устройство для определения времени срабатывания безынициаторного капсюля-детонатора (варианты)

Формула изобретения

1. Устройство для определения времени срабатывания безынициаторного капсюля-детонатора, имеющего ударно-волновую трубку со светопроницаемой оболочкой в качестве проводника импульса от инициирующего устройства, содержащее хронограф, фотодатчик запуска хронографа, реагирующий на излучение фронта детонационной волны, проходящего внутри ударно-волновой трубки после ее инициирования, датчик остановки хронографа, отличающееся тем, что фотодатчик запуска хронографа расположен вблизи ударно-волновой трубки на расстоянии по ее длине не менее 30 см от инициирующего устройства и на расстоянии 1 м по ее длине от конца, закрепленного в капсюле-детонаторе, в качестве датчика остановки хронографа оно содержит пьезодатчик, реагирующий на ударное воздействие при срабатывании капсюля-детонатора и расположенный на металлической пластине, с противоположной стороны которой напротив него размещен капсюль-детонатор, причем толщина пластины в месте крепления датчика составляет 10-30 мм.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве фотодатчика запуска хронографа использован датчик с рабочим диапазоном в области длин волн, охватывающей видимую и инфракрасную части электромагнитного спектра.

3. Устройство для определения времени срабатывания безынициаторного капсюля-детонатора, имеющего ударно-волновую трубку со светопроницаемой оболочкой в качестве проводника импульса от инициирующего устройства, содержащее хронограф, фотодатчик запуска хронографа, реагирующий на излучение фронта детонационной волны, проходящего внутри ударно-волновой трубки после ее инициирования, фотодатчик остановки хронографа, отличающееся тем, что фотодатчик запуска хронографа расположен вблизи ударно-волновой трубки на расстоянии по ее длине не менее 30 см от инициирующего устройства и на расстоянии 1 м по ее длине от конца, закрепленного в капсюле-детонаторе, в качестве фотодатчика остановки хронографа оно содержит фотодатчик, реагирующий на излучение при срабатывании капсюля-детонатора и расположенный вблизи капсюля-детонатора, помещенного в металлическую втулку, в которой выполнена щель шириной не менее 5 мм и длиной 3-10 мм.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве фотодатчика запуска хронографа использован датчик с рабочим диапазоном в области длин волн, охватывающей видимую и инфракрасную части электромагнитного спектра.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве фотодатчика остановки хронографа использован датчик с рабочим диапазоном в области длин волн, охватывающей видимую и инфракрасную части электромагнитного спектра.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что фотодатчик остановки хронографа снабжен защитным экраном от осколков при срабатывании капсюля-детонатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерения времени срабатывания средств - инициирования, а именно, безынициаторных капсюлей-детонаторов (КДБИ), содержащих в качестве проводника инициирующего импульса маломощный детонирующий шнур типа ударно-волновая трубка (УВТ) со светопроницаемой оболочкой.

Существуют различные методы определения параметров взрывных процессов, основанные на непосредственном измерении времени распространения этих процессов.

Существуют оптические методы измерения скоростей взрывных процессов, в которых образование кривой времени распространения процесса осуществляется движением фотопленки или разверткой свечения взрыва вращающимся зеркалом. Указанные методы реализованы с использованием устройств под названием скоростные фоторегистраторы, которые работают в режиме непрерывной развертки, или устройств под названием лупы времени, в которых используются безинерционные лампы с постоянной светимостью или лампы-вспышки с изменяющейся во времени интенсивностью светового потока, включаемые импульсами от датчиков положения фронта исследуемого процесса с записью сигналов от ламп на фотобумагу, закрепленную на вращающемся барабане (см. а.с. СССР № 297924 А, 11.03.1971, G01P 3/00, C06C 5/06).

Существенным недостатком барабанных фоторегистраторов является малая линейная скорость развертки (до 200 м/сек), увеличение которой ограничивается техническими возможностями: необходима точная балансировка барабана, использование вакуума и т.п. Превзойти скорость 200 м/сек трудно, т.к. при более высоких скоростях происходит раздавливание эмульсионного слоя и разрушение пленки под действием центробежных сил. Кроме того, подобные устройства содержат сложные по конструкции и громоздкие узлы и детали, в частности сложные прецизионные оптические системы для фокусирования луча света на фотобумагу, сложную систему реле, выключающую лампы постоянного света в определенной последовательности для устранения наложения световой дорожки при повторных оборотах барабана и потери отметки на фотобумаге, сложные схемы поджига ламп-вспышек на импульсных трансформаторах и батареях емкостей. В приборах с вращающимся зеркалом используется узел синхронизации, необходимый для совмещения начала взрыва заряда с определенным положением зеркала относительно пленки, который представляет собой электрическую схему, работающую при напряжении 3000-5000 В. Барабан с фотобумагой или зеркало приводятся во вращение при помощи моторов, например асинхронных двигателей, и для точного определения линейной скорости развертки необходимо точно измерить число оборотов барабана или зеркала. Для регулирования и стабилизации скорости вращения барабана и для точного измерения числа его оборотов необходимо использовать дополнительно специальные методы и сложное оборудование. Все это ограничивает применение таких устройств в рамках лабораторных испытаний и делает их малопригодными для измерения времени срабатывания КДБИ, содержащих инициирующую маломощную УВТ, в условиях реального производства. Кроме того, такие приборы не обеспечивают высокой точности измерений (ошибка измерения времени распространения стационарного процесса детонации составляет 1%, а процесса, идущего с переменной скоростью 2,5%) из-за наличия комплекса факторов, оказывающих отрицательное влияние на точность измерения. В число этих факторов входят, в частности, инерционность схем поджига ламп-вспышек из-за наличия импульсного трансформатора (или инерционных реле, выключающих лампы постоянного света), невозможность добиться абсолютной балансировки барабана и стабильности скорости вращения барабана или зеркала, погрешность при измерении числа оборотов. Поскольку фронт детонации не является точкой, то временная кривая на фотобумаге имеет размытые края, что существенно влияет на точность измерения следа на фотобумаге в комплексе с погрешностью, которой обладают приборы, при помощи которых осуществляется измерение следа.

Существуют хронографические методы измерения скоростей взрывных процессов, в которых применяются устройства для измерения коротких промежутков времени (хронографы). Такие устройства регистрируют время, в течение которого исследуемый процесс (детонация, взрыв) проходит через две или большее число фиксированных точек. В частности, известно устройство, реализующее хронографический метод измерения скорости детонации взрывчатых веществ (ВВ) - метод Дотриша, основанный на использовании механических эффектов (механической энергии взрыва ВВ), которыми сопровождается детонация. В заряд исследуемого ВВ, инициируемого с одной из сторон, вводят на определенном расстоянии друг от друга два отрезка детонирующего шнура определенной длины с известной скоростью детонации. Детонирующий шнур в данном случае играет роль хронографа. Искомая скорость детонации ВВ рассчитывается по формуле, в которую входят параметры детонирующих шнуров (US 3528280 А, 15.09.1970, G01N 33/22, US 3572095 A, 23.03.1971, G01N 33/22).

Однако такие устройства невозможно применить для измерения времени срабатывания КДБИ, содержащих инициирующую маломощную УВТ, поскольку методы, реализованные в этих устройствах, предполагают использование энергии взрыва испытуемого ВВ для механического разрушения (полного или частичного) определенных деталей конструкции этих приборов. Время распространения детонационной волны по отрезку маломощной УВТ, входящей в состав КДБИ, является составной частью общего времени срабатывания КДБИ в целом. При детонации маломощных УВТ взрыв ВВ происходит исключительно внутри оболочки УВТ, поэтому полностью исключается разрушение энергией взрыва объекта, расположенного на любом расстоянии от УВТ, вплоть до непосредственного контакта. Другим недостатком указанных устройств является то, что их конструктивное исполнение не обеспечивает многоразовое использование, поскольку разрушенные элементы конструкции требуют полной замены для проведения последующих испытаний. Кроме того, такие устройства подвержены влиянию ряда факторов, снижающих точность измерения, поскольку они основаны на сравнении измеряемого времени распространения детонации с известным и постоянным временем распространения детонации в детонирующем шнуре. В этом случае точность зависит, прежде всего, от равномерности детонации шнура, точности измерения расстояния между точками, в которых в тестируемый объем ВВ введены отрезки детонирующего шнура (база), т.е. расстояния, на котором фактически измеряется время распространения детонации ВВ, от точности измерения расстояния между отметкой середины детонирующего шнура и отметкой места встречи детонационных волн отрезков шнура. Время распространения детонации в детонирующем шнуре измеряется с точностью 1,5-2%. База измеряется с точностью до 1 мм, точнее определить это расстояние трудно, т.к. вполне возможно осыпание ВВ у стенок гнезд. Возможная ошибка измерения расстояния между отметками равна примерно 2%, а максимальное значение относительной ошибки при определении времени распространения детонации этим методом равно ±4,5%.

Известно также устройство для определения времени распространения и скорости детонации ВВ, использующее электромагнитный эффект, которым сопровождается детонация. Тестируемый заряд ВВ размещается внутри полого цилиндра с одним открытым концом и инициируется при помощи детонатора. При распространении детонационной волны по заряду ВВ вдоль продольной оси цилиндра имеет место излучение электромагнитных волн на частотах мегагерцевого радиодиапазона, которое улавливается при помощи двух щелей, прорезанных в стенке цилиндра на фиксированном расстоянии друг от друга в направлении продольной оси цилиндра, т.е. по ходу распространения детонационной волны. Сигналы, наводимые на стенках щелей, через соответствующую электрическую схему подаются на входы осциллографа, на экране которого эти сигналы отображаются в виде импульсов положительной полярности, и по расстоянию между импульсами на экране осциллографа при выбранном масштабе развертки определяют время прохождения детонационной волной расстояния между щелями в цилиндре (US 3852994 А, 10.12.1974, C01L 5/14).

Такая система непригодна для измерения времени срабатывания КДБИ, содержащих инициирующую маломощную УВТ, поскольку мощность заряда ВВ в УВТ такова, что при распространении детонации в УВТ эффект излучения радиоволн либо отсутствует, либо мощность этого излучения настолько мала, что его невозможно зарегистрировать при помощи упомянутого прибора со щелевой антенной, следовательно измерять время распространения детонации по отрезку УВТ в составе КДБИ затруднительно. Еще одним весьма существенным недостатком этого устройства является то, что до проведения испытаний заранее неизвестно на каких частотах будет иметь место излучение и, тем более, на каких частотах оно будет иметь максимальную мощность. Поэтому в общем случае в стенке цилиндра необходимо выполнять не одну, а несколько пар щелей, причем каждая из пар должна быть настроена на свою частоту. Настройка щелей осуществляется путем заполнения их диэлектриком, что представляет определенную технологическую сложность. Причем нет никакой гарантии, что при детонации будет иметь место электромагнитное излучение хотя бы на одной частоте из тех, на которые настроены пары щелей, и мощность этого излучения будет иметь уровень, достаточный для того, чтобы его можно было зарегистрировать указанным прибором. Точность измерения в данном случае невысока по причине того, что время распространения детонационной волны определяется путем измерения расстояния между импульсами на экране осциллографа. Т.е. значение имеет быстродействие осциллографа, его разрешающая способность, ширина луча на экране. Точность измерений с использованием данного устройства не позволяет применять его для регистрации времени срабатывания КДБИ, содержащих инициирующую маломощную УВТ.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для определения скорости детонации маломощных детонирующих шнуров типа «волновод» со светопроницаемой оболочкой, в котором осуществляется измерение времени распространения детонационной волны внутри отрезка маломощной УВТ со светопроницаемой оболочкой. Устройство содержит два фотодатчика, расположенных на фиксированном расстоянии друг от друга, источник питания и хронограф, соединенные между собой, средства крепления волновода между фотодатчиками, инициирующее устройство. В качестве фотодатчиков использованы высокочувствительные фототранзисторы, рабочий диапазон которых лежит в области длин волн видимого излучения электромагнитного спектра, а в качестве хронографа цифровой электронный измеритель времени, запуск и остановка которого осуществляются сигналами от фотодатчиков, реагирующих на световое излучение проходящего над ними фронта детонационной волны внутри волновода, инициированного при помощи инициирующего устройства. Скорость детонации определяется как средняя скорость прохождения детонационной волной расстояния между фото датчиками (RU №2232388 С2, 10.07.2004, G01N 33/22).

Измерение времени срабатывания КДБИ с использованием известного устройства весьма сложно, поскольку конструктивное исполнение датчика, останавливающего хронограф, не рассчитано на работу с детонаторами, обладающими высокой разрушающей способностью, в отличие от маломощной УВТ, не оказывающей никакого разрушающего воздействия на окружающие объекты, что может привести к значительной погрешности при измерении времени срабатывания или невозможности его фиксации.

Технической задачей изобретения является создание устройства для измерения времени срабатывания капсюля-детонатора безынициаторного, содержащего в качестве проводника инициирующего импульса отрезок маломощного детонирующего шнура типа «ударно-волновая трубка» со светопроницаемой оболочкой.

Техническим результатом изобретения является обеспечение точного (относительная ошибка измерений ±2%) и надежного измерения времени срабатывания безынициаторных капсюлей-детонаторов, эффективного в условиях реального производства.

Технический результат достигается в двух вариантах устройства для определения времени срабатывания безынициаторного капсюля-детонатора, имеющего ударно-волновую трубку со светопроницаемой оболочкой в качестве проводника импульса от инициирующего устройства.

Вариант 1

Устройство содержит хронограф, фотодатчик запуска хронографа, реагирующий на излучение фронта детонационной волны, проходящего внутри ударно-волновой трубки после ее инициирования и пьезодатчик остановки хронографа, реагирующий на ударное воздействие при срабатывании капсюля-детонатора. Фотодатчик запуска хронографа расположен вблизи ударно-волновой трубки на расстоянии по ее длине не менее 30 см от инициирующего устройства и на расстоянии 1 м по ее длине от конца, закрепленного в капсюле-детонаторе. Пьезодатчик остановки хронографа расположен на металлической пластине, с противоположной стороны которой напротив него размещен капсюль-детонатор, причем толщина пластины в месте крепления датчика составляет 10-30 мм.

В качестве фотодатчика запуска хронографа может быть использован датчик с рабочим диапазоном в области длин волн, охватывающей видимую и инфракрасную части электромагнитного спектра.

Вариант 2

Устройство содержит хронограф, фотодатчик запуска хронографа, реагирующий на излучение фронта детонационной волны, проходящего внутри ударно-волновой трубки после ее инициирования, фотодатчик остановки хронографа, реагирующий на излучение при срабатывании капсюля-детонатора. Фотодатчик запуска хронографа расположен вблизи ударно-волновой трубки на расстоянии по ее длине не менее 30 см от инициирующего устройства и на расстоянии 1 м по ее длине от конца, закрепленного в капсюле-детонаторе. Фотодатчик остановки хронографа расположен вблизи капсюля-детонатора, помещенного в металлическую втулку, в которой выполнена щель шириной не менее 5 мм и длиной 3-10 мм.

В качестве фотодатчика запуска хронографа может быть использован датчик с рабочим диапазоном в области длин волн, охватывающей видимую и инфракрасную части электромагнитного спектра.

В качестве фотодатчика остановки хронографа может быть использован датчик с рабочим диапазоном в области длин волн, охватывающей видимую и инфракрасную части электромагнитного спектра.

Фотодатчик остановки хронографа может быть снабжен защитным экраном от осколков при срабатывании капсюля-детонатора.

Изобретение поясняется следующими чертежами.

Фиг.1 - схематическое изображение устройства для определения времени срабатывания безынициаторного капсюля-детонатора, имеющего ударно-волновую трубку со светопроницаемой оболочкой в качестве проводника импульса от инициирующего устройства.

Фиг.2 - схематическое изображение размещения пьезодатчика остановки хронографа в устройстве по варианту 1.

Фиг.3 - схематическое изображение размещения фотодатчика остановки хронографа в устройстве по варианту 2.

На фиг.1 позициями обозначены:

1. капсюль-детонатор

2. ударно-волновая трубка

3. инициирующее устройство, посредством которого осуществляется инициирование УВТ

4. хронограф

5. датчик запуска хронографа

6. точка начала отсчета при запуске хронографа

7. датчик остановки хронографа

8. блок питания датчиков

9. помехозащищенные линии связи

10. взрывозащитный корпус

11. отверстие для УВТ

12. отверстие для прохода излучения от фронта детонационной волны

13. испытательная камера

14. направление движения фронта детонационной волны

На фиг.2 позициями обозначены:

1. капсюль-детонатор

2. ударно-волновая трубка

16. пьезодатчик остановки хронографа

15. металлическая пластина

- толщина металлической пластины в месте крепления пьезодатчика

На фиг.3 позициями обозначены:

1. капсюль-детонатор

2. ударно-волновая трубка

17. втулка

18. щель для прохода излучения, возникающего при срабатывании капсюля-детонатора

19. экран

20. фотодатчик остановки хронографа

А - одно из возможных положений фотодатчика остановки хронографа

В - одно из возможных положений фотодатчика остановки хронографа

а - ширина щели

с - длина щели.

Время срабатывания капсюля-детонатора, имеющего ударно-волновую трубку со светопроницаемой оболочкой в качестве проводника импульса от инициирующего устройства, в данном случае является суммой времени распространения детонационной волны по отрезку инициирующей УВТ на участке от заранее определенной точки на этом отрезке до конца отрезка, закрепленного в гильзе КД, и времени срабатывания собственно самого детонатора, определяемое как время, прошедшее с момента подачи в детонатор инициирующего импульса от УВТ до момента механического разрушения корпуса гильзы детонатора в результате детонации имеющегося внутри детонатора заряда ВВ. Длина отрезка инициирующей УВТ и положение на нем точки, с которой начинается отсчет времени распространения детонационной волны по отрезку, выбираются таким образом, чтобы расстояние от этой точки до конца отрезка, закрепленного в гильзе КД, составляло 1 м. При этом расстояние от этой точки до другого, свободного, конца отрезка, с которого начинается его инициирование, должно составлять не менее 30 см, что необходимо для достижения процессом детонации максимальной устойчивости после инициирования ВВ в УВТ перед началом измерения.

Измерение этого интервала времени осуществляется хронографом, представляющим собой прецизионный измеритель временных интервалов и управляемым сигналами от датчиков, регистрирующих моменты начала и окончания отсчета времени. Моментом начала отсчета времени срабатывания является момент прохождения фронтом детонационной волны внутри отрезка УВТ после его инициирования точки начала отсчета, а моментом окончания отсчета - момент разрушения корпуса гильзы детонатора в результате срабатывания внутреннего заряда ВВ.

Момент начала отсчета времени регистрируется первым датчиком, сигнал от которого запускает хронограф. Первый датчик представляет собой фотодатчик, в котором в качестве чувствительного элемента используется высокочувствительный фотоприемник, рабочий диапазон которого лежит в области длин волн, соответствующей видимой или инфракрасной части электромагнитного спектра. Датчик включается при прохождении фронта детонационной волны над ним и попадании при этом на его чувствительный элемент мощного электромагнитного излучения, имеющего место при распространении детонационной волны вдоль заряда ВВ внутри УВТ.

Момент окончания отсчета времени срабатывания КД регистрируется вторым датчиком, сигнал от которого останавливает хронограф, и на индикаторе последнего фиксируется и отображается измеренный интервал времени. Поскольку разрушение корпуса гильзы детонатора при срабатывании внутреннего заряда ВВ сопровождается рядом физических процессов, то момент окончания отсчета времени срабатывания КД возможно фиксировать несколькими способами, применяя в качестве второго датчика датчики различных типов, а именно:

1. Пьезодатчик - вибропреобразователь, реагирующий на механическое ударное воздействие, имеющее место при срабатывании КД и разрушении корпуса его гильзы вследствие детонации внутреннего заряда ВВ. Причем экспериментально установлено, что максимальная точность и надежность работы этого вида датчиков достигаются при его расположении на металлической пластине, с противоположной стороны которой размещен капсюль-детонатор, и оптимальной толщине пластины в месте крепления датчика =10-30 мм. При использовании более тонкой пластины она приходит в негодность после однократного применения либо вносит серьезную погрешность в измерение. Использование более толстой пластины нецелесообразно в виду ухудшения чувствительности датчика и увеличения погрешности измерения.

2. Фотодатчик, чувствительным элементом которого является высокочувствительный фотоприемник, рабочий диапазон которого лежит в области длин волн, соответствующей видимой или инфракрасной части электромагнитного спектра, реагирующий на электромагнитное излучение с соответствующими длинами волн электромагнитного спектра, имеющее место при срабатывании КД и разрушении корпуса его гильзы вследствие детонации внутреннего заряда ВВ. В ходе экспериментальных исследований установлено, что максимальная точность и надежность работы этого вида датчиков достигаются при размещении его вблизи капсюля-детонатора, помещенного в металлическую втулку, в которой выполнена щель шириной а не менее 5 мм и длиной с 3-10 мм вдоль капсюля-детонатора. Втулка защищает датчик от крупных осколков, а также ограничивает поступление излучения при срабатывании капсюля-детонатора посредством щели указанных размеров. Увеличение геометрических размеров щели (а, с) приводит к увеличению погрешности измерения, а уменьшение - ведет к снижению чувствительности данного метода при использовании известных фотодатчиков. Причем фотодатчик может быть размещен с обеспечением возможности его реагирования на излучение, возникающее при срабатывании капсюля-детонатора, как напротив щели, так и в любом пространственном положении вблизи капсюля-детонатора, помещенного во втулку (см. фиг.3: А, В). Для защиты от осколков капсюля-детонатора фотодатчик может быть снабжен защитным экраном, например, в виде металлической сетки.

Устройство функционирует следующим образом (см. фиг.1). Инициирующее устройство 3 инициирует отрезок УВТ 2. У ВТ проходит через канал 11 во взрывозащитном корпусе 10 фотодатчика 5. Фронт детонационной волны, распространяясь по внутреннему каналу УВТ в направлении, указанном стрелкой 14, проходит точку начала отсчета времени срабатывания 6 над отверстием 12 взрывозащитного корпуса 10 фотодатчика 5. Излучение (световое или инфракрасное в зависимости от типа фотоприемника фотодатчика) от фронта детонационной волны попадает через отверстие 12 на центр чувствительной зоны чувствительного элемента фотоприемника датчика 5. Электрическая схема фотодатчика преобразует определенным образом сигнал от фотоприемника и вырабатывает управляющий сигнал для запуска хронографа 4, который передается на запускающий вход хронографа («ПУСК») по соответствующей линии связи 9. Хронограф 4 начинает отсчет времени срабатывания КДБИ. Далее детонационная волна, пройдя по всему отрезку УВТ 2, инициирует заряд ВВ внутри детонатора 1, при срабатывании которого датчик 7, в зависимости от его типа и выбранного типа воздействия на него, выдает сигнал, преобразуемый электрической схемой датчика в управляющий сигнал для остановки хронографа 4 и передаваемый на останавливающий вход хронографа («СТОП») по соответствующей линии связи 9. Сигнал от датчика 7 останавливает хронограф 4, который фиксирует значение времени срабатывания КДБИ, равного интервалу времени от момента прохождения фронтом детонационной волны во внутреннем канале отрезка УВТ 2 точки начала отсчета 6 до момента срабатывания детонатора 1, фиксируемого датчиком 7.

Путем тщательного подбора элементов электрических схем датчиков 5 и 7, а также хронографа 4 по чувствительности входов, можно добиться того, что задержка распространения сигналов от датчиков 5 и 7 до входов хронографа будет одинаковой по обоим каналам, тогда погрешности измерения, связанные с инерционностью датчиков и входных цепей хронографа, будут скомпенсированы. В этом случае основной погрешностью измерения будет ошибка в определении положения на отрезке УВТ точки начала отсчета 6, а если учесть, что длину инициирующего отрезка УВТ 2 и положение точки начала отсчета 6 на нем можно определить очень точно, то измеренная погрешность метода будет мала (±2%)

Таким образом, изобретение позволяет в условиях реального производства при помощи двух раскрытых выше вариантов устройств производить точные и надежные измерения времени срабатывания безынициаторного капсюля-детонатора, имеющего ударно-волновую трубку со светопроницаемой оболочкой в качестве проводника импульса от инициирующего устройства.