Ударопрочный узел для электронной схемы

 

Ударопрочный узел для электронной схемы, в частности для взрывных устройств, в котором электронная схема заключена в капсулу, которая находится с окружающим ее корпусом в контакте, рассеивающем энергию удара. Капсула может иметь множество ребер, пластин или бобышек, которые упираются в корпус. Капсула может включать в себя материал, поглощающий удары, размещенный у корпуса для защиты схемы от вибраций, и конструкционный опорный материал, например в виде футляра, для защиты схемы от механического напряжения. Узел для схемы может быть частью заключенного в оболочку узла инициирования, который включает в себя передающий элемент для преобразования энергии ударной волны в электрическую энергию для электронной схемы, а высвобожденная энергия может быть преобразована в сигнал инициирования детонации. Узел может быть частью детонатора, который принимает неэлектрический сигнал инициирования и вызывает детонацию после задержки, определяемой электронной схемой. Кожух детонатора или (необязательно) втулка может включать в себя один или более вкладышей, к примеру, О-образных колец, размещенных вокруг футляра для схемы. Изобретение позволяет повысить точность срабатывания детонатора. 5 с. и 20 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится заключенным в капсулу электронным схемам и, в частности, к ударопрочным узлам для электронных схем, которые находят применение в компонентах взрывных устройств.

Уровень техники Известны электронные схемы отсчета времени для подрыва детонаторов после заранее заданного времени задержки, регулируемого электронными средствами. Время задержки измеряется с момента приема сигнала инициирования, который может обеспечивать мощность для схемы отсчета времени. Так, в патенте США 5133257, выданном Джонссону (Jonsson) 28 июля 1992 г., раскрывается система для подрыва, содержащая пьезоэлектрический преобразователь, который может быть размещен рядом с отводом детонирующего шнура. Когда детонирующий шнур вызывает детонацию, ударная волна воздействует на пьезоэлектрический преобразователь, который вырабатывает электрический импульс. Электрическая энергия от преобразователя аккумулируется в конденсаторе, который обеспечивает питание для таймера. По прошествии заранее заданной задержки таймер позволяет оставшейся запасенной энергии в конденсаторе вызвать детонацию головки подрыва в детонаторе. Головка подрыва инициирует подрыв взрывчатого вещества, обеспечивая таким образом взрывной выходной сигнал для детонатора. Электронные схемы задержки дополнительно могут быть использованы для инициирования шунтовых элементов, таких как полупроводниковый шунт, описанный, например, в патенте США 4708060, выданном Биксу-младшему (Bickes Jr.) и др. 24 ноября 1987 г., либо вольфрамовый шунт, описанный, например, в патенте США 4976200, выданном Бенсону (Benson) и др. 11 декабря 1990 г. Другие электронные схемы задержки можно найти в патенте США 5173569, выданном Палланку (Pallanck) и др. 22 декабря 1992 г., в патенте США 5377592, выданным Роуду (Rode) и др. 3 января 1995 г., и в патенте США 5435248, выданном Роуду и др. 25 июля 1995 г. В этих патентах в общем случае предлагается, чтобы электронная схема запрессовывалась в подходящий пластмассовый контейнер, футляр или герметезирующий компаунд. См., например, патент Джонссона, столбец 2, строки 42-50, патент Палланка и др., столбец 3, строки 32-35, патент Роуда и др. (патент США 5377592), столбец 9, строки 30-33, и патент Роуда и др. (патент США 5435248), столбец 7, строки 9-13. Сформулированное назначение таких корпусов - защита электронных компонентов и сведение к минимуму вероятности детонации или повреждения из-за механического удара. Ни конкретная конфигурация, ни материал для таких футляров в этих патентах не раскрыты.

В патенте США 4869170, выданном Дахмбергу (Dahmberg) и др. 26 сентября 1989 г., раскрывается детонатор, содержащий схему, помещенную в капсуле (70) внутри удлиненного корпуса. Капсула проходит лишь вдоль части длины корпуса, но в местах, где капсула имеет одинаковую конфигурацию с корпусом, ее контакт с продольной внутренней поверхностью корпуса является полным, т.е. между капсулой и корпусом нет зазоров.

В патенте США 4118861, выданном Палмисано (Palmisano) 10 октября 1978 г. , раскрывается применение множества незакрепленных гранул, используемых в качестве упаковочного материала для монтажной платы в корпусе.

В патенте США 4712477, выданном Айкоу (Aikou) и др. 15 декабря 1987 г., раскрывается электронный детонатор замедленного действия, в котором схема задержки подвешена в пластиковом футляре с помощью пластикового штекера. Применение пластикового футляра и отсутствие капсулы вокруг схемы задержки указывает, что предложенный детонатор уязвим для меньших внешних сил, чем те, воздействие которых выдержал бы обычный детонатор, имеющий металлический кожух.

В патенте США 5589657, выданном Гесселю (Gessel) и др. 31 декабря 1996 г. , раскрывается детонационное устройство, содержащее обычный электронный детонатор (1) замедленного действия, помещенный в стеклянный сосуд (3) Дьюара. Сосуд Дьюара установлен внутри оболочки (4) с помощью эластомерных штекеров (5, 10) на обоих концах. Штекеры выходят за торцы сосуда Дьюара. Ни один из этих штекеров не проходит между детонатором и продольной цилиндрической внутренней поверхностью оболочки.

В патенте США 4656442, выданном Хайякаве (Hayakawa) 7 апреля 1987 г., раскрывается контейнер для интегральной схемы, содержащий различные дискретные схемные элементы, заключенные в капсуле, из которой выступают только входные и выходные выводы.

В патенте США 4400858, выданном Гоиффону (Goiffon) и др. 30 августа 1983 г. , раскрывается электрический штекер для скважины, содержащий монтажную схему, подвешенную в трубке, которая представляет собой корпус для схемы. Схема, находящаяся на монтажной плате, излучает сигналы, являясь частью радиотелеметрической системы. Монтажная плата подвешена с помощью металлических пружинных захватов, установленных через одинаковые промежутки вдоль платы. Схема вырабатывает тепло во время своей работы, а пружинные захваты служат теплоотводами. Вокруг монтажной платы нет футляра между монтажной платой и корпусом, ни один из захватов не охватывает схему, и каждый захват создает по существу полный окружной контакт в областях, где захват имеет в осевом направлении одинаковую конфигурацию с окружающей трубкой.

Сущность заявки на патент США 08/742296, поданной 1 ноября 1996 г., которая является основной заявкой для данной частично продолжающей заявки, содержится в заявке на патент Южно-Африканской Республики 97/9757, которая была выложена для ознакомления 1 мая 1998 г.

Сущность изобретения Настоящее изобретение относится к узлу для заключенной в оболочку электронной схемы, содержащему электронную схему, помещенную в капсулу и расположенную внутри удлиненного корпуса, имеющего продольно-простирающуюся внутреннюю поверхность, причем размеры и форма капсулы приспособлены для ограниченного осевого контакта с этой продольно-простирающейся внутренней поверхностью.

Согласно одному аспекту изобретения корпус может представлять собой металлическую втулку.

Согласно другому аспекту изобретения схема может содержать входные и выходные выводы, которые выступают из капсулы, а узел может дополнительно содержать передающий элемент на одном конце корпуса. Капсула, необязательно, может представлять собой кожух, в котором размещена схема и, по меньшей мере, один вкладыш, который находится в контакте с продольной внутренней поверхностью корпуса и который занимает менее пятидесяти процентов осевой длины футляра. Капсула может, но необязательно, содержать два или более вкладыша. В конкретном варианте, вкладыш может представлять собой О-образное кольцо. Узел для схемы может иметь входной конец и выходной конец, и один вкладыш может быть расположен близко к входному концу, а другой вкладыш может быть расположен близко к выходному концу.

В конкретном варианте конфигурация капсулы может обеспечивать наличие множества радиально выступающих бобышек, выполненных как единое целое с капсулой.

В одном варианте осуществления, настоящее изобретение дополнительно относится к узлу инициирования, содержащему удлиненный открытый на концах корпус, имеющий продольную внутреннюю поверхность, и модуль инициирования, содержащий узел для схемы с прикрепленным к нему капсюлем инициирования выходного сигнала. Капсюль инициирования выходного сигнала содержит электрический элемент инициирования и инициирующий заряд в капсюле, который прикреплен к узлу для схемы. Узел для схемы дополнительно содержит схему, помещенную в капсуле, которая размещена в корпусе, причем схема имеет входные выводы, которые выступают из капсулы, для приема электрического сигнала инициирования, и выходные выводы, подсоединенные к элементу электрического инициирования в капсюле инициирования. Схема имеет форму, обеспечивающую инициирование капсюля инициирования выходного сигнала в ответ на электрический сигнал инициирования, принимаемый на входных выводах. Капсула содержит, по меньшей мере, один упругий вкладыш, занимающий менее половины осевой длины капсулы, причем расположение и форма вкладыша обеспечивают возможность контакта с внутренней поверхностью корпуса и наличие периферии, которая выходит за осевой профиль остальной части модуля инициирования, так что капсула для схемы имеет несоответствующую конфигурацию относительно внутренней поверхности корпуса.

Узел инициирования может, но необязательно, дополнительно содержать передающий элемент, содержащий корпусную часть и передающие выводы для подачи сигнала инициирования через корпусную часть к передающим выводам, причем передающий элемент подключен к корпусу с помощью проходящих в нем передающих выводов и соединен с входным выводом схемы, при этом вкладыш и передающие выводы взаимодействуют для расположения узла для схемы во втулке без контакта между кожухом для схемы и внутренней поверхностью втулки. Вкладыш может занимать менее одной четверти осевой длины узла для схемы.

Капсула необязательно может содержать два или более вкладышей, т.е. два или более О-образных колец, которые вместе занимают менее половины осевой длины капсулы. Согласно конкретному аспекту изобретения модуль инициирования может иметь первый конец, из которого выступают входные выводы, и второй конец в капсюле инициирования, а один или более вкладышей могут оставаться полностью между первым концом и вторым концом модуля инициирования. Узел для схемы необязательно может содержать первый конец и второй конец, а один или более вкладышей могут оставаться между первым и вторым концами узла для схемы.

В различных конкретных вариантах осуществления передающий элемент может представлять собой преобразователь, который преобразует физический импульс в электрический сигнал на передающих выводах, а втулка может представлять собой металлическую втулку и/или вкладыш может представлять собой О-образное кольцо. Модуль инициирования может, но необязательно, ограничивать одну или более шеек, в которых посажены одно или более О-образных колец. В конкретном варианте, О-образное кольцо может содержать полимерный материал, имеющий параметр твердости в диапазоне от около 40 до 70. Втулка предпочтительно представляет собой металлическую втулку и имеет конфигурацию, позволяющую выдерживать боковое давление, по меньшей мере, 68,948 МПа (10000 фунт-сил на квадратный дюйм (фунтов-сил/дюйм²)).

В конкретном варианте осуществления это изобретение может относиться к заключенному в оболочку узлу инициирования, содержащему изготовленную из закаленной стали втулку с открытыми концами, имеющую внутреннюю поверхность втулки и находящуюся внутри нее ось втулки, преобразующий элемент, содержащий корпус преобразователя и передающие выводы для приема физического импульса и генерирования электрического сигнала на передающих выводах, причем преобразующий элемент подключен к одному концу втулки, а передающие выводы проходят во втулку. Этот узел инициирования дополнительно содержит модуль инициирования, содержащий узел для схемы с прикрепленным к нему капсюлем инициирования выходного сигнала, причем капсюль инициирования выходного сигнала содержит электрический элемент инициирования и инициирующий заряд в гильзе, которая прикреплена к узлу для схемы. Узел схемы может содержать схему в капсуле, содержащей кожух схемы и, по меньшей мере, одно упругое О-образное кольцо, выполненное из полимерного материала и имеющее конфигурацию, обеспечивающую контакт с внутренней поверхностью гильзы, так что вкладыш и передающие выводы взаимодействуют для расположения узла для схемы по центру во втулке без контакта через футляр для схемы с внутренней поверхностью втулки. Схема может содержать элемент аккумуляции и синхронизированную схему переключения и может иметь входные выводы, выступающие из капсулы для соединения с передающими выводами для передачи электрического сигнала инициирования от передающих выводов к схеме переключения, и может дополнительно содержать выходные выводы, к которым подсоединен электрический элемент инициирования.

В еще одном конкретном варианте этого изобретения ударопрочный узел для электронной схемы может содержать электронную схему, помещенную в капсулу, размеры и конфигурация которой обеспечивают наличие множества радиально-выступающих бобышек, выполненных как единое целое с капсулой, которые выступают из остальной цилиндрической внутренней поверхности.

Перечень фигур чертежей На фиг.1А представлено схематическое аксонометрическое изображение заключенных в капсулу схем или "заключенного в капсулу модуля" в окружающем его корпусе, показанном пунктирным контуром, согласно одному варианту настоящего изобретения; на фиг. 1В показан вид, подобный фиг.1А, модуля инициирования и корпуса согласно другому варианту настоящего изобретения; на фиг. 2А показана схематическая вертикальная проекция модуля инициирования в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения; на фиг.2В показан вид модуля инициирования по фиг.2А, по линиям 2В-2В; на фиг. 2С показано частичное схематическое поперечное сечение модуля инициирования по фиг.2А и 2В, расположенного во втулке; на фиг.3А показано изображение в перспективе модуля инициирования в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения; на фиг.3В показано схематическое поперечное сечение модуля инициирования по фиг. 3А и корпуса, показывающее выступающие бобышки, находящиеся в контакте с корпусом;
на фиг.4 показано изображение в перспективе с частичным разрезом заключенного в корпус узла инициирования, содержащего модуль инициирования и втулку по фиг.2С вместе с модулем преобразователя;
на фиг.5А показан вид, подобный фиг.4, альтернативного варианта изобретения;
на фиг. 5В показано частичное поперечное сечение заключенного в корпус узла инициирования по фиг.5А, выполненное по линии 5В-5В, показанной на фиг. 5А;
на фиг. 5С показано частичное поперечное сечение, показывающее еще один вариант настоящего изобретения;
на фиг. 5D показан вид, подобный фиг.5С, еще одного варианта настоящего изобретения;
на фиг. 6А показано схематическое частичное поперечное сечение, показывающее детонатор замедленного действия, содержащий заключенную в капсулу электронную схему в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения;
на фиг.6В показано увеличенное по сравнению с фиг.6А изображение изолирующей гильзы и компонентов форсирующего заряда детонатора, показанного на фиг.6А.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Настоящее изобретение относится к защитным капсулам для электронных схем, расположенным в окружающих их корпусах, например втулках или оболочках. Согласно настоящему изобретению часть капсулы или вся капсула может иметь форму целостной конструкции, спрессованной вокруг схемы до помещения схемы в корпус. Схему предпочтительно помещают в капсулу, чтобы защитить схему от повреждения со стороны окружающей среды, оставляя возможность внешнего доступа только для входных и/или выходных выводов, например для программирования, тестирования и использования схемы. Таким образом, предпочтительная капсула в любом случае защищает элементы схемы от загрязнений, находящихся в воздухе. Она также защищает схему после того, как она размещена в корпусе, путем ослабления ударных волн, воспринимаемых корпусом, которые в противном случае могли бы создать напряжение, которое вызвало бы повреждение схемы, в частности, скорее всего в соединениях между схемными структурами и поверхностями раздела материалов с разной плотностью. Капсула так же защищает схему, предотвращая соударение ее с корпусом.

Капсула, в соответствии с настоящим изобретением, может содержать материал, который ослабляет ударные волны, воспринимаемые через корпус, и/или может быть выполнена с такой физической конфигурацией относительно корпуса, которая обеспечивает ослабление ударных волн. Например, капсула может быть выполнена с такой физической конфигурацией, что при расположении ее в корпусе между капсулой и корпусом будет иметь место ограниченный контакт. В типовом варианте корпус имеет удлиненную конфигурацию, имеющую центральную продольную ось, и имеет удлиненную внутреннюю поверхность, которая проходит в осевом направлении вдоль ее длины и обращена главным образом внутрь, к центральной оси. Поэтому капсуле для схемы можно придать конфигурацию, при которой имеет место контакт между капсулой и продольной внутренней поверхностью корпуса в осевых областях, где капсула имеет вдоль оси одинаковую конфигурацию с корпусом, но между ними есть зазор. Предпочтительно, менее 50 процентов внутренней поверхности в этой области находится в контакте с капсулой. Капсула с такой конфигурацией в некоторых случаях описана здесь, как имеющая "несоответствующую" конфигурацию относительно корпуса и/или устанавливающая "ограниченный осевой контакт" с корпусом.

Зоны контакта между корпусом и находящейся в нем капсулой с несоответствующей конфигурацией защищают схему от ударов о продольную внутреннюю поверхность корпуса в результате вибраций или кратковременных ускорений. Кроме того, ударные волны, воспринимаемые от корпуса, ослабляются до того, как они достигают схемы, поскольку эти ударные волны могут достичь схемы только через зоны контакта с корпусом. Остальная часть капсулы рассеивает ударную волну и тем самым защищает находящиеся в ней схемы.

Как вариант, капсула может содержать материал, ослабляющий удар (материал "для развязки от вибрации"), который амортизирует распространение ударных волн и вибраций от корпуса независимо от степени контакта между капсулой и корпусом, т.е. независимо от конфигурации корпуса. Таким образом, это изобретение может охватывать применение капсулы, конфигурация которой обеспечивает полный контакт с продольной внутренней поверхностью корпуса в области, где она имеет вдоль оси одинаковую с ним конфигурацию (конфигурацию, называемую здесь "соответствующей" конфигурацией относительно корпуса и/или устанавливающей "полный осевой контакт" с корпусом), при условии, что она содержит материал для развязки. Материал для развязки от вибрации предпочтительно находится в непосредственном контакте с продольной внутренней поверхностью корпуса.

Согласно настоящему изобретению капсула может, но необязательно, иметь оба вышеописанных признака, т.е. она может иметь физическую конфигурацию, обеспечивающую ограниченный осевой контакт с корпусом, а также может содержать материал для развязки от вибрации.

В конкретных вариантах изобретения, капсула может быть еще и достаточно жесткой, чтобы защитить схему от повреждения, вызванного непреднамеренным изгибом, который, к примеру, может появиться при изготовлении устройства, содержащего схему, или в результате вызванного ударом ускорения схемы внутри корпуса в направлении, не параллельном оси корпуса. Другими словами, капсула может обеспечить конструкционную опору для схемы. Конструкционный опорный материал может не служить адекватно материалу для развязки от вибрации. Поэтому в соответствии с данным изобретением, капсула, содержащая конструкционный опорный материал, либо может иметь несоответствующую конфигурацию относительно корпуса, либо может содержать материал для развязки от вибрации в дополнение к конструкционному опорному материалу. Плотность и, предпочтительно, жесткость материала для развязки обычно ниже, чем плотности и жесткости конструкционного опорного материала и корпуса, находящегося в контакте с капсулой. Плотность материала для развязки предпочтительно, по меньшей мере, на 20% меньше, чем плотность конструкционного опорного материала, и предпочтительно на 20-60% меньше, хотя в некоторых случаях можно использовать материалы для развязки даже с еще меньшими относительными плотностями.

Изобретение может оказаться полезным при защите любой схемы, размещенной в удлиненном жестком корпусе, который может подвергаться воздействию физических вибраций или ударных волн, но предпочтительно используется для защиты электронной схемы детонатора с электронным управлением, расположенного в шпуре на месте подрыва для инициирования заряда шпура. Детонаторы, выполненные с узлами для размещенных в капсуле электронных схем, согласно настоящему изобретению, с меньшей вероятностью повреждаются из-за вибраций вследствие предшествующей детонации соседних разрядов или разрушения породы вследствие срабатывания других устройств и, следовательно, детонируют в соответствующие моменты времени более согласованно, чем известные детонаторы.

Корпус у типового детонатора содержит удлиненный цилиндрический кожух или оболочку, которая (который) обеспечивает цилиндрическую, проходящую в осевом направлении продольную внутреннюю поверхность. Оболочки детонаторов как правило выполнены из такого металла, как алюминий или сталь. Капсула, не соответствующая такому корпусу, т.е. капсула, физическая конфигурация которой обеспечивает ограниченный осевой контакт с, по существу, цилиндрической внутренней поверхностью корпуса, называется здесь капсулой с "нецилиндрической" конфигурацией.

Обычно электронная схема отсчета времени детонатора содержит различные интегральные и дискретные схемные элементы, включая средство аккумуляции, например конденсатор, который принимает и сохраняет электрический сигнал инициирования. Схема задержки в общем случае включает в себя электронную схему переключения, которая после приема сигнала подрыва от схемы таймера разряжает конденсатор на выходной зажим, где к схеме может быть подсоединен элемент инициирования, например проводник с высоким сопротивлением, проволочный или полупроводниковый шунт, как правило, - снаружи футляра или капсулы. Сигнал подрыва обеспечивается схемой таймера после заданного интервала задержки, измеряемого с момента приема электрического сигнала инициирования. Обычно, по меньшей мере, схема таймера изготавливается в виде интегральной схемы, и схема таймера используется вместе с некоторыми другими, дискретными схемными элементами. Электронная схема обычно собирается путем размещения схемных элементов на небольшом участке печатной платы, который обеспечивает необходимые электрические соединения между элементами с использованием так называемой технологии поверхностного монтажа. Как вариант, схемные элементы могут быть смонтированы на выводной рамке решетчатого типа, которая поддерживает ряд соединений между ними. Капсула прессуется вокруг собранной схемы и охватывает ее, за исключением входных, выходных и тестовых выводов и электрического элемента инициирования, а в противном случае предпочтительно полностью охватывает все схемные элементы схемы детонатора.

На фиг.1А показан заключенный в капсулу узел для электронной схемы, согласно одному варианту настоящего изобретения, в котором размеры и конфигурация капсулы обеспечивают ограниченный осевой контакт с окружающим ее удлиненным корпусом. Узел 10 для схемы (иногда называемый здесь "модулем инициирования") содержит элементы электронной схемы (не показаны), смонтированные на держателе 12 (например, печатной плате, выводной рамке или на чем-то подобном), который показан пунктирным контуром. Узел 10 для схемы также содержит удлиненную, в основном прямоугольную капсулу 14, внутри которой размещены схемные элементы и держатель. Благодаря своей многоугольной, а именно, прямоугольной конфигурации поперечного сечения (если смотреть перпендикулярно продольной оси), капсула 14 имеет несоответствующую конфигурацию по отношению к трубчатому корпусу 18, внутри которого она расположена. В частности, капсула 14 определяет множество продольно-простирающихся ребер 16, которые упираются в цилиндрическую продольно-простирающуюся внутреннюю поверхность окружающего корпуса 18, показанного пунктирным контуром. Между ребрами 16 плоские поверхности капсулы практически остаются на некотором расстоянии от корпуса, образуя между ним и собой проходящие в осевом направлении зазоры, причем капсула и корпус имеют одинаковую конфигурацию вдоль оси. Благодаря ограниченному контакту вдоль оси между капсулой 14 и внутренней поверхностью 18а корпуса, являющемуся результатом несоответствующей конфигурации капсулы, ударная волна, воспринимаемая корпусом 18, может достичь элементов электронной схемы только после того, как она будет рассеяна капсулой от точки контакта, например от ребра 16, как показано линиями 20 рассеянной волны. Конфигурация капсулы 14 предпочтительно должна быть такой, чтобы точки контакта, через которые могут восприниматься ударные волны, направляли ударные волны под косым углом по отношению к держателю 12 или к монтажным поверхностям выводной рамки в капсуле.

В альтернативной несоответствующей конфигурации, показанной на фиг.1В, узел 10а для схемы согласно настоящему изобретению размещен в корпусе, содержащем открытую на концах втулку 22. Держатель 12 узла 10а для схемы размещен в обычно прямоугольной капсуле 14', но контакт со внутренней поверхности втулки 22 обеспечивается только ребрами частей 14а, 14b на противоположных концах капсулы 14', имеющими соответствующие размеры и конфигурацию. Таким образом, между капсулой и внутренней поверхностью втулки 22 устанавливается, в основном, тороидальный зазор, а узел 10а для схемы располагается по центру внутри втулки 22 с помощью опорных конструкций на его противоположных концах.

Другой вариант настоящего изобретения можно увидеть на фиг.2А и 2В, которые показывают, что узел 10а для схемы содержит капсулу 14с, конфигурация которой выполнена так, что имеется множество продольно-простирающихся контактных площадок или пластин 24, которые проходят за пределы другой круглой периферийной части капсулы 14с. Как видно из фиг.2В, конфигурация капсулы 14с также имеет впадины 25, выполненные в капсуле. Как будет объяснено ниже, впадины 25 позволяют держать открытыми электрические тестовые контакты или "выводы" для электронных схем или микросхем в капсуле 14с, причем эти контакты остаются внутри контура капсулы. В таком варианте электрические контакты доступны, но не мешают при установке или подвешивании заключенных в капсулу схем внутри окружающей конструкции. Узел 10b для схемы сконструирован так, что выходные выводы 57 (фиг.4) и входные выводы 56 для инициирования (фиг. 3А) выступают в осевом направлении из соответствующих противоположных концов капсулы 14с для подсоединения к другим устройствам, как описано ниже.

На фиг.2С показано, как капсула 14с может иметь несоответствующую конфигурацию относительно окружающей ее конструкции корпуса, имеющей цилиндрическую внутреннюю поверхность, например втулки 22. Пластины 24 создают зазор 48 между значительной частью капсулы 14с, устанавливая таким образом ограниченный осевой контакт с ней. Зазор 48 проходит вдоль оси между осевыми областями контакта пластин 24 со втулкой 22. Рассеивающиеся волны 20 иллюстрируют, как пластины 24 рассеивают ударные волны, воспринимаемые от втулки 22. Часть капсулы 14с на фиг.2С не показана, чтобы можно было увидеть разнообразные электронные компоненты 26 и держатель 12 схемы.

Еще один вариант размещенной в капсуле электронной схемы, обеспечивающий ограниченный контакт, согласно настоящему изобретению, показан на фиг.3А и 3В, из которых видно, что узел 10с для схемы содержит капсулу 14d, размеры и конфигурация которой обеспечивают наличие бобышек 70, которые выступают в радиальном направлении из остальной цилиндрической внешней поверхности капсулы 14d и которые выполнены как единое целое с ней, а не как представляющие собой отдельные конструкции. Поэтому капсула 14d имеет несоответствующую конфигурацию по отношению к корпусу, имеющему цилиндрическую внутреннюю поверхность. Бобышки 70 входят в контакт с внутренней поверхностью корпуса, а между большей, если не всей, остальной частью капсулы 14d и внутренней поверхностью корпуса существует зазор, так что между ними устанавливается ограниченный осевой контакт. Узел 10b для схемы содержит входные выводы 56 (фиг. 3А), которые выступают в осевом направлении из капсулы 14d на входном конце узла 10b для схемы, позволяя осуществлять оперативное подсоединение электрических компонентов внутри капсулы к внешним электрическим компонентам. Как видно из фиг.3А, капсула 14d отличается наличием впадин 50 для обеспечения доступа к выводам 52, при этом не требуется, чтобы выводы выступали за контур поверхности капсулы 14d, как это сделано в варианте, показанном на фиг.2А, 2В и 2С. На фиг.3В показано, что бобышки 70 контактируют с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса, например втулки 22, оставляя зазор между остальной частью втулки 22 и остальной частью капсулы, что придает капсуле не совпадающую конфигурацию относительно втулки. Как показано линиями 72 рассеяния ударных волн, бобышки 70 будут рассеивать ударные волны, обозначенные позицией 74, которые падают на корпус, а именно на втулку 22, и которые передаются на капсулу 14d.

Как указано выше, в предпочтительных вариантах настоящего изобретения схема, помещенная в капсулу, содержит схему управления для использования в детонаторе, которая может работать либо со средством для электрического, либо со средством для неэлектрического сигнала инициирования. Например, линия для электрического сигнала инициирования может быть подсоединена к входным выводам 56 (фиг.3А) от удаленного источника, управляемого пользователем, для подачи сигнала инициирования в узел для схемы подходящей конфигурации. Как вариант, узел для схемы может быть использован вместе со средством для неэлектрического сигнала инициирования, например для использования с детонирующим шнуром, ударной трубкой и т.д., при условии, если, по меньшей мере, предусмотрен преобразователь для преобразования неэлектрического сигнала инициирования в электрический сигнал, который может быть использован для инициирования узла для схемы. Используемый здесь и в формуле изобретения термин "линии для сигнала инициирования" охватывает линии передачи электрического сигнала инициирования, а также линии передачи неэлектрического сигнала инициирования и связанные с ними преобразователи для подачи электрического сигнала инициирования на входные выводы узла для схемы этого изобретения.

На фиг.4 представлено изображение в перспективе заключенного в оболочку узла 55 инициирования в соответствии с настоящим изобретением. Узел 55 инициирования содержит модуль 54 инициирования и передающий элемент 58. Модуль 54 инициирования содержит узел 10b для схемы и смонтированный на нем капсюль 46 инициирования выходного сигнала. Узел 10b для схемы содержит схему, установленную в капсуле 14с, причем схема содержит различные схемные компоненты, такие как интегральная схема 28 таймера, резистор 30 таймера, интегральная схема 32 переключения, аккумулирующий конденсатор 34 и стабилизирующий нагрузочный резистор 36, смонтированные на решетчатых частях держателя, содержащего выводную рамку 40. Узел 10b для схемы помещен внутри удлиненного корпуса, представляющего собой втулку 22, имеющую проходящую в осевом направлении внутреннюю поверхность. Размеры втулки 22 таковы, что обеспечивается телескопическая посадка внутри стандартной оболочки детонатора. Входные выводы 56 выступают из капсулы 14с на входном конце узла 10b для схемы, так что они могут быть приварены или припаяны к выводам 62 на передающем элементе 58, а выходные выводы выступают из капсулы 14с на выходном конце узла 10b для схемы. Осевая длина узла 10b для схемы является расстоянием от входного конца до выходного конца.

Капсюль 46 инициирования выходного сигнала модуля 54 инициирования содержит электрический элемент инициирования, такой как полупроводниковый шунт (ПШ) 38 или, как вариант, взрывной шунт, тонкопленочный шунт и т.д., подсоединенный к выходным выводам 57, инициирующий заряд 46а, который предпочтительно содержит вторичное взрывчатое вещество, либо подходящую его замену, к примеру тетраамин-цис-бис(5-нитро-2Н-тетразолато-N²)кобальт(III)перхлорат (БНКП), некоторые первичные взрывчатые вещества и энергетические смеси, к примеру, цирконий-калий-перхлорат, и инициирующую оболочку 46b, которая обжимает шейку 44 и поддерживает связь, обеспечивающую перенос энергии, с полупроводниковым шунтом 38. Взрывной сигнал инициирования выходного сигнала, обеспечиваемый капсюлем 46 инициирования выходного сигнала, может быть использован, например, для инициирования базового заряда или "выходного" заряда детонатора, в котором размещен узел 55, и таким образом, может содержать часть средства для выходного сигнала для детонатора, как описано ниже со ссылками на фиг.6А. Схема в узле 10b для схемы обеспечивает задержку между приемом импульса на передающем элементе 58 и инициированием ПШ 38. Передающий сигнал элемент 58 может представлять собой просто штекер с электрическими выводными проводами, проходящими через него для обеспечения передачи электрического сигнала инициирования через штекер из линии передачи электрического сигнала. В изображенном варианте, однако, передающий сигнал инициирования элемент представляет собой преобразователь, например пьезоэлектрический преобразователь 60, для преобразования сигнала физического импульса в электрический сигнал. Таким образом, когда на передающем сигнал элементе 58 воспринимается сигнал инициирования в форме физического импульса, он преобразуется в электрический сигнал и передается через передающие выводы 62 на входные выводы 56 узла 10b для схемы. Плоский конец инициирующей оболочки 46b находится на выходном конце модуля 54 инициирования, тогда как входной конец модуля 54 инициирования совпадает со входным концом узла 10b для схемы. Осевая длина модуля 54 инициирования простирается от его входного конца до его выходного конца.

Капсула 14с имеет конфигурацию, показанную на фиг.2А и 2В, так что она имеет пластины 24 (которые не видны на фиг.4, но видны, например, на фиг.2А, 2В и 2С), которые контактируют со втулкой 22 и которые устанавливают зазор 48 (фиг.4) между имеющими в осевом направлении одинаковую конфигурацию частями капсулы 14с и втулки 22 между капсюлем 46 инициирования выходного сигнала и передающим элементом 58. Как указано выше, капсула 14с отличается наличием впадин 50, где может быть обеспечен доступ к тестовым или программным выводам 52 через капсулу 14с, так что находящуюся в капсуле схему можно программировать и/или тестировать до сборки детонатора. Предпочтительно, чтобы впадины 50 позволяли выводу оставаться внутри контура поверхности капсулы, то есть, предпочтительно, чтобы выводы не заходили в зазор 48. Впадины 50 можно не делать при условии, что тестовые выводы не выступают из капсулы 14с дальше, чем пластины, чтобы они не пересекали зазор 48, контактируя с окружающим корпусом. Тогда модуль 54 инициирования может вставляться во втулку 22, и при этом выводы 52 не будут иметь контакт со втулкой 22.

После приема импульса, преобразователь 60 формирует электрический импульс, которые подается на входные выводы узла 10b схемы через передающие выводы 62. Размеры и конфигурация вкладыша 64 преобразователя обеспечивают контакт со втулкой 22, так что передающий элемент 58 может быть закреплен на конце втулки 22 с выводами 62 в контакте с входными выводами 56. Размеры и конфигурация модуля 54 инициирования, втулки 22 и передающего элемента 58 таковы, что, если их собрать так, как показано на фиг.4, то образуется воздушный зазор, обозначенный позицией 66, между электронным модулем 54 инициирования и передающим элементом 58. Таким образом, модуль 54 инициирования, по меньшей мере, частично экранирован от ударной волны, которая вынуждает пьезоэлектрический преобразователь 60 создавать электрический импульс для узла для схемы. Давление, создаваемое такой ударной волной, передается через передающий элемент 58 на втулку 22, как показано стрелками 68 усилий, а не на модуль 54 инициирования.

На фиг. 5А и 5В показан заключенный в оболочку узел 55а инициирования согласно альтернативному варианту изобретения, в котором конфигурация капсулы для электронной схемы не дает ограниченный контакт с корпусом. В этом варианте капсула представляет собой футляр для электронных компонентов и держателя. Футляр 14е содержит конструкционный опорный материал и материал 14f для развязки, показанный только на фиг.5В. Обычно конструкционный материал футляра 14е должен иметь значение модуля Юнга, по меньшей мере, около 3,4710⁶ кПа (510⁵ фунтов-сил/дюйм²), и предпочтительно имеет значение модуля Юнга в диапазоне от примерно 6,8910⁶ кПа (110⁵ фунтов-сил/дюйм²) до примерно 275,810⁶ кПа (4010⁵ фунтов-сил/дюйм²). Предпочтительно, чтобы прочность конструкционного опорного материала составляла, по меньшей мере, около 34470 кПа (5000 фунтов-сил/дюйм²), а коэффициент теплового расширения совпадал с коэффициентом теплового расширения находящихся в нем компонентов интегральных схем. Футляр 14е может представлять собой, например, футляр 14е из стеклонаполненного эпоксисоединения, имеющий после отверждения плотность, по меньшей мере, около 1 грамма на кубический сантиметр (г/см³) и модуль Юнга 6,8910⁶ кПа (110⁵ фунт-сил/дюйм²). Такой эпоксидный материал поставляется "Сумитомо Корпорейшн" (Sumitomo Corporation) под названием "Смола 6300" и, как утверждают, на 60% состоит из стеклонаполнителя. Футляр 14е после отверждения является достаточно жестким, обеспечивая конструкционную опору для схемы и способствуя предотвращению повреждений схемы из-за непреднамеренного изгиба. Как видно из фиг.5А, футляр 14е обычно имеет прямоугольную конфигурацию, которая обеспечивает фактически ровные боковые стороны 27, из которых выступают выводы 52. Для исключения контакта выводов 52 с электропроводной втулкой 22 и тем самым - возможного короткого замыкания находящейся в ней электронной схемы, конфигурация футляра 14е предусматривает выступы 71, которые выступают из боковых сторон 27 футляра 14е дальше, чем выводы 52. Таким образом, если футляр 14е войдет в контакт со втулкой 22 во время сборки, выступы 71 не дадут выводам 52 войти в контакт с внутренней поверхностью втулки 22.

Размеры и конфигурация футляра 14е могут быть выполнены так, чтобы обеспечивался ограниченный продольный контакт с внутренней поверхностью втулки 22, как было описано выше, например, в связи с фиг.1А и 1В, но предпочтительно, чтобы размеры и конфигурация футляра 14е, предложенного на фиг.5В, были таковы, чтобы при центрировании во втулке 22 он не имел непосредственный контакт с внутренней поверхностью втулки. В показанном варианте, промежуток между футляром 14е и втулкой 22 фактически целиком заполнен ударопоглощающим материалом 14f для развязки капсулы. В конкретном варианте изобретения, материал 14f для развязки имеет плотность лишь 0,8 г/см³ и модуль Юнга 34470 кПа (5000 фунтов-сил/дюйм²) и таким образом значительно отличается от стеклонаполненного эпоксисоединения футляра 14е. Материал для развязки может содержать упругий полимерный материал, например кремнийорганическое соединение, и может, но необязательно, быть выполнен в виде пенопласта. Материал для развязки, содержащий прокладку из пенопласта, может быть приклеен к футляру 14е для создания контакта с внутренней поверхностью втулки. Однако предполагается, что более подходящий способ размещения материала для развязки капсулы между конструкционным опорным материалом и корпусом будет предусматривать введение материала для развязки из вспененного полимера в промежуток между ними, например в промежуток между эпоксидным футляром 14е и втулкой 22. Материал для развязки между втулкой и схемой в капсуле служит для ослабления силы ударных волн, которые могут передаваться от окружения схемы, а значит, служит для защиты схемы. Этот защитный эффект достигается таким образом, что нет необходимости иметь ограниченный контакт между материалом 14f для развязки и внутренностью корпуса, но этот защитный эффект усиливается, если физическая конфигурация материала для развязки обеспечивает ограниченный контакт с корпусом, как было описано выше со ссылками на чертежи с фиг.1А по фиг.3В. Защитная функция капсулы еще более усиливается в связи с тем, что, как было предложено выше, размеры и конфигурация футляра 14е таковы, что футляр неравномерно отстоит от цилиндрической внутренней поверхности втулки 22. Такая конфигурация конструкционного опорного материала капсулы охватывается термином "несоответствующая конфигурация". В частности, футляр 14е, по существу, прямоугольный и, следовательно, выступает цилиндрически, даже если он непосредственно не входит в контакт с внутренней поверхностью втулки 22. Соответственно, например, расстояние между одним ребром футляра 14е и внутренней поверхностью втулки 22, представленное как отклонение S₁, значительно меньше, чем расстояние между точкой на боковой стороне футляра 14е и внутренней поверхностью втулки 22, представленное как S₂. Остаточная ударная волна, воспринимаемая футляром 14е, прежде чем она дойдет до схемы, будет рассеяна благодаря нерегулярной конфигурации футляра по отношению к втулке 22. Подобным же образом другие цилиндрически выступающие конфигурации для футляра 14е усиливают защитную функцию капсулы.

На фиг. 5С показан еще один вариант настоящего изобретения, представляющий собой заключенный в оболочку узел 55' инициирования, который содержит узел 10b' для схемы и передающий элемент 58. Узел 10b' для схемы содержит ту же внутреннюю схему, которая была описана выше применительно к узлу 10b для схемы, показанному на фиг.4. Капсула узла 10b' для схемы содержит футляр 14е из материала на основе эпоксисоединения, описанный выше в связи с фиг.5В, и, как в варианте, показанном на фиг.5В, размеры и конфигурация футляра 14е таковы, что он может быть установлен по центру во втулке 22' без контакта с ее внутренней поверхностью. Однако вместо материала для развязки, который имеет в осевом направлении одинаковую конфигурацию с футляром 14е и заполняет осевой зазор между футляром 14е и окружающим корпусом, капсула узла 10b' для схемы содержит вкладыш 14g, размещенный вокруг футляра 14е в промежутке между футляром 14е и втулкой 22'. В типичном варианте, вкладыш будет занимать менее пятидесяти процентов осевой длины узла 10b' для схемы вдоль оси втулки 22', а в более типичном варианте - менее двадцати пяти процентов осевой длины узла 10b' для схемы. Вкладыш предпочтительно располагается ближе к концу узла 10b' для схемы, противоположному от входных выводов 56, чем к выводам 56, например, он ближе к выходным выводам 57, чем к входным выводам 56. Поскольку капсюль 46 инициирования выходного сигнала находится обычно на противоположном конце узла 10b' для схемы от входных выводов, то можно сказать, что вкладыш обычно ближе к капсюлю инициирования выходного сигнала, чем к входным выводам. Проще говоря, вкладыш расположен близко к выходному концу узла 10b' для схемы, а не близко ко входному концу. Размеры и форма вкладыша и футляра 14е таковы, что внешняя окружная поверхность вкладыша выходит за осевой контур футляра 14е и капсюля 46 инициирования выходного сигнала. В результате, вкладыш является единственной частью капсулы, находящейся в контакте с продольной внутренней поверхностью втулки 22', когда узел 10b' для схемы расположен по центру во втулке 22'. Таким образом, капсула схемы имеет несоответствующую конфигурацию по отношению к корпусу, выполненному в виде втулки.

Один конец узла 10b' для схемы подвешен по центру внутри втулки 22' посредством соединения между входными выводами 56 или передающими выводами 62, оставляя, в основном, кольцевой радиальный зазор 48 между футляром 14е и втулкой 22' в зоне около входных выводов 56. Узел 10b' для схемы также опирается внутри втулки 22' с помощью вкладыша 14g, который представляет собой часть капсулы. Вкладыш, который предпочтительно является упругим или гибким по своей природе, необязательно введен в непрерывный окружной контакт с внутренней поверхностью втулки 22' в пределах той части втулки 22', в которой вкладыш и втулка имеют одинаковую конфигурацию вдоль оси, и поэтому вкладыш необязательно может иметь конфигурацию, которая соответствует внутренней поверхности втулки 22', а не несоответствующую конфигурацию. Однако даже в этом случае, вся капсула по-прежнему устанавливает ограниченный контакт со втулкой 22', так как футляр 14е не контактирует со втулкой 22' ни в какой точке. Вкладыш предпочтительно содержит материал для развязки от вибрации.

В конкретном промышленном варианте, вкладыш 14g представляет собой O-образное кольцо. O-образное кольцо может быть выполнено из полимерного упругого материала, имеющего параметр твердости в диапазоне 60-70. Одно конкретное O-образное кольцо, оказавшееся подходящим для этой цели, выполнено из буна-N-каучука (хорошо известного синтетического нитрильного каучука) и покрыто отделочным веществом, содержащим политетрафторэтилен (ПТФЭ). Можно также использовать для O-образного кольца множество других синтетических материалов (например, неопрены, бутиловый каучук и т.д.). В конкретном варианте, O-образное кольцо, выполненное из буна-N-каучука, имеющее параметр твердости 70, внутренний диаметр 3,2 мм (0,126 дюйма) и толщину примерно 10,4 мм (0,41 дюйма), расположено вокруг капсулы схемы в шейке, имеющей периферию с удлиненным поперечным сечением, размер которого вдоль основной оси составляет примерно 3,4 мм (0,135 дюйма), для вставки в цилиндрическую втулку, имеющую внутренний диаметр 5,4 мм (0,212 дюйма). Футляр 14е предпочтительно имеет шейку 44, в которую может быть посажен вкладыш и которая может облегчить прикрепление капсюля 46 инициирования выходного сигнала к футляру 14е в процессе опрессовки, как было описано выше. Конфигурация схемы предпочтительно такова, что в той осевой области узла 10b' для схемы, вокруг которой установлен вкладыш 14g, т.е. которая соответствует шейке 44 варианта, показанного на фиг.4, нет схемных элементов (резистора, конденсатора, интегральных микросхем и т.д.). Таким образом, любые вибрации, которые проходят через вкладыш 14g, не будут оказывать непосредственное влияние на уязвимые схемные элементы. Показанный заключенный в оболочку узел 55' инициирования может быть установлен в кожухе или оболочке детонатора, как описано ниже в связи с фиг.6, и служит для излучения импульса инициирования из детонатора инициирования выходного сигнала, который инициирует выходной разряд детонатора после приема сигнала инициирования из линии передачи сигнала.

Конфигурация втулки 22' обеспечивает телескопическую посадку внутри оболочки или кожуха детонатора стандартного размера. Такие оболочки обычно выполнены из металла и подвержены трещинообразованию под действием сил, обычно возникающих во взрывчатых средах, например, в результате наличия разрушенных скальных образований, передачи ударных волн и т.д., например сил, составляющих примерно 3447 кПа (500 фунтов-сил на квадратный дюйм (фунтов-сил/дюйм²)). Один признак настоящего изобретения состоит в том, что втулка 22' выполнена из закаленной стали и имеет конфигурацию, обеспечивающую при расположении внутри такой оболочки детонатора адекватную стойкость обоих этих конструктивных элементов к трещинообразованию для защиты их содержимого от воздействия сил, составляющих, по меньшей мере, около 68948 кПа (10000 фунтов-сил/дюйм²) или более, предпочтительно - около 96527 кПа или 103421 кПа (14000 фунтов-сил/дюйм² или 15000 фунтов-сил/дюйм²).

Узел для схемы может, но необязательно, быть оснащен более чем одним вкладышем, как показано на изображении заключенного в оболочку узла 55" инициирования на фиг.5D. В таком случае необязательно, но предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, один вкладыш располагался близко к входному концу узла для схемы, а другой вкладыш располагался близко к выходному концу, как показано на изображении заключенного в оболочку узла 55" инициирования на фиг. 5D. Конфигурация узла 55" в основном такая же, как у заключенного в оболочку узла 55' на фиг.5С. Заключенный в оболочку узел 55" отличается от заключенного в оболочку узла 55', показанного на фиг.5С, тем, что конфигурация узла 10b" для схемы обеспечивает посадку двух вкладышей 14g и 14g'. Вместе эти вкладыши занимают менее пятидесяти процентов осевой длины узла 10b" для схемы вдоль оси втулки 22', причем каждый предпочтительно занимает менее двадцати пяти процентов осевой длины узла 10b" для схемы. Один вкладыш (например, 14g) расположен близко к выходному концу узла 10b" для схемы, тогда как другой вкладыш (14g") расположен близко к входному концу. Как и в узле 55', показанном на фиг.5С, вкладыши необязательно, но предпочтительно, представляют собой лишь часть капсулы, которая находится в контакте с продольной внутренней поверхностью втулки 22', когда узел 10b" для схемы расположен по центру во втулке 22'. Таким образом, капсула для схемы имеет несоответствующую конфигурацию по отношению к корпусу, представляющему собой втулку, что обеспечивает подвеску узла 10b" для схемы по центру внутри втулки независимо от соединения между входными выводами 56 и передающими выводами 62. Вкладыши могут быть выполнены из одинаковых или разных материалов, а их конфигурация по-прежнему устанавливает ограниченный контакт со втулкой 22', поскольку кожух 14е не вступает в контакт со втулкой 22' ни в какой точке. Предпочтительно, чтобы конфигурация схемы обеспечивала отсутствие схемных элементов (резистора, конденсатора, интегральных микросхем, и т. д.), не являющихся проводящими входными или выходными выводами, в той осевой области узла 10b" для схемы, вокруг которой расположены вкладыши.

Обратимся теперь к фиг.6А, где показан цифровой детонатор замедленного действия, содержащий узел для схемы согласно одному варианту настоящего изобретения. В широком смысле, детонатор 110 в основном аналогичен детонаторам, известным в данной области техники под названием "детонаторы" или - иногда - "капсюли-детонаторы", которые обычно содержат малый заряд взрывчатого вещества, находящийся в металлическом или пластиковом кожухе 140. Капсюль-детонатор подсоединен к линии передачи сигнала, к примеру ударной трубке 110. Сигнал, который может быть результатом инициирования заряда взрывчатого вещества в кожухе, может быть принят по линии передачи сигнала. Термин "детонатор" обычно понимают как относящийся к кожуху с находящимся в нем зарядом взрывчатого вещества (вместе с опорными конструкциями, химическими или электронными средствами задержки, преобразователями и т.п., которые необходимы для подачи и своевременного инициирования взрывного выходного сигнала), но не включающий в себя посторонние конструкции, внешние по отношению к кожуху. Например, сосуд Дьюара, показанный в вышеупомянутом патенте США, выданном Гесселю, содержит детонатор, а не является частью детонатора.

В показанном варианте детонатор 100 замедленного действия содержит средство для сигнала инициирования, содержащее линию передачи неэлектрического сигнала, которая содержит в рассматриваемом случае ударную трубку 110, переходной вкладыш 114, изолирующую гильзу 118, форсирующий заряд 120 и передающий элемент 58. Как хорошо известно специалистам в данной области техники, ударная трубка представляет собой полую пластиковую трубку, внутренняя стенка которой покрыта взрывчатым веществом, так что при подрыве через ударную трубку распространяется ударная волна с малой энергией. См., например, патент США 4607573, выданный Туресону (Thureson) и др. (Понятно, что вместо ударной трубки могут быть использованы другие линии передачи неэлектрического сигнала, такие как детонирующий шнур, детонирующий шнур с низкой энергией, низкоскоростная ударная трубка и тому подобное.) Ударная трубка 110 закреплена на открытом конце 112а корпуса, содержащего кожух 112, с помощью переходного вкладыша 114, вокруг которого обжат кожух 112 с гофрированными поверхностями 116, 116а. Вкладыш 114 также помогает создать защищающее от внешнего воздействие уплотнение между кожухом 112 и внешней поверхностью ударной трубки 110. Кожух 112 выполнен из электропроводного материала, обычно из алюминия, и предпочтительно, чтобы его размеры и форма были как у известных взрывных капсюлей, т.е. детонаторов. Сегмент 110а ударной трубки 110 в кожухе 112 оканчивается на конце 110b в непосредственной близости или в контакте с изолирующей гильзой 118, снимающей статические заряды.

Изолирующая гильза 118, как лучше всего видно на фиг.6В, представляет собой тип, хорошо известный специалистам в данной области техники, и выполнена из полупроводникового материала, например из полимерного материала с углеродистым наполнителем, так что она создает тракт к кожуху 112 для рассеяния статического электричества, которое может распространяться вдоль ударной трубки 110. Например, см. патент США 3981240, выданный Гладдену (Gladden). Форсирующий заряд 120 низкой энергии размещен рядом с изолирующей гильзой 118 и имеет связь, обеспечивающую передачу сигнала, с концом 110b ударной трубки 110. Как лучше всего видно из фиг.6В и хорошо известно в данной области техники, изолирующая гильза 118 содержит в общем случае цилиндрическое тело (обычно в виде усеченного конуса, расположенного большим диаметром к открытому концу 112а кожуха 112), внутренность которого разделяется тонкой разрываемой мембраной 118b на входную камеру 118а и выходную камеру 118с. Конец 110b ударной трубки 110 (фиг.6А) может быть размещен во входной камере 118а (ударная трубка 110 на фиг.6В для ясности не показана). Выходная камера 118с обеспечивает воздушный промежуток или зазор между концом 110b ударной трубки 110 и форсирующим зарядом 120. При срабатывании, сигнал ударной волны, проходящий по ударной трубке 110, разорвет мембрану 118b, преодолеет зазор, обеспечиваемый выходной камерой 118с, попадет на форсирующий заряд 120 и вызовет его детонацию.

Форсирующий заряд 120 содержит небольшое количество взрывчатого вещества 124, на котором размещен первый амортизирующий элемент 126. Взрывчатое вещество 124 обычно содержит первичное взрывчатое вещество, к примеру азид свинца, но может содержать подходящее вторичное взрывчатое вещество, к примеру БНКП. Первый амортизирующий элемент 126, который имеет форму кольца, защищающего тонкую центральную мембрану, расположен между изолирующей гильзой 118 и взрывчатым веществом 124, воспринимая на себя уплотняющее давление, которое испытывает взрывчатое вещество 124 во время изготовления детонатора 100, что защищает взрывчатое вещество 124 от прямого приложения давления.

Изолирующая гильза 118, первый амортизирующий элемент 126 и форсирующий заряд 120 могут быть смонтированы в форсирующей оболочке 132 известным образом, как показано на фиг.3В. Внешняя поверхность изолирующей гильзы 118 находится в проводящем контакте с внутренней поверхностью форсирующей оболочки 132, размеры и конфигурация которой обеспечивают, в свою очередь, фрикционную посадку внутри кожуха 112 и обеспечивают таким образом электропроводный контакт от ударной трубки 110 к кожуху 112, В общем случае, форсирующая оболочка 132 вставляется в кожух 112, а кожух 112 спрессовывается, чтобы удержать в нем форсирующую оболочку 132, а также защитить содержимое кожуха 112 от внешних воздействий.

Между форсирующим зарядом 120 и передающим элементом 58 расположен непроводящий буфер 128, обычно имеющий толщину 0,381 мм (0,015 дюйма), для электрической изоляции передающего элемента 58 от форсирующего заряда 120. Передающий элемент 58 содержит пьезоэлектрический преобразователь, который связан с форсирующим зарядом 120 каналом передачи усилия, и поэтому может преобразовывать выходное усилие форсирующего заряда 120 в импульс электрической энергии. Выходные выводы передающего элемента 58 подсоединены к модулю 54 инициирования, как показано на фиг.4. Как показано на фиг.5, корпус, снабженный детонатором 100, содержит кожух 112 и (необязательную) открытую на концах стальную втулку 22, в которой размещен модуль 54 инициирования и конфигурация которой обеспечивает фрикционную посадку внутри кожуха 112.

Детонатор 100 содержит средство входного сигнала для получения выходного сигнала детонации в конце интервала задержки. Как было показано выше, часть средства для выходного сигнала детонатора содержит капсюль 46 инициирования выходного сигнала модуля 54 инициирования (показанного на фиг.4), рядом с которым в детонаторе 100 имеется второй амортизирующий элемент 142, подобный первому амортизирующему элементу 126. Второй амортизирующий элемент 142 отделяет средство инициирования выходного сигнала модуля 54 инициирования от остальной части средства для выходного сигнала детонатора, содержащего выходной заряд 144. Выходной заряд 144 содержит (необязательно) первичное взрывчатое вещество 144а (которое может быть заменено подходящим вторичным взрывчатым веществом, например БНКП) и вторичное взрывчатое вещество 144b. Вторичное взрывчатое вещество 144b имеет достаточную ударную мощность, чтобы прорвать кожух 112 и вызвать детонацию форсирующих взрывчатых веществ, динамита и т.д., размещенных по пути передачи сигнала к детонатору 100.

При использовании неэлектрический сигнал инициирования в средстве для сигнала инициирования проходит через ударную трубку 110 и излучается из конца 110b. Этот сигнал разрывает мембрану 118b изолирующей гильзы 118 и первый амортизирующий элемент 126, инициируя взрывчатое вещество 124 форсирующего заряда 120. Взрывчатое вещество 124 генерирует ударную волну детонации, которая наталкивается на пьезоэлектрический преобразователь в передающем элементе 58. Передающий элемент 58 затем вырабатывает импульс электрической энергии, который воспринимается модулем 54 инициирования. Таким образом, средство для неэлектрического сигнала подает сигнал инициирования в узел для схемы модуля 54 инициирования. Узел для схемы запасает импульс электрической энергии и после заранее заданной задержки высвобождает и подает эту энергию в средство инициирования выходного сигнала, которое инициирует подрыв выходного заряда 144.

Как было показано выше, в альтернативных вариантах узел для размещенной в капсуле схемы по настоящему изобретению может быть использован с электрической схемой задержки детонатора, разработанной для использования с проводом для передачи электрического сигнала вместо ударной трубки или другой линии для передачи неэлектрического сигнала. В такой схеме нет необходимости иметь форсирующий заряд 120 или передающий элемент 58.

Хотя изобретение было подробно описано со ссылками на конкретные варианты его осуществления, очевидно, что после прочтения и осмысления предшествующего материала специалисты в данной области техники предложат многочисленные изменения к описанным вариантам. Например, понятно, что даже если корпус не имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность, может быть предложена конфигурация капсулы для схемы, которая обеспечит ограниченный контакт ее с корпусом. Предполагается, что такого рода изменения входят в объем прилагаемой формулы изобретения.

Формула изобретения

1. Узел для заключенной в оболочку схемы, содержащий электронную схему, помещенную в капсулу, размещенную внутри удлиненного корпуса, имеющего продольно простирающуюся внутреннюю поверхность, причем размеры и конфигурация капсулы обеспечивают ограниченный осевой контакт с продольно простирающейся внутренней поверхностью.

2. Узел для схемы по п.1, отличающийся тем, что корпус представляет собой металлическую втулку.

3. Узел для схемы по п.2, отличающийся тем, что схема содержит входные и выходные выводы, которые выступают из капсулы, причем узел дополнительно содержит передающий элемент на одном конце корпуса.

4. Узел для схемы по п.3, отличающийся тем, что капсула представляет собой футляр, в который помещена схема, с, по меньшей мере, одним вкладышем, который находится в контакте с продольной внутренней поверхностью корпуса и который занимает менее пятидесяти процентов осевой длины футляра.

5. Узел для схемы по п.4, отличающийся тем, что вкладыш представляет собой О-образное кольцо.

6. Узел для схемы по п.4, отличающийся тем, что содержит два или более вкладышей.

7. Узел для схемы по п.6, отличающийся тем, что имеет выходной конец и входной конец и в котором один вкладыш расположен близко к выходному концу, а другой вкладыш расположен близко ко входному концу.

8. Узел для схемы по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что конфигурация капсулы такова, что имеется множество радиально выступающих бобышек, выполненных как единое целое с капсулой.

9. Узел инициирования, содержащий удлиненный открытый на концах корпус, имеющий продольную внутреннюю поверхность, модуль инициирования, содержащий узел для схемы с прикрепленным к нему капсюлем инициирования выходного сигнала, причем капсюль инициирования выходного сигнала содержит электрический элемент инициирования и инициирующий заряд, которые прикреплены к узлу для схемы, при этом узел для схемы содержит схему, помещенную внутри капсулы, которая размещена внутри корпуса, схема имеет входные выводы, которые выступают из капсулы для приема электрического сигнала инициирования, и выходные выводы, подсоединенные к электрическому элементу инициирования в капсюле инициирования, а конфигурация схемы обеспечивает инициирование капсюля инициирования выходного сигнала в ответ на электрический сигнал инициирования, принимаемый на входных выводах, при этом капсула дополнительно содержит, по меньшей мере, один упругий вкладыш, занимающий менее половины осевой длины капсулы, причем размещение и конфигурация вкладыша обеспечивают контакт с внутренней поверхностью корпуса и наличие периферии, которая выходит за осевой контур остальной части модуля инициирования, так что капсула для схемы имеет несоответствующую конфигурацию относительно внутренней поверхности корпуса.

10. Узел по п.9, отличающийся тем, что дополнительно содержит передающий элемент, содержащий корпусную часть и передающие выводы для подачи сигнала инициирования через корпусную часть на передающие выводы, причем передающий элемент подключен к корпусу с помощью передающих выводов, проходящих в нем и подсоединенных ко входным выводам схемы, при этом упругий вкладыш и передающие выводы взаимодействуют для размещения узла для схемы в корпусе без контакта между футляром для схемы и внутренней поверхностью корпуса.

11. Узел по п. 9, отличающийся тем, что вкладыш занимает менее одной четверти осевой длины узла для схемы.

12. Узел инициирования, содержащий удлиненный открытый на концах корпус, имеющий продольную внутреннюю поверхность, модуль инициирования, содержащий узел для схемы с прикрепленным к нему капсюлем инициирования выходного сигнала, причем капсюль инициирования выходного сигнала содержит электрический элемент инициирования и инициирующий заряд в капсюле, который прикреплен к узлу для схемы, при этом узел для схемы содержит схему, помещенную внутри капсулы, которая размещена внутри корпуса, схема имеет входные выводы, которые выступают из капсулы для приема электрического сигнала инициирования, и выходные выводы, подсоединенные к электрическому элементу инициирования в капсюле инициирования, а конфигурация схемы обеспечивает инициирование капсюля инициирования выходного сигнала в ответ на электрический сигнал инициирования, принимаемый на входных выводах, при этом капсула дополнительно содержит два или более вкладышей, которые вместе занимают менее половины осевой длины капсулы, причем размещение и конфигурация вкладышей обеспечивают контакт с внутренней поверхностью корпуса и наличие периферии, которая выходит за осевой контур остальной части модуля инициирования, так что капсула для схемы имеет несоответствующую конфигурацию относительно внутренней поверхности корпуса.

13. Узел по п.12, отличающийся тем, что дополнительно содержит передающий элемент, содержащий корпусную часть и передающие выводы для подачи сигнала инициирования через корпусную часть на передающие выводы, причем элемент передачи подключен к корпусу с помощью передающих выводов, проходящих в нем и подсоединенных ко входным выводам схемы.

14. Узел по любому из пп.9, 12 и 13, отличающийся тем, что модуль инициирования имеет первый конец, из которого выступают входные выводы, и второй конец в капсюле инициирования, и при этом каждый вкладыш остается полностью между первым концом и вторым концом модуля инициирования.

15. Узел по п.14, отличающийся тем, что узел для схемы содержит выходной конец и входной конец и в котором один вкладыш остается полностью между первым концом и вторым концом.

16. Узел по п. 10, отличающийся тем, что содержит передающий элемент, который преобразует физический импульс в электрический сигнал на передающих выводах.

17. Узел по п.9 или 12, отличающийся тем, что корпус представляет собой металлическую втулку.

18. Узел по п.17, отличающийся тем, что металлическая втулка имеет конфигурацию, которая позволяет ей выдерживать боковое давление, по меньшей мере, 68,948 МПа (10000 фунтов-сил/дюйм²).

19. Узел по п.9 или п.12, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один вкладыш представляет собой О-образное кольцо.

20. Узел по п.19, отличающийся тем, что модуль инициирования ограничивает, по меньшей мере, одну шейку, в которой посажено О-образное кольцо.

21. Узел по п.19, отличающийся тем, что О-образное кольцо содержит полимерный материал, имеющий параметр твердости в диапазоне от примерно 40 до 70.

22. Заключенный в оболочку узел инициирования, содержащий открытую на концах втулку из закаленной стали, имеющую внутреннюю поверхность втулки и проходящую в ней ось втулки, передающий элемент, содержащий корпус и передающие выводы для восприятия физического импульса и генерирования электрического сигнала на передающих выводах, причем передающий элемент подключен к одному концу втулки с помощью передающих выводов, проходящих во втулку, модуль инициирования, содержащий узел для схемы с прикрепленным к нему капсюлем инициирования выходного сигнала, причем капсюль инициирования выходного сигнала содержит схему в капсуле, представляющей собой футляр для схемы с, по меньшей мере, одним упругим О-образным кольцом, выполненным из полимерного материала и имеющим конфигурацию, обеспечивающую контакт с внутренней поверхностью втулки, так что вкладыш и передающие выводы взаимодействуют, обеспечивая расположение узла для схемы по центру во втулке без контакта через кожух для схемы с внутренней поверхностью втулки, при этом схема содержит аккумулирующий элемент и синхронизированную схему переключения и имеет входные выводы, выступающие из капсулы для подсоединения к передающим выводам для передачи электрического сигнала, инициирования от передающих выводов на схему переключения, причем узел для схемы дополнительно содержит выходные выводы, к которым подсоединен электрический элемент инициирования.

23. Узел по п.22, отличающийся тем, что передающий элемент представляет собой передающий элемент, который преобразует физический импульс в электрический сигнал на передающих выводах.

24. Узел по п.19, отличающийся тем, что модуль инициирования ограничивает, по меньшей мере, одну шейку, и при этом каждое О-образное кольцо посажено в некоторой шейке.

25. Ударопрочный узел для электронной схемы, содержащий электронную схему, помещенную в капсулу, размеры и конфигурация которой таковы, что имеется множество бобышек, выполненных как единое целое с капсулой, которые выступают из остальной цилиндрической внутренней поверхности, при этом электронная схема содержит (i) средство аккумуляции, подсоединенное ко входному зажиму, для приема и накопления электрической энергии, (ii) схему переключения, соединяющую средство аккумуляции с выходным зажимом, для приема и высвобождения электрической энергии, (iii) элемент инициирования, подсоединенный к выходному зажиму, (iv) схему таймера, оперативно подсоединенную к схеме переключения для управления с помощью схемы переключения высвобождением энергии, накопленной средством аккумуляции, на элемент инициирования, при этом входной зажим проходит сквозь капсулу, позволяя подавать электрическую энергию к средству аккумуляции извне капсулы, и при этом выходной зажим выступает сквозь капсулу для подачи электрической энергии из средства аккумуляции через схему переключения наружу капсулы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9

PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:
Те Инсайн-Бикфорд Компани (US)

(73) Патентообладатель:
Дайно Ноубель Инк. (US)

Договор № РД0010361 зарегистрирован 13.07.2006

Извещение опубликовано: 20.08.2006        БИ: 23/2006