2.在电容为2000pf、串联电阻为5000ω及充电电压为8kv的条件下，对电子雷管的脚线
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脚线、脚线
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管壳放电，电子雷管不发生爆炸。
59.使用2个4.7k的fuse电阻，结合脚线焊盘的放电齿设计，当产生静电时，由放电齿间隙进行尖端放电，2个4.7k的fuse电阻对剩余未完全泄放电荷进行限流，防止损坏芯片管脚。
60.根据上述测试结果，可以发现，采用具有fuse电阻的本安电路，具有很好的抗直流性能、抗交流性能、静电感度。
61.在本发明的其他实施例中，限流模块中也可以同时使用限流电阻和fuse电阻。
62.本发明的用于电子雷管的本安电路，能够作为一种接口电路，加装在电子雷管中，可作为二线制电子雷管通讯协议的通用方案，具有体积小，可移植性强的优点，本安电路通过设置限流模块进行限流，通过设置瞬态抑制模块防浪涌脉冲，通过设置阻断模块防止电路发生故障时储能模块的能量反灌回电子雷管的脚线端，从而达到本质安全的目的，解决了煤矿作业下普通电子雷管易产生瓦斯煤尘爆炸的问题。
63.见图4，在本发明的实施例中，还提供了一种用于电子雷管的延时装置，包括雷管脚线100，雷管脚线100连接上述的本安电路200后连接到控制端，控制端包括：
64.延时控制芯片300，延时控制芯片300的信号输入端与本安电路200的输出端相连接；
65.储能模块400，储能模块400的输入端与本安电路200的输出端相连接，储能模块400的输出端与发火开关500相连接；
66.发火开关500，发火开关500与延时控制芯片300的信号输出端相连接；
67.发火元件600，发火元件600与发火开关500相连接，发火元件600用于引燃引火药头。
68.在本发明的一个实施例中，延时控制芯片采用asic芯片，延时控制芯片具有延时计数的功能，主要包括信号接收模块，数据发送模块，指令译码模块，存储模块，延时计数器，时钟电路，输出驱动模块，可以接收来自雷管脚线的信号，延时计数后输出控制信号给发火开关；储能模块采用储能电容，发火元件为发火电阻或者刚性药头中的一种，发火开关为mos管、三极管或者场效应管中的一种。
69.在本发明的一个实施例中，控制端还包括芯片保护电路700，芯片保护电路包括保护电阻，保护电阻设置在延时控制芯片600的电压输入端和信号输出端，保护电阻用于对延时控制芯芯片的保护，可加强对电子雷管延期模块的保护，有效避免了电子雷管在爆破过程中因爆破冲击和挤压将电子雷管延期模块损坏，从而不会造成拒爆的现象。
70.本安电路可作为二线制通讯协议接口电路，两个雷管脚线既是信号传输端口，又是芯片工作供能端口，可以通过雷管脚线给储能模块的电容进行充电，通过雷管脚线将电能输入到储能模块的电容内，通过储能模块的电容可以储存电能，且在断电后通过储能模块的电容可以对控制芯片提供电能，避免起电量不足导致不能正常起爆；
71.在充电时，本安电路的限流模块可以起到对雷管脚线的输入起到限流的作用，而瞬态抑制模块可以进行防浪涌脉冲，本安电路的整流模块可以进行交直流转换，输出直流电给储能模块的电容进行充电，本安电路的阻断电路，可以防止电路故障时电容能量反灌回脚线，假设延时控制芯片600的供电管脚与第一信号输入端发生短路，阻断二极管d5与整流电路的二极管d4构成两级阻断二极管，延时控制芯片600的供电管脚与第二信号输入端短路时，阻断二极管d6与整流电路的二极管d3构成两级阻断二极管，另外阻断二极管d5和阻断二极管d6可将无极性转变为有极性。
72.采用本发明的本安电路、延时装置的电子雷管产品可以达到本质安全的目的，防止电路发生故障时电容能量反灌回脚线端，解决了煤矿作业下普通电子雷管易产生瓦斯煤尘爆炸的问题。产品实用性强，简单方便，容易推广。
73.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
74.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。