Ударопрочный узел для электронной схемы (варианты), блок узла для преобразователя и детонатор замедленного действия - RU2160883C1
Код документа: RU2160883C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к заключенным в капсулу электронным схемам и, в частности, к ударопрочным узлам для электронных схем, которые находят применение в компонентах взрывных устройств.
Известны электронные схемы отсчета времени для подрыва детонаторов после заранее заданного времени задержки, регулируемого электронными средствами. Время задержки измеряется с момента приема сигнала инициирования, который может обеспечить мощность для схемы отсчета времени. Так, в патенте США N 5133257, выданном 28 июля 1992 года, раскрывается система для подрыва, содержащая пьезоэлектрический преобразователь, который может быть размещен рядом с отводом детонирующего шнура. Когда детонирующий шнур вызывает детонацию, ударная волна воздействует на пьезоэлектрический преобразователь, который вырабатывает электрический импульс. Электрическая энергия от преобразователя аккумулируется в конденсаторе, который обеспечивает питание для таймера. По прошествии заранее заданной задержки таймер позволяет оставшейся запасенной энергии в конденсаторе вызвать детонацию головки подрыва в детонаторе. Головка подрыва инициирует подрыв взрывчатого вещества, обеспечивая таким образом взрывной выходной сигнал для детонатора. Электронные схемы задержки также могут быть использованы для инициирования шунтовых элементов, таких как полупроводниковый шунт, описанный, например, в патенте США N 4708060, выданном 24 ноября 1987 года, либо вольфрамовый шунт, описанный, например, в патенте США N 4976200, выданном 11 декабря 1990 года. Другие электронные схемы задержки можно найти в патенте США N 5173569, выданном 22 декабря 1992 года; в патенте США N 5377592, выданном 3 января 1995 года, и в патенте США N 5435248, выданном 25 июля 1995 года. В этих патентах в общем случае предлагается, чтобы электронная схема запрессовывалась в подходящий пластмассовый контейнер, футляр или герметизирующий компаунд. Смотри, например, патент США N 5133257, столбец 2, строки 42-50; патент Pallanck и др. - столбец 3, строки 32-35, патент США N 5377592, столбец 9, строки 30-33 и патент США N 5435248, столбец 7, строки 9-13. Сформулированное назначение таких корпусов - защита электронных компонентов и сведение к минимуму вероятности детонации или повреждения из-за механического удара. Ни конкретная конфигурация, ни материал для таких футляров в этих патентах не раскрыты.
Настоящее изобретение относится к ударопрочному узлу для электронной схемы, содержащему электронную схему, помещенную в капсулу, размеры и конфигурация которой таковы, что содержат цилиндрически выступающие части.
Согласно различным аспектам изобретения, капсула может в общем случае иметь многоугольную конфигурацию, либо ее конфигурация может определять множество выступающих бобышек или определять выступающие пластины.
Согласно другому аспекту изобретения, упомянутый узел для электронной схемы может быть расположен в жестком корпусе, имеющем внутреннюю поверхность, причем капсула имеет ограниченный контакт с этой внутренней поверхностью.
Согласно еще одному аспекту изобретения, капсула может содержать материал для развязки и, но необязательно, конструкционный опорный материал. Опорный материал и материал для развязки имеют некоторую плотность, причем плотность материала для развязки может быть, по меньшей мере, на 20% меньше, чем плотность опорного материала.
В конкретном варианте изобретения электронная схема может содержать схему задержки, включающую (i) средство аккумуляции, имеющее входной зажим для приема и накопления электрической энергии, (ii) схему переключения, подсоединяющую средство аккумуляции к выходному зажиму для высвобождения энергии, накопленной средством аккумуляции, на выходной зажим в ответ на сигнал из схемы таймера; (iii) схему таймера, оперативно подсоединенную к схеме переключения, для управления с помощью схемы переключения высвобождением на выходной зажим энергии, накопленной средством аккумуляции. Входной зажим проходит сквозь капсулу, позволяя подавать электрическую энергию в средство аккумуляции извне. Выходной зажим для подачи электрической энергии из средства аккумуляции через схему переключения наружу также проходит сквозь капсулу.
Может быть предусмотрено средство инициирования выходного сигнала, оперативно подсоединенное к средству аккумуляции, для приема через схему переключения энергии, накопленной средством аккумуляции, и для генерации в ответ сигнала инициирования взрывного выходного сигнала. Может быть предусмотрена втулка, имеющая внутреннюю поверхность корпуса, размеры и конфигурация которой таковы, что в ней помещается схема задержки. Капсула, как здесь описано, находится с внутренней поверхностью втулки в контакте, рассеивающем энергию удара.
Изобретение также обеспечивает блок преобразователя инициирования, содержащий узел для схемы, втулку и средство инициирования выходного сигнала, описанное выше, в комбинации с модулем преобразователя, содержащим вкладыш, размеры и конфигурация которого таковы, что он находится в контакте с втулкой. Модуль преобразователя содержит пьезоэлектрический преобразователь во вкладыше и пару выводов преобразователя, подсоединенных к входному зажиму узла для схемы.
Изобретение также обеспечивает детонатор замедленного действия, содержащий корпус, который включает в себя, по меньшей мере, кожух, закрытый с одного конца и открытый с другого конца, для подсоединения концами к средству для сигнала инициирования для подачи электрического сигнала инициирования в ударопрочный узел для схемы задержки, как было описано выше. Узел для схемы задержки находится в кожухе, и имеется средство для выходного сигнала, расположенное в кожухе, находящееся в оперативной взаимосвязи со средством аккумуляции, для приема через схему переключения энергии, накопленной средством аккумуляции, и для генерации в ответ взрывного выходного сигнала. В одном варианте схема задержки содержит капсулу, размеры и конфигурация которой обеспечивают ограниченный контакт с внутренней поверхностью корпуса, например, капсула может иметь цилиндрически выступающую конфигурацию. В другом варианте капсула может содержать конструкционный опорный материал и материал для развязки и, но необязательно, может иметь конфигурацию, обеспечивающую ограниченный контакт с внутренней поверхностью корпуса. В конкретном варианте корпус может содержать втулку, расположенную в корпусе, и капсула может контактировать с внутренней поверхностью втулки.
На фиг. 1A представлено схематическое аксонометрическое изображение заключенных в капсулу схем или "заключенного в капсулу модуля" в окружающем его корпусе, показанном пунктирным контуром, согласно одному варианту настоящего изобретения.
На фиг. 1B показан вид, подобный фиг. 1A, электронного модуля и корпуса согласно другому варианту настоящего изобретения.
На фиг. 2A показана схематическая вертикальная проекция электронного модуля в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения.
На фиг. 2B показан вид электронного модуля по фиг. 2A, по линиям 2B-2B.
На фиг. 2C показано частичное схематическое поперечное сечение электронного модуля по фиг. 2A и 2B, расположенного во втулке.
На фиг. 3A показано изображение в перспективе электронного модуля согласно еще одному варианту настоящего изобретения.
На фиг. 3B показано схематическое поперечное сечение электронного модуля по фиг. 3A и корпуса, показывающее выступающие бобышки, находящиеся в контакте с корпусом.
На фиг. 4 показано изображение в перспективе с частичным разрезом узла инициирования преобразователя-задержки, содержащего электронный модуль и втулку по фиг. 2C вместе с модулем преобразователя.
На фиг. 5A показан вид, подобный фиг. 4, альтернативного варианта изобретения.
На фиг. 5B показано частичное поперечное сечение узла инициирования преобразователь-задержка по фиг. 5A, выполненное по линии 5B-5B.
На фиг. 6A показано схематическое частичное поперечное сечение, показывающее детонатор замедленного действия, содержащий заключенную в капсулу электронную схему согласно одному варианту настоящего изобретения.
На фиг. 6B показано увеличенное по сравнению с фиг. 6A изображение изолирующей гильзы и компонентов форсирующего заряда детонатора по фиг. 6A.
Настоящее изобретение относится к защитной капсуле для электронной схемы, расположенной в окружающем ее жестком корпусе, к примеру, металлической оболочке. Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, часть капсулы была спрессована вокруг схемы до помещения схемы в корпус, оставляя возможность внешнего доступа только для выводов для программирования, тестирования и использования схемы, чтобы защитить схему от повреждения со стороны окружающей среды. Капсула, в соответствии с настоящим изобретением, защищает схему после того, как она размещена в корпусе, путем ослабления ударных волн, воспринимаемых корпусом, которые в противном случае могли бы создать напряжение, которое вызвало бы повреждение схемы, в частности, скорее всего в соединениях между схемными структурами и поверхностями материалов с разной плотностью. Капсула также защищает схему, предотвращая соударение ее с корпусом.
Капсулу, в соответствии с настоящим изобретением, можно выполнить с конфигурацией, ослабляющей упомянутые ударные волны, и/или капсула может содержать материалы, которые ослабляют указанные ударные волны независимо от физической конфигурации капсулы. Например, капсула может быть выполнена с такой конфигурацией, что при расположении ее в корпусе между капсулой и корпусом будет иметь место ограниченный контакт. Тогда капсула защищает схему от ударов в корпус в результате вибраций или кратковременных ускорений и ослабляет ударные волны, воспринимаемые корпусом, поскольку они могут достичь схемы только через те части капсулы, которые имеют контакт с корпусом. Остальная часть капсулы рассеивает ударную волну и тем самым защищает схему. Как вариант, капсула может содержать материал, ослабляющий удар, который не только амортизирует столкновение схемы корпусом, но также затрудняет распространение ударных волн и вибраций от корпуса независимо от степени контакта между капсулой и корпусом. Капсула может еще быть и достаточно жесткой, чтобы защитить схему от повреждения, вызванного непреднамеренным изгибом, который, к примеру, может появиться при изготовлении устройства, содержащего схему, или в результате вызванного ударом ускорения схемы внутри корпуса в направлении, не параллельном оси корпуса. Другими словами, капсула обеспечивает конструкционную опору для схемы. Капсула необязательно может содержать разные материалы, которые обеспечивают конструкционную опору и развязку от вибрации. Плотность и предпочтительно жесткость материала для развязки обычно ниже, чем плотность и жесткость конструкционного опорного материала и корпуса, находящегося в контакте с капсулой. Плотность материала для развязки предпочтительно, по меньшей мере, на 20% меньше плотности конструкционного опорного материала, а предпочтительно на 20 - 60% меньше, хотя в некоторых случаях могут быть использованы материалы для развязки даже с еще меньшими относительными плотностями. Даже если конструкционный опорный материал отделен от корпуса материалом для развязки, предпочтительно, чтобы конфигурация конструкционного опорного материала обеспечивала рассеяние ударных волн, идущих от корпуса. Соответственно из конструкционного опорного материала можно создать футляр для схемы с такой конфигурацией, что его периферийная часть будет неравномерно отступать от внутренней поверхности корпуса. Например, многоугольный футляр в корпусе, имеющем цилиндрическую внутреннюю поверхность, послужит рассеянию ударных волн, воспринимаемых от корпуса, даже если этот футляр окружен материалом для развязки и не имеет непосредственного контакта с внутренней поверхностью корпуса.
Согласно настоящему изобретению, капсула может, но необязательно, иметь оба вышеописанных признака, то есть, может иметь физическую конфигурацию, обеспечивающую ограниченный контакт с корпусом, а также может содержать материал для развязки от вибрации.
Изобретение может оказаться полезным при защите любой схемы, размещенной в жестком корпусе, который может подвергаться воздействию физических вибраций или ударных волн, но предпочтительно используется для защиты электронной схемы детонатора с электронным управлением. Детонаторы, выполненные с узлами для размещенных в капсуле электронных схем, согласно настоящему изобретению, с меньшей вероятностью повреждаются из-за предшествующей детонации соседних зарядов и, следовательно, детонируют в соответствующие моменты времени более согласованно, чем известные детонаторы. Поскольку корпуса у большинства детонаторов содержат цилиндрические кожухи и, но необязательно, цилиндрическую втулку в кожухе, имеющие цилиндрическую внутреннюю поверхность, капсула, которая имеет конфигурацию, обеспечивающую ограниченный контакт с корпусом, может иметь любую из разнообразных нецилиндрических конфигураций, которые определены в этом описании и в формуле изобретения как "цилиндрически выступающие" конфигурации. Капсула с цилиндрически выступающей конфигурацией имеет внешнюю поверхность, которая лишь частично входит в контакт с цилиндрической внутренней поверхностью корпуса, оставляя часть капсулы на некотором расстоянии от внутренней поверхности корпуса. Некоторые примеры цилиндрически выступающих конфигураций описаны ниже в связи с фиг. с 1A по 4.
Обычно электронная схема отсчета времени детонатора содержит различные интегральные и дискретные схемные элементы, включая средство аккумуляции, к примеру, конденсатор, который воспринимает и запоминает сигнал электрического инициирования. Схема задержки в общем случае включает электронную схему переключения, которая при приеме сигнала подрыва от схемы таймера разряжает конденсатор на выходной зажим, где к схеме может быть подсоединен элемент инициирования, к примеру, проводник с высоким сопротивлением, проволочный или полупроводниковый шунт. Сигнал подрыва обеспечивается схемой таймера после заранее заданного интервала задержки, измеряемого с момента приема сигнала электрического инициирования. Обычно схема таймера и схема переключения изготавливаются в виде интегральных схем и используются вместе с некоторыми другими дискретными схемными элементами. Электронная схема обычно собирается путем размещения схемных элементов на небольшом участке печатной платы, который обеспечивает необходимые электрические соединения между элементами с использованием так называемой технологии поверхностного монтажа. Как вариант, схемные элементы могут быть смонтированы на выводной рамке решетчатого типа, которая поддерживает ряд соединений между ними. Капсула прессуется вокруг собранной схемы.
На фиг. 1A показан помещенный в капсулу узел для электронной схемы, согласно одному варианту настоящего изобретения, в котором размеры и конфигурация капсулы обеспечивают ограниченный контакт с окружающим ее корпусом. Узел для схемы 10 (иногда называемый здесь "электронным модулем") содержит элементы электронной схемы (не показаны), смонтированные на держателе 12 (например, печатной плате, выводной рамке или на чем-то подобном), который показан пунктирным контуром. Узел для схемы 10 также содержит обычно прямоугольную капсулу 14, в которой размещены схемные элементы и держатель. Благодаря своей многоугольной, а именно, прямоугольной конфигурации, капсула 14 определяет множество цилиндрически выступающих продольных ребер 16, которые могут контактировать с цилиндрической внутренней поверхностью окружающего корпуса, к примеру, закрытой с концов алюминиевой оболочки, показанной пунктиром. Оболочка 18 находится в контакте с ребрами 16, в то время как плоские поверхности капсулы практически остаются на некотором расстоянии от корпуса, как если бы он был описан вокруг многоугольной внешней части капсулы 14. Благодаря ограниченному контакту между капсулой 14 и внутренней поверхностью 18a корпуса ударная волна, воспринимаемая оболочкой 18, может достичь элементов электронной схемы только после того, как она будет рассеяна капсулой от точки контакта, например, от ребра 16, как показано линиями рассеянной волны 20. Конфигурация капсулы 14 предпочтительно должна быть такой, чтобы точки контакта, через которые могут восприниматься ударные волны, направляли ударные волны под косым углом по отношению к держателю 12.
В альтернативной конфигурации "с ограниченным контактом" на фиг. 1B узел для схемы 10a, согласно настоящему изобретению, размещен в корпусе, содержащем открытую на концах втулку 22, которая вставляется в оболочку. Втулка 22 предпочтительно выполняется из нержавеющей стали и служит для защиты узла для схемы 10a от внешних сжимающих усилий. На фиг. 1B показана также альтернативная конфигурация для капсулы 14', которая обеспечивает дополнительное уменьшение контакта между капсулой и окружающим ее корпусом. Так, держатель 12 размещен в обычно прямоугольной капсуле 14', но контакт с внутренней поверхностью втулки 22 обеспечивается только периферийными, цилиндрически выступающими частями 14a и 14b на противоположных концах корпуса, имеющими соответствующие размеры и конфигурацию. Таким образом, капсула 14 контактирует с втулкой 22 только вдоль укороченных ребер 16a и 16b ее выступающих частей.
Другой вариант с ограниченным контактом, в соответствии с настоящим изобретением, показан на фиг. 2A и 2B, из которых видно, что узел для схемы 10b содержит капсулу 14c, конфигурация которой выполнена так, что имеется множество продольных цилиндрически выступающих контактных площадок или пластин 24, которые проходят за другой круглой периферийной частью капсулы 14c. Как видно из фиг. 2B, конфигурация капсулы 14c также образует впадины 25. Как будет объяснено ниже, впадины 25 позволяют держать открытыми электрические контрольные контакты или "выводы" для электронных схем или микросхем в капсуле 14c, причем эти контакты остаются внутри контура капсулы. В таком варианте электрические контакты являются доступными, но не мешают при установке или подвешивании заключенных в капсулу схем в нужном положении внутри окружающей конструкции. Узел для схемы 10b сконструирован так, что выходные выводы 57 и входные выводы для инициирования 56 выступают из соответствующих противоположных концов капсулы 14c для подсоединения к другим устройствам, как описано ниже.
На фиг. 2C показано, как пластины 24 образуют лишь ограниченный контакт между капсулой 14c и окружающей ее конструкцией корпуса, к примеру, втулкой 22, путем установления зазора 48 между остальной периферийной частью капсулы 14c и втулки 22. Рассеивающиеся волны 20 показывают, как пластины 24 рассеивают ударные волны, воспринимаемые от втулки 22. Часть капсулы на фиг. 2C не показана, так чтобы можно было увидеть разнообразные электронные компоненты 26 и держатель 12.
Еще один вариант размещенной в капсуле электронной схемы, обеспечивающий ограниченный контакт, согласно настоящему изобретению, показан на фиг. 3A и 3B, из которых видно, что узел для схемы 10c содержит капсулу 14d, размеры и конфигурация которой выполнены так, что обеспечивают цилиндрически выступающую конфигурацию благодаря наличию бобышек 70, которые выступают над другой цилиндрической внешней поверхностью капсулы 14d. Капсула 14d, включая бобышки 70, имеет такие размеры и конфигурацию, что, когда она вставляется в корпус, имеющий цилиндрическую внутреннюю поверхность, то бобышки 70 входят в контакт с внутренней поверхностью корпуса, а большая, если не вся, остальная часть внешней поверхности капсулы 14d отстоит от внутренней поверхности корпуса на некотором расстоянии.
Узел для схемы 10b содержит входные выводы 56 (фиг. 3A), которые выступают из капсулы 14d, позволяя осуществлять оперативное подсоединение электрических компонентов внутри капсулы к внешним электрическим компонентам. Как видно из фиг. 3A, капсула 14d отличается наличием впадин 50 для обеспечения доступа к выводам 52, при этом не требуется, чтобы выводы выступали за контур поверхности капсулы 14d, как это сделано в варианте на фиг. 2A, 2B и 2C. На фиг. 3B показано, что бобышки 70 контактируют с внутренней поверхностью корпуса, к примеру, втулкой 22, и, как показано линиями рассеяния ударной волны, будут рассеивать ударные волны, обозначенные позицией 74, которые падают на корпус, а именно на втулку 22, и передаются на капсулу 14d.
Узел для схемы с капсулой, согласно настоящему изобретению, может быть использован в детонаторе для обеспечения электронно-управляемой задержки при подрыве детонатора, который можно выполнить с помощью либо средства, для электрического, либо средства для неэлектрического сигнала инициирования. Например, линия для электрического сигнала инициирования может быть подсоединена к входным выводам 56 (фиг. 3A) от удаленного источника, управляемого пользователем, для подачи сигнала инициирования в узел для схемы подходящей конфигурации. Как вариант, узел для схемы может быть использован вместе со средством для неэлектрического сигнала инициирования, например, для использования с детонирующим шнуром, ударной трубкой и т.п., при условии если, по меньшей мере, предусмотрен преобразователь для преобразования неэлектрического сигнала инициирования в электрический сигнал, который может быть использован для инициирования узла для схемы. Используемый здесь и в формуле изобретения термин "средство для сигнала инициирования" охватывает линии передачи электрического сигнала инициирования, а также линии передачи неэлектрического сигнала инициирования в связанные с ними преобразователи для подачи электрического сигнала инициирования на входные выводы узла для схемы этого изобретения.
На фиг. 4 представлено изображение в перспективе узла "преобразователя-схемы" (или "преобразователь-устройство инициирования") 55, содержащего электронный модуль 54, который включает в себя узел для схемы 10b и втулку 22 по фиг. 2A, 2B и 2C и средство инициирования выходного сигнала 46. Узел "преобразователя-схемы" 55 содержит также модуль преобразователя 58, который служит как часть средства передачи сигнала инициирования для преобразования неэлектрического сигнала инициирования в импульс электрической энергии для активизации электронного модуля 54. На решетчатых частях держателя, содержащего выводную рамку 40, смонтированы различные схемные компоненты узла для схемы 10b, такие как интегральная схема таймера 28, резистор таймера 30, интегральная схема переключателя 32, аккумулирующий конденсатор 34 и стабилизирующий нагрузочный резистор 36, которые расположены в капсуле 14c. Средство инициирования выходного сигнала 46 содержит шунт, к примеру, полупроводниковый шунт 38, подсоединенный к выходным выводам 57, инициирующий заряд 46a которого предпочтительно содержит вторичное взрывчатое вещество либо подходящую для него замену, к примеру, татраамин-цис-бис(5-нитро-2H-тетразолато-N2) кобальт(III)перхлорат (BNCP), конкретные первичные взрывчатые вещества и энергетические смеси, к примеру, цирконий-калий-перхлорат, и инициирующую оболочку 46b, которая обжимает шейку 44 и поддерживает связь, обеспечивающую перенос энергии между зарядом инициирования 46a и полупроводниковым шунтом 38. Взрывной сигнал инициирования выходного сигнала, обеспечиваемый средством инициирования выходного сигнала 46, может быть использован, например, для инициирования базового заряда или "выходного" заряда детонатора, в котором размещен узел 55, и таким образом, может содержать часть средства для выходного сигнала для детонатора, как описано ниже со ссылками на фиг. 6A.
Капсула 14c контактирует с втулкой 22 (см. фиг. 2C) только пластинами (которые на фиг. 4 не видны) и таким образом образует зазор 48 между капсулой 14c и втулкой 22. Как было показано выше, капсула 14c отличается наличием впадин 50, где может быть обеспечен доступ к тестовым и программным выводам 52 через капсулу 14c, так что находящуюся в капсуле схему можно программировать и/или тестировать до сборки детонатора. Предпочтительно, чтобы впадины 50 позволяли выводу оставаться внутри контура поверхности капсулы 14c, то есть предпочтительно, чтобы выводы не выходили в зазор 48. Впадины 50 можно не делать при условии, если тестовые выводы не выступают из капсулы 14c дальше, чем пластины, так чтобы они не пересекали зазор 48, контактируя с окружающим корпусом. Тогда электронный модуль может вставляться во втулку 22, и при этом выводы 52 не будут иметь контакт с втулкой 22.
Модуль преобразователя 58 (фиг. 4) содержит пьезоэлектрический преобразователь 60 и два передающих вывода 62, размещенных во вкладыше преобразователя 64. При приеме ударной волны преобразователь 60 формирует электрический импульс, который через передающие выводы 62 и входные выводы 56 подается в узел для схемы 10b. Размеры и конфигурация вкладыша преобразователя 64 обеспечивают контакт с втулкой 22, так что модуль преобразователя 58 может быть закреплен на конце втулки 22 с выводами 62 в контакте с входными выводами 56. Размеры и конфигурация электронного модуля 54, втулки 22 и модуля преобразователя 58 таковы, что, если их смонтировать так, как это показано на фиг. 4, то образуется воздушный зазор, обозначенный позицией 66, между электронным модулем 54 и модулем преобразователя 58. В этом варианте электронный модуль 54, по меньшей мере, частично экранирован от ударной волны, которая вынуждает пьезоэлектрический преобразователь 60 создать электрический импульс для узла для схемы. Давление, создаваемое такой ударной волной, передается через модуль преобразователя 58 на втулку 22, как показано стрелками усилий 68, а не на электронный модуль 54.
На фиг. 5A и 5B показан узел инициирования "преобразователь-задержка" 55а, согласно альтернативному варианту изобретения, в котором конфигурация капсулы для электронной схемы не дает ограниченный контакт с корпусом. В этом варианте капсула содержит футляр для электронных компонентов и держатель. Футляр 14e содержит конструкционный опорный материал и материал для развязки 14f. Обычно конструкционный опорный материал футляра 14e должен иметь значение модуля Юнга, по меньшей мере, 34.47 • 105 кПа (5 • 105 фунт/дюйм2 ) и предпочтительно иметь значение модуля Юнга в диапазоне примерно от 6.89 • 106 кПа (1 • 106 фунт/дюйм2 ) до 275.8 • 106 кПа (40 • 106 фунт/дюйм2). Предпочтительно, чтобы прочность конструкционного опорного материала составляла, по меньшей мере, около 34470 кПа (5000 фунт/дюйм2), а коэффициент теплового расширения совпадал с коэффициентом теплового расширения находящихся в нем компонентов интегральных схем. Футляр 14e может содержать, например, футляр из стеклонаполненного эпоксисоединения, которое после отверждения имеет плотность, по меньшей мере, 1 грамм на кубический сантиметр (г/см3), а модуль Юнга 6.89 • 106 кПа (1 • 106 фунт/дюйм2). Такой эпоксидный материал поставляется Sumitomo Corporation под названием Смола N 6300 и, как утверждается, на 60% состоит из стеклонаполнителя. Футляр 14e после отверждения становится достаточно жестким, обеспечивая конструкционную опору для схемы и способствуя предотвращению повреждений схемы из-за непреднамеренного изгиба. Как видно из фиг. 5A, футляр 14e обычно имеет прямоугольную форму и конфигурацию, обеспечивающую фактически ровные боковые стороны 27, из которых выступают выводы 52. Для исключения контакта выводов 52 с электропроводной втулкой 22 и возможности короткого замыкания электронной схемы конфигурация футляра 14e предусматривает выступы 71, которые выступают из боковых сторон 27 футляра 14e дальше, чем выводы 52. Таким образом, если футляр 14e войдет в контакт с втулкой 22 во время сборки, то выступы 71 не дадут выводам 52 войти в контакт с внутренней поверхностью втулки 22.
Размеры и конфигурация футляра 14e могут быть выполнены так, чтобы обеспечивался ограниченный продольный контакт с внутренней поверхностью втулки 22, как было описано выше, например, в связи с фиг. 1A и 1B, но предпочтительно, чтобы размеры и конфигурация футляра 14e, предложенного на фиг. 5B, были таковы, чтобы при центрировании во втулке 22 он не имел непосредственный контакт с внутренней поверхностью втулки. В показанном варианте промежуток между футляром 14e и втулкой 22 фактически целиком заполнен ударопоглощающим материалом для развязки 14f капсулы. В конкретном варианте изобретения материал для развязки 14f имеет плотность лишь 0.8 г/см3 и модуль Юнга 34470 кПа (5000 фунт/дюйм2) и таким образом значительно отличается от стеклонаполненного эпоксисоединения футляра 14e. Материал для развязки может содержать упругий полимерный материал, например, кремнийорганическое соединение, и может, но необязательно, быть выполнен в виде пенопласта. Материал для развязки, содержащий прокладку из пенопласта, может быть приклеен к футляру 14e для создания контакта с внутренней поверхностью втулки. Однако, предполагается, что более подходящий способ размещения материала развязки для капсулы между конструкционным опорным материалом и корпусом предусматривает введение материала развязки из вспененного полимера в промежуток между ними, например, в промежуток между эпоксидным футляром 14e и втулкой 22. Материал развязки между втулкой и схемой в капсуле служит для ослабления силы ударных волн, которые могут передаваться от окружения схемы, а значит, для защиты схемы. Этот защитный эффект достигается таким образом, что нет необходимости иметь ограниченный контакт между материалом развязки 14f и внутренней частью корпуса, но этот защитный эффект усиливается, если физическая конфигурация материала развязки обеспечивает ограниченный контакт с корпусом, как было описано выше со ссылками на фиг. с 1A по 3B. Защитная функция капсулы еще более усиливается в связи с тем, что, как было предложено выше, размеры и конфигурация футляра 14e таковы, что футляр неравномерно отстоит от цилиндрической внутренней поверхности втулки 22. В частности, футляр 14e, по существу, прямоугольный и, следовательно, выступает цилиндрически, даже если он непосредственно не входит в контакт с внутренней поверхностью втулки 22. Соответственно, например, расстояние между одним ребром футляра 14e и внутренней поверхностью втулки 22, представленное как отклонение S1, значительно меньше, чем расстояние между точкой на боковой стороне футляра 14e и внутренней поверхностью втулки 22, представленное как S2. Остаточная ударная волна, воспринимаемая футляром 14e, прежде, чем она дойдет до схемы, будет рассеяна благодаря нерегулярной конфигурации чехла по отношению к втулке 22. Подобным же образом другие цилиндрически выступающие конфигурации для футляра 14e усиливают защитную функцию капсулы.
Обратимся теперь к фиг. 6A, где показан цифровой детонатор замедленного действия, содержащий узел для схемы, согласно одному варианту настоящего изобретения. Детонатор замедленного действия 100 содержит средство для сигнала инициирования, включающее линию передачи неэлектрического входного сигнала, которая содержит в рассматриваемом случае ударную трубку 110, переходный вкладыш 114, изолирующую гильзу 118, форсирующий заряд 120 и модуль преобразователя 58. Как хорошо известно специалистам в данной области техники, ударная трубка содержит полую пластиковую трубку, внутренняя стенка которой покрыта взрывчатым веществом, так что при подрыве через ударную трубку распространяется ударная волна с низкой энергией. Смотри, например, патент США N 4607573. (Понятно, что вместо ударной трубки могут быть использованы другие линии передачи неэлектрического сигнала, такие как детонирующий шнур, детонирующий шнур с низкой энергией, низкоскоростная ударная трубка и тому подобное). Ударная трубка 110 закреплена на открытом конце 112a корпуса, содержащего кожух 112, с помощью переходного вкладыша 114, вокруг которого обжат кожух 112 с гофрированными поверхностями 116, 116a. Вкладыш 114 также помогает создать защищающее от внешних воздействий уплотнение между кожухом 112 и внешней поверхностью ударной трубки 110. Кожух 112 выполнен из электропроводного материала, обычно из алюминия, и предпочтительно, чтобы его размеры и форма были как у известных взрывных капсюлей, т. е. детонаторов. Сегмент 110a ударной трубки 110 в кожухе 112 заканчивается на конце 110b в непосредственной близости или в контакте с изолирующей гильзой 118, снимающей статические заряды.
Изолирующая гильза 118, как лучше всего видно на фиг. 6B, представляет собой тип, хорошо известный специалистам в данной области техники, и выполнена из полупроводникового материала, например, из полимерного материала с углеродистым наполнителем, так что она создает тракт к кожуху 112 для рассеяния статического электричества, которое может распространяться вдоль ударной трубки 110. Например, см. патент США N 3981240. Форсирующий заряд низкой энергии 120 размещен рядом с изолирующей гильзой 118 и имеет связь, обеспечивающую передачу сигнала, с концом 110b ударной трубки 110. Как лучше всего видно из фиг. 6B и хорошо известно специалистам в данной области техники, изолирующая гильза 118 содержит в общем случае цилиндрическое тело (обычно в виде усеченного конуса, расположенного большим диаметром к открытому концу 112a кожуха 112), внутренняя часть которого разделяется тонкой разрываемой мембраной 118b на входную камеру 118a и выходную камеру 118c. Конец 110b ударной трубки 110 (фиг. 6A) может быть размещен во входной камере 118a (ударная трубка 110 на фиг. 6B для ясности не показана). Выходная камера 118c обеспечивает воздушный промежуток или зазор между концом 110b ударной трубки 110 и форсирующим зарядом 120. При срабатывании сигнал ударной волны, проходящей по ударной трубке 110, разорвет мембрану 118b, преодолеет зазор, обеспечиваемый выходной камерой 118c, попадет на форсирующий заряд 120 и вызовет его детонацию.
Форсирующий заряд 120 содержит небольшое количество взрывчатого вещества 124, на котором размещен первый амортизирующий элемент 126. Взрывчатое вещество 124 обычно содержит первичное взрывчатое вещество, к примеру, азид свинца, но может содержать подходящее вторичное взрывчатое вещество, к примеру, BNCP. Первый амортизирующий элемент 126, который имеет форму кольца, защищающего тонкую центральную мембрану, расположен между изолирующей гильзой 118 и взрывчатым веществом 124, воспринимая на себя уплотняющее давление, которое испытывает взрывчатое вещество 124 во время изготовления детонатора 100, что защищает взрывчатое вещество 124 от прямого приложения давления.
Изолирующая гильза 118, первый амортизирующий элемент 126 и форсирующий заряд 120 могут быть смонтированы в форсирующей оболочке 132 известным образом, как показано на фиг. 6B. Внешняя поверхность изолирующей гильзы 118 находится в проводящем контакте с внутренней поверхностью форсирующей оболочки 132, размеры и конфигурация которой обеспечивают, в свою очередь, фрикционную посадку во внутренней части кожуха 112 и обеспечивают таким образом электропроводный тракт от ударной трубки 110 к кожуху 112. В общем случае форсирующая оболочка 132 вставляется в кожух 112, а кожух 112 спрессовывается, чтобы удержать в себе форсирующую оболочку 132, а также защитить содержимое кожуха 112 от внешних воздействий.
Между форсирующим зарядом 120 и модулем преобразователя 58 расположен непроводящий буфер 128, обычно имеющий толщину 0.381 мм (0.015 дюйма), для электрической изоляции модуля преобразователя 58 от форсирующего заряда 120. Модуль преобразователя 58 содержит пьезоэлектрический преобразователь, который связан с форсирующим зарядом 120 каналом передачи усилия, и поэтому может преобразовать выходное усилие форсирующего заряда 120 в импульс электрической энергии. Выходные выводы модуля преобразователя 58 подсоединены к электронному модулю 54, как показано на фиг. 4. Как показано на фиг. 5, корпус, снабженный детонатором 100, содержит кожух 112 и (необязательно) открытую на концах стальную втулку 22, в которой размещен электронный модуль 54, и конфигурация которого обеспечивает фрикционную посадку во внутренней части кожуха 112.
Детонатор 100 содержит средство выходного сигнала для получения выходного сигнала детонации в конце интервала задержки. Как было показано выше, часть средства для выходного сигнала детонатора содержит средство инициирования выходного сигнала 46 электронного модуля 54 (показанного на фиг. 4), рядом с которым в детонаторе 100 имеется второй амортизирующий элемент 142, подобный первому амортизирующему элементу 126. Второй амортизирующий элемент 142 отделяет средство инициирования выходного сигнала электронного модуля 54 от остальной части средства для выходного сигнала детонатора, содержащего выходной заряд 144, расположенный в закрытом конце 112b кожуха 112. Выходной заряд 144 содержит (необязательно) первичное взрывчатое вещество 144a (которое может быть заменено подходящим вторичным взрывчатым веществом, например, BNCP) и вторичное взрывчатое вещество 144b. Вторичное взрывчатое вещество 144b имеет достаточную ударную мощность, чтобы прорвать кожух 112 и вызвать детонацию форсирующих взрывчатых веществ, динамита и т.п., размещенных по пути передачи сигнала к детонатору 100.
При использовании устройства неэлектрический сигнал инициирования в средстве для сигнала инициирования проходит через ударную трубку 110 и излучается из конца 110b. Этот сигнал разрывает мембрану 118b изолирующей гильзы 118 и первый амортизирующий элемент 126, инициируя подрыв взрывчатого вещества 124 форсирующего заряда 120. Взрывчатое вещество 124 генерирует ударную волну детонации, которая наталкивается на пьезоэлектрический преобразователь в модуле преобразователя 58. Модуль преобразователя 58 вырабатывает импульс электрической энергии, который воспринимается электронным модулем 54. Таким образом, средство для неэлектрического сигнала инициирования подает сигнал инициирования в узел для схемы электронного модуля 54. Узел для схемы запасает импульс электрической энергии и после заранее заданной задержки высвобождает и подводит эту энергию в средство инициирования выходного сигнала, которое инициирует подрыв выходного заряда 144.
Как было показано выше, в альтернативных вариантах узел для размещенной в капсуле схемы по настоящему изобретению может быть использован с электрической схемой задержки детонатора, разработанной для использования вместе с проводом для передачи электрического сигнала вместо ударной трубки или другой линии для передачи неэлектрического сигнала. Конечно, в такой схеме нет необходимости иметь форсирующий заряд 120 или модуль преобразователя 58.
Хотя изобретение было подробно описано со ссылками на конкретные варианты его осуществления, очевидно, что при чтении и осмыслении предшествующего материала специалисты в данной области техники предложат многочисленные изменения к описанным вариантам. Например, понятно, что, даже если корпус не имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность, может быть предложена конфигурация капсулы для схемы, которая обеспечит ограниченный контакт ее с корпусом. Предполагается, что такого рода изменения входят в объем прилагаемой формулы изобретения.
Реферат
Изобретение относится к проведению взрывных работ. Технический результат - повышение надежности и взрывобезопасности оборудования для взрывных работ. Согласно изобретению предлагается ударопрочный узел для электронной схемы, в котором электронная схема заключена в капсулу, которая находится в контакте с окружающим ее корпусом, рассеивающим энергию удара. Капсула может иметь множество ребер, пластин или бобышек, которые упираются в корпус. Капсула может включать материал, поглощающий удары, размещенный перед корпусом, для защиты схемы от вибраций и конструкционный опорный материал для защиты схемы от механического напряжения. Узел для электронной схемы содержит конденсатор для накопления электрического сигнала и схему отсчета времени для высвобождения накопленной энергии по истечении заранее заданной задержки. Узел для электронной схемы может быть частью узла преобразователь-схема, который включает модуль преобразователя для преобразования энергии ударной волны в электрическую энергию для электронной схемы, и высвобожденная энергия может быть преобразована в сигнал инициирования детонации. Узел может быть частью детонатора, который принимает неэлектрический сигнал инициирования и вызывает детонацию после задержки, определяемой электронной схемой. Кожух детонатора или втулка образуют корпус для ударопрочного узла. 4 с. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.
