顾晓辉 郑应民 李长林
南京理工大学(南京,210094)
[摘 要] 当一次起爆装药个数较多,而采用串联装药定时起爆或同步定时起爆时,需采用定时较精确的时间间隔控制仪进行先后顺序起爆。该文分析了各种时间间隔起爆方法,设计出了一种高精度、高可靠性的串联装药定时起爆仪并分析了其工作原理。利用科学的检验手段对该仪器的间隔时间进行准确度的测量,结果表明该仪器满足设计要求,应用前景较广。
[关键词] 起爆仪 串联装药 定时
[分类号] TD235.22+9
1 引言
随着科学技术的发展,爆破技术也发展迅速,其中精确可靠的串联装药定时起爆仪可用来研究串联装药最佳起爆间隔,间隔绝对误差在1μs以内。在静止试验阶段首先要确定最佳起爆间隔,传统间隔起爆的方法有多种,可以用应力波开关、导爆索延时,也可用压电与机械开关结合等[1],但这些方法获得稳定而精确的间隔时间较难,工艺要求较高。本文采用数字电路计时与电控起爆的方法,经过检测及多次起爆实验,验证其安全可靠,性能良好,可以作为串联装药定时起爆仪,也可作为检验上述其它间隔起爆的检测仪器,可广泛应用于仪器同步控制,多点同步起爆和串联定时起爆等场合。具有手动起动和“通”、“断”靶信号起动、“自检”等功能;具有晶体管、继电器、光耦三种输出方式;具有起爆点火双重安全保护装置;可预置延时时间,延时时间可调范围为0～999999μs。
2 串联装药定时起爆仪原理
串联装药定时起爆仪(多点顺序起爆仪)由启动电路、预置计数器、译码电路、显示器、控制电路、晶体振荡电路、触发和驱动电路、安全保护装置及电源等部分组成[2] 。能多点顺序起爆,当起爆点超过3点时可串接多台串联装药定时起爆仪。其原理如图1所示。
启动信号可以是手动启动,也可以是“通”、“断”靶信号启动,视具体的要求选择启动信号。晶振电路采用10 MHz晶体振荡电路,产生10 MHz的方波信号,将该信号经过74LS390电路10 min后,得到1 MHz的脉冲信号,将该信号送到门控电路的输入端,作为计时时钟脉冲信号(CP)。计时器采用可预置数据的计数器74LS192,在本电路中设计成十进制减法计数器。预置的数据采用拨盘将拨盘中显示的数据以8421码的形式输入到计数器中,计数器在计数脉冲的作用下,以预置的数据开始作十进制减法计数。驱动电路可设置为晶体管输出、继电器输出、光耦输出三种工作方式。晶体管输出时,可提供1.5A的输出直流电流和15 V～40 V的直流输出电压。驱动电路具有高压保护开关和点火保险开关双重安全保护装置。
当所有的参数设置完后,应对系统进行复位,系统复位后,启动电路复位,使得其输出端A的电位变成低电平,晶振电路中分频器清零,6位十进制计数器被置成预置的数字,计数器输出端B被置成高电平,触发电路复位,使其可以接收触发信号。当系统复位后,处于准备状态。当启动信号被触发时,启动电路输出端A的电平由低电平变成高电平(由于这时B端为高电平),使得门控电路打开,CP脉冲(1μs)通过门控电路输入到计数器中对计数器进行计数。计数器中计数的BCD码数据经译码电路在LED显示器上显示。计数器每经过1个CP脉冲就自动减1操作,当计数器中的内容减为零时,计数器的输出端B由高电平变成低电平,这时由于B端为低电平将门控电路关闭,阻止CP脉冲通过门控电路,计数器停止计数。另一方面,计数器的输出端由高电平变成低电平,使得触发器电路进行触发,输出一个宽度可调的单稳态脉冲信号,该信号输到驱动电路,使得驱动电路可输出1.5 A的直流电流以起爆桥丝雷管。触发电路的输出信号也可作为信号控制到其它的仪器或另一路同步起爆电路。
3 间隔时间准确度的检验
根据一般电子仪器精度检验的要求,检验所用仪器的精度必需高于被检仪器一个数量级[3] 。本串联装药定时起爆仪用E334通用频率计配用E3341时间间隔测量插件来测量雷管Ⅰ输出端与雷管Ⅱ输出端之间时间间隔。E3341的精度是0.01μs,完全符合检验标准要求。中间电路是用来转换适合E3341启、停脉冲的幅度[4]。
检测结果(不包含雷管起爆误差)如表1所示,在10μs、50μs、100μs、200μs、300μs和500μs预置间隔点上检测结果为桥丝雷管误差均小于0.86μs,满足小于1μs的设计要求。
4 结束语
本串联装药定时起爆仪对桥丝雷管的起爆距离可在300 m以内,如果负载电阻小于120Ω,则可提供不小于0.35 A的起爆电流。如果负载电阻超过120Ω,其起爆电流会小于0.35 A,故不能有效地起爆雷管。本仪器在设计时充分考虑到要起爆火花式雷管,因此在仪器的背面设置了起爆信号输出端口,用以连接高压脉冲控制器(输出脉冲幅度可达10 kV以上),以起爆火花式雷管。串联装药定时起爆仪可广泛地用于多点同步定时爆破、串接定时起爆、静破甲试验起爆等场合。通过大量的实验表明,本仪器具有较高的精度及可靠性。随着关键电子元件的小型化及抗冲击和抗高过载问题的解决,将来可发展为小型化便携式串联定时同步起爆仪和弹载间隔起爆装置。
参考文献
1 严普强,黄长艺.机械工程测试技术基础.北京:机械工业出版社,1985∶110～119
2 顾晓辉,郑应民,李长林.微机在导爆管爆速测试中的应用.爆破器材.1996,25(6)∶7～10
3 黄俊钦.测试系统动力学.北京:国防工业出版社,1996∶92～98·17·2001年8月
