универсальная система детонаторов

Формула изобретения

1. Система электронных детонаторов, содержащая блок управления, несколько электронных детонаторов и шину, соединяющую упомянутые детонаторы с блоком управления, отличающаяся тем, что каждый электронный детонатор выполнен с возможностью установки нескольких флагов, которые могут принимать любое из двух возможных значений, причем каждый флаг показывает подсостояние соответствующего электронного детонатора и по меньшей мере один флаг получает свое значение на основе внутреннего состояния электронного детонатора, при этом блок управления выполнен с возможностью считывания упомянутых флагов и проверки посредством анализа упомянутых флагов, состояния каждого электронного детонатора и использования информации, содержащейся в упомянутых флагах, для управления функционированием каждого электронного детонатора.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок управления выполнен с возможностью обеспечения связи в направлении к электронным детонаторам посредством пакетов цифровых данных, которые адресуются одному или нескольким электронным детонаторам, а электронные детонаторы выполнены с возможностью обеспечения связи с блоком управления посредством воздействия на шину аналоговым сигналом, предпочтительно аналоговыми импульсами нагрузки, причем блок управления выполнен с возможностью детектирования аналоговых сигналов.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что электронные детонаторы выполнены с возможностью выдачи аналоговых сигналов на шину в ответ на пакеты цифровых данных с блока управления только в том случае, если пакеты цифровых данных содержат запрос относительно состояния одного или нескольких флагов, причем информация о соответствующих состояниях флагов передается в блок управления только в том случае, если она затребована предшествующим запросом из блока управления.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что электронные детонаторы выполнены с возможностью установки по меньшей мере двух подмножеств флагов, причем первое подмножество упомянутых флагов устанавливается из блока управления.

5. Система по п.4, отличающаяся тем, что электронные детонаторы выполнены с возможностью установки второго подмножества упомянутых флагов на основе внутреннего состояния электронного детонатора.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок управления выполнен с возможностью посылки команды электронным детонаторам по шине, которая не приводит к появлению ответных аналоговых сигналов со стороны электронных детонаторов на шине.

7. Система по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что каждому электронному детонатору соответствует адрес, который используется при адресации пакетов цифровых данных к соответствующим электронным детонаторам.

8. Система по п.7, отличающаяся тем, что блок управления выполнен с возможностью адресации пакета цифровых данных только одному электронному детонатору, подсоединенному к шине.

9. Система по п.7, отличающаяся тем, что блок управления выполнен с возможностью адресации пакета цифровых данных по меньшей мере двум электронным детонаторам, подсоединенным к шине.

10. Система по п.7, отличающаяся тем, что блок управления выполнен с возможностью адресации пакета цифровых данных всем электронным детонаторам, подсоединенным к шине.

11. Система по п.3, отличающаяся тем, что блок управления выполнен с возможностью формирования пакета цифровых данных, содержащих запрос, касающийся того, имеет ли заданный флаг первое из двух возможных значений, а электронный детонатор выполнен с возможностью формирования на этот запрос положительного или отрицательного ответа.

12. Система по п.3, отличающаяся тем, что блок управления выполнен с возможностью формирования пакета цифровых данных, содержащих запрос, касающийся того, имеет ли заданный флаг второе из двух возможных значений, а электронный детонатор выполнен с возможностью формирования на этот запрос положительного или отрицательного ответа.

13. Способ связи между блоком управления и одним или несколькими электронными детонаторами в системе электронных детонаторов, включающий формирование и передачу сигналов через шину, которая соединяет блок управления и электронные детонаторы, отличающийся тем, что дополнительно содержит этапы, на которых для каждого электронного детонатора устанавливают несколько флагов, каждый из которых показывает подсостояние соответствующего электронного детонатора, и по меньшей мере один флаг принимает свое значение на основе внутреннего состояния электронного детонатора, посылают из блока управления пакеты цифровых данных к электронным детонаторам, причем пакеты цифровых данных содержат запрос относительно установки по меньшей мере одного из упомянутых флагов или команду для электронного детонатора, передают положительный или отрицательный ответ из электронного детонатора в ответ на пакет цифровых данных, содержащих запрос, и детектируют в блоке управления сигнал, содержащий возможный ответ, который выдается на шину одним из упомянутых электронных детонаторов.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что при посылке из блока управления пакетов цифровых данных выделяют базовый временной интервал между двумя пакетами цифровых данных для регистрации возможного ответа от одного из электронных детонаторов, причем в базовом временном интервале из блока управления не производят передачи сигналов.

15. Способ по п.13 или 14, отличающийся тем, что электронным детонатором формируют положительный ответ за счет подачи на шину аналогового импульса, который может детектироваться блоком управления, а отрицательный ответ идентифицируют блоком управления как отсутствие аналогового импульса.

16. Способ по п.13, отличающийся тем, что электронные детонаторы выделяют из упомянутых пакетов цифровых данных информацию относительно частоты генератора тактовых импульсов блока управления, при этом информацию относительно частоты генератора тактовых импульсов блока управления внедряют в сигналы, регулярно передаваемые между блоком управления и электронными детонаторами, и таким образом передают электронным детонаторам.

17. Способ калибровки времени задержки в сочетании с воспламенением электронного детонатора, входящего в систему электронных детонаторов, отличающийся тем, что содержит этапы, на которых калибруют частоту внутреннего генератора тактовых импульсов каждого электронного детонатора по отношению к частоте внешнего генератора тактовых импульсов блока управления посредством выделения информации относительно частоты внешнего генератора тактовых импульсов из пакета цифровых данных, посылаемого блоком управления в электронный детонатор, сравнивают частоту внешнего генератора тактовых импульсов с частотой внутреннего генератора тактовых импульсов электронного детонатора для получения отношения частоты внешнего генератора тактовых импульсов к частоте внутреннего генератора тактовых импульсов и устанавливают первый флаг в электронном детонаторе после завершения калибровки, показывающий, что по меньшей мере одна калибровка завершена, причем флаг может считываться из блока управления посредством пакета цифровых данных, содержащего запрос относительно состояния данного флага.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что при сравнении частоты внешнего генератора тактовых импульсов с частотой внутреннего генератора тактовых импульсов выделяют внешние тактовые импульсы из пакетов цифровых данных, причем каждый бит в пакете цифровых данных соответствует внешнему тактовому импульсу, подсчитывают число внешних тактовых импульсов посредством приращения содержимого первого счетчика импульсов, одновременно подсчитывают число внутренних тактовых импульсов посредством приращения содержимого второго счетчика импульсов, сравнивают частоту внешнего генератора тактовых импульсов с частотой внутреннего генератора тактовых импульсов посредством сравнения числа импульсов, накопленных в первом и втором счетчиках импульсов, посредством чего получают отношение частоты внешнего генератора тактовых импульсов к частоте внутреннего генератора тактовых импульсов.

19. Способ по п.17 или 18, отличающийся тем, что принимают в электронном детонаторе сигнал, содержащий информацию о времени задержки, которое выражено в обобщенном формате времени, сохраняют информацию о времени задержки в электронном детонаторе, определяют поправочный коэффициент в электронном детонаторе на основе отношения подсчитанного числа импульсов внешнего генератора тактовых импульсов к подсчитанному числу импульсов внутреннего генератора тактовых импульсов, используют в электронном детонаторе поправочный коэффициент к сохраненному времени задержки для получения числа импульсов внутреннего генератора тактовых импульсов, соответствующее времени задержки, выраженному в обобщенном формате времени, и сохраняют полученное число импульсов, причем полученное таким образом число импульсов соответствует числу тактовых импульсов, которое соответствует времени задержки, полученному в обобщенном формате времени.

20. Способ по п.17, отличающийся тем, что устанавливают второй флаг в электронном детонаторе, показывающий, что в данном детонаторе разрешается калибровка, причем второй флаг может считываться из блока управления посредством пакета цифровых данных, содержащего запрос относительно состояния второго флага, устанавливают третий флаг в электронном детонаторе, как только был начат подсчет тактовых импульсов, при этом третий флаг показывает, что калибровка электронного детонатора происходит одновременно с передачей сигналов в системе электронных детонаторов и может считываться из блока управления посредством пакета цифровых данных, содержащего запрос относительно состояния третьего флага.

21. Способ соединения электронных детонаторов в системе электронных детонаторов, которая содержит средство регистрации, шину и портативный приемник сообщений, включающий соединение средства регистрации и первого электронного детонатора с шиной, отличающийся тем, что содержит этапы, на которых посылают из средства регистрации запрос, относящийся по меньшей мере к одному подсостоянию первого детонатора, принимают средством регистрации ответ из первого детонатора, содержащего информацию относительно его подсостояния, принимают на основе ответа из первого детонатора решение в отношении того, может ли второй электронный детонатор быть подсоединен к шине, посылают из средства регистрации в портативный приемник сообщений сообщение, которое содержит упомянутое решение, принимают сообщение портативным приемником и подсоединяют к шине второй электронный детонатор, когда сообщение, которое показывает, что второй электронный детонатор может быть подсоединен к шине, было принято портативным приемником сообщений.

22. Электронный детонатор, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью установки нескольких флагов, которые могут принимать любое из двух возможных значений, причем каждый флаг показывает подсостояние электронного детонатора, и по меньшей мере один флаг получает свое значение на основе внутреннего состояния электронного детонатора, при этом упомянутый электронный детонатор выполнен с возможностью считывания с него флагов посредством блока управления, такого, как подрывная машина или блок регистрации, подсоединенного к электронному детонатору для управления данным электронным детонатором.

23. Электронный детонатор по п.22, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью установки флага, показывающего подсостояние электронного детонатора, которое включено в группу подсостояний, содержащую подсостояние, в котором упомянутый электронный детонатор отвечает на запросы относительно его идентификатора, подсостояние, в котором в упомянутом электронном детонаторе была инициирована зарядка конденсатора воспламенения, подсостояние, в котором в упомянутом электронном детонаторе в конденсаторе воспламенения напряжение достигло значения, достаточного для обеспечения воспламенения этого электронного детонатора, подсостояние, которое идентифицирует ошибку в функционировании упомянутого электронного детонатора, и подсостояние, идентифицирующее обнаружение ошибки в контрольной сумме.

24. Электронный детонатор по п.22, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью обеспечения воздействия на шину, обнаруживаемого блоком управления, предпочтительно в виде аналогового ответного импульса на шине, которая соединяет электронный детонатор с блоком управления.

25. Электронный детонатор по п.24, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью воздействия на шину сигналом, модулированным частотой, равной частоте внутреннего генератора или ее части, для содействия детектированию воздействия в блоке управления.

26. Электронный детонатор по п.24 или 25, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью обеспечения воздействия на шину в интервале времени между двумя пакетами цифровых данных, поступающих из блока управления.

27. Блок управления для системы электронных детонаторов, отличающийся тем, что он выполнен в виде блока регистрации, выполненного с возможностью сбора данных из электронных детонаторов, соединенных с блоком управления через шину, причем данные показывают идентификацию детонатора, при этом блок управления выполнен с возможностью считывания состояния детонаторов посредством считывания флагов, установленных в электронных детонаторах, причем флаги могут принимать любое из двух возможных значений и каждый из них показывает соответствующее подсостояние электронного детонатора, а также блок управления выполнен с возможностью управления электронными детонаторами на основе информации, выраженной посредством флагов.

28. Блок управления для системы электронных детонаторов, отличающийся тем, что он выполнен в виде подрывной машины, выполненной с возможностью подготовки электронных детонаторов, соединенных с блоком управления шиной, для воспламенения и с возможностью инициирования воспламенения посредством команды, посылаемой из блока управления, выполненного также с возможностью считывания состояния электронных детонаторов посредством считывания флагов, которые установлены в электронных детонаторах и могут принимать любое из двух возможных значений, причем каждый из этих флагов показывает соответствующее подсостояние электронного детонатора, а также с возможностью управления электронными детонаторами на основе информации, выраженной посредством флагов.

Описание изобретения к патенту

Область изобретения

Настоящее изобретение, вообще говоря, относится к воспламенению взрывчатых зарядов. Более конкретно, изобретение касается универсальной (гибкой) системы электронных детонаторов и связанных с ней электронных детонаторов. Изобретение также относится к способу управления упомянутой системой.

Уровень техники

Детонаторы, в которых времена задержки срабатывания, сигналы активирования и т.д., управляются с помощью электроники, вообще говоря, относятся к категории электронных детонаторов. Электронные детонаторы имеют несколько значительных преимуществ перед стандартными пиротехническими детонаторами. Преимущества включают, прежде всего, возможность изменения или "перепрограммирования" времени задержки срабатывания детонатора, а также обеспечения более коротких и более точных времен задержки срабатывания по сравнению со стандартными пиротехническими детонаторами. Некоторые системы с электронными детонаторами также позволяют осуществлять обмен сигналами между детонаторами и блоком управления.

Однако электронные детонаторы и системы электронных детонаторов согласно уровню техники страдают от некоторых ограничений и проблем.

Система детонаторов должна быть универсальной и простой в обращении, а риск неправильного использования должен быть сведен до минимума. В то же самое время имеется потребность в универсальных системах электронных детонаторов с возможностью задаваемой функции и проверки состояния, системах, которые обеспечивают надежные времена задержки срабатывания с высоким разрешением, а также непрерывный текущий контроль состояния каждого детонатора. Детонаторы, которые входят в такую систему, должны быть недорогими, поскольку они неизбежно являются одноразовыми.

Проблема систем электронных детонаторов согласно уровню техники состоит в том, что часто приходится взвешивать, с одной стороны, функциональные возможности системы в терминах возможности управления и, с другой стороны, стоимость детонатора, входящего в систему.

Системы электронных детонаторов согласно уровню техники также имеют ограничение в отношении подготовки детонаторов, которая отнимает много времени, что на практике означает ограничение числа детонаторов, которые могли бы быть соединены с одной системой. Число детонаторов в одной и той же системе также было ограничено вследствие того, что в системе с многими детонаторами для связи требовались слишком высокие уровни сигнала. Чем больше детонаторов входит в систему, тем труднее устанавливать связь с "последним" детонатором.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить систему электронных детонаторов, которая проявляет гибкость, безопасность и надежность, что по существу приводит к устранению ограничений и проблем уровня техники. Такая задача нацелена на обеспечение системы электронных детонаторов, "интеллект" которой находится в блоке управления многократного использования, в то время как ее детонаторы предпочтительно имеют простую и недорогую конструкцию.

Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить способ управления множеством электронных детонаторов, входящих в систему электронных детонаторов, способ, особенно подходящий для управления электронными детонаторами, имеющими простую конструкцию.

Согласно изобретению управление предпочтительно производится посредством блока управления, который подсоединяется к системе электронных детонаторов и который способен посылать сложные сигналы в ряд электронных детонаторов, чтобы проверять их состояние и управлять их функционированием. Однако сигналы, которые исходят из детонаторов, предпочтительно имеют, возможно, простейшую форму.

Задачи, сформулированные выше, решаются посредством признаков, которые будут очевидны из приложенной формулы изобретения. Настоящее изобретение содержит систему электронных детонаторов, т.е. блок управления и электронные детонаторы, которые входят в упомянутую систему детонаторов, а также способы присоединения детонаторов к системе детонаторов, для калибровки сохраненных с помощью электроники времен задержки и для связи между блоком управления и электронным детонатором.

Знание, которое составляет основу изобретения, состоит в том, что "интеллект" в системе электронных детонаторов может быть расположен в центральном блоке управления многократного использования. Такой блок управления предпочтительно содержит микропроцессор, носители данных, программное обеспечение, входной блок и блок дисплея, и, кроме того, он предпочтительно адаптируется для того, чтобы посылать в соединенные электронные детонаторы пакеты сложных цифровых данных.

Детонаторы, соединенные с блоком управления, предпочтительно формируются полностью без составляющих, упомянутых выше. Согласно одному аспекту изобретения, детонатор снабжается электронными схемами, которые адаптируются, чтобы отвечать на сигналы (пакеты цифровых данных и т.д.) из блока управления. С другой стороны, детонатор не должен содержать какой-либо микропроцессор или программное обеспечение. Оказалось очень выгодным то, что детонатор не содержит такие части, поскольку детонатор, который является автономным и имеет сложные функции, может привести к неуместному ложному срабатыванию. Детонатор, имеющий сложную конструкцию, также способствует более высокой цене детонатора.

В детонаторе согласно изобретению, однако, устанавливается регистр состояния, который показывает различные параметры состояния детонатора. Регистр состояния может считываться из блока управления, после чего информация о состоянии детонатора передается в блок управления.

Параметры состояния регистра состояния предпочтительно показывают любое из двух возможных значений, посредством чего эти параметры состояния показывают, имеется ли в детонаторе определенное состояние. Из-за "двоичного", или двухвалентного характера параметров состояния они часто называются "флагами". Таким образом, различие по сравнению со способом согласно уровню техники состоит в том, что эти флаги могут считываться из блока управления, вместо того чтобы использоваться только внутренней электроникой в детонаторах. Это различие находится на одном уровне с базовым знанием того, что "интеллект" системы может быть расположен в блоке управления, вследствие чего внутренняя электроника в детонаторах может быть очень простой.

По меньшей мере, некоторые из флагов устанавливаются на основе внутренних состояний в электронных детонаторах, таких как содержимое регистра или напряжение на конденсаторе.

Как отмечалось выше, детонатор вообще не должен посылать в блок управления какие-либо сигналы данных или пакеты цифровых данных, но вместо этого, в ответ на запрашивающие сообщения или запросы, выдает положительные или отрицательные аналоговые ответные импульсы в зависимости от состояния определенного бита состояния в регистре состояния. Предпочтительно, чтобы детонаторы только давали ответы на прямые запросы из блока управления.

Предпочтительно, когда детонатор на прямой вопрос может отвечать только "да" или "нет". В предпочтительном варианте воплощения такое состояние управляется на один шаг далее, детонатор дает положительный ответ, подавая импульс нагрузки на шину, которая соединяет детонатор с блоком управления, в то время как отрицательный ответ он дает, воздерживаясь от подачи такого импульса нагрузки. Таким образом, можно представить, как будто детонатор способен отвечать только "да". Если ответ на запрашивающее сообщение - "нет", то детонатор остается в покое (то есть не подает никакого импульса на шину).

Даже если предпочтительно то, чтобы ответ из детонатора подавался в виде импульса нагрузки на шину, может иметь место любое другое воздействие на шину, причем такое воздействие может выявляться блоком управления. Однако главный признак настоящего изобретения состоит в том, что такое воздействие предпочтительно содержит не цифровой, а аналоговый импульс.

Кроме того, блок управления может посылать в детонаторы команды, которые не требуют ответа от детонаторов. Цель таких команд состоит в том, чтобы, например, смещать время задержки срабатывания, сбрасывать параметр состояния или инициировать воспламенение детонатора.

Способ согласно изобретению, содержащий вышеупомянутую передачу сигналов посредством пакетов цифровых данных, также обеспечивает возможность выгодных дополнительных функций. Формат данных, который используется для пакетов данных, устанавливается таким способом, что он является уникальным для настоящего изобретения. Благодаря строению формата данных становится возможным выполнение ряда функций, которые ранее не предлагались в системах электронных детонаторов. Построение формата данных и преимущества, которые оно вносит, будет очевидно из последующего подробного описания некоторых предпочтительных вариантов воплощения изобретения.

Согласно одному аспекту изобретения каждый электронный детонатор уже имеет адрес или идентификацию, связанную с его производством. Этот адрес разработан так, чтобы детонатор в каждом практическом случае мог рассматриваться как уникальный. Используемый формат данных был разработан в соответствии с упомянутым адресом детонатора. Таким образом, каждый детонатор может быть адресован индивидуально посредством формата данных согласно изобретению. Однако адресация, то есть используемый формат данных согласно изобретению, такова, что детонаторы также могут быть адресованы глобально, полуглобально или полуиндивидуально. В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения для одновременной передачи запрашивающего сообщения или команды (императивная команда) к множеству детонаторов используется глобальная или полуиндивидуальная адресация пакетов данных.

В варианте воплощения настоящего изобретения, в котором детонаторы адаптируются так, чтобы давать только положительные ответы, предпочтительно, чтобы глобальные запрашивающие сообщения были такого типа, что положительное запрашивающее сообщение ожидается только от одного или нескольких из электронных детонаторов, в результате этого число аналоговых ответных импульсов на шине уменьшается до минимума. Например, чтобы прочитать параметр состояния (флаг) в регистре состояния, выполняются два дополнительных запроса. Первая команда задает вопрос типа "имеет ли указанный параметр состояния первое из двух возможных значений?", в то время как вторая команда задает дополнительный вопрос "имеет ли указанный параметр состояния второе из двух возможных значений?".

Несмотря на то что электронный детонатор согласно изобретению может подавать по упомянутой шине только простой импульс нагрузки (аналоговый ответный импульс, который может выявляться блоком управления), обеспечивается достаточно универсальная система электронных детонаторов, в которой множество состояний в детонаторах может считываться из блока управления. Благодаря программному обеспечению в блоке управления параметры состояния детонаторов могут использоваться многими различными способами. Программное обеспечение блока управления также управляет теми командами и/или запросами, которые должны быть посланы в детонаторы, и тем, когда они должны быть посланы.

В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения блок управления системой детонаторов снабжается стабильным и сравнительно точным генератором тактовых импульсов, в то время как каждый детонатор обеспечивается простым внутренним генератором тактовых импульсов. Абсолютная частота внутреннего генератора тактовых импульсов может варьироваться между детонаторами. Однако предполагается, что эти внутренние генераторы тактовых импульсов являются достаточно стабильными, по меньшей мере, в течение времени, которое проходит между калибровкой и последующим измерением времени, для того чтобы получить удовлетворительное функционирование.

Генератор тактовых импульсов блока управления, в настоящем описании часто называемый внешним генератором, используется, с одной стороны, для управления моментами времени, в которые различные команды и/или запросы посылаются по шине, а с другой стороны, для калибровки внутреннего генератора тактовых импульсов каждого детонатора. Как отмечалось выше, желательно, чтобы детонаторы были сделаны, насколько это возможно, простыми и недорогими, и, следовательно, точность времени системы была обеспечена в блоке управления многократного использования. Это условие является достаточным выражением "интеллекта" системы, находящегося в частях многократного использования, вместо того чтобы находиться в детонаторах, которые по очевидным причинам могут использоваться только один раз.

В другом аспекте изобретения обеспечивается электронный детонатор, в котором калибровка внутреннего генератора тактовых импульсов детонатора выполняется относительно точного внешнего генератора тактовых импульсов в блоке управления. Калибровка времени задержки срабатывания может происходить в то же самое время, как и регулярная передача сигналов и другие действия, которые происходят в системе. Так как детонаторы по существу имеют относительно простую конструкцию, такая калибровка выполняется простым подсчетом внешних и внутренних тактовых импульсов из внешнего и внутренних генераторов тактовых импульсов соответственно. Формат передачи сигналов системы формируется таким образом, что внешние импульсы калибровки могут быть выделены из регулярной передачи сигналов блока управления. Вследствие того что внешние импульсы калибровки выделяются из регулярной передачи сигналов, связь между блоком управления и детонаторами, а также другими действиями может происходить параллельно с калибровкой. Таким образом минимизируется время готовности детонаторов к воспламенению.

Для того чтобы обеспечить высокое разрешение и точные времена задержки, в предпочтительном варианте воплощения калибровка выполняется в течение нескольких секунд. Таким образом, перенос времени задержки срабатывания в детонаторы, которые соединены с блоком управления, может происходить параллельно с калибровкой. Это может быть большим преимуществом, например, когда соединено очень большое количество детонаторов (система может позволить разместить, например, до 1000 детонаторов на одной и той же шине).

Также согласно варианту воплощения настоящего изобретения обеспечивается детонатор, содержащий электронные схемы, которые имеют ряд параметров состояния (флаги), показывающие ряд подсостояний детонатора. Такие параметры состояния могут считываться из блока управления системы посредством пакетов цифровых данных, которые посылаются из блока управления. Каждый параметр состояния показывает любое из двух возможных состояний. Таким образом, параметры, которые показывают состояние детонатора, имеют двоичный характер и, следовательно, такие параметры состояния называются "флагами", как упоминалось выше, поскольку они отображают, посредством флагов, определенное состояние в детонаторе. Блок управления считывает эти параметры состояния посредством запрашивающих сообщений, которые представляют собой вопросы типа "да"/"нет".

Детонатор также содержит средство для подачи на шину ответных сообщений, которые предпочтительно подаются в ответ на запрашивающее сообщение, полученное ранее. Благодаря тому факту, что все запрашивающие сообщения формируются так, что необходимо давать только положительный ("да") или отрицательный ("нет") ответ, упомянутые ответные сообщения могут иметь очень несложную форму. В предпочтительном варианте воплощения детонатор адаптируется так, чтобы давать только положительные ответные сообщения, в то время как отрицательные ответы показываются косвенно тем, что детонатор вообще воздерживается от подачи какого-либо ответа. Таким образом, ответные сообщения подаются на шину в виде простых аналоговых импульсов нагрузки. Система (блок управления) не адаптируется для того, чтобы определять на основе только одного ответного импульса на шине то, что один или больше детонаторов дал ответный импульс в одно и то же время. И при этом блок управления не должен определять, на основе только самого одного ответного импульса, какой именно из соединенных детонаторов дал ответ. Факт тот, что в предпочтительном варианте воплощения изобретения это не может быть определено, так как все детонаторы отвечают одинаково. Поскольку в предпочтительном варианте воплощения детонаторы адаптируются таким образом, чтобы давать ответ только одного типа (то есть положительные ответы "да" в виде аналоговых импульсов нагрузки), каждое запрашивающее сообщение предпочтительно также имеет дополнительный эквивалент.

Как отмечалось ранее, каждый параметр состояния может считываться либо посредством сообщения типа "имеет ли указанный параметр состояния первое из двух возможных значений?", либо посредством его дополнительного вопроса "имеет ли указанный параметр состояния второе из двух возможных значений?". В связи с этим запрашивающие сообщения могут быть выбраны так, чтобы от детонаторов ожидалось как можно меньше ответов. Способ, которым работают детонаторы, тесно связан с тем, как блок управления интерпретирует ответные импульсы и посылает запрашивающие сообщения на отключение (и другие сообщения).

Идентификация адреса детонатора выполняется посредством вышеупомянутых ответных импульсов на шину. Блок управления посылает запрашивающие сообщения относительно одного адресного бита за один раз и таким образом считывает адрес (идентификатор) детонатора. Предпочтительно для каждого адресного бита используется два дополнительных запрашивающих сообщения, как описано выше. После того, как блок управления сначала опрашивает, является ли каждый бит двоичной единицей, и впоследствии задает дополнительный вопрос относительно битов, для которых в первом ряде вопросов не был получен положительный ответ, получается однозначность относительно идентификатора детонатора. В заключение может быть задан вопрос относительно того, все ли двоичные единицы адреса детонатора зарегистрированы, а также вопрос относительно того, все ли двоичные нули адреса детонатора зарегистрированы, в качестве определенного управления правильно зарегистрированного адреса в блоке управления.

С помощью указателя битов в запрашивающем сообщении из блока управления могут быть отмечены один или более адресных битов посредством одного и того же пакета данных.

Должно быть понятно, что в зависимости от способа, которым детонаторы отвечают на запрашивающие сообщения, идентификация (то есть считывание адреса) каждого детонатора должна выполняться вполне определенным способом. Это будет очевидно из последующего подробного описания предпочтительных вариантов воплощения настоящего изобретения. Короче говоря, идентификация предпочтительно выполняется так, что гарантируется, что в каждый момент времени на запрос, касающийся адреса, отвечает один-единственный детонатор.

С целью гарантировать то, что к шине системы присоединено не более одного неидентифицированного детонатора, используется портативный приемник сообщений. Когда блок управления (блок регистрации) заканчивает идентификацию детонатора, в портативный приемник сообщений посылается сообщение, что к шине должен быть присоединен следующий детонатор. Портативный приемник сообщений обычно носит человек, который физически присоединяет детонаторы к шине.

В варианте воплощения изобретения сообщения могут также посылаться из портативного приемника сообщений в блок управления, в связи с чем блок управления (блок регистрации) может передавать информацию относительно возможных изменений, таких как, например, замены одного детонатора другим, или исключения одного из запланированных детонаторов.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 схематически изображает некоторые компоненты, которые входят в систему электронных детонаторов,

фиг.2а и 2б схематически изображают блок-схему операций, проходимых блоком регистрации при присоединении детонаторов к шине системы электронных детонаторов,

фиг.3а и 3б схематически изображают блок-схему операций, проходимых устройством детонатора при инициализации (подаче напряжения) и приеме пакетов данных,

фиг.4 изображает принципиальную схему устройства электронного детонатора,

фиг.5 изображает схему осуществления установки общего флага в электронном детонаторе, и

фиг.6 изображает схему осуществления установки некоторого определенного флага в электронном детонаторе.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения

Далее будут более подробно описаны некоторые предпочтительные варианты воплощения изобретения.

Фиг.1 изображает ряд блоков системы, которые входят в систему электронных детонаторов. Предпочтительный вариант воплощения системы электронных детонаторов согласно изобретению содержит множество электронных детонаторов 10, которые соединены с блоком 11, 12 управления через шину 13.

Цель шины состоит в том, чтобы передавать сигналы между блоком 11, 12 управления и детонаторами 10, то есть позволить осуществлять связь между ними, и подавать мощность к детонаторам. Блок управления может содержать либо блок 11 регистрации (например, когда электронные детонаторы соединены с шиной), либо подрывную машину 12 (например, когда соединенные детонаторы подготовлены для воспламенения и находятся в соединении со средством взрывания). Кроме того, система детонаторов согласно изобретению содержит портативный приемник 14 сообщений, который адаптируется так, чтобы его носил человек, присоединяющий детонаторы к шине. Между прочим, через портативный приемник 14 сообщений обеспечивается информация, когда система готова для соединения еще одного детонатора 10.

Предпочтительно компьютер 16 также входит в систему, причем компьютер используется, чтобы планировать взрыв. План взрывания, который готовится в компьютере, позже может быть перемещен в один из блоков управления (блок регистрации 11 и/или подрывную машину 12).

Блок управления, то есть блок 11 регистрации или подрывная машина 12, выполнен с возможностью посылки сообщения в детонаторы 10 по шине 13. В предпочтительном варианте воплощения посылаемые сообщения содержат пакеты данных из 64 бит, которые поступают в специальном формате данных. Этот формат данных позволяет адресовать сообщения заданному детонатору 10 благодаря тому факту, что ранее каждому детонатору была присвоен идентификатор (адрес), который в каждом практическом случае является уникальным. Однако отдельные детонаторы 10 не имеют возможности посылать сформатированные пакеты данных. Вместо этого связь со стороны детонатора 10 происходит посредством простого аналогового ответного импульса в форме воздействия (подачи сигнала) на шину 13, причем это воздействие может выявляться блоком управления 11, 12. Такие ответные импульсы обеспечиваются в предпочтительном варианте воплощения детонатором 10, увеличивающим свою нагрузку (импеданс) на шине 13 в течение короткого времени. Все детонаторы 10 отвечают одинаково, и, таким образом, невозможно определить только на основе ответного импульса, какой именно детонатор, входящий в систему, дал определенный ответ. Идентификация ответа, то есть аналогового ответного импульса на шине 13, осуществляется блоком управления 11, 12 и основана на тех командах и/или запросах, которые были посланы ранее.

Как упоминалось выше, "интеллект" системы расположен в блоке управления 11, 12. Хотя детонаторам 10 можно задавать вопросы, ответ на которые может быть положительным ("да"), а также отрицательным ("нет"), детонаторы выполнены с возможностью давать только один тип ответных импульсов. Система разработана так, что ответный импульс интерпретируется блоком управления 11, 12 как положительный ответ ("да"), тогда как отрицательный ответ проявляется просто как отсутствие ответного импульса. Посредством умело сформулированных запрашивающих сообщений из блока управления 11, 12, несмотря на простую связь детонаторов 10, можно получить полную информацию относительно их состояния. Ответный импульс может быть успешно модулирован внутренней тактовой частотой детонатора 10, или его части, с целью облегчения детектирования в блоке управления 11, 12, в таком случае в блоке управления используется полосовой фильтр.

В предпочтительном варианте воплощения ответ детонаторов дается во временном интервале в форме интервала ответа между двумя пакетами цифровых данных из блока управления. Вследствие того что ответ из детонаторов дается в интервале ответа, гарантируется то, что когда в блоке управления должен детектироваться ответ, не происходит никакой передачи сигналов. Таким образом, дополнительно облегчается детектирование воздействия детонаторов на шину, что является преимуществом, например, когда к шине подсоединяется большое число детонаторов. В противном случае ответ из детонатора, который подсоединен к шине на большом расстоянии от блока управления, мог бы затеряться в сигналах (то есть в пакетах цифровых данных) блока управления, посылаемых к детонаторам.

Детонаторы 10 согласно изобретению обеспечиваются электронными схемами, содержащими регистр состояния, который имеет множество параметров состояния. Эти параметры состояния могут считываться из блока управления посредством вышеупомянутых запрашивающих сообщений (пакеты цифровых данных, содержащие запрос). Каждый параметр состояния показывает одно из двух возможных состояний, следовательно, они называются "флагами", так как могут быть переустановлены между двумя значениями в качестве индикации состояния параметра детонатора. Некоторые из этих флагов сбрасываются из блока управления, в то время как другие флаги сбрасываются непосредственно детонатором для индикации заданных внутренних параметров. Следует отметить, что флаг устанавливается только для того, чтобы позволить осуществить считывание состояния. Изменение состояния в детонаторе не приводит к какой-либо информации, получаемой в блоке управления, однако, чтобы передать информацию относительно установки флагов, необходимы запросы из блока управления.

В типичном примере электронного детонатора согласно настоящему изобретению детонатор обеспечивается электронными схемами, имеющими регистр состояния, в котором может быть установлен ряд битов состояния (параметры состояния), или флагов. Каждый флаг соответствует состоянию определенного параметра в детонаторе. В предпочтительном варианте воплощения введены флаги, перечисленные ниже.

IdAnsFIg: Показывает, что детонатор отвечает на вопросы относительно его идентификатора, то есть активизируется регистрация идентификатора (ID).

IdRcvFIg: Показывает, что к детонатору имеется индивидуальный доступ посредством подходящего пакета данных.

CalEnaFl: Показывает, что разрешается калибровка частоты.

CalExeFl: Показывает, что происходит калибровка частоты.

CalRdyFl: Показывает, что завершена, по меньшей мере, одна калибровка частоты.

DelayFIg: Показывает, что детонатор получил одинаковую временную задержку дважды в строке.

Arm_Flag: Показывает, что детонатор взведен, то есть началась зарядка конденсатора воспламенения.

HiVoFlag: Показывает, что детонатор, то есть конденсатор воспламенения, достиг напряжения воспламенения.

FireFlag: Показывает, что детонатор получил команду воспламенения (‘FireA15p’).

CaFusErr: Показывает, что отсутствует конденсатор воспламенения или головка накаливания (или, что они еще не были проверены).

ChSumErr: Показывает, что была обнаружена ошибка в контрольной сумме (по меньшей мере, один раз).

Err_Flag: Показывает, что имеется ошибка, например, в детонаторе был принят неприемлемый или неправильный пакет данных.

Вышеописанные флаги могут считываться из блока управления, который использует состояние этих флагов для управления электронными детонаторами.

Кроме того, детонаторы содержат ряд регистраторов и счетчиков для сохранения времен задержки срабатывания, поправочных коэффициентов, адресов детонаторов и т.д.

Программирование детонаторов происходит, в строгом смысле, только в одном случае, когда каждый чип получил "уникальный" идентификатор. Такое программирование происходит при изготовлении чипа. В предпочтительном варианте воплощения, идентификатор чипа содержит двоичный адрес с 30 битами, что дает 2³⁰=1073741824 различных адресов. Таким образом, в каждом практическом случае идентификатор чипа может рассматриваться "уникальным" или, по меньшей мере, "псевдоуникальным" из-за большого числа возможных адресов. После программирования идентификатора чипа к нему до тех пор не будет приложено высокого напряжения, пока не настанет время заряда конденсатора воспламенения, то есть по сути до воспламенения. Согласно варианту воплощения кодирования адреса, то есть идентификатора чипа, для идентификации изготовителя или фабрики, которая сделала чип, используются четыре из доступных тридцати битов. Таким образом, каждый изготовитель может использовать 2²⁶=67108864 различных адресов, и, следовательно, такое число чипов может быть произведено прежде, чем какой-либо адрес (идентификатор) будет использоваться второй раз. Кроме того, предпочтительно, чтобы эти двадцать шесть бит при рассмотрении делились, например, с одной стороны, на обозначение "Партия #" + "Подложка #" (14 бит) и, с другой стороны, на обозначение "Чип #" на подложке (12 бит). При использовании двенадцати адресных бит на подложку из одной подложки можно произвести 2¹²=4096 чипов с различными идентификаторами. Кроме того, предпочтительно, чтобы каждый идентификатор представлял заданное положение на подложке, в результате для каждого чипа получается хорошая трассируемость. Если позже оказалось, что чип имеет производственный дефект, то таким образом может быть исследовано положение на исходной подложке и, следовательно, смежные чипы на подложке могут быть идентифицированы для выполнения дополнительного функционального испытания.

Таким образом, конечный пользователь может начать с предположения, что все чипы (т.е. электронные детонаторы), которые он или она использует, имеют уникальные идентификаторы. Однако блоки управления систем электронных детонаторов выполнены с возможностью детектировать два подобных идентификатор, которые, в конце концов, могут быть присоединены к одной шине.

Система электронных детонаторов согласно настоящему изобретению позволяет очень гибко и точно устанавливать времена задержки срабатывания в соответствующих детонаторах. В связи с этим предпочтительно, чтобы каждый детонатор имел стабильный и надежный генератор тактовых импульсов. Далее будет описан способ, который используется для калибровки внутреннего времени задержки срабатывания в различных электронных детонаторах, чтобы получить систему детонаторов, имеющую точные времена задержки согласно настоящему изобретению.

Внутренний генератор тактовых импульсов в каждом чипе не адаптируется так, чтобы быть точным по отношению к абсолютному значению, а вместо этого конструируется стабильным. В отношении внутреннего генератора тактовых импульсов в детонаторах, подключенных к одной и той же шине, самая высокая частота тактовых импульсов в действительности отличается от самой низкой частоты тактовых импульсов, например, на коэффициент, равный двум. Кроме того, блокам управления системы (блок регистрации и взрывная машина) эти внутренние частоты не известны. Точность в системе достигается посредством точности частоты внешнего генератора тактовых импульсов, например, во взрывной машине. Номинально, в предпочтительном варианте воплощения изобретения, эта частота составляет 4 кГц. Для того чтобы синхронизировать времена задержки срабатывания детонаторов, все детонаторы используют один и тот же опорный сигнал, который представляется частотой внешнего генератора тактовых импульсов. Далее будет описан предпочтительный способ для калибровки времен задержки срабатывания.

Время задержки передается детонатору в обобщенном формате, например, в виде двоично-кодированных шестнадцати бит. В предпочтительном варианте воплощения изобретения время задержки для заданного детонатора лежит между 0 и 16000 мс и устанавливается с разрешением 0,25 мс. Время задержки сохраняется в регистре (‘DelayReg’), который содержит так называемый триггер. Для того чтобы сделать упомянутое время задержки полезным для чипа, необходимо, чтобы время задержки было преобразовано в соответствующее число циклов внутреннего генератора тактовых импульсов. Такое преобразование выполняется посредством умножения сохраненного времени задержки на внутренний поправочный коэффициент (‘CorrFact’), который вычисляется в способе калибровки. Обычно значение поправочного коэффициента задается по умолчанию, это значение используется в случае, когда способ калибровки по некоторым причинам не должен проводиться или же потерпел неудачу. Соответственно такое значение по умолчанию выбирается, чтобы соответствовать частоте внутреннего генератора тактовых импульсов, которая является близкой к ожидаемому значению частот различных генераторов тактовых импульсов, например, среднее арифметическое значение частот генераторов тактовых импульсов, разрешенных для использования в системе.

Способ калибровки инициируется флагом (‘CalEnaFl’), который устанавливается блоком управления. Когда этот флаг установлен, детонатор имеет возможность начать калибровку следующим образом.

Циклы внешнего генератора тактовых импульсов подсчитываются в первом внутреннем счетчике, а циклы внутреннего генератора тактовых импульсов подсчитываются во втором внутреннем счетчике. Перед тем как инициируется фактическая калибровка, чип детонатора ожидает, пока счетчик внешнего генератора тактовых импульсов досчитает до своего максимального значения, и после этого производит повторный старт с нуля. В то же самое время, как счетчик внешнего генератора тактовых импульсов производит повторный старт с нуля, инициируется фактическая калибровка, когда вышеупомянутый флаг (‘CalEnaFl’) установлен. Заданное число циклов внешнего генератора тактовых импульсов подсчитывается в первом внутреннем счетчике (‘ExtClCnt’) за то же самое время, за которое подсчитывается число циклов внутреннего генератора тактовых импульсов во втором внутреннем счетчике (‘IntClCnt’). Процесс калибровки обозначается флагом калибровки (‘CalExeFl’), устанавливаемым на ‘1’. Теперь отношение между числом подсчитанных циклов внутреннего генератора тактовых импульсов и числом циклов внешнего генератора тактовых импульсов, подсчитанным в течение того же самого времени, приводит к калибровке внутреннего генератора тактовых импульсов, находящегося в каждом электронном детонаторе. Сохраненное (в регистре ‘DelayReg’) время задержки получает, таким образом, точное и однозначное соответствие с определенным числом циклов внутреннего генератора тактовых импульсов. Как только калибровка была завершена, устанавливается флаг, который показывает завершение калибровки (‘CalRdyFl’), то есть показывает, что, по меньшей мере, один цикл калибровки выполнен. В то же самое время для индикации того, что калибровка больше не происходит, флаг ‘CalExeFl’ автоматически сбрасывается на ‘0’.

Далее будет более подробно описан вышеупомянутый способ калибровки. Время задержки срабатывания заданного электронного детонатора передается в регистр и сохраняется в нем в упомянутом детонаторе. Время задержки срабатывания сохраняется шестнадцатью битами в двоичной форме записи, с интервалом 0,25 мс. В данном иллюстративном примере время задержки срабатывания выбрано совершенно произвольно и исключительно для примера равным 1392,5 мс, этому времени соответствует число: [0001 0101 1100 0010] в двоичной форме записи с интервалом времени 0,25 мс. В данном примере поправочным коэффициентом первоначально является число Hex OFOOOO (Hex - шестнадцатеричная система счисления), которое является правильным поправочным коэффициентом внутреннего генератора тактовых импульсов, имеющего частоту 60 кГц. Предположим теперь, что истинная частота внутреннего генератора тактовых импульсов фактически составляет 56 КГц. Для того чтобы получить правильный поправочный коэффициент, должна происходить компенсация в соответствии с частотой внутреннего генератора тактовых импульсов. С этой целью заданное число внешних тактовых импульсов из блока управления подсчитывается в первом счетчике (‘ExtClCnt’), в то же время как внутренние тактовые импульсы подсчитываются во втором счетчике (‘TntClCnt’). Таким образом, отношение между содержимым в этих двух счетчиках соответствует отношению между частотами внутреннего и внешнего генераторов тактовых импульсов. Если предположить, что внешняя частота генератора тактовых импульсов имеет номинальное значение 4 кГц, и на этой частоте подсчитывается 10000 импульсов (то есть подсчет в течение 2,5 с), в то же самое время будет подсчитано 140000 импульсов на частоте внутреннего генератора тактовых импульсов (которая в этом примере была принята равной 56 кГц). Таким образом, отношение между частотами внутреннего и внешнего генераторов тактовых импульсов равно 140000/10000=14. Если частота внутреннего генератора тактовых импульсов была 60 кГц, то за это же время было бы подсчитано 150000 импульсов, в этом случае отношение между частотами внутреннего и внешнего генераторов тактовых импульсов должно быть равным 15. Отношение между частотой внутреннего и внешнего генераторов тактовых импульсов соответствует поправочному коэффициенту. Когда время задержки срабатывания, которое хранится в обобщенном формате времени, умножается на поправочный коэффициент, происходит автоматическое отбрасывание шестнадцати наименьших значащих бит, поправочный коэффициент, соответствующий отношению частот, равному 15 (Bin [1111]), становится Bin [1111 0000 0000 0000 0000] = Hex OFOOOO. Аналогично, новый поправочный коэффициент для отношения частот 14 принимает вид Hex OEOOOO. Таким образом, посредством умножения сохраненного времени задержки на поправочный коэффициент получается число циклов внутреннего генератора тактовых импульсов, которое соответствует намеченному времени задержки срабатывания. Выбор вышеописанных числовых значений и выбор способа вычисления был сделан с целью наглядного объяснения того, каким образом выполняется калибровка в соответствующих электронных детонаторах.

Еще одно преимущество вышеописанного способа калибровки состоит в том, что эта калибровка может происходить в то же самое время, когда происходит передача других сигналов между блоком управления и электронными детонаторами, так как подсчет числа внешних и внутренних тактовых импульсов соответственно происходит локально в каждом детонаторе. Таким образом, нет необходимости ждать калибровки, которая должна быть завершена перед отправкой других команд или запросов в электронные детонаторы. Вследствие того что калибровка выполняется посредством подсчета тактовых импульсов, без какого-либо специфического временного интервала, ограничивающего калибровку, вышеупомянутые интервалы времени ответа между пакетами данных, посланными из блока управления, могут использоваться без того, чтобы создавать помехи калибровке.

Из блока управления не посылается никаких специальных сигналов для передачи внешних тактовых импульсов. Внешние тактовые импульсы передаются в детонаторы посредством регулярных пакетов данных. Вследствие того что биты данных в пакетах цифровых данных располагаются в соответствии с сигналами внешнего генератора тактовых импульсов, внешние тактовые импульсы могут считываться из этих регулярных пакетов данных. Более конкретно, один из битов пакетов данных функционирует в качестве управляющего бита для каждого отдельного детонатора, когда необходимо выделить внешние тактовые импульсы.

Далее будет описан предпочтительный формат данных для передачи информации из блока управления в детонатор. Предпочтительно формат данных содержит 8 байтов по 8 бит в каждом байте. Байт номер 1 содержит инициализирующие биты, стартовый бит и управляющее слово (команду). Команды и запросы, которые выполняются в предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения, будут описаны следующим образом. Байты с номерами 2-5 показывают адрес детонатора или детонаторов, в которые должна быть послана информация. Байты с номерами 6-7 содержат биты данных, которые, вообще говоря, содержат параметры вышеупомянутых команд и запросов. Байт с номером 8 содержит биты контрольной суммы и стоповые биты.

С вышеупомянутым подразделением идентификатора чипа детонатора на идентификатор изготовителя (фабрика), партии, подложки и номера чипа, типичный пакет данных может быть следующим:

Байт #1 0001CTRL

#2 gICQDEaa

#3 аааааааа

#4 ааааАААА

#5 АААААААА

#6 DDDDDDDD

#7 dddddddd

#8 CHKSUMOO

Пакет данных начинается с трех нулей; чип в детонаторе определяет, что частота сигнала представляет двоичный "0" (и, следовательно, косвенным образом, представляет двоичную "1") независимо от полярности соединения. В то же самое время выполняется предварительная калибровка отношения между частотой внутреннего и внешнего генераторов тактовых импульсов, отношение впоследствии используется при интерпретации пакета данных. Потом следует фактический стартовый бит (Байт #1, Бит #4), который инициирует информационную часть пакета данных. Последние четыре бита в байте номер 1 [CTRL], (Байт #1, Биты #4-#8) содержат управляющее слово (команду), которая будет описана более подробно далее. Байты с номерами 2-5 содержат адрес текущего детонатора. Первые два бита [g, i] (Байт #2, Биты #1-#2) показывают, в каких пределах должен интерпретироваться адрес - как глобальный адрес или как индивидуальный адрес. Таким образом, возможны четыре различных уровня: глобальная адресация, в которой все последующие адресные биты игнорируются; две степени полуиндивидуальной адресации, в которой используется только часть последующих адресных битов (например, последние восемь и последние двенадцать бит, соответственно), и индивидуальная адресация, в которой используются все последующие адресные биты. Далее следует тридцатибитовый адрес (Байт #2, Биты #3 - #8 + Байты #3 - #5), который начинается с “кода производителя [C O D E] (Байт #2, Биты #3 - #6). Затем следуют четырнадцать бит, которые показывают партию производства и подложку, и двенадцать бит, которые показывают номер или положение чипа на подложке. Такое деление адреса на четырнадцать плюс двенадцать бит является предпочтительным, но, конечно же, могут использоваться тридцать адресных бит в соответствии с другой конфигурацией. В байтах с номерами шесть и семь следуют шестнадцать бит данных. Они содержат параметры, которые принадлежат команде (то есть команде, которая определена в Байте #1, Биты #5 -#8) пакета данных. В заключение, в байте номер восемь следует контрольная сумма с шестью битами, а также два стоповых бита. Контрольная сумма вычисляется на основе 53 бит, то есть от стартового бита (Байт #1, Бит #4) до последнего бита данных, то есть Байт #7, Бит #8.

Пакеты данных посылаются блоком управления в соответствии с принципом “частотной модуляции”, который использует частотную манипуляцию (ЧМн, FSK) с изменением полярности. Основная частота связи составляет 4 кГц. Строка “нулей” содержит сигнал на частоте 4 кГц, а строка “единиц” содержит сигнал на частоте 2 кГц. Бит со значением 0 занимает полный период на частоте 4 кГц, в то время как бит со значением 1 занимает половину периода на 2 кГц. Таким образом, длина бита равна 250 мкс. Изменение полярности после 125 мкс интерпретируется электронными детонаторами так, как если бы бит был "нулевым", а отсутствие такого изменения полярности интерпретируется электронными детонаторами, как если бы бит был "единицей".

Таким образом, длина бита равна 250 мкс, вследствие чего пакет данных из 64 бит занимает 16 мс. После каждого пакета данных следует временной интервал 5 мс, в форме интервала ответа, в котором детонаторы отвечают на запрашивающие сообщения. Таким образом, полное время пакета данных, включая интервал ответа, составляет 21 мс.

Поскольку считывание адресов электронных детонаторов по очевидным причинам не может быть выполнено посредством индивидуально адресованных запрашивающих сообщений, для считывания адреса (идентификации адреса) используется способ глобальной адресации таких запрашивающих сообщений. В предпочтительном варианте воплощения изобретения адреса электронных детонаторов считываются блоком регистрации, когда детонаторы подсоединены к шине системы детонаторов. В процессе работы, когда детонаторы подсоединяются к шине, блок регистрации непрерывно посылает команды активизации, которые, как только они принимаются детонатором, переводят последний в состояние ответа, в котором детонатор отвечает на запросы относительно идентификатора (адреса). Как только детонатор ответил на такую команду активизации, блок регистрации останавливает отправку таких команд и начинает считывание информации адреса. Когда идентификация (т.е. считывание адреса детонатора) закончена, устанавливается флаг (‘idRcvFIg’), который показывает, что идентификация этого детонатора завершена. Когда флаг ‘IdRcvFIg’ установлен, детонатор не отвечает на вышеупомянутые команды активизации. Предпочтительно, но необязательно, чтобы, когда идентификация завершена, детонатор переводился в энергосберегающий режим. В варианте воплощения изобретения детонатор переводится в энергосберегающий режим посредством индивидуально адресованной команды (‘IdPwrDwn’) из блока управления (блока регистрации). Для того чтобы эта команда сработала, требуется, чтобы соответствующий детонатор имел установленные флаги ‘IdRcvFIg’ и ‘IdAnsFIg’ с целью избежания случайного перехода детонаторов в энергосберегающий режим. Когда весь процесс идентификации завершен, и, возможно, детонатор переведен в энергосберегающий режим, блок регистрации снова начинает посылать команды активизации, ожидая отклика следующего детонатора, который уже может быть подсоединен к шине.

Фиг.2а и 2б схематически изображают блок-схему операций, проводимых блоком управления, в данном случае блоком регистрации, при подсоединении детонаторов к шине.

Когда запускается блок регистрации, на шаге 21 сбрасывается указатель ‘DetNum’ к адресной таблице. В этой таблице последовательность адресов обозначается вместе с соответствующим номером рассматриваемого детонатора в последовательности соединения. Далее, на шаге 22 отображается нижняя половина адреса адресного поля как индикация того, что данная половина адреса должна быть считана. Напомним, что адресное поле составляет тридцать бит, в то время как битовый указатель пакета данных составляет только шестнадцать бит, что в результате приводит к делению соответственно на нижнюю и верхнюю половины адреса. Когда эта процедура завершена, стартует вышеупомянутая команда активизации, посланная из блока регистрации. Фактически, данная команда активизации на шаге 23 содержит запрос относительно наименьшего значащего бита (НЗБ) адресного поля. На данном этапе выполняется запрос, является ли НЗБ равным "0", на шаге 24, а также запрос - равен ли НЗБ "1", на шаге 25. В варианте воплощения, который показан на фиг.1а и 16, сначала запрашивается, равен ли НЗБ "0". Если на этот запрос в блоке регистрации не получено никакого ответа, то задается дополнительный запрос, равен ли НЗБ "1". Если никакого ответа не получено даже теперь, то эта ситуация интерпретируется так, как если бы к шине не было подсоединено никакого нового детонатора, и повторяется процедура 26. Когда получен ответ на любой из вышеупомянутых запросов, наблюдается соответствующее значение адресного бита в адресной таблице блока регистрации, и на шаге 27 происходит приращение указателя ‘DetNum’. На шагах 28, 29 последовательно выполняются соответствующие запросы относительно следующего адресного бита до тех пор, пока битовый указатель не отметит адресный бит номер 16. Таким образом, на шаге 200 завершается считывание адресных битов в нижней половине адреса, после чего на шаге 201 показывается верхняя половина адреса, и соответственно повторяются вышеупомянутые запросы относительно верхней половины адреса. Для всех адресных битов, за исключением первого, должно быть понятно, если на запросы типа "отмечено ли состояние адресного бита равным "1", или "отмечено ли значение адресного бита, равное "0", не принят ответ, то имеется ошибка. Если детонатор подсоединен к шине, то на шаге 28, 29 один из двух дополнительных запросов относительно значения адресного бита должен дать ответный импульс на шине (то есть положительный ответ). В случае, когда ни на какой из этих запросов не получен никакой ответ, на шаге 202 отмечается номер детонатора и соответствующий код ошибки. Предпочтительно, чтобы ошибка также отображалась на шаге 203 на портативном приемнике сообщений, причем оператору, присоединяющему детонаторы к шине, дается возможность исправления ошибки, например, посредством проверки соединения или замены дефектного детонатора.

Когда идентификация детонатора завершена, в портативный приемник сообщений оператору, подсоединяющему детонаторы к шине, посылается сообщение, в котором сообщается, что к шине может быть подсоединен следующий детонатор. Портативный приемник сообщений может также получать подтверждение, что последний детонатор был соединен правильно. Если в портативном приемнике сообщений не было получено никакой информации относительно правильного соединения детонатора, упомянутый детонатор может быть вручную заменен другим детонатором, или, альтернативно, соединение может быть проверено еще раз.

Таким образом, задача портативного приемника сообщений заключается в том, что оператору, подсоединяющему детонаторы к шине, должно поступить сообщение, с одной стороны, является ли текущее соединение правильным, а, с другой стороны, отвечает ли детонатор на сообщения блока управления правильно.

Следовательно, при использовании портативного приемника сообщений возрастет надежность соединения, так как будет легко оценить, какой детонатор вызывает потенциальные проблемы. Таким образом, такой детонатор может быть отсоединен и заменен другим детонатором или же может быть отсоединен и повторно соединен.

Другая задача портативного приемника сообщений заключается в том, чтобы позволить оператору, подсоединяющему детонаторы к шине, знать, когда может быть подсоединен следующий детонатор, с целью предотвращения того, чтобы в одном и том же случае не было более одного детонатора, которые могли бы ответить на сообщение запроса, относящееся к идентификатору. Как только недавно подсоединенный детонатор ответил на команду активизации из блока управления (блока регистрации), блок управления останавливает отправку таких команд активизации. Таким образом, следующий детонатор может подсоединяться к шине фактически тогда, когда только начнется идентификация детонатора, который был подсоединен ранее.

Далее будет описан ряд команд, которые выполняются в варианте воплощения изобретения. Команда (управляющее слово) выражается в управляющих битах [С Т R L] (Байт #1, Биты #5-#8) пакетов данных. Эти четыре бита могут, таким образом, показывать до шестнадцати различных команд. Из этих шестнадцати возможных команд в предпочтительном варианте воплощения шесть команд содержат запросы, одна команда является ‘NOP’ командой [С Т R L]=[1 1 1 1] (нулевой), и одна команда является командой воспламенения [С Т R L] = [0 0 0 0].

Оставшиеся восемь команд являются инструкциями для детонаторов.

Команда воспламенения (‘FireAISp’) отличается от всех других команд. В принципе, команда воспламенения содержит пакет данных, который состоит только из нулей. Таким образом, команда воспламенения представляет собой полный пакет данных, который не имеет ни стартового бита, ни контрольной суммы (т.е. [С Н К S U М]=[000000]), ни явного адреса, а также не содержит никаких битов данных. Условие, когда пакет данных должен интерпретироваться как команда воспламенения, состоит в том, чтобы в течение 64 последовательных битов были приняты максимум две единицы. Число единиц в пакете данных подсчитывается посредством трех отдельных двухразрядных счетчиков, причем интерпретация выполняется посредством мажоритарной оценки, то есть, чтобы интерпретировать пакет данных как команду воспламенения, два из этих трех двухразрядных счетчиков должны показать максимум две единицы в одном и том же пакете данных.

Как описано выше, тридцать адресных битов в каждом адресе детонатора делятся на две группы. Одна группа представляет самые старшие биты, а другая наименьшие значащие биты. Таким образом, для считывания целого тридцатибитового адреса может использоваться битовый указатель из шестнадцати битов. Таким образом, для того, чтобы считывать адреса детонаторов, выполняется четыре различных запроса.

‘RdLoAdrO’ - "равняется ли двоичному нулю каждый адресный бит, отмеченный битовым указателем, из группы с наименьшими значащими битами адреса?",

‘RdLoAdrl’ - "равняется ли двоичной единице каждый адресный бит, отмеченный битовым указателем, из группы с наименьшими значащими битами адреса?",

‘RdHiAdrO’ - "равняется ли двоичному нулю каждый адресный бит, отмеченный битовым указателем, из группы со старшими битами адреса?", и

‘RdHiAdrl’ - "равняется ли двоичной единице каждый адресный бит, отмеченный битовым указателем, из группы со старшими битами адреса?".

Таким образом, даже если каждый адресный бит может принимать значения, равные только нулю или единице, вышеупомянутые запрашивающие команды формируются в виде взаимно дополняющих пар. Причина этого, как подчеркивалось выше, заключается в том, что детонаторы конструируются так, чтобы давать на шине только аналоговые ответные импульсы, которые дают положительный ответ.

Кроме этих четырех запрашивающих команд, которые касаются адресных битов детонаторов, в предпочтительном варианте воплощения осуществляются еще две другие запрашивающие команды. Два этих запроса служат для того, чтобы считывать регистр состояния в электронной схеме устройства детонатора, причем регистр состояния поддерживает вышеупомянутые параметры состояния (флаги). Аналогично вышеупомянутому способу эти две запрашивающие команды являются дополнительными друг другу и имеют следующую интерпретацию:

‘RdRegBiO’ - "равняется ли двоичному нулю каждый параметр состояния, отмеченный битовым указателем?", и

‘RdRegBil’ - "равняется ли двоичной единице каждый параметр состояния, отмеченный битовым указателем?".

Битовый указатель содержит параметр запрашивающей команды, то есть биты данных из пакета цифровых данных. В большинстве случаев эти запрашивающие команды будут использоваться с битовым указателем (параметр запрашивающей команды), показывающим только один бит в регистре состояния и в адресном регистре, только один из битов данных из пакета данных, равный единице. Однако в некоторых случаях может быть желательным, чтобы битовым указателем было отмечено большее число битов (то есть несколько из битов данных из пакета данных равны единице), например, когда выполняется финальная проверка того, что все адресные биты были правильно восприняты блоком управления, или когда в одно и то же время должны считываться несколько флагов. Ответ из детонатора будет положительным тогда и только тогда, когда все указанные биты соответствуют запросу, то есть ответ содержит операцию "логическое И" между указанными битами. В предпочтительном варианте воплощения данный пример используется для финальной проверки заданных флагов перед воспламенением детонатора.

Далее будут описаны другие команды, являющиеся инструкциями (обязательными командами), которые не заставляют детонаторы посылать какой-либо ответный импульс.

‘IdPwrDwn’ - "Перевести адресованные детонаторы в энергосберегающий режим". Детонатор переводится в энергосберегающий режим посредством отключения внутреннего генератора тактовых импульсов. Даже если можно послать глобальную или полуиндивидуальную команду, которая переводит все или группу подсоединенных детонаторов в энергосберегающий режим, эта команда, предпочтительно, адресуется индивидуально. Параметр этой команды (то есть биты данных из пакета данных) не имеет никакой действительной функции, но, чтобы не интерпретировать по ошибке другие команды, как ‘IdPwrDwn’, предпочтительно, чтобы требовалось специальное появление битов данных.

‘Reset’ - "Сбросить все флаги и параметры состояния в то же состояние, что и на старте!". Эта команда может быть адресована как глобально, так и индивидуально.

‘StopAnsw’ - "Прекратить отвечать на запросы относительно идентификатора!". Когда эта команда принята в детонаторе, детонатор останавливает ответы на запрашивающие сообщения, которые запрашиваются в связи со считыванием адреса детонатора. В предпочтительном варианте воплощения эта команда выполняется как глобальная команда.

‘NulRegBi’ - "Установить каждый бит регистра, отмеченный битовым указателем, на нуль!". Команда может быть как глобальной, так и индивидуальной. Параметр содержит битовый указатель параметров состояния, которые должны быть установлены на нуль. Установка на нуль означает, что соответствующему биту состояния дается значение нуль.

‘SetRegBi’ - "Установить каждый бит регистра, отмеченный битовым указателем, на единицу!". Команда может быть как глобальной, так и индивидуальной. Параметр содержит битовый указатель параметров состояния, которые должны быть установлены на единицу. Установка на единицу означает, что соответствующему биту состояния дается значение единица.

‘StoreDly’ - "Сохранить время задержки срабатывания в регистре DelayReg, если то же самое время задержки срабатывания уже было принято прежде, в противном случае установить ‘Err_Flag’!". Предпочтительно данная команда адресуется индивидуально. Параметр содержит шестнадцатибитовое представление назначенного времени задержки срабатывания с разрешением 0,25 мс.

‘Arm’ - "Взвести детонатор!". Взведение детонатора выполняется посредством отключения режима короткого замыкания (насыщения) взводящего транзистора и разрешения зарядки конденсатора воспламенения. В предпочтительном варианте воплощения данная команда всегда является глобально адресуемой командой. Параметр данной команды не имеет никакой действительной функции, но, чтобы не принять по ошибке какую-либо другую команду за команду взведения, обычно требуется параметр заданного вида. Следует отметить, что команда ‘arm’ сама по себе не приводит к установке флага ‘Arm_Flag’. Вместо этого данный флаг устанавливается в ответ на начало зарядки конденсатора воспламенения, т.е. когда напряжение на конденсаторе становится выше заданного значения. Однако можно также позволить установить флаг ‘Arm_Flag’ командой ‘arm’, a также посредством повышения напряжения на конденсаторе воспламенения. Таким образом, можно проверить, что команда ‘arm’ была воспринята детонаторами правильно даже до того, как на конденсаторе воспламенения начало повышаться напряжение, в то время как установка ‘Arm_Flag’ без предшествующей команды ‘arm’ дает индикацию, что что-то в детонаторе функционирует неправильно. Также функциональная аналогичная связь возможна и для других флагов.

Некоторые из флагов, описанные ранее, также устанавливаются в ответ на заданные внутренние состояния в детонаторе.

Фиг.3а и 3б схематически изображают блок-схему операций, проходимых схемой детонатора при подаче напряжения и приеме пакетов данных. Первое, что происходит после подачи напряжения на шаге 301 на электронное устройство, это то, что на шаге 302 выполняется сброс на первоначальные значения ("reset"). После этого на шагах 303, 304 оба флага IdAnsFIg и IdRcvFLg устанавливаются на нуль, как индикация того, что детонатор не отвечает на запросы относительно его идентификатора, и не вызывается индивидуально (на последующих шагах эти флаги будут, однако, сброшены).

Два флага IdAnsFIg и IdRcvFIg вместе образуют двухбитовое слово данных ("слово ID сканирования"), которое изображает состояние сканирования идентификатора (сканирование адреса). Таким образом, исходное состояние для этого слова данных - [0 0]. При сканировании адреса это слово контролирует, отвечает ли детонатор на запросы относительно идентификатора, и был ли детонатор уже идентифицирован блоком управления.

Следующий шаг заключается в том, что детонатор считывает пакет цифровых данных из блока управления. Первоначально на шаге 305 принимается последовательность нулей, посредством чего проводится вышеупомянутая предварительная калибровка внутреннего генератора тактовых импульсов, чтобы позволить осуществить правильную синхронизацию пакета данных. Когда на шаге 306 детектируется фазовый сдвиг, на шаге 307 считывание синхронизируется после последующего стартового бита (единицы). После этого поочередно синхронизируются на шаге 308 управляющее слово, на шаге 309 - адрес, на шаге 310 - биты данных и на шаге 311 - контрольная сумма. Если на шаге 312 установлено, что контрольная сумма правильная, то на шаге 313 интерпретируется полученная команда; если нет, то детонатор еще раз ждет последовательность нулей.

Когда на шаге 314 устанавливается, что принятая команда является индивидуальной, и на шаге 315 устанавливается, что адрес соответствует собственному адресу детонатора, на шаге 316 выполняется команда, которая тогда была принята. Если адрес не соответствует собственному адресу детонатора, то детонатор возвращается в положение, в котором он считывает пакет данных на шаге 317 (то есть он снова ожидает последовательности нулей).

Если на шаге 318 выясняется, что полученная команда является глобальной, то она выполняется. Если на шаге 319 выясняется, что эта команда относится к считыванию адреса (ID регистрация), и если рассматриваемый детонатор еще не ответил на запросы относительно адреса, то флаг ‘IdAnsFIg’ устанавливается на значение, которое показывает, что детонатор отвечает на последующие запросы относительно адреса. Если детонатор уже ответил на запрос относительно своего идентификатора (своего адреса), то команда игнорируется. В других отношениях считывание адреса детонатора происходит в соответствии с вышеприведенным описанием. Если глобальная команда на шаге 320 является другой командой (то есть не касается считывания адреса), то эта команда выполняется на шаге 321, как обычно.

Фиг.4 изображает предпочтительный вариант воплощения электронной схемы детонатора. Функционирование детонатора осуществляется в интегральной схеме IC1 (ИС1).

Схема имеет два входа Lini, Lin2 с соединительными штырьками J1, J2, которые используются для подачи тока, а также передачи сигналов. Два внешних защитных резистора R1, R2 соединены с соответствующими соединительными штырьками и обеспечивают функцию ограничения тока/предохранителя в электронном устройстве. В предпочтительном варианте воплощения эти два резистора - по 3,9 кОм каждый.

Кроме того, устройство схемы имеет головку ТР взрывателя с положительным полюсом J3 и отрицательным полюсом J4. Между положительным и отрицательным полюсом головки взрывателя возникает разряд, который приводит к взрыву детонатора.

Два конденсатора C1, C2 питания подсоединены к схеме ИС1 между входом Vin и землей Gnd. Эти конденсаторы заряжаются тогда, когда детонатор соединяется с блоком управления (через шину). Конденсаторы питания служат для того, чтобы управлять электроникой детонатора в течение времени, когда время задержки отсчитывается в обратном порядке (то есть до шестнадцати секунд), поскольку существует риск потери контакта с блоком управления в результате ударной волны. В предпочтительном варианте воплощения эти конденсаторы выбираются по 22 мкФ каждый.

Между вводом Vdd и землей Gnd подсоединен сглаживающий конденсатор С3. Предпочтительно, сглаживающий конденсатор СЗ имеет емкость 0,47 мкФ.

Между выходом Fuse_charge (положительный полюс J3 головки взрывателя ТР) и землей подсоединен конденсатор воспламенения. Конденсатор воспламенения начинает заряжаться только после того, как детонатором была принята команда ‘Arm’. Когда напряжение на конденсаторе воспламенения достигло заданного значения, для индикации начала зарядки конденсатора воспламенения устанавливается флаг ‘Arm Flag’. Когда напряжение достаточно для того, чтобы позволить осуществить воспламенение, устанавливается флаг ‘HiVo_Flag’.

Стабилизирующие нагрузочные резисторы R3, R4, R5 подключены между выводами Fuse_charge, fuse_sense и землей Gnd. Комбинация этих резисторов используется для проверки напряжения конденсатора воспламенения, а также для функции стабилизации, то есть для разряда конденсатора воспламенения. Предпочтительно, чтобы их общее сопротивление составляло приблизительно 15 MOм.

Фиг.5 изображает схему осуществления установки общего флага в виде логического элемента состояния. Установка флага осуществляется на выходе OUT, который может принимать как высокий, так и низкий уровень. Логический элемент состояния имеет четыре входа, то есть load_input, load (нагрузка), clk_b и reset (сброс). Два входа - load_input и load – подключаются к заданной внутренней схеме проверки (например, схеме для восприятия напряжения на конденсаторе воспламенения), которая является специфической для рассматриваемого флага. Если на эти входы подается сигнал, то триггер 51 переключится следующим тактовым импульсом, который подается на триггер через вход clk_b. Триггер 51 может быть сброшен в исходное состояние сигналом на входе reset (сброс).

Фиг.6 изображает схему осуществления установки флага, который также может быть сброшен командой из внешнего блока управления. Триггер 61 для такого типа установки флага имеет еще один вход, на который подается управляемая извне команда. В примере, изображенном на фиг.6, используется еще флаг Arm_Flag, который, в соответствии с тем, как было описано выше, может быть реализован так, чтобы сбрасываться как извне, из блока управления, непосредственно командой Arm, а также изнутри, в ответ на напряжение на конденсаторе воспламенения, превысившее заданное значение.