一种用于电子雷管的电点火头的研究 .pdf

ｄｏｉ１０. ３９６９/ ｊ. ｉｓｓｎ. １００１-８３５２. ２０１６. ０２. ０１０ 一种用于电子雷管的电点火头的研究 ❋ 王文斌① 王兴平① 张 阳② ①贵州盘江民爆有限公司贵州贵阳,５５１４００ ②北京科技大学土木与环境工程学院北京,１０００８３ [摘 要] 针对电点火头发火一致性差而影响电子雷管精度的问题,设计了点火头发火电压、发火时间的测试电 路系统,研究了 ＬＤＮＰ二硝基酚铅系不同桥丝直径的点火头发火电压和发火时间的一致性。 结果表明在一定范 围内,该点火头发火电压、发火时间及发火时间标准偏差随桥丝直径的减小而减小；当桥丝直径减小至 １６ μｍ 时, 发火电压波动较大,出现瞎火；１８ μｍ 桥丝直径的点火头,其发火电压一致性较好,其发火时间标准偏差较小,能满 足电子雷管性能的要求。 [关键词] 电子雷管；点火头；发火一致性 [分类号] ＴＱ５６５ 引言 随着微电子技术的发展,国内外对电子雷管进 行了大量的研究[１-３],因其具有优越的性能在越来越 多的爆破工程中得到应用[４-６]。 电子雷管电子芯片 取代了普通电雷管铅芯延期体,延期精度大大提高, 其延期误差主体由铅芯延期体转换为点火头[７]。 目前电雷管使用的电点火头秒量漂移大[７],无法满 足电子雷管性能需求。 本文采用 ＬＮＤＰ二硝基酚 铅系点火药剂制作点火头,设计点火头发火电路, 测试发火电压和发火时间,研究其发火效果。 １ 试验准备 １. １ 点火头 点火头的药剂选用 ＬＤＮＰ、氧化剂和锆粉的混 合物,用硝化棉溶液混合后备用。 点火头为刚性,桥 丝直径选择２２、２０、１８ μｍ 以及１６ μｍ。 不同时间点 混制点火药剂多批,每批点火药剂配方相同,选用不 同桥丝直径的刚性点火头沾药,烘干备用。 １. ２ 试验装置 点火头发火时间测试装置如图 １ 所示,点火头 发火时间检测电路如图 ２ 所示。 图 １ 中点火头的激 发部分,断开 Ｓ２,闭合 Ｓ１,此时电源给电容器 Ｃ１充 电；断开 Ｓ１,闭合 Ｓ２,此时电容器 Ｃ１的电能释放,激 发点火头；当开关 Ｓ２闭合时,电信号被示波器记录, 从通电到桥丝断裂,电信号通过通道 １＃输入示波 器。 图 １ 中点火头发火过程中的信号处理电路是利 用集成电路信号放大器将电信号放大,由通道２＃输 入示波器。 开关 Ｓ２闭合时刻为 ｔ１,点火头发火时间 为 ｔ２,ｔ１与 ｔ２之差即为点火头的激火时间。 调节电 源电压,运用升降法记录点火头的发火电压。 ２ 试验结果分析 ２. １ 理论分析 图 １ 点火头发火时间检测电路图 Ｆｉｇ. １ Ｔｅｓｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｓｅ ｈｅａｄ 图 ２ 点火头发火时间检测电路板 Ｆｉｇ. ２ Ｔｅｓｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｓｅ ｈｅａｄ .３４.２０１６ 年 ４ 月 一种用于电子雷管的电点火头的研究 王文斌,等 ❋ 收稿日期２０１５-０９-１３ 作者简介王文斌１９８８ ,男,硕士研究生,主要从事民用爆破器材研究。 Ｅ-ｍａｉｌ５１１１７５６７０＠ ｑｑ. ｃｏｍ 根据比热容定义,桥丝吸收的热量 Ｑ吸＝ ｍｃΔＴ,得出 桥丝温升与桥丝直径关系,桥丝温升与桥丝直径平 方成反比,如式１所示。 当桥丝直径减小时,桥丝 达到一定温度所需的能量减小。 ΔＴ ＝ ４Ｑ吸 Ｌρｃπｄ２。 １ 式中ΔＴ 为桥丝温升；Ｑ吸为桥丝吸收的热量；Ｌ 为 桥丝长度；ρ 为桥丝密度；ｃ 为桥丝比热容；ｄ 为桥丝 直径。 图 １ 中,激发点火头的电容器 Ｃ１充电能量为 Ｑ,由焦耳楞次定律得 Ｑ ＝１/２ＣＵ２,点火头发火则需 满足 Ｑ吸≥Ｑ。 桥丝直径减小,点火头发火电压减 小。 当桥丝直径减小到一定值时,桥丝温升过快,达 到熔断时间极短,导致电容能量输出减小,点火药剂 获得的热量低于其激发能,点火头瞎火。 因此,电 容、电压与点火头桥丝直径应有较好的匹配性。 ２. ２ 点火头发火电压 对不同桥丝直径的点火头发火电压进行检测, 处理试验结果,计算不同批次点火头的标准偏差 Ｓ、 ５０％发火电压 Ｘ０. ５、不发火电压 Ｘ０. ０００ １、百 分之百发火电压 Ｘ０. ９９９ ９,并作图。 图 ３ 图 ６ 为不同直径点火头的发火电压。 可 以看出,同种直径、不同批次的点火头的发火参数有 所差异,虽然桥丝直径和药剂配方相同,但不同批次 药剂混药均匀性、温度以及沾药工艺等方面有所差 异,导致相同直径点火头的发火电压有所差异。 ２２ μｍ 和２０ μｍ 桥丝直径点火头的发火电压参 数有明显波动,如图 ３、图 ４ 所示；１８ μｍ 桥丝直径 点火头的发火电压参数最为稳定,发火一致性好,发 火电压标准偏差较小,如图 ５ 所示；１６ μｍ 桥丝直径 点火头的发火电压参数波动最大,发火电压标准偏 差大,如图 ６ 所示。 随着桥丝直径减小,点火头感度增加,发火电压 减小。当桥丝直径减小至１６ μｍ时,桥丝熔断时间 图 ３ ２２ μｍ 桥丝直径点火头发火电压 Ｆｉｇ. ３ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｓｅ ｈｅａｄ ｗｉｔｈ ａ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｒｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ ２２ μｍ 图 ４ ２０ μｍ 桥丝直径点火头发火电压 Ｆｉｇ. ４ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｓｅ ｈｅａｄ ｗｉｔｈ ａ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｒｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ ２０ μｍ 图 ５ １８ μｍ 桥丝直径点火头发火电压 Ｆｉｇ. ５ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｓｅ ｈｅａｄ ｗｉｔｈ ａ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｒｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ １８ μｍ 图 ６ １６ μｍ 桥丝直径点火头发火电压 Ｆｉｇ. ６ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｓｅ ｈｅａｄ ｗｉｔｈ ａ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｒｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ １６ μｍ 很短,此时输入到桥丝的能量有限,并不能保证点火 药剂正常发火。 且桥丝直径减小,其生产工艺要求 高,桥丝直径和电阻率一致性变差,导致其发火电压 波动较大,发火一致性不理想。 ２. ３ 点火头发火时间 点火头的电容为 Ｃ１,发火电压为 １０ Ｖ,测得不 同桥丝直径点火头的发火时间如图 ７ 所示。 图 ７ 中,随着桥丝直径的减小,点火头的平均发火时间减 小,发火时间标准差减小。 当桥丝直径减小到 １６ μｍ 时,出现瞎火。 当桥丝直径为 １８ μｍ 时,点火头 发火时间最小,为 ２. ２４ ｍｓ,标准差小于 １ ｍｓ。 .４４. 爆 破 器 材 Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ 第 ４５ 卷第 ２ 期 图 ７ 不同桥丝直径点火头发火时间 Ｆｉｇ. ７ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｓｅ ｈｅａｄ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｒｅ ｄｉａｍｅｔｅｒｓ ３ 结论 用设计的电路系统对 ２２、２０、１８ μｍ 和 １６ μｍ 桥径的 ＬＤＮＰ 系电点火头进行发火电压和发火时间 测试,并进行分析,得到以下结论 １１８ μｍ 桥丝直径的点火头的发火时间标准差 小,发火电压一致性好,满足电子雷管性能要求。 ２一定范围内,发火电压、发火时间及发火时 间标准差随桥丝直径的减小而减小。 当桥丝直径减 小至 １６ μｍ 时,桥丝熔断时间很短,输入点火头能 量减少,且桥丝直径减小,其直径和电阻率一致性变 差,发火电压和发火时间波动偏大。 ３点火头发火电压一致性与发火时间一致性 相对应,均能反映电子雷管用电引火头发火一致性。 参 考 文 献 [１] 玉团英,吕国栋,张梅红,等. 电子雷管引火元件专用 点焊机的工艺参数与工装设计[Ｊ]. 爆破器材,２０１４, ４３５４５-５０. ＹＵ Ｔ Ｙ,Ｌ Ｇ Ｄ, ＺＨＡＮＧ Ｍ Ｈ,ｅｔ ａｌ. Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｐａ- ｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｐｏｔ ｗｅｌｄｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅｔｏｎａｔｏｒ ｆｌａｓｈ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ[Ｊ]. Ｅｘ- ｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ,２０１４,４３５４５-５０. [２] 潘涛,陈辉峻,赵明生,等. 数码电子雷管延时精度误 差影响因素及改进措施研究[Ｊ]. 爆破,２０１４,３１２ １３５-１３８. ＰＡＮ Ｔ,ＣＨＥＮ Ｈ Ｊ,ＺＨＡＯ Ｍ Ｓ,ｅｔ ａｌ. Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｉｎｆｌｕｅｎ- ｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ａｃｃｕｒａｃｙ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅｔｏｎａｔｏｒ[Ｊ]. Ｂｌａｓｔｉｎｇ, ２０１４,３１２ １３５-１３８. [３] ＥＷＩＣＫ Ｄ Ｗ, ＷＡＬＳＨ Ｂ Ｍ. Ｉｎｉｔｉａｔｏｒ ｗｉｔｈ ｌｏｏｓｅｌｙ ｐａｃｋｅｄ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｃｈａｒｇｅ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａｓｓｅｍｂｌｙ ＵＳ６４０８７５９Ｂ１ [Ｐ]. ２００２-０６-２５. [４] 杨仁树,车玉龙,孙强,等. 城市地铁电子雷管爆破降 振技术试验研究[Ｊ]. 岩石力学与工程学报,２０１４,３３ 增刊 ２３７４１-３７４９. ＹＡＮＧ Ｒ Ｓ, ＣＨＥ Ｙ Ｌ,ＳＵＮ Ｑ,ｅｔ ａｌ. Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｔｈ ｄｉｇｉｔａｌ ｄｅｔｏｎａｔｏｒ ｉｎ ｕｒｂａｎ ｓｕｂｗａｙ [Ｊ]. Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｏｃｋ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ,２０１４,３３Ｓｕｐｐｌ. ２３７４１- ３７４９. [５] 李东涛,颜景龙,姚浩辉,等. 电子雷管在山体松动爆 破工程中的应用[Ｊ]. 工程爆破,２０１２,１８３１００-１０２. ＬＩ Ｄ Ｔ,ＹＡＮ Ｊ Ｌ,ＹＡＯ Ｈ Ｈ, ｅｔ ａｌ. 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Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｇｕｉｙａｎｇ,５５１４００ ②Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ,Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｂｅｉｊｉｎｇ, １０００８３ [ＡＢＳＴＲＡＣＴ] Ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｏｏｒ ｉｇｎｉｔｉｎｇ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ ｏｆ ｆｕｓｅ ｈｅａｄ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅｔｏｎａｔｏｒ, ａ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｅｓｔｉｎｇ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｕｓｅ ｈｅａｄ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ. Ｉｇｎｉｔｉｎｇ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ ｏｆ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｕｓｅ ｈｅａｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬＤＮＰ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｒｅ ｄｉａｍｅｔｅｒｓ ｗａｓ ｔｅｓｔｅｄ. Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ, ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｒｅ ｄｉａｍｅ- ｔｅｒ ｔｏ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｒａｎｇｅ. Ｗｈｅｎ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｒｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｏ １６ μｍ, ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａ ｌａｒｇｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ, ａｎｄ ｂｌｉｎｄ ｆｉｒｅ ａｐｐｅａｒｓ. Ｆｕｓｅ ｈｅａｄ ｗｉｔｈ ａ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｒｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ １８ μｍ ｈａｓ ａ ｂｅｔｔｅｒ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ ｏｆ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ ｓｍａｌｌｅｒ ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅ, ｗｈｉｃｈ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅｔｏｎａｔｏｒ. [ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ] ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅｔｏｎａｔｏｒ； ｆｕｓｅ ｈｅａｄ； ｉｇｎｉｔｉｎｇ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ .５４.２０１６ 年 ４ 月 一种用于电子雷管的电点火头的研究 王文斌,等