可编程电子延期雷管研究

摘要

随着爆破技术的发展，尤其是微差爆破技术的广泛应用，对雷管的延时精度要求越来越高。如何提高雷管的延时精度也成为一个急需解决的问题。在上个世纪八十年代，国外相关专家和研究机构研制出了新一代雷管——电子雷管。经过20多年的发展和改进，电子雷管在国外尤其是南非等矿业较发达国家已经得到广泛应用，也取得非常好的效果。我国在该领域也是从上个世纪开始进行研究，但是到目前为止，还没有十分满意的产品出现。我国目前仅在三峡外围围堰拆除爆破中应用这一高新技术，但是所使用雷管全部依赖进口。因此，我们必须开展电子雷管技术研究，打破国外垄断。本文参阅了大量的资料，从当前电子延期雷管的发展历史和研究状况出发，研究了电子延期雷管的基本原理和内部结构设计方法。利用单片机实现内部延期控制，并在选取单片机作为控制单元之上，采用了多层陶瓷电容作为储能电容实现雷管的稳定可靠起爆。主要研究成果如下： 1)电子延期雷管内部构件(微型控制单元之外)设计： (1)点火药头重量选取8～10mg，点火药头可燃剂选择硫化锑；基药的配比为氯酸钾：硫化锑：KB药=3：1：0．5；选用聚乙烯醇和聚醋酸乙烯乳胶的混合物作粘合剂： (2)桥丝材料选用6J20(软)型镍铬合金丝： (3)起爆药选择性能稳定的BNCP材料作为起爆药药剂。 2)考虑到电子雷管的安全因素，分析了如何减少静电和杂散电流对对雷管的影响3)电子延期雷管延期体的设计： (1)选用AT89C2051单片机作为电子延期雷管延期体的微型控制单元： (2)选用美国Xicor公司的EEPROM芯片X25045作为存储数据的串行EEPROM存储器; (3)采用内部振荡器作为定时元件，利用软件和硬件匹配来实现精确延时： (4)采用Dell PowerEdge 1500SC 5V Regulator Module OM495电压调节模块来提供稳定和足够的起爆能量： (5)采用韩国三星公司生产的X5R/X7R Ⅱ类材质100pF多层陶瓷贴片电容作为储能电容，使雷管稳定起爆。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1选题背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3存在的问题和不足

1.3.1价格问题

1.3.2工业化生产问题

1.4研究目标和研究内容

1.4.1研究目标

1.4.2研究内容

第2章微差爆破理论及爆破器材

2.1微差爆破理论

2.1.1微差爆破概念及发展

2.1.2微差爆破需要解决的问题

2.2普通火药微差延时雷管

2.2.1毫秒延期电雷管

2.2.2非电毫秒延期雷管

2.3普通延期雷管的延时精度

2.3.1延期药组成成分及其性能

2.3.2延期药药芯密度的影响

2.3.3延期体的制造工艺

2.3.4延期雷管结构方面的影响

2.3.5环境温度和气压对延期雷管的影响

2.4延期雷管难以解决的问题

2.4.1延期药秒量漂移现象

2.4.2延期药批次之间的秒量稳定性问题

2.4.3环境因素

2.5本章小结

第3章系统总体设计方案

3.1电子延期雷管系统构件

3.2电点火头元件

3.2.1电点火头对毫秒延期电雷管的影响

3.2.2点火药头重量对延期秒量的影响

3.2.3电流强度对点火药头发火时间的影响

3.2.4电点火元件点火药剂成分选择

3.3桥丝结构讨论

3.3.1桥丝材料

3.3.2桥丝尺寸

3.4起爆药的选择

3.5静电对桥丝式电火工品的影响及处理

3.5.1火工品中静电的形式

3.5.2影响人体静电的因素

3.5.3静电的处理

3.6射频及杂散电流等因素对雷管的影响和处理

3.7本章小结

第4章电子雷管延期体设计

4.1硬件内部结构器件

4.2工作原理

4.3延期体硬件系统设计

4.3.1微处理器选择

4.3.2存储器电路

4.3.3振荡器电路

4.3.4复位电路

4.3.5单片机定时方式选择

4.3.6电压调节电路

4.3.7储能电容的选择

4.3.8执行级电路

4.3.9通讯接口

4.4硬件原理图

4.5软件

4.5.1程序框图

4.5.2软件实现

4.6电子雷管相关参数

4.6.1电子雷管内部结构尺寸

4.6.2电子雷管精度

4.6.3电子雷管价格

4.7电子雷管安全性分析

4.8电子雷管及起爆系统

4.8.1编码器

4.8.2起爆器

4.9本章小结

第5章结论与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

研究生期间发表的学术论文

致 谢