等离子点火具及其制备的无起爆药延时电子雷管

技术领域

本发明提供一种等离子点火具及其制备的无起爆药延时电子雷管，属于无起爆药延时电子雷管技术领域。

背景技术

如图1所示是目前常用的数码电子雷管，具体为低电压电容储能驱动有起爆药装药结构的电子雷管，该电子雷管内的PCB电路板上焊接有直径≤6mm低电压≤25V的储能电容、数码电路和点火元件，三者集成为电子模块安装在同口径内径6mm的金属雷管壳内，将电子模块引出一根塑料脚线，脚线中包裹有二芯绝缘的铜导线与另一端连接有上盒体与下盒体的两线制接线夹，再将两线制现场总线与起爆器相连接；电子雷管结构中具体包括金属雷管壳100、PCB电路板110、电阻丝点火头120、传火空腔130、加强帽140、起爆药150、二级猛炸药160、一极猛炸药170、脚线200、两线制接线夹300等部件，其中电阻丝点火头120处设置的细电阻丝121包裹点火药，在低电压储能电容器的电能大于20毫焦耳0.02J就能使细电阻丝121发热点燃点火药。

目前该类型数码电子雷管工作机理都是采用“燃烧转爆轰”机理，具体由低电压电容储能在电阻丝点火头120中放电加热点燃火药→火焰通过传火空腔130→经加强帽140中心小孔点燃起爆药150→起爆药150燃烧转爆轰→初始爆轰波激发一极猛炸药160爆轰→爆轰波再通过二级猛炸药170输出强爆轰波；而其中起爆药150是雷管内部装填的机械感度极高的起爆药，一般为硝酸肼镍或二硝基重氮酚，填充用上述起爆药的电子雷管是一种高危险产品，该有起爆药装药结构的电子雷管在日常生产、运输、储存、爆破工程使用过程中极易发生爆炸事故，鉴于规避含有起爆药的雷管结构设计，有必要对目前的电子雷管结构进行改进。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种等离子点火具及其制备的无起爆药延时电子雷管结构的改进。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：等离子点火具，包括等离子点火器和PCB电路板，所述等离子点火器具体为一张绝缘板，在绝缘板的正反面均设置有覆铜箔印刷电路，其中在等离子点火器的正面对称设置有第一覆铜箔和第二覆铜箔，另外在等离子点火器的反面对称设置有第三覆铜箔和第四覆铜箔，所述第一覆铜箔和第三覆铜箔的中心位置、第二覆铜箔和第四覆铜箔的中心位置均开有相通的金属焊盘孔，所述金属焊盘孔分别将第一覆铜箔与第三覆铜箔、第二覆铜箔与第四覆铜箔连接为一体；

所述金属焊盘孔具体与设置在PCB电路板上的电容器正负电极放电电路进行电气连接；

所述第三覆铜箔和第四覆铜箔通过内侧相对设置凸起电极连接的桥箔线相连；

所述第三覆铜箔的内侧还垂直设置有L形的第一箔电极，所述第四覆铜箔的内侧还垂直设置有L形的第二箔电极，所述第一箔电极和第二箔电极的延伸端相对设置于桥箔线的两侧；

所述PCB电路板具体为细长型电路板，PCB电路板接入雷管的一端为窄端，PCB电路板设置有电容器的一端为宽端；

所述等离子点火器的正面焊接在PCB电路板的窄条端，使等离子点火器的反面朝向PCB电路板的外侧，使桥箔线能够向着等离子点火具外侧放电爆炸形成高温、高压、高速汽态等离子体。

所述等离子点火器的绝缘板正反面具体采用真空镀金属膜进行刻蚀工艺制作电路；

所述PCB电路板的两面均设置有电路覆铜箔。

所述等离子点火器的一侧还开有小孔。

由等离子点火具制备的无起爆药延时电子雷管，包括由等离子点火器和PCB电路板相对焊接组成一体化的等离子点火具，所述等离子点火具安装固定在雷管金属外壳的内部，所述PCB电路板焊接有等离子点火器的一端通过塑料密封塞封装在卡腰中；

所述雷管金属外壳通过卡腰与装药外壳连接为一体，所述装药外壳由内到外依次填装有第一级猛炸药、第二级猛炸药和第三级猛炸药，所述第二级猛炸药和第三级猛炸药之间还设置有加强套，所述等离子点火器的反面紧贴在第三级猛炸药的装药面上；

所述PCB电路板焊接有电容器的一端设置有电路板控制端口，所述电路板控制端口外接控制脚线与起爆器远程连接，所述控制脚线通过口部塑料密封塞封装在卡口中。

所述PCB电路板上焊接的是数码延时电路，所述控制脚线具体为两线制脚线；

所述PCB电路板上设置的元器件包括：

型号为LR763-1的低压稳压微处理电路E1、型号为LR763-2的高压触发器IC1、三极管T1、三极管T2、场效应管U1、电桥D1、电阻R1-R5、限流电阻Rx1、电阻Rf1、电阻Ru1、高压电容Cg1、等离子点火器DHJ，所述PCB电路板上设置的数码延时电路结构为：

所述电桥D1的1脚依次并接三极管T2的集电极、电阻R2的一端、电阻R4的一端、低压稳压微处理电路E1的Vh端后与限流电阻Rx1的一端相连，所述限流电阻Rx1的另一端与高压触发器IC1的Vh端相连；

所述三极管T2的基极与低压稳压微处理电路E1的VT端相连，所述三极管T2的发射极与电阻R1的一端相连；

所述电阻R2的另一端并接电阻R3的一端后与三极管T1的基极相连，所述电阻R4的另一端与三极管T1的集电极相连，所述三极管T1的发射极并接电阻R5的一端后与低压稳压微处理电路E1的VR端相连；

所述低压稳压微处理电路E1的Vcc端与高压触发器IC1的Vcc端相连；

所述低压稳压微处理电路E1的Vk端与高压触发器IC1的KJ端相连；

所述低压稳压微处理电路E1的IO端与高压触发器IC1的JC端相连；

所述低压稳压微处理电路E1的Truot端与高压触发器IC1的Start端相连；

所述高压触发器IC1的Vhuot端并接高压电容Cg1的正极后与等离子点火器DHJ的一个金属电极相连，所述等离子点火器DHJ的另一个金属电极并接电阻Rf1的一端后与场效应管U1的漏极相连，所述电阻Rf1的另一端与高压触发器IC1的Vf端相连；

所述高压触发器IC1的trigger端并接电阻Ru1的一端后与场效应管U1的栅极相连；

所述高压电容Cg1的负极依次并接场效应管U1的源极、电阻Ru1的另一端、高压触发器IC1的接地端、低压稳压微处理电路E1的接地端、电阻R5的另一端、电阻R3的另一端、电阻R1的另一端、电桥D1的3脚后接地；

所述电桥D1的4脚与数码延时电路的正极输入端a相连；

所述电桥D1的2脚与数码延时电路的负极输入端b相连。

所述正极输入端a和负极输入端b具体外接两线制供电和通信共享的脚线，输入端a、b两端提供的数字通信电压≤24V，输入端a、b两端提供充电电压大于40V小于150V。

所述PCB电路板上焊接的是模拟延时电路，所述控制脚线具体为三线制脚线；

所述PCB电路板上设置的元器件包括：

型号为LR763-3的稳压触发器电路E2、型号为LR763-2的高压触发器IC2、延时电阻Rt、延时电容Ct、场效应管U2、电桥D2、限流电阻Rx2、电阻Rf2、电阻Ru2、高压电容Cg2、等离子点火器DHJ，所述PCB电路板上设置的模拟延时电路结构为：

所述电桥D2的1脚并接稳压触发器电路E2的Vh端后与限流电阻Rx2的一端相连，所述限流电阻Rx2的另一端与高压触发器IC2的Vh端相连；

所述稳压触发器电路E2的Vcc端并接高压触发器IC2的Vcc端后还分别与高压触发器IC2的KJ端和JC端相连；

所述稳压触发器电路E2的VD端与延时电阻Rt的一端相连，所述稳压触发器电路E2的VR端并接延时电阻Rt的另一端后与延时电容Ct的一端相连；

所述稳压触发器电路E2的Truot端与高压触发器IC2的Start端相连；

所述高压触发器IC2的Vhuot端并接高压电容Cg2的正极后与等离子点火器DHJ的一个金属电极相连，所述等离子点火器DHJ的另一个金属电极并接电阻Rf2的一端后与场效应管U2的漏极相连，所述电阻Rf2的另一端与高压触发器IC2的Vf端相连；

所述高压触发器IC2的trigger端并接电阻Ru2的一端后与场效应管U2的栅极相连；

所述高压电容Cg2的负极依次并接场效应管U2的源极、电阻Ru2的另一端、高压触发器IC2的接地端、延时电容Ct的另一端、稳压触发器电路E2的接地端、电桥D2的3脚后接地；

所述电桥D2的4脚与模拟延时电路的输入端a相连；

所述电桥D2的2脚与模拟延时电路的输入端b相连；

模拟延时电路的输入端c与稳压触发器电路E2的Trin端相连。

模拟延时电路中的延时组件在设置时，所述延时电阻Rt值和延时电容Ct值的乘积再乘系数1.1组成延时时间T=1.1RtCt，作为模拟延时电子雷管不同的延时段别T，选择不同参数的延时组件RtCt组装成不同延时段别的延时电子雷管；

所述的模拟电路延时段别的设定，具体从瞬时0秒，延时1ms±1%、5ms±1%、10ms±1%、15ms±1%、20ms±1%、25ms±1%、……、秒±1%、分±1%设定。

所述的雷管金属外壳是变直径的金属管，金属管直径范围取6-16厘米。

所述第三级猛炸药、第二级猛炸药、第一级猛炸药的装药或全部为黑索金RDX装填、或全部为太安PETN装填、或由黑索金RDX和太安PETN两种分别装填。

本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明对现有数码电子雷管的结构进行改进，提供一种等离子点火具及其制备的无起爆药延时电子雷管，本发明为避免在电子雷管中装填起爆药，采用高电压电容储能的电能，在增强型高电压等离子点火具中放电爆炸，瞬时产生高能量的等离子冲击波，并借由等离子冲击波直接激发猛炸药形成爆轰，是一种“等离子冲击波转爆轰”机理的无起爆药装药结构的电子雷管；本发明采用增强型高电压等离子点火具、高电压（150V≥VH≥40V）储能电容器、PCB电路板与无起爆药雷管进行组装，进而形成无起爆药电子雷管，并在PCB电路板上焊接有数字延时驱动电路或模拟延时驱动电路，以实现电子雷管延时引爆的目的，本发明对电子雷管结构进行改进，可以有效规避装填起爆药的电子雷管在运输、使用过程中存在的风险。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为现有的数码电子雷管结构示意图；

图2为本发明等离子点火器正面的结构放大图；

图3为本发明等离子点火器反面的结构放大图；

图4为本发明等离子点火具的结构示意图；

图5为图4的侧视图；

图6为本发明无起爆药数码延时电子雷管的结构示意图；

图7为本发明无起爆药数码延时电子雷管的电路图；

图8为本发明无起爆药模拟延时电子雷管的结构示意图；

图9为本发明无起爆药模拟延时电子雷管的电路图；

图中各序号含义为：等离子点火器（100）、PCB电路板（30）、第一覆铜箔（11）、第二覆铜箔（12）、第三覆铜箔（21）、第四覆铜箔（22）、小孔（15）、桥箔线（25）、第一箔电极（26）、第二箔电极（27）、电容器（40）、雷管金属外壳（50）、塑料密封塞（35）、口部塑料密封塞（36）、控制脚线（37）、卡腰（55）、卡口（56）、装药外壳（501）、第一级猛炸药（54）、第二级猛炸药（53）、第三级猛炸药（51）、加强套（52）。

具体实施方式

本发明的增强型高电压等离子点火具应用的无起爆药电子雷管结构，是一种高电压电容储能驱动增强型高电压等离子点火具瞬时放电爆炸汽化，形成高温、高压、高速汽态等离子冲击波激发无起爆药电子雷管；

如图2和图3所示，是本发明提供的增强型高电压等离子点火器100放大图，增强型高电压等离子点火具采用双面覆铜箔印刷电路板，或在绝缘板两面采用真空镀金属膜进行刻蚀工艺制作电路而成；图中是一个圆形等离子点火具绝缘板（100）正反面有覆铜箔印刷电路分别为（A）正面和（B）反面；正面由第一覆铜箔（11）、第二覆铜箔（12）、金属化焊盘孔、小孔（15）组成；反面由第三覆铜箔（21）、第四覆铜箔（22）、金属化焊盘孔、桥箔线（25）、第一箔电极（26）、第二箔电极（27）组成；上述印刷电路板A面和B面均对称设置有覆铜箔，两者设置的金属化焊盘孔在正面和反面相对应电气连接，形成存储电能电容器正负电极连接的焊盘孔；所述B面的桥箔线（25）的线宽为微米数量级，并在两个覆铜箔之间凸起电极相连；所述B面的第一箔电极（26）和第二箔电极（27）垂直设置在桥箔线（25）的两侧；本发明的工作原理是：由开关管控制存储电能电容器Cg的正负高电压电极通过焊接在金属化焊盘孔和金属化焊盘孔电气连接，使两个覆铜箔在桥箔线（25）瞬时放电汽化形成导电高温汽态等离子体，同时垂直设置于桥箔线（25）两侧的箔电极在导电的高温汽态等离子体中继续增强放电，促使导电高温汽态等离子体加速膨胀，形成高温等离子强冲击波直接激发猛炸药形成爆轰，此工作机理称之为“等离子冲击波转爆轰”机理；所述直接激发的猛炸药可以是黑索金（RDX）或是太安（PETN）。

如图4和图5所示，是本发明的增强型高电压等离子点火具与PCB电路板焊接成一体的结构图，其中图4是正面图，图5是俯视图；图4中包括：等离子点火器（100）、PCB电路板（30）、两面电路覆铜箔、等离子点火具与PCB电路板焊接处、高电压电容器（40）所组成；所述图4中等离子点火器（100）A面对称的第一覆铜箔和第二覆铜箔中心垂直对接PCB电路板窄条一端；所述图5中等离子点火器（100）A面的覆铜箔和PCB电路板覆铜箔对接，并存留焊接处；所述图5中箭头B向视图，是等离子点火器（100）B面有桥箔线（25）朝外，使朝外的桥箔线放电形成等离子体；所述的高电压电容器（40）是安装在PCB电路板矩形孔内，高电压电容器（40）存储的电能≥0.25焦耳，供电电压大于40V，小于150V；所述的PCB电路板上焊接有数码延时电路，或者焊接模拟延时电路。

如图6所示，是本发明提供的实施例1无起爆药数码延时电子雷管结构图，其包括：等离子点火器（100）、PCB电路板（30）、中间塑料密封塞（35）、口部塑料密封塞（36）、脚线（37）、高电压电容器（40）、雷管金属外壳（50）、第三级猛炸药（51）、加强套（52）、第二级猛炸药（53）、第一级猛炸药（54）、卡腰（55）、卡口（56）所组成；所述的等离子点火器（100）的B面紧贴第三级猛炸药（51）；所述的PCB电路板（30）上焊接的是数码延时电路；所述的脚线（37）是一根内包裹两芯绝缘的导线；所述的实施例1无起爆药数码延时电子雷管装药结构中的猛炸药，是黑索金（RDX）或是太安（PETN），也可以是黑索金（RDX）和太安（PETN）两种分别装填。

如图7所示的是实施例1无起爆药数码延时电子雷管电路原理框图，其包括：LR763-1低压稳压微处理电路（E1）、LR763-2高压触发电路（IC2）、三极管T1和T2、高压场效应管U1、电桥D1、电阻R1-R5、限流电阻Rx1、电阻Rf1、电阻Ru1、高压电容Cg1、等离子点火具DHJ；所述的RLR763-1低压稳压微处理电路（E1）内部带有低压稳压电路的8位微处理器，低压稳压电压输出VCC=5V，高压输入Vh≤150V，VT为通信发出端口，VR为通信接受端口，Tr-uot为触发信号输出端口，Vk为控制充电输出端口，I/O是双向检测端口，GND为负电源端；所述的RLR763-2高压触发电路（IC2）的Start端口为触发信号输入端口，VCC为5V输入端口，Vh为高电压接入端口，trigger为高压触发信号输出端口，KJ为控制充电输入端口，JC是泄放信号端口，Vhuot为高压电输出端口，GND为负电源端；

所述的实施例1无起爆药数码延时电子雷管电路工作原理共分两个阶段；

第一阶段，当数码起爆器（主机）通过两芯制脚线接入电压Uab=24V时给数码延时电子雷管（从机）电路供电和通信时，由数码起爆器发出电压形调制通信信号Vf经电桥D1的正极再经电阻R2和R3分压输入三极管T1的基极，三极管T1的集电极和发射极分别连接R4和R5，由三极管T1发射极输出的调制电压信息给LR763-1低压稳压微处理电路（E1）中VR通信接受端口，完成主从通信；LR763-1低压稳压微处理电路（E1）中VT通信发出端口发出的调制电压信号送入三极管T2的基极，经三极管T2和电阻R1转换成调制电流信号If, 调制电流信号If经电桥D1的负极和两芯制脚线被数码起爆器（主机）接受，完成从主通信；所述的数码起爆器（主机）通过两芯制脚线接入电压Uab=24V时给数码延时电子雷管（从机）电路供电和通信，由数码起爆器（主机）通过程序和数字通信给数码延时电子雷管（从机）设定延时时间、工作状态查验、充电指令、高压电容电能泄放指令、起爆指令下达等；所述的数码延时时间T，是由LR763-1低压稳压微处理电路（E1）中的程序设定，设定的延时时间可以从1ms…… 到秒级任意设定，设定的延时时间存储在LR763-1低压稳压微处理电路（E1）中存储器中；

第二阶段，数码起爆器（主机）和数码延时电子雷管通过两线制脚线连接提供24V电压进行数字通信，由数码起爆器（主机）下达充电指令，此时的RLR763-2高压触发电路（IC2）中KJ端口为高电平，使Vh高压输入端口和Vhuot高压输出端口之间内部开关闭合电气联通；再次通过数码起爆器（主机）通过两芯制脚线给数码延时电子雷管提供转换的电压Uab=40V-150V，经电桥D1的正极高电压通过限流电阻、Vh高压输入端口和Vhuot高压输出端口给高压电容器Cg1充电；高压电容器Cg1充电完毕后，数码起爆器（主机）通过两芯制脚线给数码延时电子雷管提供转换成电压Uab=24V，下达起爆指令，此时数码延时电子雷管（从机）按设定的延时时间延时到期后，LR763-1低压稳压微处理电路（E1）中的Tr-uot发出触发信号给LR763-2高压触发电路（IC2）的Start端口接受，使trigger端口输出高压触发信号驱动高压场效应管U1的G栅极，使高压场效应管U1的的漏极D和源极S导通，此时高电压电容器存储的电能通过等离子点火具DHJ、高压场效应管U1的漏极D和源极S回路放电，使等离子点火具DHJ瞬时产生高温、高压、高速等离子冲击波；所述的电阻Rf1是高压电容器电能泄放电阻，泄放电流小于1mA；当LR763-1低压稳压微处理电路（E1）的I/O口为低电平，LR763-2高压触发电路（IC2）端口JC为低电平，此时电阻Rf1通过Vf端口在（IC2）电路内部接地泄放高压电容器的电能；

如图8所示，是本发明提供的实施例2无起爆药模拟延时电子雷管结构图，其包括：等离子点火器（100）、PCB电路板（30）、中间塑料密封塞（35）、口部塑料密封塞（36）、脚线（37）、高电压电容器（40）、雷管金属外壳（50）、第三级猛炸药（51）、加强套（52）、第二级猛炸药（53）、第一级猛炸药（54）、卡腰（55）、卡口（56）；所述的等离子点火具（100）紧贴第三级猛炸药（51）；所述的PCB电路板（30）上焊接的是模拟延时电路；所述的脚线（37）是一根内包裹三芯绝缘的导线。所述的实施例2无起爆药模拟延时电子雷管装药结构中的猛炸药，是黑索金（RDX）或是太安（PETN），也可以黑索金（RDX）和太安（PETN）两种分别装填。

如图9所示的是实施例2无起爆药模拟延时电子雷管电路原理框图，其包括：LR763-3低压稳压触发电路（E2）、LR763-2高压触发电路（IC2）、延时组件电阻Rt和电容Ct、高压场效应管U2、电桥D2、限流电阻Rx2、电阻Rf2、电阻Ru2、等离子点火具DHJ、高压电容器Cg2；所述的LR763-3低压稳压触发电路（E2）中Vh端口为高压输入≤150V，低压稳压电压输出端口VCC=5V，Tr-in端口为起爆电压信号输入≤150V，VD端口为RC延时组件电压提供口，VR为比较电压输入口，Tr-uot为触发信号输出端口，GND为负电源接地端口；所述的RLR763-2高压触发电路（IC2）的Start端口为触发信号输入端口，VCC为5V输入端口，Vh为高电压接入端口，trigger为高压触发信号输出端口，KJ为控制充电输入端口，JC是泄放信号端口，Vhuot为高压电输出端口，GND为负电源接地端口。

所述的实施例2无起爆药模拟延时电子雷管电路中延时组件电阻Rt值和电容Ct值的乘积再乘系数1.1组成延时时间T=1.1RtCt，并作为模拟延时电子雷管不同的延时段别T；所述的模拟电路延时段别的设定，可以从瞬时0秒，延时1ms±1%、5ms±1%、10ms±1%、15ms±1%、20ms±1%、25ms±1%、……、秒±1%、分±1%设定，生产出不同段别延时时间T的无起爆药模拟延时电子雷管；

所述的实施例2无起爆药模拟延时电子雷管电路工作原理：起爆器采用三线制脚线连接模拟延时电子雷管，起爆器三线制脚线中的a和b两线为Uab高压输出线，c线为起爆信号线；所述的Uab高压输出大于40V，小于150V，c线起爆信号输出电压小于150V；当起爆器通过三线制脚线连接模拟延时电子雷管时，Uab高电压经电桥D2输出的正负电压连接LR763-3低压稳压触发电路（E2）的Vh端和通过限流电阻Rx2连接LR763-2高压触发电路（IC2）的Vh端，此时LR763-3低压稳压触发电路（E2）的VCC输出5V电压连接LR763-2高压触发电路（IC2）的VCC、KJ、JC端口为高电平，此时的LR763-2高压触发电路（IC2）的Vh和Vhuot端口内部电气连通给高压电容器Cg2充电；当起爆器通过c线起爆信号线提供小于150V电压输入LR763-3低压稳压触发电路（E2）的Tr-in端口，此时VD端口输出高电平给延时组件RtCt充电，当电容Ct充电电压输入VR端口和（E2）内部基准电压比较超过时，Tr-uot端口输出的触发信号输入（IC2）的Start端口，使（IC2）的trigger端口输出高压触发信号驱动高压场效应管U2的G栅极，使高压场效应管U2的的漏极D和源极S导通，此时高电压电容器存储的电能通过等离子点火具DHJ、高压场效应管U2的漏极D和源极S回路放电，使等离子点火具DHJ瞬时产生高温、高压、高速等离子冲击波；所述的起爆器提供的Uab高电压大于40V，小于150V时作为充电状态，当Uab高电压=0V时，（IC2）的JC端口为低电平，此时高压电容器已充过的电能或残余电能由电阻Rf2通过Vf端口在（IC2）电路内部接地泄放。

关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、相互间连接方式以及，由上述技术特征带来的常规使用方法、可预期技术效果，除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的专利、期刊论文、技术手册、技术词典、教科书中已公开内容，或属于本领域常规技术、公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。