基于检测爆破网络电阻和主电容电压的发爆器的

摘　要：在普通电容式发爆器的基础上，用ATMEGA8L单片机研制出了能自动显示爆破网络电阻和主电容电压的发爆器。该发爆器具有操作简单，指示明确，性能稳定，造型美观等优点。

关键词：爆破网络电阻；主电容电压；工作原理

一、引言
　　目前，我国煤矿生产建设的机械化程度不断提高，但是由于生产工艺、设计要求、地质条件等方面的原因，作为传统的作业方法，爆破在当前和今后相当长的时期内仍是煤矿生产建设的重要手段之一。
　　传统的煤矿用发爆器多为电容式发爆器的系列产品。这类发爆器在实际使用中存在一些缺陷，大致可归纳为：
     （一）大部分厂家生产的发爆器没有导通测量功能，致使放炮时有漏炮现象，留下事故隐患甚至个别放炮员在井下违章使用发爆器导线短路作导通测量，产生的电火花，直接引起瓦斯、煤尘爆炸事故或火灾事故；
     （二）如果充电回路损坏或主电容未连到主板会存在假充电现象，放炮员不能直观地了解发爆器的充电情况，致使发爆器充电不足而不能正常工作或充电时间过长而被损坏；
     （三）都不能满足国家《煤矿安全规程》2004版第三百三十六条规定：“每次爆破作业前，爆破工必须做电爆网路全电阻检查。”对矿用发爆器要求。
　　为了满足煤矿安全生产的需要，我研制了一种基于单片机自动显示爆破网络电阻和主电容电压的电容式发爆器，这种发爆器是在原普通电容式发爆器的基础上研制成功的，与传统的发爆器相比，该新型发爆器增加了两项新颖的功能，即：
　　（一）电阻值检查功能，放炮前可自动测量负载回路的电阻值，由回路电阻检测值与回路电阻设计值的偏差可判断是否存在有联接不牢固或开路现象；
　　（二）主电容电压检测功能，在发爆器充电过程中会显示主电容当时的电压值，使放炮员清楚的了解发爆器的工作状态。
　　此外，该产品采用微型电子元件，误差小，耗电量小，与原来的电容式发爆器相比，重量轻，体积小。

二、ATMEGA8L芯片设置
      ATMEGA8L单片机有28脚，其中第一脚为复位脚，当接收到低电平时复位，为了不让单片机复位所以要接高电平，能过串接1K电阻接到电源电压，同时接47μF电容到地。数码管显示采用动态打描方式，其中第2 、3、4、5、6、11、12、13脚为数码管的段控制端，第16、17、18、19脚为数码管的位控制端，7脚为电源VCC，8脚为地GND，9脚10脚接4M晶振，同时分别接30PF磁片电容再接地，20脚为A/D转换的电源端，接到VCC端，再接104磁片到地，21脚为A/D转换器的基准源，在这里选用片内的2.56V为基准源，22脚为A/D转换器的接地端，接地即可，23脚为测量网络电阻时的电压采样输入端，24脚为测量主电容电压时的电压采样输入端。
      当单片机通电后，即可测量网络电阻的阻值，如果不测量网络电阻的阻值，而是把发爆器开关打到“充电”位置充电，即可显示主电容的电压值，测量功能自动转换，不需人工控制，使用非常方便，同时节省了很多元件资源。
三、工作原理
      （一）显示电路：
　　1.当发爆器接通电源后，显示屏显示“---1”，此时即可检测放炮网络的电阻值，将放炮网络的两端接到电阻检测的两个端子上，LM334恒流源的电流乘以被测电阻即得一个电压值，将这个电压值送给单片机，经单片机A/D转换处理，最后将被测电阻的阻值送到显示屏显示；
　　2.当发爆器接通电源后，显示屏显示“---1”，此时如果将发爆器开关转到充电位置，显示电路中的分压电阻将主电容的电压采样，并将这个电压送给单片机，经单片机A/D转换处理，显示屏就会显示主电容的电压值，当发爆器充电结束，显示屏上的数值就是最终主电容的电压值；
　　(二)主电路：
　　由高频电压发生电路、高频变压器、倍压及快速整流电路、CBB型大容量高耐压无极性电容、电压指示电路组成，当开关转到充电位置，便接通电源，高频电压发生电路开始工作，高频变压器二次线圈输出的高压经快速二极管整流给主电容充电，主电容电压达到峰值电压时，“充电”（准爆）灯亮，此时若放炮员将操作钥匙旋至“放炮”位置，则可起爆电雷管。在发爆器输出起爆电流的同时，开关电路接通4ms限时机械开关，经小于4ms短时间的机械接点，输出高电位，主电容输出能量后，由泄放电阻将其残余能量释放。
四、发爆器的主要性能指标
　　在有甲烷气体混合物和煤尘爆炸危险的煤矿井下（起爆时按“煤矿安全规程”规定的条件下起爆）。
　　　海拔不超过1000m。
　　　环境大气压力：80~106kpa。
　　　环境大气温度：0℃~＋40℃。
　　　周围空气相对湿度：不大于95％（在25℃时）。
　　　在无破坏金属及绝缘的气体和蒸汽的环境中。
　　　引爆能力：200发雷管；
　　　峰值电压：2870V；
　　　允许最大负载电阻：1220Ω；
　　　电源：高容量1号电池4节，开路电压6V；
　　  引燃冲量：≥8.7A?ms，≤12.0A?ms；
　　  供电时间：≤4ms；
　　  充电时间：≤20s；
　　  测量阻值范围：1～1999Ω；
五、结论
      这种能自动检测爆破网络电阻和主电容电压的电容式发爆器系在原有电容式发爆器的基础上，采用了单片机编程技术，集电阻值检查、导通检查、主电容电压检测和起爆等功能为一体。由于该发爆器电路设计和结构设计合理、技术先进，在保证优良的起爆性能前提下，实现了体型结构小型化和轻量化。爆前能自动网络全电阻值，充电过程显示主电容电压值，满足了《煤矿安全规程》对矿用发爆器的有关要求，有利于保证起爆可靠性，提高爆破效率。
　　经检验，该发爆器在防爆性能和仪表性能方面均符合国家有关标准的规定和要求。各项功能发挥正常，为井下爆破作业提供了一种安全、高效、使用方便的新型发爆器。
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