一种模拟爆破现场组网环境的系统以及方法与流程

1.本发明涉及爆破技术领域，具体涉及一种模拟爆破现场组网环境的系统以及方法。


背景技术：

2.图1给出了一个典型的爆破现场的组网环境的示意图，爆破现场的组网环境中设置了母线连接起爆器，母线通过多路脚线连接电子雷管。而在实际爆破场景中，母线的长度要在1500米左右，脚线的长度也在2～30米不等，超长的母线以及脚线的导线上存在电阻和寄生电容，并且组网末端还有漏电流的存在。由于爆破用的药头和雷管的管制措施和安全管理条例，企业的雷管产品在研发测试阶段不可能去实际现场测试，而为了提高产品的质量和稳定性，这就需要实测环境最大化程度接近真实爆破现场组网环境，这样得到的实测数据才能更有真实性和说服力，可以确保雷管产品的质量和稳定性。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提供了一种模拟爆破现场组网环境的系统以及方法，其可以模拟爆破现场组网环境，方便测试雷管产品的性能，确保爆破现场可以爆破成功。
4.其技术方案是这样的：一种模拟爆破现场组网环境的系统，包括相连接的：
5.母线模拟模块，所述母线模拟模块包括母线电阻模拟单元和母线电容模拟单元，所述母线电阻模拟单元用于模拟爆破现场的连接起爆器与雷管的母线上的电阻，所述母线电容模拟单元用于模拟爆破现场的连接起爆器与雷管的母线上的电容；
6.脚线模拟模块，所述脚线模拟模块包括脚线电容模拟单元和漏电流模拟单元，所述漏电流模拟单元包括串联连接的脚线可调电阻和漏电流检测装置，所述脚线模拟模块通过调节所述脚线可调电阻以调节模拟的末端漏电流的大小，所述漏电流模拟单元用于模拟爆破现场环境内线路中存在的漏电流，脚线电容模拟单元用于模拟连接母线与雷管的脚线上的电容。
7.进一步的，所述母线电阻模拟单元包括母线可调电阻，所述母线可调电阻的阻值可调节。
8.进一步的，所述母线电容模拟单元包括若干并联支路，每条所述并联支路上设有串联连接的母线模拟电容和母线模拟开关，所述母线电容模拟通过控制并联支路上母线模拟开关的开闭，调节模拟的母线上的电容大小。
9.进一步的，所述脚线电容模拟单元包括若干并联支路，每条所述并联支路上设有串联连接的脚线模拟电容和脚线模拟开关，所述脚线电容模拟通过控制并联支路上脚线模拟开关的开闭，调节模拟的脚线上的电容大小。
10.进一步的，所述母线模拟开关和所述脚线模拟开关采用跳线帽。
11.进一步的，所述漏电流模拟单元的脚线可调电阻和漏电流检测装置与所述脚线电容模拟单元的并联支路并联连接。
12.进一步的，所述漏电流检测装置为电流表。
13.一种模拟爆破现场组网环境的方法，包括以下步骤：
14.确定需要模拟的爆破现场组网环境中母线和脚线的长度、脚线末端漏电流的大小、以及带载的电子雷管的数量；
15.根据母线的长度和脚线的长度和数量，计算母线的等效电阻、等效电容以及脚线的等效电容；
16.将上述的模拟爆破现场组网环境的系统上的母线可调电阻的阻值调成计算得到的母线的等效电阻；
17.通过调节母线电容模拟单元和脚线电容模拟单元的并联支路上母线模拟开关和脚线模拟开关的开闭，使得母线电容模拟单元和脚线电容模拟单元模拟的电容值，分别等于计算得到的母线等效电容和脚线等效电容；
18.搭建爆破现场组网环境，将起爆器、全部的电子雷管和模拟爆破现场组网环境的系统接入组网环境中，将起爆器切换到授时界面，调节脚线可调电阻的阻值使漏电流检测装置检测到的电流值等于需要模拟的末端漏电流的大小。
19.进一步的，在计算母线的等效电阻时，通过查询母线的规格，获得单位长度的母线电阻，母线的等效电阻通过如下公式计算：
20.rl1＝2r
母
×
l1
21.其中，rl1为母线的等效电阻，r
母
为单位长度的单根母线的电阻，l1为母线的长度。
22.进一步的，系统模拟的母线的等效电容通过如下公式表示：
23.c1＝2c
母
×
l1
24.其中，c1为母线的等效电容，c
母
为单位长度的单根母线的电容值，l1为母线的长度。
25.系统模拟的单根脚线的等效电容通过如下公式表示：
26.c
脚
＝cj×
l
脚
27.其中，c
脚
为单根脚线的等效电容，l
脚
为脚线长度，cj为单位长度的单根脚线的电容值。
28.本发明的模拟爆破现场组网环境的系统，通过设置母线模拟模块模拟爆破现场的连接起爆器与雷管的母线上的电容以及电阻，通过脚线模拟模块模拟连接起爆器与雷管的脚线上的电容，对于脚线上的电阻，由于脚线连接的电子雷管都是并联的且爆破中用到的雷管数量至少成百上千，根据并联时电阻的计算公式，当并联的支路数量很多时，并联的电阻的阻值可以忽略不计，从而可以完成对于爆破现场组网环境的母线上的电容以及电阻以及脚线上的电容的模拟；并且对于末端漏电流大小的模拟，脚线模拟模块通过设置一个额外的并联支路上的脚线可调电阻和电流检测装置即可以完成，通过调节脚线可调电阻的阻值大小可以实现末端漏电流大小的调节，并且由于脚线可调电阻和电流检测装置是在另外一条并联支路上，从而增加的并联的脚线可调电阻在并联支路数量众多的情况下也可以忽略不计，并且本发明的模拟爆破现场组网环境的系统本身的寄生电容对比母线的等效电容来说可以忽略不计，本发明的模拟爆破现场组网环境的系统可以准确的对爆破现场组网环境进行模拟，方便测试雷管产品的性能，确保爆破现场的爆破成功。
附图说明
29.图1为一个爆破现场的组网环境的示意图；
30.图2为本发明实施例中的一种模拟爆破现场组网环境的系统的模块框图；
31.图3为本发明实施例中的一种模拟爆破现场组网环境的系统的示意图；
32.图4为母线电容模拟单元的构成示意图；
33.图5为脚线电容模拟单元的构成示意图。
具体实施方式
34.在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。
35.在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用一个实施例中的某特征替换另一个实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本技术的公开范围或记载范围。
36.另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。
37.见图2至图5，本发明的一种模拟爆破现场组网环境的系统，包括相连接的：
38.母线模拟模块100，母线模拟模块100包括母线电阻模拟单元110和母线电容模拟单元120，母线电阻模拟单元110用于模拟爆破现场的连接起爆器与雷管的母线上的电阻，母线电容模拟单元120用于模拟爆破现场的连接起爆器与雷管的母线上的电容；
39.脚线模拟模块200，脚线模拟模块包括脚线电容模拟单元210和漏电流模拟单元220，漏电流模拟单元210包括串联连接的脚线可调电阻211和漏电流检测装置212，脚线模拟模块200通过调节脚线可调电阻211以调节模拟的末端漏电流的大小，脚线电容模拟单元220用于模拟连接母线与雷管的脚线上的电容；
40.已知母线长度越长，其等效的电阻和电容就越大。母线的等效电阻影响组网末端的最低电平，而母线等效电容影响总线通信的速率，由此通过母线模拟模块100进行母线电阻和母线电容的模拟。
41.具体在本发明的一个实施例中，母线电阻模拟单元110包括母线可调电阻rl1，母线可调电阻rl1的阻值可调节。
42.爆破现场中的母线通常采用双绞线，双绞线中每根导线都有阻值，母线电阻的计算，可以通过电阻率进行，电阻率是用来表示物质电阻特性的物理量。某种材料制成的长1米、横截面积是1平方毫米的导线的电阻，叫做这种材料的电阻率。在国际单位制中，电阻率的单位是欧姆.米，导线电阻计算公式:r＝p l/a，式中:p为物质的电阻率，单位为欧姆米(ω.m)，l为长度，单位为米(m)，a为截面积，单位为平方毫米(mm2)；
43.在一个实施例中，经过实测，实施例中使用的线径为0.6mm2的母线电阻为0.064ω/m，由于母线是双绞线，即两根线都有阻值，故等效母线长度可以从公式推导得出rl1＝0.064
×
2l，在确定需要模拟的母线的长度后，即可计算获得需要模拟的母线的电阻数值，实施例中的母线可调电阻rl1的取值范围0-1k，精度1％，调节母线可调电阻r1的取值，即可获得需要模拟的母线电阻。
44.已知当电容并联时，多电容器并联计算公式为：c＝c1 c2 c3
…
cn，为此设置母线电容模拟单元120包括若干并联支路，每条并联支路上设有串联连接的母线模拟电容和母线模拟开关，母线电容模拟通过控制并联支路上母线模拟开关的开闭，调节模拟的母线上的电容大小，母线的等效电容通过如下公式表示：
45.c1＝ca1 cb1 cc1 ... cn1
46.其中，c1为母线的等效电容，cn1为第n条并联支路中的母线模拟电容的电容值。
47.在一个实施例中，经过实测，实施例中使用的母线截面积为0.6mm2，单位长度的寄生电容为0.076nf/m，在确定需要模拟的母线的长度后，即可计算获得需要模拟的母线的电容值，系统模拟的母线的等效电容通过如下公式表示：
48.c1＝2c
母
×
l1
49.其中，c1为母线的等效电容，c
母
为单位长度的单根母线的电容值，l1为母线的长度。
50.在一个实施例中，设置每个并联支路上的母线模拟电容的电容值相同，将需要模拟的母线的电容值除以单个母线模拟电容，即可获取需要启用的并联支路的数量，通过操作母线模拟开关的开闭，即可接入需要的并联支路上的母线模拟电容的数量。
51.在另外一个实施例中，各个并联支路上的母线模拟电容设置的不相同，其中一部分的并联支路上的电容值设置的较大，这样可以用更少的并联支路实现模拟的母线电容的要求。
52.在一个实施例中，母线模拟开关采用跳线帽，跳线帽是一个可以活动的部件，外层是绝缘塑料，内层是导电材料，可以插在跳线针上面，将两根跳线针连接起来当跳线帽扣在两根跳线针上时是接通状态，有电流通过；反之不扣上跳线帽时，就说明是断开的，通过跳线帽可以快速实现模拟母线的电容。
53.在爆破现场组网环境中，由于各个电子雷管是并联的，从而连接雷管的脚线也是并联的，根据多电容器并联计算公式c＝c1 c2 c3
…
cn，在本发明中，脚线电容模拟单元210同样设置了若干并联支路，每条并联支路上设有串联连接的脚线模拟电容和脚线模拟开关，脚线电容模拟通过控制并联支路上脚线模拟开关的开闭，调节模拟的脚线上的电容大小，脚线的等效电容通过如下公式表示：
54.c2＝ca2 cb2 cc2 ... cn2
55.其中，c2为脚线的等效电容，cn2为第n条并联支路中的脚线模拟电容的电容值。
56.在一个实施例中，脚线模拟开关采用跳线帽，通过跳线帽可以快速实现模拟脚线的电容。
57.实施例中，ca1～cn1、ca2～cn2可以选择高精度常用规格的容值，通过跳线帽的添加与否可以实现对应电容是否并联进网络，从而让母线和脚线的等效电容可以轻松变更，方便测试。
58.在一个实施例中，经过实测，实施例中脚线的截面积为0.6mm2，寄生电容为0.058nf/m，在已知长度和脚线数量后，即可计算获得需要模拟的脚线的电容值。系统模拟的单根脚线的等效电容通过如下公式表示：
59.c
脚
＝cj×
l
脚
60.其中，c
脚
为单根脚线的等效电容，l
脚
为脚线长度，cj为单位长度的单根脚线的电容
值。
61.由于每发电子雷管是并联组网的，根据电阻并联公式可得知，组网数量n越大，脚线的并联电阻则越小，而在实际爆破中，使用的电子雷管数量少则上千，从而实际中，故在本发明的模拟爆破现场组网环境的系统中，脚线的等效电阻可忽略不计。
62.在一个实施例中，由于组网末端可能还有漏电流的存在，故在实施例中还设置了漏电流模拟单元210，漏电流模拟单元210包括串联连接的脚线可调电阻rl2和电流表a，脚线模拟模块200通过调节脚线可调电阻211以调节模拟的末端漏电流的大小，漏电流模拟单元用于模拟爆破现场环境中由于有水或者其它液体等存在导致的漏电流；
63.漏电流模拟单元220的脚线可调电阻和漏电流检测装置所在支路与脚线电容模拟单元210的并联支路并联连接，从而脚线可调电阻rl2的电阻值也可以忽略不计，而对于漏电流检测装置，采用电流表a可以实现快速显示读数，方便获得想要的漏电流大小。
64.本实施例提供的模拟爆破现场组网环境的系统，可以用于在实验室，灵活模拟爆破现场母线、脚线以及漏电流等真实的环境来得到比较接近现场的实验测试数据，为提高产品可靠性和稳定性提供数据支撑。
65.在本发明的实施例中，还提供了一种模拟爆破现场组网环境的方法，包括以下步骤：
66.步骤s1:确定需要模拟的爆破现场组网环境中母线和脚线的长度、脚线末端漏电流的大小、以及带载的电子雷管的数量；
67.步骤s2:根据母线的长度和脚线的长度和数量，计算母线的等效电阻、等效电容以及脚线的等效电容；
68.步骤s3:将实施例中的模拟爆破现场组网环境的系统上的母线可调电阻的阻值调成计算得到的母线的等效电阻；
69.步骤s4:通过调节母线电容模拟单元和脚线电容模拟单元的并联支路上母线模拟开关和脚线模拟开关的开闭，使得母线电容模拟单元和脚线电容模拟单元模拟的电容值，分别等于计算得到的母线等效电容和脚线等效电容；
70.步骤s5:搭建爆破现场组网环境，将起爆器、全部的电子雷管和模拟爆破现场组网环境的系统接入组网环境中，将起爆器切换到授时界面，调节脚线可调电阻的阻值，使漏电流检测装置检测到的电流值等于需要模拟的末端漏电流的大小，切换到授时界面时，整个系统通电，在这种状态下才能去调节末端漏电流。
71.经过上述步骤，既可以完成爆破现场组网环境的模拟，同时满足组网性能指标，包括整体大网络环境中的带载数量、母线的长度、脚线的长度、末端漏电流的大小。
72.采用实施例中的模拟爆破现场组网环境的系统和方法，可以准确的对爆破现场组网环境进行模拟，方便测试雷管产品的性能，确保爆破现场的爆破成功，该模拟爆破现场组网环境的系统和方法，有助于提升起爆作业安全性高，方便排除爆破现场组网环境中具有的质量缺陷和功能障碍，安全系数高。
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。