Устройство лазерного инициирования горения и детонации
Полезная модель относится к области взрывных технологий и может быть использована в горном деле, строительстве, геофизике, взрывообработке металлов и т.д. Цель разработки - снижение потерь энергии лазерного излучения для инициирования взрывчатых веществ, снижение себестоимости изготовления взрывного устройства с использованием маломощных полупроводниковых лазеров и устранением оптических элементов, упрощение эксплуатации.
Устройство лазерного инициирования горения и детонации, имеющее низкую себестоимость, отсутствие оптических элементов, простоту в эксплуатации содержит: блок питания; полупроводниковый лазер со встроенным оптоволокном, передающим на значительные расстояния (20
30 м) потоки излучения малой относительной мощности (1050 Вт/см2); комбинированную оптическую розетку, передающую в отрезок оптоволокна относительную мощность излучения большой величины (100500 Вт/см2); гильзу, в которой помещены легко воспламеняющиеся и детонирующие вещества; амортизатор, ориентирующий положение торца оптоволокна перпендикулярно поверхности легко воспламеняющегося вещества.
Полезная модель относится к области взрывных технологий и может быть использована в горном деле, строительстве, геофизике, взрывообработке металлов и т.д.
Известно устройство для передачи лазерных импульсов к оптическим детонаторам [1]. Взрыв групп оптических детонаторов в заданной последовательности проводится при минимальной длине световодов. Устройство для передачи лазерных импульсов к оптическим детонаторам включает подрывные элементы с оптическими детонаторами, связанные через световоды с источником лазерного излучения. Он выполнен в виде импульсного твердотельного или полупроводникового лазера. Устройство снабжено котировочным газовым лазером, оптической трубой, а также коммутирующим устройством, состоящим из прямоугольной призмы с механизмом ее вращения с заданной частотой. Также имеются блоки контроля и регулирования частоты вращения прямоугольной призмы и оптических линз. При этом котировочный газовый лазер оптически связан с прямоугольной призмой через активный элемент твердотельного лазера. В фокусе оптических линз размещены входные торцы световодов от оптических детонаторов подрывных элементов. Данное выполнение устройства позволяет посылать импульсы от твердотельного лазера к определенным группам оптических детонаторов через заданные промежутки времени. За счет наличия воздушного промежутка между прямоугольной призмой и оптическими линзами существенно сокращается длина световодов.
Недостатком данного устройства является сложность юстировки оптической системы, высокая стоимость его изготовления из-за наличия большого числа элементов и их юстировки при выполнении компоновки. Стоимость взрывного устройства существенно возрастает из-за наличия в системе одноразового использования большого числа оптических элементов.
В качестве прототипа предлагаемой модели было выбрано устройство лазерного инициирования и детонации [2], работа которого осуществляется следующим образом. Оно включает блок питания лазерной системы, фокусирующую оптическую систему, устройство передачи энергии лазерного излучения к детонатору. Его отличие от ранее известных устройств состоит в том, что используется полупроводниковый лазер, запуск которого проводится через блок кодировки сигнала. Блок кодировки сигнала обеспечивает защиту устройства от несанкционированного инициирования взрыва. Блок питания лазерной системы обеспечивает работу полупроводникового лазера. Поток мощного импульсного лазерного излучения фокусируется оптической системой и поступает на устройство передачи энергии к детонатору или пиропатрону. Через входной участок оптоэлектронной системы излучение поступает в оптоволокно и достигает входного фокусирующего участка. Детонация воспламеняющегося вещества с повышенной чувствительностью к лазерному излучению, инициируется сфокусированным потоком излучения в корпусе детонатора или пиропатрона.
Однако данное устройство для инициирования детонации взрывчатого вещества излучением использует дорогостоящий мощный импульсный полупроводниковый лазер. Поток лазерного излучения проходит через одноразовую в использовании оптическую систему и оптоволокно с большой потерей величины мощности. Фокусировка излучения внутри детонатора или пиропатрона проводится с незначительной точностью фиксации фокального положения относительно поверхности вещества повышенной чувствительности к лазерному излучению.
Техническим результатом является снижение потерь энергии лазерного излучения для инициирования горения и детонации взрывчатых веществ, снижение себестоимости изготовления взрывного устройства при использовании маломощных полупроводниковых лазеров и устранении оптических элементов, упрощение эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что схема устройства лазерного инициирования горения и детонации взрывчатых веществ имеет вид, представленный на рисунке 1.
Оно содержит: 1 - блок питания полупроводникового лазера, запуск которого проводится через блок кодировки сигнала, 2 - полупроводниковый лазер со встроенным оптоволокном 3, обеспечивающим передачу излучения удельной мощности незначительной удельной величины (1050 Вт/см2), 4 - комбинированную оптическую розетку, передающую поток излучения в отрезок оптоволокна 5 с повышенной удельной мощностью (100500 Вт/см2), 6 - гильзу, в которую помещены детонирующие 7 и легко воспламеняющиеся 8 вещества, 9 - амортизатор, обеспечивающий точность фиксации оптоволокна повышенной удельной мощности без зазора перпендикулярно поверхности легко воспламеняющегося вещества.
Предлагаемое устройство для уменьшения потерь излучения при передаче его на значительные расстояния (свыше 3050 м) встроен отрезок оптоволокна с потребляемой мощностью незначительной величины (1050 Вт/см2), а для инициирования горения и детонации без использования оптических систем последующий участок передачи потока излучения в оптоволокно с повышенной удельной мощностью (100500 Вт/см2) выполнен через комбинированную оптическую розетку.
Устройство лазерного инициирования горения и детонации взрывчатых веществ работает следующим образом. С использованием блока питания 1, содержащего блок кодировки сигнала включается полупроводниковый лазер 2 малой мощности (15 Вт) со встроенным оптоволокном 3. Оптоволокно многоразового использования обеспечивает передачу излучения удельной мощности незначительной относительной удельной величины (1050 Вт/см2) на значительные расстояния (свыше 3050 м) при его несущественных потерях (23%). Комбинированная оптическая розетка 4 позволяет передать поток излучения в отрезок оптоволокна, меньшего диаметра 5 при потере мощности 35%. Обеспечивается передача излучения с увеличением удельной мощности на выходе из оптоволокна до величины 100400 Вт/см2. Данное значение достаточно для инициирования горения и детонации легковоспламеняющегося вещества 8. Его инициирование приводит к взрыву вещества 7, помещенного в гильзу 6. Амортизатор 9 обеспечивает точность фиксации оптоволокна 5 повышенной удельной мощности без зазора перпендикулярно поверхности легко воспламеняющегося вещества 8. В этом случае снижается себестоимость устройства из-за отсутствия необходимости использования фокусирующих элементов. При повторном лазерном инициировании горения и детонации взрывчатого вещества подлежит замене с низкой трудоемкостью отрезок оптоволокна с повышенной удельной мощностью 5 и оптический детонатор, помещенный в гильзу 6. Предлагаемое устройство с использованием встроенного оптического волокна с незначительной мощностью позволяет уменьшить потери используемой мощности лазерного излучения на величину 4050%.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. А.Н.Бондаренко. Устройство для передачи лазерных импульсов к оптическим детонаторам [Текст] / Бондаренко А.Н., Шевкун Е.Б., Мирошников В.И. Леоненко Н.А. Заявка на изобретение 
35108574, МПК F42B 3/02. 25.05.1995 - 6 с.
2. Н.И.Лаптев. Устройство для лазерного инициирования горения и детонации взрывчатых веществ [Текст] / Лаптев Н.И., Мордасов В.И., Пойлов В.В., Хайрутдинов М.Р. Описание к патенту 2008147588, МПК F42B 3/02, F42D 1/04. 02.12.08 - 3 с.
Прототип:
Н.И.Лаптев Устройство для лазерного инициирования горения и детонации взрывчатых веществ [Текст]/ Лаптев Н.И., Мордасов В.И., Пойлов В.В., Галимова Г.А. Описание к патенту 2008147593, МПК МПК F42B 3/02, F42D 1/04, 02.12.08 - 3 с.
Устройство лазерного инициирования горения и детонации, содержащее полупроводниковый лазерный излучатель с блоком питания и встроенным оптоволокном, оптическую розетку, концевой отрезок оптоволокна, гильзу, в которой помещены детонирующие и воспламеняющиеся взрывчатые вещества, а также амортизатор, обеспечивающий осевую фиксацию концевого торца оптоволокна, передающего излучение перпендикулярно поверхности взрывчатого вещества, отличающееся тем, что для передачи лазерного излучения на расстояние 3050 м в лазерный излучатель встроен отрезок оптоволокна с потребляемой удельной мощностью величиной 1050 Вт/см2, а для горения и детонации взрывчатого вещества без использования оптических систем последующий участок передачи потока излучения осуществлен через оптическую розетку в концевое оптоволокно с повышенной удельной мощностью 100500 Вт/см2, выполненное соприкасающимся торцем перпендикулярно с поверхностью взрывчатого вещества.
