煤矿发爆器用无触点高压电子毫秒开关的制作方法
专利名称:煤矿发爆器用无触点高压电子毫秒开关的制作方法
技术领域：
本发明属于电子应用技术类，涉及一种煤矿发爆器用无触点高压电子毫秒开关，特别是可达3000V的煤矿发爆器用无触点高压电子毫秒开关。
背景技术：
煤矿用电容式发爆器，用来引爆电雷管，是采煤、掘进工作中不可缺少的工具之一。目前，在煤矿生产中，广泛使用的发爆器，是采用机械式毫秒开关来完成充电、起爆和放电的工作过程。煤矿井下普遍存在瓦斯和煤尘爆炸的危险，出于对安全的考虑，国家标准GB7958-2000规定，发爆器的安全供电时间应不大于4ms，或达到4ms时，输出端子两端电压应降低到本质安全电路规定值以下。
现有的机械式毫秒开关存在下列缺点:
1、由于机械磨损、生诱、高压放电火花烧毁触点、混入异物等，使机械式毫秒开关旋转不灵活、开关失效，造成起爆时供电时间超标，机械式开关，只能断开与电雷管相连的两条线中的一条，而井下作业湿度大，所以容易造成漏电，而发生事故。给安全生产带来严
重隐患。
2、普通发爆器不具有毫秒延时起爆的功能，而目前毫秒延时爆破，采用毫秒延时电雷管，其价格高，生产·、贮存、运输危险性大。
现有的一些·可控硅电子毫秒开关的缺点:
1、不能在4ms内主动关断起爆输出电路,只是通过开启一个放电回路,试图放掉发爆器贮能电容的残余电能，其所谓开关，也是只能开而不能关，并不是真正意义的开关，因为普通可控硅没有主动关断的能力。无法保证发爆器的安全供电时间应不大于4ms，这是制约其发展的技术瓶颈，不符合国家安全标准，因此还不能应用在井下采煤工作中。
2、都是用在起爆电压较低的情况下，如1000V以下，远远达不到3000V (发爆器起爆输出电压国家标准见表1)，但是，输出电压高达3000V时，贮存在充电电容上的电能，远远大于1000V时的电能，仅靠放电回路，不能在4ms内，将多余的电能释放到国标规定的数值以下，所以现在的发爆器，还是机械式毫秒开关一统天下的局面。
表1
权利要求
1.一种煤矿发爆器用无触点高压电子毫秒开关，其特征在于:由高压起爆单元(I)、高压放电单元(2)、毫秒关断单元(3)、控制单元(4)组成；其高压起爆单元(I)的输入端，接发爆器的贮能电容C03的正极C+，其输出端接发爆器的输出正极端子A ;高压放电单元(2)的输入端,通过电阻R20接发爆器的贮能电容C03的正极C+，其输出端接发爆器的贮能电容C03的负极C-;毫秒关断单元(3)的输入端接发爆器的输出负极端子B，其输出端接发爆器的贮能电容C03的负极C-;控制单元(4)通过控制线分别与高压起爆单元(I)、高压放电单元(2)、毫秒关断单元(3)、发爆器单元(5)相连； 其中高压起爆单元(I)与毫秒关断单元(3)相串联，组成一个高压电子开关，高压起爆单元(I)的输入端，接发爆器的贮能电容C03的正极C+，其输出端通过负载电阻RL与毫秒关断单元(3)相串联，毫秒关断单元(3)的输出端，接发爆器的贮能电容C03的负极C-; 其中毫秒关断单元(3)包括:三极管BG1、电阻R11、电阻R12、电力开关管Ql ； 其中控制单元(4)包括:单片机U9、光电三极管U10、信号输出通信接口 J1、信号输入通信接口 J2、发光二极管LEDl、充电键K1、起爆键K2、电阻R13 R17、三极管BG3、场效应管或IGBT管Q2 ;控制发爆器充电功能启、停的场效应管或IGBT管Q2，串接在三极管BG4的基极与高频变压器T之间，受控于单片机U9 ;单片机U9具有用于记录发爆器充、放电次数的EEPROM电路单元；用于多台发爆器串联用的信号输入通信接口 J2，通过光电三极管UlO经光电转换与单片机U9相连，用于多台发爆器串联用的信号输出通信接口 Jl与单片机U9相连，其中信号输出通信接口 Jl为起爆信号输出接线端子，信号输入通信接口 J2为起爆信号输入接线端子。
2.根据权利要求
书I所述煤矿发爆器用无触点高压电子毫秒开关，其特征在于:高压起爆单元(I)包括:一只或复数只可控硅SCR ;—只或复数只电阻R、一只或复数只光控可控硅UG ;其中一只或复数只电阻R、一只或复数只光控可控硅UG，构成一组或复数组可控硅触发电路单元，分别触发一只或复数只可控硅SCR ;可控硅触发电路单元的数量等于或少于所配置可控硅SCR 的数量，可控硅SCR相互串联，串联的可控硅SCR的数量最多不超过80只。
3.根据权利要求
书I所述煤矿发爆器用无触点高压电子毫秒开关，其特征在于:高压放电单元(2)包括:一只或复数只可控硅SCR、一只或复数只电阻R、一只或复数只光控可控硅UG、一只或复数只三极管BG ;其中一只或复数只电阻R、一只或复数只光控可控硅UG、一只或复数只三极管BG，构成一组或复数组可控硅触发电路单元，分别触发一只或复数只可控硅SCR ;可控硅触发电路单元的数量等于可控硅SCR的数量；可控硅SCR相互串联，串联的可控硅SCR数量最多不超过80只。
4.一种煤矿发爆器用无触点高压电子毫秒开关，其特征在于:由IGBT高压起爆单元(1A)、高压放电单元(2)、毫秒关断单元(3)和控制单元(4)组成；其IGBT高压起爆单元(IA)的输入端,接发爆器的贮能电容C03的正极C+，其输出端接发爆器的输出正极端子A ；高压放电单元(2)的输入端，通过电阻R20接发爆器的贮能电容C03的正极C+，其输出端接发爆器的贮能电容C03的负极C-;毫秒关断单元(3)的输入端接发爆器的输出负极端子B，其输出端接发爆器的贮能电容C03的负极C-;控制单元⑷通过控制线分别与IGBT高压起爆单元(1A)、高压放电单元(2)、毫秒关断单元(3)、发爆器单元(5)相连； 其中IGBT高压起爆单元(1A)由光电三极管U20、电阻R21、电阻R22、电力开关管Q3组成，Q3的导通和关断受控于单片机U9 ； 毫秒关断单元(3)包括:三极管BG1、电阻R11、电阻R12、电力开关管Ql ； 控制单元(4)包括:单片机U9、光电三极管U10、信号输出通信接口 J1、信号输入通信接口 J2、发光二极管LEDl、充电键K1、起爆键K2、电阻Rl3 Rl7、三极管BG3、场效应管或IGBT管Q2 ;控制发爆器充电功能启、停的场效应管或IGBT管Q2，串接在三极管BG4的基极与高频变压器T之间，受控于单片机U9 ;单片机U9具有用于记录发爆器充、放电次数的EEPROM电路单元；用于多台发爆器串联用的信号输入通信接口 J2，通过光电三极管UlO经光电转换与单片机U9相连，用于多台发爆器串联用的信号输出通信接口 Jl与单片机U9相连，其中信号输出通信接口 Jl为起爆信号输出接线端子，信号输入通信接口 J2为起爆信号输入接线端子。
5.一种煤矿发爆器用无触点高压电子毫秒开关，其特征在于:由IGBT高压起爆单元(1A)、高压放电单元⑵和控制单元⑷组成；其IGBT高压起爆单元(IA)的输入端，接发爆器的贮能电容C03的正极C+，其输出端接发爆器的输出正极端子A ;高压放电单元(2)的输入端,通过电阻R20接发爆器的贮能电容C03的正极C+，其输出端接发爆器的贮能电容C03的负极C-和发爆器的输出负极端子B ;控制单元(4)通过控制线分别与IGBT高压起爆单元(1A)、高压放电单元(2)、发爆器单元(5)相连； 其中IGBT高压起爆单元(1A)由光电三极管U20、电阻R21、电阻R22、电力开关管Q3组成，Q3的导通和关断受控于单片机U9 ； 其中控制单元(4)包括:单片机U9、光电三极管U10、信号输出通信接口 J1、信号输入通信接口 J2、发光二极管LED1、充电键K1、起爆键K2、电阻R13 R17、三极管BG3、场效应管或IGBT管Q2 ;控制发爆器充电 功能启、停的场效应管或IGBT管Q2，串接在另一三极管BG4的基极与高频变压器T之间，受控 于单片机U9 ;单片机U9具有用于记录发爆器充、放电次数的EEPROM电路单元；用于多台发爆器串联用的信号输入通信接口 J2，通过光电三极管UlO经光电转换与单片机U9相连，用于多台发爆器串联用的信号输出通信接口 Jl与单片机U9相连，其中信号输出通信接口 Jl为起爆信号输出接线端子，信号输入通信接口 J2为起爆信号输入接线端子。
专利摘要
本发明为煤矿发爆器用无触点高压电子毫秒开关，属于电子应用技术类，其由高压起爆单元、高压放电单元、毫秒关断单元、控制单元组成。其高压起爆单元的输入端，接发爆器的贮能电容的正极，其输出端接发爆器的输出正极端子A；高压放电单元的输入端，通过电阻R20接发爆器的贮能电容的正极，其输出端接发爆器的贮能电容的负极；毫秒关断单元的输入接发爆器的输出负极端子B，其输出端接发爆器的贮能电容的负极；控制单元通过控制线分别与高压起爆单元、高压放电单元、毫秒关断单元、发爆器单元相连。本发明可以精确可靠的控制4ms的安全供电时间，有利于安全生产；毫秒延时发爆功能，可利用普通电雷管进行毫秒延时爆破，能减少放炮次数、提高生产效率、降低成本、安全可靠。
文档编号F42D1/05GKCN102410794 B发布类型授权 专利申请号CN 201110343104
公开日2013年8月28日 申请日期2011年11月3日
发明者和英波 申请人:和英波导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (5), 非专利引用 (1),
技术领域：
本发明属于电子应用技术类，涉及一种煤矿发爆器用无触点高压电子毫秒开关，特别是可达3000V的煤矿发爆器用无触点高压电子毫秒开关。
背景技术：
煤矿用电容式发爆器，用来引爆电雷管，是采煤、掘进工作中不可缺少的工具之一。目前，在煤矿生产中，广泛使用的发爆器，是采用机械式毫秒开关来完成充电、起爆和放电的工作过程。煤矿井下普遍存在瓦斯和煤尘爆炸的危险，出于对安全的考虑，国家标准GB7958-2000规定，发爆器的安全供电时间应不大于4ms，或达到4ms时，输出端子两端电压应降低到本质安全电路规定值以下。
现有的机械式毫秒开关存在下列缺点:
1、由于机械磨损、生诱、高压放电火花烧毁触点、混入异物等，使机械式毫秒开关旋转不灵活、开关失效，造成起爆时供电时间超标，机械式开关，只能断开与电雷管相连的两条线中的一条，而井下作业湿度大，所以容易造成漏电，而发生事故。给安全生产带来严
重隐患。
2、普通发爆器不具有毫秒延时起爆的功能，而目前毫秒延时爆破，采用毫秒延时电雷管，其价格高，生产·、贮存、运输危险性大。
现有的一些·可控硅电子毫秒开关的缺点:
1、不能在4ms内主动关断起爆输出电路,只是通过开启一个放电回路,试图放掉发爆器贮能电容的残余电能，其所谓开关，也是只能开而不能关，并不是真正意义的开关，因为普通可控硅没有主动关断的能力。无法保证发爆器的安全供电时间应不大于4ms，这是制约其发展的技术瓶颈，不符合国家安全标准，因此还不能应用在井下采煤工作中。
2、都是用在起爆电压较低的情况下，如1000V以下，远远达不到3000V (发爆器起爆输出电压国家标准见表1)，但是，输出电压高达3000V时，贮存在充电电容上的电能，远远大于1000V时的电能，仅靠放电回路，不能在4ms内，将多余的电能释放到国标规定的数值以下，所以现在的发爆器，还是机械式毫秒开关一统天下的局面。
表1
权利要求
1.一种煤矿发爆器用无触点高压电子毫秒开关，其特征在于:由高压起爆单元(I)、高压放电单元(2)、毫秒关断单元(3)、控制单元(4)组成；其高压起爆单元(I)的输入端，接发爆器的贮能电容C03的正极C+，其输出端接发爆器的输出正极端子A ;高压放电单元(2)的输入端,通过电阻R20接发爆器的贮能电容C03的正极C+，其输出端接发爆器的贮能电容C03的负极C-;毫秒关断单元(3)的输入端接发爆器的输出负极端子B，其输出端接发爆器的贮能电容C03的负极C-;控制单元(4)通过控制线分别与高压起爆单元(I)、高压放电单元(2)、毫秒关断单元(3)、发爆器单元(5)相连； 其中高压起爆单元(I)与毫秒关断单元(3)相串联，组成一个高压电子开关，高压起爆单元(I)的输入端，接发爆器的贮能电容C03的正极C+，其输出端通过负载电阻RL与毫秒关断单元(3)相串联，毫秒关断单元(3)的输出端，接发爆器的贮能电容C03的负极C-; 其中毫秒关断单元(3)包括:三极管BG1、电阻R11、电阻R12、电力开关管Ql ； 其中控制单元(4)包括:单片机U9、光电三极管U10、信号输出通信接口 J1、信号输入通信接口 J2、发光二极管LEDl、充电键K1、起爆键K2、电阻R13 R17、三极管BG3、场效应管或IGBT管Q2 ;控制发爆器充电功能启、停的场效应管或IGBT管Q2，串接在三极管BG4的基极与高频变压器T之间，受控于单片机U9 ;单片机U9具有用于记录发爆器充、放电次数的EEPROM电路单元；用于多台发爆器串联用的信号输入通信接口 J2，通过光电三极管UlO经光电转换与单片机U9相连，用于多台发爆器串联用的信号输出通信接口 Jl与单片机U9相连，其中信号输出通信接口 Jl为起爆信号输出接线端子，信号输入通信接口 J2为起爆信号输入接线端子。
2.根据权利要求
书I所述煤矿发爆器用无触点高压电子毫秒开关，其特征在于:高压起爆单元(I)包括:一只或复数只可控硅SCR ;—只或复数只电阻R、一只或复数只光控可控硅UG ;其中一只或复数只电阻R、一只或复数只光控可控硅UG，构成一组或复数组可控硅触发电路单元，分别触发一只或复数只可控硅SCR ;可控硅触发电路单元的数量等于或少于所配置可控硅SCR 的数量，可控硅SCR相互串联，串联的可控硅SCR的数量最多不超过80只。
3.根据权利要求
书I所述煤矿发爆器用无触点高压电子毫秒开关，其特征在于:高压放电单元(2)包括:一只或复数只可控硅SCR、一只或复数只电阻R、一只或复数只光控可控硅UG、一只或复数只三极管BG ;其中一只或复数只电阻R、一只或复数只光控可控硅UG、一只或复数只三极管BG，构成一组或复数组可控硅触发电路单元，分别触发一只或复数只可控硅SCR ;可控硅触发电路单元的数量等于可控硅SCR的数量；可控硅SCR相互串联，串联的可控硅SCR数量最多不超过80只。
4.一种煤矿发爆器用无触点高压电子毫秒开关，其特征在于:由IGBT高压起爆单元(1A)、高压放电单元(2)、毫秒关断单元(3)和控制单元(4)组成；其IGBT高压起爆单元(IA)的输入端,接发爆器的贮能电容C03的正极C+，其输出端接发爆器的输出正极端子A ；高压放电单元(2)的输入端，通过电阻R20接发爆器的贮能电容C03的正极C+，其输出端接发爆器的贮能电容C03的负极C-;毫秒关断单元(3)的输入端接发爆器的输出负极端子B，其输出端接发爆器的贮能电容C03的负极C-;控制单元⑷通过控制线分别与IGBT高压起爆单元(1A)、高压放电单元(2)、毫秒关断单元(3)、发爆器单元(5)相连； 其中IGBT高压起爆单元(1A)由光电三极管U20、电阻R21、电阻R22、电力开关管Q3组成，Q3的导通和关断受控于单片机U9 ； 毫秒关断单元(3)包括:三极管BG1、电阻R11、电阻R12、电力开关管Ql ； 控制单元(4)包括:单片机U9、光电三极管U10、信号输出通信接口 J1、信号输入通信接口 J2、发光二极管LEDl、充电键K1、起爆键K2、电阻Rl3 Rl7、三极管BG3、场效应管或IGBT管Q2 ;控制发爆器充电功能启、停的场效应管或IGBT管Q2，串接在三极管BG4的基极与高频变压器T之间，受控于单片机U9 ;单片机U9具有用于记录发爆器充、放电次数的EEPROM电路单元；用于多台发爆器串联用的信号输入通信接口 J2，通过光电三极管UlO经光电转换与单片机U9相连，用于多台发爆器串联用的信号输出通信接口 Jl与单片机U9相连，其中信号输出通信接口 Jl为起爆信号输出接线端子，信号输入通信接口 J2为起爆信号输入接线端子。
5.一种煤矿发爆器用无触点高压电子毫秒开关，其特征在于:由IGBT高压起爆单元(1A)、高压放电单元⑵和控制单元⑷组成；其IGBT高压起爆单元(IA)的输入端，接发爆器的贮能电容C03的正极C+，其输出端接发爆器的输出正极端子A ;高压放电单元(2)的输入端,通过电阻R20接发爆器的贮能电容C03的正极C+，其输出端接发爆器的贮能电容C03的负极C-和发爆器的输出负极端子B ;控制单元(4)通过控制线分别与IGBT高压起爆单元(1A)、高压放电单元(2)、发爆器单元(5)相连； 其中IGBT高压起爆单元(1A)由光电三极管U20、电阻R21、电阻R22、电力开关管Q3组成，Q3的导通和关断受控于单片机U9 ； 其中控制单元(4)包括:单片机U9、光电三极管U10、信号输出通信接口 J1、信号输入通信接口 J2、发光二极管LED1、充电键K1、起爆键K2、电阻R13 R17、三极管BG3、场效应管或IGBT管Q2 ;控制发爆器充电 功能启、停的场效应管或IGBT管Q2，串接在另一三极管BG4的基极与高频变压器T之间，受控 于单片机U9 ;单片机U9具有用于记录发爆器充、放电次数的EEPROM电路单元；用于多台发爆器串联用的信号输入通信接口 J2，通过光电三极管UlO经光电转换与单片机U9相连，用于多台发爆器串联用的信号输出通信接口 Jl与单片机U9相连，其中信号输出通信接口 Jl为起爆信号输出接线端子，信号输入通信接口 J2为起爆信号输入接线端子。
专利摘要
本发明为煤矿发爆器用无触点高压电子毫秒开关，属于电子应用技术类，其由高压起爆单元、高压放电单元、毫秒关断单元、控制单元组成。其高压起爆单元的输入端，接发爆器的贮能电容的正极，其输出端接发爆器的输出正极端子A；高压放电单元的输入端，通过电阻R20接发爆器的贮能电容的正极，其输出端接发爆器的贮能电容的负极；毫秒关断单元的输入接发爆器的输出负极端子B，其输出端接发爆器的贮能电容的负极；控制单元通过控制线分别与高压起爆单元、高压放电单元、毫秒关断单元、发爆器单元相连。本发明可以精确可靠的控制4ms的安全供电时间，有利于安全生产；毫秒延时发爆功能，可利用普通电雷管进行毫秒延时爆破，能减少放炮次数、提高生产效率、降低成本、安全可靠。
文档编号F42D1/05GKCN102410794 B发布类型授权 专利申请号CN 201110343104
公开日2013年8月28日 申请日期2011年11月3日
发明者和英波 申请人:和英波导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (5), 非专利引用 (1),
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