煤矿许用的数码电子雷管及其芯片和电子模块

摘要

本申请涉及一种煤矿许用的数码电子雷管及其芯片和电子模块。其中的芯片包括电源电路、点火电路、充电电路及放电电路；其中的电子模块包括电路板、如前文所述的数码电子雷管芯片、储能电容、发火装置和脚线焊盘，还包括设置有上述芯片、电子模块的雷管整体。本申请技术特点为作业过程中总存储电能量不超过0.4mJ，并且芯片内部具有各项保护开关，能够自动快速的泄放储能电容能量，在通信、充电及起爆过程中大大提高了安全性，符合新推出的煤矿许用各项标准，具有很高的可靠性。

说明书

技术领域：

本申请属于民用爆破设备，煤矿设备领域，具体涉及一种煤矿许用的数码电子雷管，及其内部的专用芯片和电子模块。

背景技术：

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，内置雷管身份信息码和起爆密码，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。

由于监管政策的推动，带有监管功能的数码电子雷管将全面取代传统电雷管。以此为前提，在煤矿井下作业中也将推行数码电子雷管。煤矿井下使用的产品需满足《GB3836.1-2010爆炸性环境设备通用要求》及《GB3836-4-2010本质安全型》等标准的要求，现有技术中，专门设计用于煤矿井下，符合上述最新标准的数码电子雷管及配套设备仍然较少。

发明内容：

本申请的目的在于，提供一种满足煤矿许用标准的数码电子雷管，包括其内部的电子模块及芯片。具体而言，是一种确保在低能量状态(最大储能量低于0.4mJ)下仍能可靠发火的雷管及其内部组件。

本申请包括一种数码电子雷管芯片的技术方案，所述芯片中集成有：

电源电路；

点火电路，包括点火开关，所述点火开关与芯片外的发火装置和储能电容依次串联；其中，当所述点火开关闭合时，所述储能电容中的电能输入至所述发火装置，使所述发火装置发火；

充电电路，用于为所述储能电容充电，包括充电开关；其中，当所述充电开关闭合时，连通所述电源电路与所述储能电容，使所述储能电容充电；

放电电路，用于对所述储能电容进行放电，所述放电电路包括放电电阻和放电开关，所述放电电阻、放电开关与芯片外的储能电容依次串联；其中，当所述放电开关闭合时，连通所述储能电容与所述放电电阻，对储能电容中的电能进行泄放。

优选地，还包括放电控制模块，与所述放电开关连接，用于在预设条件下控制所述放电开关闭合，对所述储能电容进行放电。

本申请还包括一种煤矿许用的数码电子雷管模块的技术方案，包括：

电路板；

如前文所述的数码电子雷管芯片，设置在所述电路板上；

储能电容，设置在所述电路板上，与所述数码电子雷管芯片连接；

发火装置，设置在所述电路板的一端，与所述数码电子雷管芯片和所述储能电容连接；其中，所述发火装置用于在所述数码电子雷管芯片的控制下点燃雷管中的起爆药；

脚线焊盘，设置在所述电路板上，与所述数码电子雷管芯片连接，用于连接雷管脚线。

优选地，所述发火装置包括：点火药碗，用于盛装点火药剂，开口朝向雷管内部的起爆药；点火元件，设置于所述点火药碗内的底部，与所述数码电子雷管芯片和所述储能电容连接；其中，所述点火元件在输入电能时产生高温引燃点火药碗内的点火药剂。进一步地，所述点火元件为半导体桥点火头，所述点火药碗内填装包括三硝基间苯二酚铅和硫氰酸铅的混合物。

上述技术方案中的煤矿许用的数码电子雷管模块，优选地，所述储能电容为陶瓷电容。

上述技术方案中的煤矿许用的数码电子雷管模块，优选地，还包括：弹片，设置于所述电路板上，为弹性导体材料制成，所述弹片通过瞬变抑制二极管与所述脚线焊盘连接。

上述技术方案中的煤矿许用的数码电子雷管模块，优选地，所述数码电子雷管芯片与所述脚线焊盘之间串联有限流电阻，用于限制脚线输入的电流。

上述技术方案中的煤矿许用的数码电子雷管模块，优选地，所述电路板上还设置有：

工作电容，与所述数码电子雷管芯片连接；

LDO电容，与所述数码电子雷管芯片内部集成的LDO电路连接。

本申请还包括一种煤矿许用的数码电子雷管的技术方案，包括：

雷管外壳；

前文所述的煤矿许用的数码电子雷管模块，设置在所述雷管外壳内部；

起爆药剂，填装在所述雷管外壳内部，与发火装置位置对应；

脚线，与所述煤矿许用的数码电子雷管模块的脚线焊盘连接。

本申请技术方案具备如下优点：

1.本申请通过发火元件的结构设计，加上陶瓷电容再加上点火药的特殊配方，加上芯片的整体性设计，使本申请产品实现绝对的本安型设计：作业过程中总存储电能量不超过0.4mJ，符合煤矿许用标准，且在此前提下能保证各项性能指标符合爆破作业要求。雷管在充电时，雷管储能电容最大储能量低于0.4mJ，不易引起可燃性气体爆炸。雷管在正常起爆后，雷管储能电容最大储能量低于0.4mJ，剩余能量会在非常短的时间内泄放和消耗完，不易引起可燃性气体爆炸。雷管在起爆异常时，雷管储能电容最大储能量低于0.4mJ，剩余能量会在非常短的时间内泄放和消耗完，不易引起可燃性气体爆炸。

2.可在需要时快速泄放储能电容的电量，在通信、充电和起爆过程中大大提高了安全性。

3.采用无极性脚线设计，在进行与起爆器连接时，不用区分极性。

4.发火装置的设计与药剂的选用，能够保证发火可靠性。

5.设置有防静电火花的弹片结构，增强恶劣工况下的安全性能。

附图说明：

图1为本申请芯片中有关部分的电路图；

图2为本申请中电子模块有关部分的电路图；

图3为本申请电子模块结构布局示意图；

图4为本申请电子模块结构布局示意图(背面)；

图5为本申请雷管结构示意图；

图6为本申请发火装置示意图。

图中：

1脚线焊盘；2瞬变抑制二极管；3限流电阻；4工作电容；5储能电容；6发火装置；7弹片；8LDO电容；9数码电子雷管芯片；10 脚线；11橡胶塞；12起爆药。

61点火药碗，62半导体桥点火头。

具体实施方式：

以下结合附图对本申请做进一步说明。

本申请包括一种数码电子雷管芯片，所述芯片中集成有如图1所示的电路结构：

电源电路，用于为其他元器件供电，具体而言为整流桥电路，使芯片在进行与起爆器连接时，不用区分脚线的极性。

点火电路，包括点火开关，所述点火开关与芯片外的发火装置和储能电容依次串联；其中，当所述点火开关闭合时，所述储能电容中的电能输入至所述发火装置，使所述发火装置发火；

充电电路，用于为所述储能电容充电，包括充电开关；其中，当所述充电开关闭合时，连通所述电源电路与所述储能电容，使所述储能电容充电；

放电电路，用于在异常状态下对所述储能电容进行放电，所述放电电路包括放电电阻和放电开关，所述放电电阻、放电开关与芯片外的储能电容依次串联；其中，当所述放电开关闭合时，连通所述储能电容与所述放电电阻，对储能电容中的电能进行泄放。

如上实施例中，优选方案还包括：芯片内集成有放电控制模块，与所述放电开关连接，用于在预设条件下控制所述放电开关闭合，对所述储能电容进行放电。放电控制模块可通过通讯模块连接起爆器或其他外部装置。所述预设条件可以为预设的放电时间，也可以在起爆器或其他外部装置的控制下进行主动的电能泄放。

本申请还包括一种带有上述芯片的数码电子雷管模块，包括：

电路板，焊接有各电子元器件的PCB板。

前文所述的数码电子雷管芯片，设置在所述电路板上；

储能电容，设置在所述电路板上，与所述数码电子雷管芯片连接；所述储能电容为陶瓷电容，其内阻较低，在整个系统中分走较低的电压，使电能量有限的前提下，更多的电能量集中在点火器件上，实现本申请在较低电能量(0.4mj)状态下仍能正常起爆的技术效果。

发火装置，设置在所述电路板的一端，与所述数码电子雷管芯片和所述储能电容连接；其中，所述发火装置用于在所述数码电子雷管芯片的控制下点燃雷管中的起爆药；

脚线焊盘，设置在所述电路板上，与所述数码电子雷管芯片连接，用于连接雷管脚线。

所述发火装置优选的技术方案包括：

点火药碗，用于盛装点火药剂，开口朝向雷管内部的起爆药；

点火元件，设置于所述点火药碗内的底部，与所述数码电子雷管芯片和所述储能电容连接；其中，所述点火元件在输入电能时产生高温引燃点火药碗内的点火药剂。所述点火元件为半导体桥点火头，所述点火药碗内填装包括三硝基间苯二酚铅和硫氰酸铅的混合物。发火装置的形制是本申请的重点，目的是在低能量(0.4mJ)的状态下保证稳定发火。总的来说，是采用一个碗状结构，内设点火药剂和半导体桥点火头。

所述储能电容容值为4.7uF±0.47uF。其余的电容容值包括：工作电容，1uF±0.1uF，额定工作电压16V；LOD电容，1uF±0.1uF，额定工作电压10V。整体储能计算如下：

总线最大工作电压＜11.5V，储能电容和工作电容电压≤11V，采用公式

储能电容最大储存能量：

工作电容最大储存能量：

LDO电容最大储存能量：

模组电容最大储存总能量：E＝E

可见总能量E＝0.387mJ小于煤矿许可标准要求的0.4mJ，符合煤矿许用标准，本申请的主要技术目的实现。经过实验数据测试，模组0ms起爆后剩余最大能量＜0.4mJ。因芯片的放电功能，模组130ms后未起爆剩余最大能量＜0.4mJ。

优选地，还包括：

弹片，设置于所述电路板上，为弹性导体材料制成，所述弹片通过瞬变抑制二极管与所述脚线焊盘连接。在电子模块装入管壳时，弹片通过弹性与金属管壳接触，避免内部器件与管壳之间产生明火花，避免出现误爆、井下引燃瓦斯等事故。

进一步地，所述数码电子雷管芯片与所述脚线焊盘之间串联有限流电阻，用于限制脚线输入的电流。防止脚线上电流电压波动带来的安全隐患。

进一步地，所述电路板上还设置有：

工作电容，与所述数码电子雷管芯片连接；工作电容容值为 1uF±0.1uF，额定工作电压16V。

LDO电容，与所述数码电子雷管芯片内部集成的LDO电路连接。 LDO电容容值为1uF±0.1uF，额定工作电压10V。

如图所示，本申请还包括一种煤矿许用的数码电子雷管，其结构包括有：

雷管外壳；

如前文所述的煤矿许用的数码电子雷管模块，设置在所述雷管外壳内部；

起爆药剂，填装在所述雷管外壳内部，与发火装置位置对应；

脚线，与所述煤矿许用的数码电子雷管模块的脚线焊盘连接。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。