一种基于变压器的远程起爆系统及方法技术方案

本发明专利技术属于精密爆炸实验技术领域，尤其涉及一种基于变压器的远程起爆系统及方法。解决线路损耗大，能量传输效率低及高压设备电磁辐射强，易于产生干扰，存在安全隐患，不易系统集成等问题，包括通过传输线连接的多功能起爆器及脉冲变压器单元，脉冲变压器单元包括通过传输线串联的n个脉冲变压器；其中n为大于等于1的正整数；多功能起爆器通过快速可控硅电子开关控制电容放电的方式，产生起爆脉冲，脉冲变压器单元输送起爆脉冲至电雷管，用于起爆电雷管；输送过程中，起爆脉冲的脉冲幅值保持不变。本发明专利技术远程起爆时，几乎没有线路损耗，起爆可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于变压器的远程起爆系统及方法
本专利技术属于精密爆炸实验
，尤其涉及一种远程起爆系统及方法，能够实现远程、安全、可控的起爆。
技术介绍
在大型爆炸类科学试验或大型工程类爆破中，保响、保测、保安全是试验成功与否的重要判据。其中，起爆技术是试验过程中的一项重要环节，它对试验的安全性、可靠性、准时性及测试环境都会产生重要影响。传统试验中，一般采用几千伏的超高压起爆器产生高能脉冲，经过长线传输后，进行远程起爆。系统连接框图如图1所示。这种传统远程高压起爆方式，存在较多技术缺点：①线路损耗大，能量传输效率低，远端负载(如：雷管)获取的能量少，降低起爆的可靠性；②高压设备电磁辐射强，易于产生干扰，不利于系统集成；③高压设备，漏电通道多，易于产生电火花，安全隐患大；④需要为测试仪器构建触发系统，增加测控系统的复杂度。因此，简化测控系统，提高试验的可靠性和安全性，创造良好的测试环境，是新型起爆系统需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术针对传统远程起爆技术的不足，避免线路损耗大，能量传输效率低及高压设备电磁辐射强，易于产生干扰，存在安全隐患，不易系统集成等问题，设计了基于变压器的远程起爆系统及方法。该系统通过快速可控硅电子开关控制电容放电的方式，产生脉冲幅值约200V、脉冲前沿为2～3μs的高能起爆脉冲，并通过特殊参数设计的脉冲变压器对进行公里级远距离传输，传输后脉冲幅值仍约为200V，脉冲前沿为20～60μs，用于远端的雷管起爆；同时，本专利技术的多功能起爆器输出幅值6V、脉冲前沿20ns、底宽500ns的同步触发脉冲，可用于测控系统的时间关联。本专利技术的技术解决方案提供一种基于变压器的远程起爆系统，其特殊之处在于：包括通过传输线连接的多功能起爆器及脉冲变压器单元，所述脉冲变压器单元包括通过传输线串联的n个脉冲变压器；其中n为大于等于1的正整数；所述多功能起爆器包括电池组、DC/DC变换模块、储能电容、脉冲产生模块、功率放大器模块及电子开关控制模块；所述电池组、DC/DC变换模块及储能电容依次实现电连接，电池组输出DC12V电压，经DC/DC变换模块，输出DC200V电压给储能电容充电；所述脉冲产生模块、功率放大器模块及电子开关控制模块依次实现电连接，脉冲产生模块产生单脉冲，经过功率放大器模块放大后驱动电子开关控制模块控制储能电容产生起爆脉冲；同时，电子开关控制模块输出同步触发脉冲，用于记录仪器的触发；所述脉冲变压器单元输送起爆脉冲至电雷管，用于起爆电雷管；输送过程中，起爆脉冲的脉冲幅值保持不变。进一步地，为了设计方便及降低成本，其中n等于2，将起爆脉冲首先到达的脉冲变压器定义为第一脉冲变压器，另一脉冲变压器定义为第二脉冲变压器；所述第一脉冲变压器的磁芯为环形非晶磁芯，初级线圈与次级线圈的线径分别为1mm和2mm，初级线圈与次级线圈的匝数比为1:12-1:18；所述第二脉冲变压器的磁芯为环形非晶磁芯，初级线圈与次级线圈的线径分别为1mm和2mm，初级线圈与次级线圈的匝数比为6:1-11:1。进一步地，所述第一脉冲变压器的磁芯与第二脉冲变压器的磁芯的外径均为100mm，内径均为高60mm，高均为20mm。进一步地，为了最小程度的减小线路损耗，所述第一脉冲变压器的初级线圈与次级线圈的匝数比为1:15；所述第二脉冲变压器的初级线圈与次级线圈的匝数比为8.9:1。进一步地，该远程起爆系统，还包括连接在功率放大器模块与电子开关控制模块之间的低通滤波模块；用于对功率放大后的单脉冲实现低通滤波。进一步地，若n大于1，相邻两个脉冲变压器之间的间距为0.1～5km。进一步地，为了满足不同起爆能量雷管的起爆，所述储能电容为1000μF，满电压下的储能值为20J。本专利技术还提供一种基于变压器的远程起爆系统实现起爆的方法，包括以下步骤：步骤1、电池组输出DC12V电压，经DC/DC变换模块变换，输出DC200V电压给储能电容充电；步骤2、脉冲产生模块产生单脉冲，经过功率放大器模块放大后驱动电子开关控制模块控制储能电容产生起爆脉冲；同时，电子开关控制模块输出同步触发脉冲，用于记录仪器的触发；步骤3、起爆脉冲经脉冲变压器单元输送至电雷管，起爆电雷管；输送过程中，起爆脉冲的脉冲幅值保持不变。进一步地，所述起爆脉冲的幅值为200V，脉冲前沿为2～3μs；经脉冲变压器单元传输后的脉冲幅值为200V，脉冲前沿为20～60μs，脉冲宽度不小于200μs。进一步地，所述同步触发脉冲的幅值为6V，脉冲前沿为20ns，底宽为500ns。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过电子开关控制模块控制储能电容放电，产生高能起爆脉冲，并通过特殊设计的脉冲变压器对进行公里级远距离传输，脉冲幅值几乎保持不变，用于远端的雷管起爆；远程起爆时，几乎没有线路损耗，起爆可靠性高；2、本专利技术通过特殊设计的脉冲变压器对能够使微秒级的前沿脉冲几乎不损耗的进行远距离传输，提高雷管远程起爆的准时性。3、本专利技术自带同步控制脉冲输出，其多功能起爆器输出幅值6V、脉冲前沿20ns、底宽500ns的同步触发脉冲，能够用于系统时间关联。附图说明图1为传统起爆系统连接示意图；图2为本专利技术实施例中远程起爆系统的连接示意图；图3为本专利技术实施例中远程起爆传输方法原理框图；图4为本专利技术实施例中多功能起爆器原理框图；图5为本专利技术实施例中脉冲变压器结构示意图；图6为本专利技术实施例中脉冲变压器调试后输入输出的波形。具体实施方式以下结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步地描述。本专利技术基于高压输变电原理，利用特制脉冲变压器对，将多功能起爆器产生的高压快沿电脉冲，输送到几公里以外，用于快速可靠地起爆电雷管。本实施例系统连接如图2所示，包括多功能起爆器及设置在传输路径上的两个脉冲变压器，多功能起爆器及两个脉冲变压器均通过传输线连接。如图3，多功能起爆器产生高能快沿脉冲，两个脉冲变压器依次将高能快沿脉冲输送至电雷管，起爆电雷管；两个脉冲变压器之间的间距为0.1～5km，输送过程中，高能快沿脉冲的脉冲幅值几乎保持不变。在其他实施例中，也可以包括一个或三个以上的脉冲变压器，通过设计多个脉冲变压器的参数使得输送过程中，高能快沿脉冲的脉冲幅值保持不变。如图4，本实施例多功能起爆器包括电池组、DC/DC变换模块、储能电容、脉冲产生模块、功率放大器模块及电子开关控制模块；还可以在功率放大器模块与电子开关控制模块之间设置低通滤波及电气隔离模块，利用电池组输出DC12V电压，经DC/DC变换，输出DC200V电压给储能电容充电。利用脉冲产生模块产生单脉冲，经过功率放大、低通滤波及电气隔离后，驱动电子开关控制模块，控制储能电容产生脉冲幅值约200V、脉冲前沿为2～3μs的高能快沿脉冲。同时，电子开关控制模块输出幅值6V、脉冲前沿20ns、底宽500ns的同步控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于变压器的远程起爆系统，其特征在于：包括通过传输线连接的多功能起爆器及脉冲变压器单元，所述脉冲变压器单元包括通过传输线连接的n个脉冲变压器；其中n为大于等于1的正整数；/n所述多功能起爆器包括电池组、DC/DC变换模块、储能电容、脉冲产生模块、功率放大器模块及电子开关控制模块；所述电池组、DC/DC变换模块及储能电容依次实现电连接，电池组输出DC12V电压，经DC/DC变换模块，输出DC200V电压给储能电容充电；所述脉冲产生模块、功率放大器模块及电子开关控制模块依次实现电连接，脉冲产生模块产生单脉冲，经过功率放大器模块放大后驱动电子开关控制模块控制储能电容产生起爆脉冲；同时，电子开关控制模块输出同步触发脉冲，用于记录仪器的触发；/n所述脉冲变压器单元输送起爆脉冲至电雷管，用于起爆电雷管；输送过程中，起爆脉冲的脉冲幅值保持不变。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于变压器的远程起爆系统，其特征在于：包括通过传输线连接的多功能起爆器及脉冲变压器单元，所述脉冲变压器单元包括通过传输线连接的n个脉冲变压器；其中n为大于等于1的正整数；
所述多功能起爆器包括电池组、DC/DC变换模块、储能电容、脉冲产生模块、功率放大器模块及电子开关控制模块；所述电池组、DC/DC变换模块及储能电容依次实现电连接，电池组输出DC12V电压，经DC/DC变换模块，输出DC200V电压给储能电容充电；所述脉冲产生模块、功率放大器模块及电子开关控制模块依次实现电连接，脉冲产生模块产生单脉冲，经过功率放大器模块放大后驱动电子开关控制模块控制储能电容产生起爆脉冲；同时，电子开关控制模块输出同步触发脉冲，用于记录仪器的触发；
所述脉冲变压器单元输送起爆脉冲至电雷管，用于起爆电雷管；输送过程中，起爆脉冲的脉冲幅值保持不变。


2.根据权利要求1所述的基于变压器的远程起爆系统，其特征在于：其中n等于2，将起爆脉冲首先到达的脉冲变压器定义为第一脉冲变压器，另一脉冲变压器定义为第二脉冲变压器；
所述第一脉冲变压器的磁芯为环形非晶磁芯，初级线圈与次级线圈的线径分别为1mm和2mm，初级线圈与次级线圈的匝数比为1:12-1:18；
所述第二脉冲变压器的磁芯为环形非晶磁芯，初级线圈与次级线圈的线径分别为1mm和2mm，初级线圈与次级线圈的匝数比为6:1-11:1。


3.根据权利要求2所述的基于变压器的远程起爆系统，其特征在于：所述第一脉冲变压器的磁芯与第二脉冲变压器的磁芯的外径均为100mm，内径均为高60mm，高均为20mm。


4.根据权利要求3所述的基于变压器的远程起爆系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈立强，张景森，李国亮，李进，姜万春，史国凯，张洋，
申请(专利权)人：西北核技术研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61