一种用于电子雷管的无线起爆系统和起爆方法

技术领域

本发明涉及电子雷管技术领域，尤其涉及一种用于电子雷管的无线起爆系统和起爆方法。

背景技术

电子雷管是一种新型的雷管，相对于传统的雷管，其具有安全、延时精确、可信息化监管等优势。电子雷管正在逐渐替代传统的雷管，如电雷管、导爆管雷管等。

电子雷管在使用时，一般会组成一个起爆网络，由起爆器控制整个网络起爆。电子雷管的现有组网方式如说明书附图1所示，N个电子雷管需要通过总线以相互并联的方式组成网络，起爆器通过有线连接控制网络内的单个电子雷管何时点火起爆。若起爆器的输出电压为V1，由于总线1和总线2存在电阻，两条总线上的电压损耗是ΔV(近似认为两条总线损耗相同)，则网络末端处电压V2＝V1-2×ΔV。当电压损耗ΔV过大时，近端雷管电压V2可能超过最高电压Vmax,而末端电压V2可能小于电子雷管起爆所需的最低电压Vmin，导致电子雷管或者击穿或者其通信、储能以及最终的起爆等的失败。而且，网络内的电子雷管数量越多，总线的整体电压损耗就越大，越容易导致末端的电子雷管起爆失败。

此外，上述有线组网方式在组网阶段，人工卡接时存在卡接失败或者截断总线的行为。而且，爆破时会导致大量的总线损耗，造成了大量的浪费，不利于节约成本。

鉴于此，克服上述现有的技术方案所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的主要优势在于提供一种用于电子雷管的无线起爆系统，其采用无线通信，使起爆器和多个所述电子雷管构成无线组网，从而无需人工手动卡接各个电子雷管到总线上，彻底解决了卡接失败和截断总线的问题，同时不存在因总线电阻带来的电压损耗，也不存在爆破时的总线损耗。

本发明的另一优势在于提供一种用于电子雷管的无线起爆系统，其采用低频载波无线通信，由于低频信号(电磁波)具有较好的穿透性和较低的衰减，使得所述无线起爆系统适用于在水、地表层(泥土、矿石及岩层等)中进行较好地信号传输，同时对于不是特别远距离(小于100m)时还无需在所述起爆器和所述电子雷管之间设置信号传输中继站。

本发明的另一优势在于提供一种用于电子雷管的无线起爆系统，其中所述电子雷管的收发天线为磁性天线，通过将低频无线通信技术与磁性天线结合使用，降低了对相邻的电子雷管的收发天线之间的间距、以及摆放角度等的限制要求，同时有效提高信号传输的强度与效率，满足透地通信对于信号传输大功率的限制要求，其中，单个所述起爆器在不加大无线传输功率的情况下可以对接几百发、甚至上千发所述电子雷管。

本发明的另一优势在于提供一种用于电子雷管的无线起爆系统，其中所述电子雷管的各个功能单元，如信号放大单元、信号接收与反馈单元、信号处理单元、信号转换单元、数据存储单元、点火控制与驱动单元以及电压变换单元等，能够通过集成电路集成于所述电子雷管的片上系统(SoC,System on Chip)，从而将各个单元集成到单个芯片上，从而提高所述电子雷管的集成度，减小体积，降低复杂度，且功耗低，成本低，适于大范围推广应用。

本发明的另一优势在于提供一种用于电子雷管的起爆方法，其中所述起爆器发送给所述多个电子雷管的控制信号和所述电子雷管发送给所述起爆器的无线数据信号均为低频载波通信信号，使得所述无线起爆系统适用于在水、地表层(泥土、矿石及岩层等)中进行较好地信号传输，同时对于近距离(小于100m以内)通讯时，还无需在所述起爆器和所述电子雷管之间设置信号传输中继站。

为了实现本发明上述至少一个目的或优势，本发明提供一种用于电子雷管的无线起爆系统，包括：

起爆器和多个电子雷管，其中所述起爆器与所述多个电子雷管通过无线信号相互通信，所述无线信号包括所述起爆器发送给所述多个电子雷管的控制信号和所述多个电子雷管发送给所述起爆器的反馈信号，其中所述电子雷管包括收发天线、供电电池、点火元件、信号放大单元、信号接收与反馈单元、信号处理单元、信号转换单元、数据存储单元、点火控制与驱动单元、以及电压变换单元，其中所述收发天线用于接收所述控制信号和发送所述反馈信号，所述供电电池用于为所述电子雷管供电，所述点火元件用于点火以起爆所述电子雷管，其中所述收发天线与所述信号放大单元通信相连，所述电压变换单元与所述供电电池电连接，所述点火控制与驱动单元用于控制和驱动所述点火元件进行点火，所述信号接收与反馈单元、所述信号转换单元和所述数据存储单元均与所述信号处理单元通信相连。

在本发明的一个实施例中，所述信号放大单元、所述信号接收与反馈单元、所述信号处理单元、所述信号转换单元、所述数据存储单元、所述点火控制与驱动单元、以及所述电压变换单元均通过集成电路集成于所述电子雷管的片上系统SOC。

在本发明的一个实施例中，所述电子雷管的所述收发天线为磁性天线。

在本发明的一个实施例中，所述控制信号和所述反馈信号的载波频率均小于1KHz。

在本发明的一个实施例中，所述起爆器被配置为能够发送载波频率小于1KHz的控制信号，且能够接收载波频率小于1KHz的反馈信号，所述电子雷管被配置为能够接收载波频率小于1KHz的控制信号，且能够发送载波频率小于1KHz的反馈信号。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一种用于电子雷管的起爆方法，适用于包括起爆器和多个电子雷管的起爆系统，包括以下步骤：

接收所述起爆器发送的控制信号；

对所述控制信号进行信号处理；

向所述起爆器发送反馈信号；

根据所述控制信号控制所述电子雷管起爆；

其中，所述控制信号和所述反馈信号均为无线信号，且所述控制信号和所述反馈信号的载波频率均小于1KHz。

在本发明的一个实施例中，通过所述电子雷管的磁性天线接收所述控制信号。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有的用于电子雷管的无线起爆系统的示意图。

图2为本发明实施例的用于电子雷管的无线起爆系统的示意图。

图3为本发明实施例的电子雷管的示意图。

图4为本发明实施例的用于电子雷管的起爆方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参考本发明说明书附图之图2，根据本发明实施例的用于电子雷管的无线起爆系统被阐明，其中所述用于电子雷管的无线起爆系统包括起爆器1和多个电子雷管2，其中所述起爆器1与所述多个电子雷管2通过无线信号(电磁波)相互通信。所述起爆器1能够向每一个被选择的电子雷管2发送用于控制所述被选择的电子雷管2点火起爆的控制信号，以控制所述被选择的电子雷管2起爆。所述被选择的电子雷管2能够向所述起爆器1发送对应的反馈信号，用于反馈所述起爆器1的所述控制信号和反馈所述电子雷管2的工作状态。换言之，所述无线信号包括所述起爆器1发送给所述多个电子雷管2的控制信号和所述多个电子雷管2发送给所述起爆器1的反馈信号。可以理解，所述用于电子雷管的无线起爆系统，采用无线通信，使所述起爆器1和多个所述电子雷管2构成无线组网，从而无需人工手动卡接各个电子雷管到总线上，彻底解决了卡接失败和截断总线的问题，同时不存在因总线电阻带来的电压损耗，也不存在爆破时的总线损耗。

特别地，所述无线信号的载波频率小于1KHz，由于低频信号(电磁波)具有较好的穿透性和较低的衰减，使得所述用于电子雷管的无线起爆系统适用于在水、地表层(泥土、矿石及岩层等)中进行较好地信号传输，同时在近距离(小于100m)时还无需在所述起爆器1和所述电子雷管2之间设置信号传输中继站，其中，所述电子雷管2能够被设置于地表以下数百米甚至更深的位置。因而，所述起爆器1被配置为能够发送载波频率小于1KHz的控制信号，且能够接收载波频率小于1KHz的反馈信号；相应地，所述电子雷管2被配置为能够接收载波频率小于1KHz的控制信号，且能够发送载波频率小于1KHz的反馈信号。优选地，所述无线信号的载波频率小于1KHz，其中，所述起爆器1被配置为能够发送载波频率小于1KHz的控制信号，且能够接收载波频率小于1KHz的反馈信号；所述电子雷管2被配置为能够接收载波频率小于1KHz的控制信号，且能够发送载波频率小于1KHz的反馈信号。

具体地，如本发明说明书附图之图2和图3所示，所述电子雷管2包括收发天线21、供电电池22、点火元件23、信号放大单元201、信号接收与反馈单元202、信号处理单元203、信号转换单元204、数据存储单元205、点火控制与驱动单元206、以及电压变换单元207，其中所述收发天线21用于接收所述控制信号和发送所述反馈信号，所述供电电池22用于为所述电子雷管2供电，所述点火元件23用于点火以起爆所述电子雷管2，其中所述收发天线21与所述信号放大单元201通信相连，所述电压变换单元207与所述供电电池22电连接，用于对所述供电电池22的电压进行变换，所述点火控制与驱动单元206用于根据信号控制和驱动所述点火元件23进行点火，所述信号接收与反馈单元202、所述信号转换单元204和所述数据存储单元205均与所述信号处理单元203通信相连。

本领域技术人员可以理解，当所述电子雷管2的所述收发天线21接收到来自所述起爆器1的所述控制信号后，经所述信号放大单元201和所述信号接收与反馈单元202的传输和处理，然后通过所述信号转换单元204转换成所需的模拟信号或者数字信号，以便于进行逻辑判断和被所述信号处理单元203进一步处理，并结合所述数据存储单元205实现信息的存储与读取，并监控所述电子雷管2的状态，和/或反馈所选择电子雷管接收到的所述起爆器1的所述控制信号，并且反馈所述电子雷管2的状态，向所述起爆器1发送所述反馈信号，最终，完成所述电子雷管2的点火爆破。

优选地，所述信号处理单元203实施为DSP(Digital Signal Processor)，用于对数字信号进行各种算法处理，如滤波、变换、编码、解码、压缩、解压等，以实现信号处理。还可以理解，所述信号转换单元204包括数模转换器和/或模数转换器，所述数据存储单元205包括RAM和ROM，所述信号处理单元203与所述信号转换单元204和所述数据存储单元205配合工作，以实现信号的输入、输出和存储。

特别地，所述电子雷管2的所述收发天线21为磁性天线，通过将低频无线信号与磁性天线结合使用，降低了对相邻的电子雷管的收发天线之间的间距、以及摆放角度等的限制要求，同时有效提高信号传输的强度与效率，满足透地通信对于信号传输大功率的限制要求，其中，单个所述起爆器1在不加大无线传输功率的情况下可以对接几百发、甚至上千发所述电子雷管2。

特别地，所述信号放大单元201、所述信号接收与反馈单元202、所述信号处理单元203、所述信号转换单元204、所述数据存储单元205、所述点火控制与驱动单元206、以及所述电压变换单元207均通过集成电路集成于所述电子雷管2的片上系统20。

值得一提的是，片上系统(SoC,System on Chip)，又可称为系统级芯片，是一个有专用目标的集成电路，其中可以包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。根据本发明实施例的所述片上系统20，基于SoC技术，将所述电子雷管2的多个单元集成在一个片上系统20的芯片上，可以提高所述电子雷管2的集成度，减小体积，降低复杂度，且功耗低，成本低，适于大范围推广应用。

此外，由于所述电子雷管2的工作电源由所述供电电池22(如纽扣电池或者锂电池)提供供电(如1.8V、3.3V或者5V)，而且能够经过所述电压变换单元207变换后提供稳定的供所述电子雷管2内部电路工作的电压和所述点火控制与驱动单元206所需的最高约26V的储能电压等，能够保证起爆可靠，不再受到通信电压和电压损耗的限制。可以理解，所述电压变换单元207为DC/DC变换器。

根据本发明的另一方面，参考本发明说明书附图之图4，本发明进一步提供一种用于电子雷管的起爆方法，适用于包括起爆器和多个电子雷管的起爆系统，包括以下步骤：

接收所述起爆器发送的控制信号；

对所述控制信号进行信号处理；

向所述起爆器发送反馈信号；

根据所述控制信号控制所述电子雷管起爆；

其中，所述控制信号和所述反馈信号均为无线信号，且所述控制信号和所述反馈信号的载波频率均小于1KHz。

特别地，在所述接收所述起爆器发送的控制信号的步骤中，通过所述电子雷管的磁性天线接收所述控制信号。

由此可以看到本发明目的可被充分有效完成，用于解释本发明功能和结构原理的该实施例已被充分说明和描述，且本发明不受基于这些实施例原理基础上的改变的限制。因此，本发明包括涵盖在附属权利要求书要求范围和精神之内的所有修改。