ES2221043T3 - Conjunto de circuito electronico resistente a los golpes. - Google Patents

Conjunto de circuito electronico resistente a los golpes.

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ES2221043T3 ES97911702T ES97911702T ES2221043T3 ES 2221043 T3 ES2221043 T3 ES 2221043T3 ES 97911702 T ES97911702 T ES 97911702T ES 97911702 T ES97911702 T ES 97911702T ES 2221043 T3 ES2221043 T3 ES 2221043T3
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Paul N. Marshall
Thomas C. Tseka
Brendan M. Walsh
James E. Fritz
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Ensign Bickford Co
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    • H05K5/02Details
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42BEXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00Blasting cartridges, i.e. case and explosive
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Abstract

SE PROPORCIONA UN CONJUNTO (10) DE CIRCUITO ELECTRONICO RESISTENTE A LOS CHOQUES, EN EL QUE UN CIRCUITO ELECTRONICO VA ENCERRADO EN UN ENCAPSULAMIENTO (14), QUE SE UNE A UNA ENVOLTURA CIRCUNDANTE (18, 22) EN CONTACTO AMORTIGUADOR DE CHOQUES CON LA MISMA. EL ENCAPSULAMIENTO PUEDE TENER UNA SERIE DE BORDES (16, 16A, 16B), ALETAS (24) O REBORDES (70) QUE SE APOYAN CONTRA LA ENVOLTURA. EL ENCAPSULAMIENTO PUEDE INCLUIR UN MATERIAL AMORTIGUADOR (14F) DISPUESTO CONTRA LA ENVOLTURA, PARA PROTEGER EL CIRCUITO CONTRA VIBRACIONES, Y UN MATERIAL DE SOPORTE ESTRUCTURAL (14E) PARA PROTEGER EL CIRCUITO CONTRA LOS ESFUERZOS. EL CONJUNTO DE CIRCUITO (10) PUEDE CONTENER UN CONDENSADOR (34) PARA ALMACENAR UNA SEÑAL ELECTRICA Y UN CIRCUITO DE TEMPORIZACION PARA LIBERAR LA ENERGIA ELECTRICA DESPUES DE UN PERIODO PREDETERMINADO. EL CONJUNTO DE CIRCUITO (10) PUEDE FORMAR PARTE DE UN CONJUNTO DE CIRCUITO TRANSDUCTOR (55) QUE INCLUYE UN MODULO TRANSDUCTOR (58) PARA CONVERTIR LA ENERGIA DE ONDA DE CHOQUE EN ENERGIAELECTRICA PARA EL CIRCUITO ELECTRONICO, Y LA ENERGIA LIBERADA PUEDE CONVERTIRSE EN UNA SEÑAL DE INICIACION DE DETONACION. EL CONJUNTO (55) PUEDE FORMAR PARTE DE UN DETONADOR (100) QUE RECIBE UNA SEÑAL NO ELECTRICA DE INICIACION Y EFECTUA LA DETONACION DESPUES DEL RETARDO DETERMINADO POR EL CIRCUITO ELECTRONICO. EL ALOJAMIENTO DEL DETONADOR (112) O UN MANGUITO OPTATIVO (22) PROPORCIONA UN RECINTO PARA EL CONJUNTO (55).

Description

Conjunto de circuito electrónico resistente a los golpes.
Antecedentes de la invención Campo de la invención
La presente invención se refiere a circuitos electrónicos encapsulados y, en particular, a conjuntos de circuitos electrónicos resistentes al impacto que encuentran su uso en los componentes explosivos.
Técnica relacionada
Son conocidos los circuitos de sincronización electrónicos para encender detonadores después de un periodo de retraso predeterminado, controlado electrónicamente. El periodo de retraso se mide a partir de la recepción de una señal de inicio que puede proporcionar potencia para el circuito de sincronización. Por tanto, la Patente de los Estados Unidos 5.133.257 a nombre de Jonsson, presentada el 28 de Julio de 1992, describe un sistema de encendido que comprende un transductor piezoeléctrico que puede disponerse próximo a una línea de derivación de cordón de detonación. Cuando se detona un cordón de detonación, una onda de impacto es impuesta sobre el transductor piezoeléctrico que produce entonces un impulso eléctrico. La energía eléctrica procedente del transductor es memorizada en un condensador que proporciona potencia para un sincronizador. Después de un retraso predeterminado, la sincronización permite que la energía almacenada restante en el condensador encienda una cabeza de encendido del detonador. Los circuitos del retraso electrónico pueden utilizarse también para iniciar los elementos de puente, tales como un puente de semiconductor, como se describe por ejemplo, en la Patente de los Estados Unidos Nº 4.708.060 a nombre de Bickes, Jr. y col, presentada el 24 de Noviembre de 1987, o un puente de tungsteno como se describe, por ejemplo, en la Patente de los Estados Unidos 4.976.200 a nombre de Benson y col., presentada el 11 de Diciembre de 1990. Se observan otros circuitos de retraso electrónicos en la Patente de los Estados Unidos 5.173.569 a nombre de Pallanck y col., presentada el 22 de Diciembre de 1992; en la Patente de los Estados Unidos 5.377.592 a nombre de Rode y col., presentada el 3 de Enero de 1995; y en el documento U.S. 5.435.248 a nombre de Rode y col, presentado el 25 de Julio de 1995. Estas patentes sugieren generalmente que el circuito electrónico sea moldeado dentro de un envase de plástico adecuado, carcasa o "compuesto de masilla". Ver, por ejemplo, la Patente de Jonsson en la columna 2, líneas 42-50; la Patente de Pallanck y col., en la columna 3, líneas 32-35; la Patente de Rode y col., (U.S. 5.337.592) en la columna 9, líneas 30-33, y la Patente de Rode y col., (U.S. 5.435.248) en columna 7, líneas 9-13. El fin indicado para tales cerramientos es proteger los componentes electrónicos y reducir al mínimo los casos de detonación o daño por impacto mecánico. No se describe en estas patentes configuración o material particular para carcasas de este tipo.
El documento US-A-4 685 303 describe un accionamiento de disco que incluye un cerramiento de control circundante y un módulo de aislamiento de accionamiento del disco. El módulo de aislamiento tiene un cuerpo interior y un exterior, estando montado el cuerpo interior dentro del cuerpo exterior y estando aislado de las vibraciones e impactos a los que se somete el cuerpo exterior. El cuerpo interior está en contacto con el cuerpo exterior solamente a través de muelles de absorción de impacto. Además, están previstos medios de amortiguación entre los cuerpos exterior e interior para absorbe los impactos de nivel superior.
El documento US-A-3 566 003 describe una encapsulación de un diodo que comprende un cuerpo de plástico cilíndrico que encapsula el diodo y en donde los extremos reciben las férulas conectadas a los cables conductores respectivos, de manera que la unidad puede ser enchufada en los terminales de sujeción de muelle.
El documento US-A-4 869 170 describe un detonador que comprende un circuito encerrado en una encapsulación dentro de un cerramiento alargado. La encapsulación se extiende a lo largo de una porción de la longitud del cerramiento, pero tiene un contacto completo con la superficie interior longitudinal del cerramiento en estas regiones donde la encapsulación está coextensiva con el cerramiento. No se muestran intersticios entre la encapsulación y el cerramiento.
Resumen de la invención
La presente invención se refiere a un conjunto de circuito electrónico resistente al impacto que comprende un circuito electrónico encerrado en una encapsulación que está dimensionada y configurada para comprender porciones salientes cilíndricamente.
De acuerdo con formas de realización alternativas de la invención, la encapsulación puede tener una configuración generalmente poligonal, o puede configurarse para definir una pluralidad de salientes en proyección, o puede configurarse para definir aletas en proyección.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, el conjunto de circuito puede estar dispuesto dentro de un cerramiento rígido que tiene una superficie interior, acoplándose la encapsulación con dicha superficie interior en contacto limitado con la misma.
De acuerdo todavía con otro aspecto de la invención, la encapsulación puede comprender un material de desacoplamiento y, opcionalmente, un material de soporte estructural. El material de soporte y el material de desacoplamiento puede tener cada uno una densidad y la densidad del material de desacoplamiento puede ser al menos 20 por ciento menos que la densidad del material de soporte.
En una forma de realización particular de la invención, el circuito electrónico puede comprender un circuito de retraso que comprende (i) medios de almacenamiento que tienen un terminal de entrada para recibir y memorizar la energía eléctrica; (ii) un circuito de conmutación que conecta los medios de almacenamiento con un terminal de salida para liberar la energía almacenada por los medios de almacenamiento al terminal de salida en respuesta a una señal procedente de un circuito sincronizador; (iii) un circuito sincronizador conectado operativamente al circuito de conmutación para controlar la liberación por el circuito de conmutación de energía almacenada por los medios de almacenamiento a un terminal de salida. El terminal de entrada se extiende a través de la encapsulación para permitir el suministro de energía eléctrica a los medios de almacenamiento desde el exterior de la encapsulación. El terminal de salida se extiende también a través de la encapsulación, para suministrar la energía eléctrica desde los medios de almacenamiento a través del circuito de conmutación al exterior de la encapsulación.
Pueden existir medios de inicio de salida conectados operativamente a los medios de almacenamiento a través del circuito de conmutación para recibir a través del circuito de conmutación la energía almacenada por los medios de almacenamiento y para generar una señal de inicio explosiva en respuesta a esto. Puede existir una superficie de cerramiento interior dimensionada y configurada para recibir dentro el circuito de retraso. La encapsulación se acopla en la superficie interior del manguito en contacto de dispersión de impacto con la misma, como se describe aquí.
La invención proporciona también una unidad de inicio del transductor que comprende el conjunto de circuito, manguito y medios de inicio de salida descritos anteriormente en combinación con un módulo transductor que comprende un casquillo que está dimensionado y configurado para acoplarse con el manguito. El módulo transductor comprende un transductor piezoeléctrico en el casquillo y una pareja de cables conductores del transductor conectados al terminal de entrada del conjunto de circuito.
La invención proporciona también un detonador de retraso que comprende un cerramiento que comprende al menos una carcasa cerrada en un extremo y abierta en el otro extremo para conexión extremo a extremo a medios de señal de inicio para proporcionar una señal de inicio eléctrica a un conjunto de circuito de retraso resistente al impacto como se describe anteriormente. El conjunto de circuito de retraso está en la carcasa, y existen medios de salida dispuestos en la carcasa en relación operativa a los medios de almacenamiento, para recibir a través del circuito de conmutación la energía almacenada por los medios de almacenamiento y para generar una salida explosiva en respuesta a esto. En una forma de realización, el circuito de retraso comprende una encapsulación dimensionada y configurada para contacto limitado con una superficie interior del cerramiento, por ejemplo, la encapsulación puede tener una configuración protuberante cilíndricamente. En otra forma de realización, la encapsulación puede comprender un material de soporte estructural y un material de desacoplamiento y, opcionalmente, puede configurarse para contacto limitado con una superficie interior del cerramiento. En una forma de realización particular, el cerramiento puede comprender un manguito dispuesto dentro de la carcasa y la encapsulación puede acoplarse en la superficie interior del manguito.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1A es una vista oxonométrica esquemática de la circuitería encapsulada o "módulo encapsulado" en un cerramiento circundante mostrado en configuración con puntos de acuerdo con una forma de realización de la presente invención.
La figura 1B es una vista similar a la figura 1A de un módulo electrónico y cerramiento de acuerdo con una forma de realización diferente de la presente invención.
La figura 2A es una vista en alzado esquemática de un módulo electrónico de acuerdo todavía con otra forma de realización de la presente invención.
La figura 1B es una vista similar a la figura 1A de un módulo electrónico y el cerramiento de acuerdo con una forma de realización diferente de la presente invención.
La figura 2A es una vista en alzado esquemática de un módulo electrónico de acuerdo todavía con otra forma de realización de la presente invención.
La figura 2B es una vista del módulo electrónico de la figura 2A, observada a lo largo de las líneas 2B-2B.
La figura 2C es una vista en sección transversal, esquemática, parcial del módulo electrónico de las figuras 2A y 2B dispuesto dentro de un manguito.
La figura 3A es una vista en perspectiva de un módulo electrónico de acuerdo todavía con otra forma de realización de la presente invención.
La figura 3B es una vista en sección transversal esquemática del módulo electrónico de la figura 3A, y un cerramiento, ilustrando los salientes en proyección que se acoplan en el cerramiento.
La figura 4 es una vista en perspectiva en sección transversal parcialmente de un conjunto de inicio de retraso del transductor que comprende un módulo electrónico y el manguito de la figura 2C junto con un módulo del transductor.
La figura 5A es una vista similar a la figura 4 de una forma de realización alternativa de la invención.
La figura 5B es una vista en sección transversal parcialmente del conjunto de iniciación de retraso-transductor de la figura 5A tomada a lo largo de la línea 5B-5B.
La figura 6A es una vista esquemática en sección transversal parcialmente que muestra un detonador de retraso que comprende un circuito electrónico encapsulado de acuerdo con una forma de realización de la presente invención; y
La figura 6B es una vista, ampliada con respecto a la figura 6A de la copa de aislamiento y los componentes de carga multiplicador del detonador de la figura 6A.
Descripción detallada de la invención y sus formas de realización preferidas
La presente invención se refiere a una encapsulación protectora para un circuito electrónico dispuesto en un cerramiento circundante rígido, tal como un armazón metálico. Preferentemente, al menos parte de la encapsulación es moldeada aproximadamente en el circuito anterior a la colocación del circuito en el cerramiento, dejando acceso exterior solamente para cables conductores para programación, ensayo y uso del circuito, para proteger el circuito de daño medioambiental. La encapsulación de la presente invención protege al circuito después está en el cerramiento por la atenuación de las ondas de impacto recibidas por el cerramiento lo que provocaría de otro modo tensión que puede dañar particularmente al circuito, se cree, en puntos de unión entre las estructuras del circuito y las interfaces de materiales de diferentes densidades. La encapsulación protege también el circuito previniendo que el circuito choque contra el cerramiento.
La encapsulación de la presente invención puede configurarse físicamente para atenuar tales ondas de impacto, y/o puede comprender materiales que atenúan tales ondas de impacto sin considerar la configuración física de la encapsulación. Por ejemplo, la encapsulación puede estar configurada físicamente de manera que, cuando se dispone en el cerramiento, se limita el contacto entre la encapsulación y el cerramiento. La encapsulación previene entonces que el circuito incida con el cerramiento como resultado de las vibraciones o aceleraciones a corto plazo, y atenúa las ondas de impacto recibidas por el cerramiento debido a que pueden alcanzar solamente el circuito a través de estas porciones de la encapsulación que se acoplan con el cerramiento. El resto de la encapsulación difunde la onda de impacto y protege, por tanto, la circuitería. Alternativamente, la encapsulación puede comprender un material de reducción del impacto que no solamente amortigua el circuito contra colisión con el cerramiento, sino que además impide la transmisión de las ondas de impacto y las vibraciones del cerramiento independientemente del grado de contacto entre la encapsulación y el cerramiento. La encapsulación puede ser todavía suficientemente rígida para proteger el circuito contra daños procedentes de la flexión inesperada, tal como podría producirse de otro modo durante la fabricación de un dispositivo que comprende el circuito o como resultado de una aceleración inducida por impacto del circuito dentro de un cerramiento en una dirección que no está paralela al eje del cerramiento. En otras palabras, la encapsulación puede comprender distintos materiales que proporcionan soportes estructurales y desacoplamiento por vibración. La densidad y, preferentemente, la dureza de un material de desacoplamiento es típicamente inferior a las densidades y durezas del material de soporte estructural y el cerramiento acoplado por la encapsulación. La densidad del material de desacoplamiento es preferentemente al menos 20 por ciento menos de la densidad del material de soporte estructural y está preferentemente en el intervalo de 20 a 60 por ciento menos, aunque en muchos casos, pueden utilizares los materiales de desacoplamiento de densidades relativas incluso menores. Incluso cuando el material de soporte estructural está separado del cerramiento por el material de desacoplamiento, es preferible que el material de soporte estructural sea configurado para dispersar las ondas de impacto del cerramiento. Por consiguiente, el material de soporte estructural puede proporcionar una carcasa de circuito configurada de manera que su periferia define un resalte no uniforme desde la superficie interior del cerramiento. Por ejemplo, una carcasa poligonal dentro de un cerramiento que tiene una superficie interior cilíndrica servirá para disipar las ondas de impacto recibidas desde el cerramiento incluso si la carcasa está rodeada por un material de desacoplamiento y no se acopla directamente en la superficie interior del cerramiento.
Opcionalmente, la encapsulación de acuerdo con la presente invención puede tener ambas de las características descritas anteriormente, es decir, puede configurarse físicamente para contacto limitado con un cerramiento y puede comprender también un material de desacoplamiento de vibración.
La invención encuentra utilidad en la protección de cualquier circuito dispuesto en un cerramiento rígido que puede someterse a vibraciones físicas u ondas de impacto, pero es utilizado preferentemente para proteger el circuito electrónico de un detonador controlado electrónicamente. Los detonadores fabricados con conjuntos de circuito electrónico encapsulados de acuerdo con la presente invención son menos probables que sean dañados por la detonación anterior de las cargas vecinas y detonarán, por tanto, de manera más constante en los tiempos adecuados a diferencia de los detonadores de la técnica anterior. Puesto que los cerramientos previstos por la mayoría de los detonadores comprenden carcasas cilíndricas y, opcionalmente, un manguito cilíndrico en la carcasa, ambas de las cuales proporcionan una superficie interior cilíndrica, una encapsulación que está configurada físicamente para contacto limitado con el cerramiento puede tener alguna de una variedad de configuraciones no cilíndricas referidas aquí y en las reivindicaciones como configuraciones "en proyección cilíndricamente". Una encapsulación con una configuración en proyección cilíndricamente tiene una superficie exterior que se acopla solo de forma parcial a una superficie interior cilíndrica de un cerramiento, dejando una porción de la encapsulación distanciada de la superficie interior del cerramiento. Algunos ejemplos de las configuraciones en proyección cilíndricamente se describen a continuación en relación con las figuras 1A a la figura 4.
Típicamente, un circuito de sincronización de detonador electrónico comprende varios elementos de circuito discretos e integrados que incluyen medios de almacenamiento tales como un condensador que recibe y almacena una señal de inicio eléctrica. El circuito de retraso incluye generalmente un circuito de conmutación electrónico que puede, después de la recepción de una señal de encendido desde un circuito sincronizador, descargar el condensador a un terminal de salida donde un elemento de inicio, tal como un hilo caliente, hilo de puente o un puente semiconductor pueden estar conectados al circuito. La señal de encendido está prevista por un circuito sincronizador siguiendo un intervalo de retraso de tiempo medido desde la recepción de la señal de inicio eléctrica. Convencionalmente, el circuito sincronizador y el circuito de conmutación están fabricados como circuitos integrados, y son utilizados en unión con ciertos otros elementos de circuito discreto. El circuito electrónico está montado típicamente disponiendo los elementos de circuito sobre una pequeña porción de cuadro de circuitos impresos que proporciona las conexiones eléctricas necesarias entre ellos, utilizando la denominada tecnología de montante superficial. Alternativamente, los elementos de circuito pueden estar montados sobre un cuadro conductor similar a un mallado que soporta algunas de las conexiones entre ellos. La encapsulación está moldeada alrededor del circuito montado.
Se muestra en la figura 1A un conjunto de circuito electrónico encapsulado de acuerdo con una forma de realización de la presente invención, en el que la encapsulación está dimensionada y configurada para contacto limitado con un cerramiento circundante. El conjunto de circuito 10 (referido con frecuencia aquí como un "módulo electrónico") comprende elementos de circuito electrónico (no mostrados) montados sobre un portador 12 (por ejemplo, un cuadro de circuitos impresos, cuadro conductor, o similar), que es indicado en configuración de puntos. El conjunto de circuito 10 comprende también una encapsulación generalmente rectangular 14 dentro de la cual se encierran los elementos del circuito y la portadora. Debido a su configuración poligonal, es decir, rectangular, la encapsulación 14 define una pluralidad de bordes que se extienden longitudinalmente en proyección cilíndricamente 16 que pueden acoplar la superficie interior cilíndrica de un cerramiento circundante, tal como una carcasa de aluminio con extremos cerrados 18, mostrada en configuración punteada. La carcasa 18 hace contacto con los bordes 16, mientras que las superficies planas de la encapsulación permanecen principalmente distanciadas del cerramiento como si fuera circunscritas alrededor del exterior poligonal de encapsulación 14. Debido al contacto limitado entre la encapsulación 14 y la superficie interior 18a del cerramiento, una onda de impacto recibida por la carcasa 18 puede incidir solamente sobre los elementos de circuito electrónico después de que es disipado por la encapsulación desde el punto de contacto, por ejemplo, desde el borde 16, como se sugiere por las líneas de onda de disipación 20. Preferentemente, la encapsulación 14 está configurada de manera que los puntos de contacto a través de los cuales las ondas de impacto pueden ser recibidas, propagan las ondas de impacto en un ángulo oblicuo con respecto a la portadora 12.
En una configuración de "contacto limitado" alternativa mostrada en la figura 1B, un conjunto de circuito 10a de acuerdo con la presente invención está dispuesta dentro de un cerramiento que comprende un manguito con extremo abierto 22 que se puede insertar dentro de una carcasa. El manguito 22 está formado preferentemente de acero inoxidable y sirve para proteger el conjunto de circuito 10a contra fuerzas compresivas externas. La figura 1B ilustra también una configuración alternativa para la encapsulación 14' para proporcionar el contacto reducido adicional entre la encapsulación y el cerramiento circundante. Por tanto, la portadora 12 está dispuesta en una encapsulación generalmente rectangular 14', pero las porciones en proyección periféricas, cilíndricamente 14a, 14b en los extremos opuestos del cerramiento están dimensionadas y configuradas para acoplarse en la superficie interior del manguito 22. Por tanto, la encapsulación 14' se acopla en el manguito 22 solamente a lo largo de los bordes recortados 16a y 16b de sus porciones en proyección.
Otra forma de realización de contacto limitado de la presente invención es observada en las figuras 2A y 2B que muestran que el conjunto de circuito 10b comprende una encapsulación 14c que está configurada para tener una pluralidad de almohadillas o aletas de contacto en proyección cilíndricamente que se extienden longitudinalmente 24 que se extienden más allá de la periferia circular de encapsulación 14c. Como se observa en la figura 2B, la encapsulación 14c está configurada también para tener molduras 25 formadas dentro. Como se explicará adicionalmente a continuación, las molduras 25 permiten los contactos de ensayo eléctricos o "cables conductores" para los circuitos o chips electrónicos dentro de la encapsulación 14c que está expuesta al mismo tiempo que se permite que los contactos permanezcan dentro del perfil de la encapsulación. De este modo, los contactos eléctricos son accesibles, pero no interfieren en la colocación o suspensión de la circuitería encapsulada dentro de la estructura circundante. El conjunto de circuito 10b está designado de manera que los cables conductores de salida 57 y los cables conductores de entrada de inicio 56 se proyectan desde los extremos opuestos respectivos de encapsulación 14c para conexión con otros dispositivos, como se describe a continuación.
La figura 2C proporciona una visión que muestra como las aletas 24 establecen solamente el contacto limitado entre la encapsulación 14c y una estructura de cerramiento circundante, tal como el manguito 22 estableciendo un intersticio 48 entre el resto de la periferia de encapsulación 14c y el manguito 22. Las ondas de disipación 20 ilustran cómo las aletas 24 disipan las ondas de impacto recibidas desde el manguito 22. Se omite una porción de encapsulación 14c de la figura 2C, de manera que pueden observarse los componentes electrónicos variados 26 y el portador 12.
Todavía otra forma de realización de contacto limitado de un circuito electrónico encapsulado de acuerdo con la presente invención se ilustra en las figuras 3A y 3B, donde se observa que el conjunto de circuito 10c comprende una encapsulación 14d que está dimensionada y configurada para tener una configuración protuberante cilíndricamente debido a la presencia de los salientes 70 que se proyectan desde la superficie exterior por lo demás cilíndrica de encapsulación 14d. La encapsulación 14d, incluyendo los salientes 70, está dimensionada y configurada de manera que cuando se inserta en un cerramiento que tiene una superficie interior cilíndrica, los salientes 70 se acoplan en la superficie exterior del cerramiento y la mayoría, si no todo, el resto de la superficie exterior de encapsulación 14d está distanciado de la superficie interior del cerramiento. El conjunto de circuito 10b comprende cables conductores de entrada 56 (figura 3A) que se proyectan desde la encapsulación 14d permiten que los componentes eléctricos sean conectados dentro operativamente a los componentes eléctricos exteriores. Como se observa en la figura 3A, la encapsulación 14d definen molduras 50 para proporcionar acceso a los cables conductores 52 sin requerir que los cables conductores se proyecten más allá del perfil superficial de encapsulación 14d, como lo hace la forma de realización de las figuras 2A, 2B y 2C. La figura 3B ilustra que los salientes 70 se acoplan en la superficie interior de un cerramiento, tal como el manguito 22, y, como se indica por las líneas de dispersión de onda de impacto 72, dispersarán las ondas de impacto indicadas en 74, que inciden en el cerramiento, es decir, el manguito 22, y que son transferidos a la encapsulación 14d.
Un conjunto de circuito con una encapsulación de acuerdo con la presente invención puede utilizarse en un detonador para proporcionar un retraso controlado electrónicamente en el encendido del detonador, que puede funcionar o bien con medios de señal de inicio eléctricos o no eléctricos. Por ejemplo, una línea de señal de inicio eléctrica puede estar conectada a los cables conductores de entrada 56 (Figura 3A) desde una fuente remota controlada por un usuario para proporcionar una señal de inicio a un conjunto de circuito configurado adecuadamente. Alternativamente, el conjunto de circuito puede utilizarse con medios de señal de inicio no eléctricos, por ejemplo, para uso con un cordón de detonación, tubo de impacto, etc., siempre que se proporcione al menos un transductor para convertir la señal de inicio no eléctrica en una señal eléctrica que pueda utilizarse para iniciar el conjunto de circuito. El término "medios de señal de inicio", como se utiliza aquí, y en las reivindicaciones, se entiende abarcar las líneas de transmisión de señal de inicio eléctrica, así como las líneas de transmisión de señal de inicio no eléctricas y sus transductores asociados para suministrar una señal de inicio eléctrica a los cables conductores de entrada del conjunto de circuito de esta invención.
La figura 4 proporciona una vista en perspectiva de un conjunto de circuito transductor (o "iniciador-transductor") 55 que comprende un módulo electrónico 54 que comprende el conjunto de circuito 10b y el manguito 22 de las figuras 2A, 2B y 2C y medios de inicio de salida 46. El conjunto de circuito transductor 55 comprende también un módulo transductor 58 que sirve como parte de medios de transmisión de señal de inicio para convertir una señal de inicio no eléctrica en una energía eléctrica para activar el módulo electrónico 54. Varios componentes de circuito del conjunto de circuito 10b, tales como un circuito de sincronizador integrado 28, un resistor de sincronizador 30, un circuito de conmutación integrado 32, un condensador de almacenamiento 34, y un resistor regulador de tensión 36, están montados sobre porciones similares a un mallado de un portador que comprende un cuadro de cable conductor 40 y están dispuestos dentro de la encapsulación 14c. Los medios de inicio de salida 46 comprenden un elemento de puente tal como un puente semiconductor 38 conectado a los cables conductores de salida 57, una carga de iniciación 46a que comprende preferentemente un material explosivo secundario o un sustituto adecuado para ello, tal como perclorato de tetraamina-cis-bis(5-nitro-2H-tetrazolato-N^{2}) coblato (III)("BNCP"), ciertos explosivos primarios y mezclas energéticas tales como perclorato circonio, potasio, y una carcasa de iniciación 46b que está plegada sobre la región del cuello 44 y que mantiene la carga de iniciación 46a en transferencia de energía al puente semiconductor 38. La señal de inicio de salida de explosivo prevista por los medios de inicio de salida 46 pueden utilizarse, por ejemplo, para iniciar la carga de base o carga de "salida" de un detonador dentro del cual está dispuesto el conjunto 55, y puede comprender, por tanto, parte de los medios de salida para el detonador, como se describe a continuación con referencia a la figura 6A.
La encapsulación 14c acopla el manguito 22 (ver figura 2C) solamente en las aletas (que no están visibles en la figura 4) y establece, por tanto, un intersticio 48 entre la encapsulación 14c y el manguito 22. Como se indica anteriormente, la encapsulación 14c define las molduras 50 donde puede accederse a los cables conductores de ensayo o programación 52 a través de la encapsulación 14c, de manera que el circuito dentro puede estar programado y/o sometido a ensayo antes del montaje del detonador. Las molduras 50 permiten preferentemente que el cable conductor permanezca dentro del perfil superficial de encapsulación 14c, es decir, los cables conductores no se extienden, preferentemente, dentro del intersticio 48. Las molduras 50 pueden omitirse siempre que los cables de entrada de ensayo no se proyecten desde la encapsulación 14c más allá de las aletas, de manera que no se extienden a través del intersticio 48 para contacto con el cerramiento circundante. Por tanto, el módulo electrónico 54 puede insertarse en el manguito 22 y los cables conductores 52 no entrarán en contacto con el manguito 22.
El módulo transductor 58 (figura 4) comprende un transductor piezoeléctrico 60 y dos cables conductores de transferencia 62 dispuestos en un casquillo del transductor 64. Después de la recepción de una onda de impacto, el transductor 60 produce un impulso eléctrico que es suministrado a un conjunto de circuito 10b a través de los cables conductores de transferencia 62 y los cables conductores de entrada 56. El casquillo transductor 64 está dimensionado y configurado para acoplar el manguito 22 de manera que el módulo transductor 58 puede estar fijado sobre el extremo del manguito 22 con los cables conductores 22 en contacto con los cables conductores de entrada 56. El módulo electrónico 54, el manguito 22 y el módulo transductor 58 están dimensionados y configurados de manera que, cuando se montan como se muestra en la figura 4, se establece un intersticio de aire indicado en 66 entre el módulo electrónico 54 y el módulo transductor 58. De este modo, el módulo electrónico 54 está protegido, al menos parcialmente, de la onda de impacto que provoca que el transductor piezoeléctrico 60 cree un impulso eléctrico para el conjunto de circuito. La presión impuesta por la onda de impacto es transferida a través del módulo transductor 58 sobre el manguito 22, como se indica por las flechas 68, en lugar de sobre el módulo electrónico 54.
Las figuras 5A y 5B ilustran un conjunto de inicio de retraso de transductor 55a de acuerdo con una forma de realización alternativa de la invención en la que la encapsulación para el circuito electrónico no está configurada para contacto limitado con el cerramiento. En esta forma de realización, la encapsulación comprende una carcasa para los componentes electrónicos y el portador. La carcasa 14e comprende un material de soporte estructural y un material de desacoplamiento 14f. Generalmente, el material de soporte estructural de la carcasa 14e debería tener un Módulo Young de al menos 5 x 10^{5} psi y preferentemente tiene un Módulo Young en el intervalo de aproximadamente 1 x 10^{6} psi a 40 x 10^{6} psi. Preferentemente, el material de soporte estructural tiene una resistencia al menos de aproximadamente 5000 psi y un coeficiente de expansión térmica que coincide con el de los componentes de circuito integrado. La carcasa 14e puede comprender, por ejemplo, una carcasa epoxi rellena de vidrio 14e que tiene, cuando está endurecida, una densidad de al menos aproximadamente 1 gramo por centímetro cúbico (g/cm^{3}) y un Módulo Young de 1 x 10^{6}psi. Un material epoxi de este tipo está disponible de Sumitomo Corporation bajo la designación Nº de Resina 6300 y se indica que es 60 por ciento relleno de vidrio. La carcasa 14e es suficientemente rígida cuando se endurece para proporcionar el soporte estructural al circuito y ayudar a prevenir el daño al circuito desde la flexión inesperada. Como se observa en la figura 5A, la carcasa 14e es generalmente rectangular en configuración y está configurada para tener lados substancialmente uniformes 27 desde los que se proyectan los cables conductores 52. Para prevenir que los cables conductores 52 sean llevados contra el manguito conductor eléctricamente 22 y, por tanto, posiblemente cortocircuite el circuito electrónico, la carcasa 14e está configurada para definir los soportes 71 que se proyectan desde los lados 27 de la carcasa 14e más alejados que los cables conductores 52. Por tanto, si la carcasa 14e se pone en contacto con el manguito 22 durante el montaje, los soportes 71 evitarán que los cables conductores 52 se acoplen en la superficie interior del manguito 22.
La carcasa 14e puede dimensionarse y configurarse para contacto longitudinal limitado con la superficie interior del manguito 22 como se describe anteriormente, por ejemplo, en relación con las figuras 1A y 1B, pero la carcasa 14e es dimensionada y configurada preferentemente como se sugiere en la figura 5B, de manera que cuando se centran dentro del manguito 22 no hacen contacto directo con su superficie interior. En la forma de realización ilustrada, el espacio entre la carcasa 14e y el manguito 22 está substancialmente relleno completamente por un material de desacoplamiento de absorción de impacto 14f de la encapsulación. En una forma de realización particular de la invención, el material de desacoplamiento 14f tiene una densidad de solamente 0,8 g/cm^{3} y un Módulo Young de 5000 psi y por tanto, se diferencia significativamente de la epoxi rellena de vidrio de la carcasa 14e. El material de desacoplamiento puede comprender un material polimérico elástico, por ejemplo, una silicona y puede formarse opcionalmente como una espuma. Un material de desacoplamiento que comprende un recorte de acolchado de espuma puede adherirse a la carcasa 14e para acoplarse en la superficie interior del manguito. No obstante, se espera que un método más adecuado para disponer un material de desacoplamiento de la encapsulación entre un material de soporte estructural y el cerramiento comprendan la inyección de material de desacoplamiento polimérico espumado en el espacio entre ellos, por ejemplo, en el espacio entre la carcasa epoxi 14e y el manguito 22. El material de desacoplamiento entre el manguito y el circuito dentro de la encapsulación sirve para atenuar la fuerza de ondas de impacto que pueden transmitirse desde los alrededores del circuito, y protege por tanto el circuito. Este efecto protector es alcanzado sin la necesidad de limitar el contacto entre el material de desacoplamiento 14f y el interior del cerramiento, pero el efecto protector es mejorado cuando el material de desacoplamiento es configurado físicamente para contacto limitado con el cerramiento como se describe anteriormente con referencia a las figuras 1A a 3B. La función protectora de la encapsulación es mejorada adicionalmente puesto que, como se sugiere anteriormente, la carcasa 14e está dimensionada y configurada de manera que define una desviación no uniforme desde la superficie interior cilíndrica del manguito 22. Específicamente, la carcasa 14e es substancialmente rectangular, y es protuberante cilíndricamente incluso aunque no se acople directamente en la superficie interior del manguito 22. Por consiguiente, por ejemplo, la distancia entre un borde de la carcasa 14e y la superficie interior del manguito 22, representado como desviación S_{1}, es significativamente más corta que la distancia entre un punto en el lado de la carcasa 14e y la superficie interior del manguito 14e, representado como S_{2}. Los restos de una onda de impacto recibidos por la carcasa 14e se disiparán por su configuración rectangular con respecto al manguito 22 antes de que se encuentre el circuito dentro. Otras configuraciones en proyección cilíndricamente para la carcasa 14e, mejorarán, de igual modo, la función protectora de la encapsulación.
Con referencia ahora a la figura 6A, se muestra un detonador de retraso digital que comprende un conjunto de circuito de acuerdo con una forma de realización de la presente invención. El detonador de retraso 100 comprende medios de señal de inicio que contiene una línea de transmisión de entrada no eléctrica que comprende, en el caso ilustrado, un tubo de impacto 110, un casquillo adaptador 114, copa de aislamiento 118, servo carga 120 y módulo transductor 58. Como es bien conocido para los técnicos en la materia, el tubo de impacto comprende entubado de plástico hueco, cuya pared interior está revestida con un material explosivo de manera que después del encendido, se propaga una onda de impacto de baja energía a través del tubo. Ver, por ejemplo, Thureson y col., Patente de los Estados Unidos 4.607.573. (Se entenderá que pueden utilizarse otras líneas de transmisión de señal no eléctricas, tales como un cordón de detonación, cordón de detonación de baja energía, tubo de impacto de baja velocidad y similares en lugar del tubo de impacto). El tubo de impacto 110 está fijado en el extremo abierto 112a del cerramiento que comprende una carcasa 112 por un casquillo adaptador 114 alrededor del cual la carcasa 112 es plegada en pliegues 116, 116a. El casquillo 114 ayuda también a formar una junta de sellado protectora medioambientalmente entre la carcasa 112 y la otra superficie del tubo de impacto 110. La carcasa 112 está fabricada de un material eléctricamente conductor, normalmente aluminio, y es preferentemente el tamaño y configuración de las cubiertas de explosivos convencionales, es decir, detonadores. Un segmento 110a de un tubo de impacto 110 dentro de la carcasa 112 termina en el extremo 110b en proximidad estrecha con o haciendo contacto de tope con una copa de aislamiento anti-estática 118.
La copa de aislamiento 118, como se observa mejor en la figura 6B es de un tipo bien conocido en la técnica, y está fabricada de un material semiconductor, por ejemplo, un material polimérico relleno con carbono, de manera que forma una trayectoria con respecto a la carcasa 112 para disipar cualquier electricidad estática que pueda desplazarse a lo largo del tubo de impacto 110. Por ejemplo, ver Gladden, Patente de los Estados Unidos 3.981.240. Una servo carga de baja energía 120 está colocada adyacente a una copa de aislamiento 118 y en relación de comunicación de señal con el extremo 110b del tubo de impacto 110. Como se observa mejor en la figura 6B y como es bien conocido en la técnica, la copa de aislamiento 118 comprende un cuerpo generalmente cilíndrico (normalmente en forma de un cono truncado dispuesto con el diámetro más grande colocado hacia el extremo abierto 112a de la carcasa 112), cuyo interior está dividido por una membrana fina, rompible 118b en una cámara de entrada 118a y una cámara de salida 118c. El extremo 110b del tubo de impacto 110 (Figura 6A) puede recibirse dentro de la cámara de entrada 118a (tubo de impacto 110 no se muestra en la figura 6B para claridad de ilustración). La cámara de salida 118c proporciona un espacio de aire o soporte entre el extremo 110b del tubo de impacto 110 y una servo carga 120. En funcionamiento, la señal de onda de impacto que se desplaza a través del tubo de impacto 110 romperá la membrana 118b y atravesará el soporte previsto por la cámara de salida 118c e incidirá y detonará la servo carga 120.
La servo carga 120 comprende una pequeña cantidad de explosivo 124, sobre la que está dispuesto un primer elemento amortiguador 126. El explosivo 124 comprende típicamente un explosivo primario tal como ázida de plomo, pero puede comprender un explosivo secundario adecuado, por ejemplo, BNCP. Un primer elemento amortiguador 126, que es de configuración anular excepto para una membrana central fina, está dispuesto entre la copa de aislamiento 118 y el explosivo 124 para llevar la presión de apisonamiento con la que el explosivo 124 es presionado durante la fabricación del detonador 100 para proteger el explosivo 124 desde la aplicación directa de la presión.
La copa de aislamiento 118, primer elemento amortiguador 126 y servo carga 120 pueden ajustarse convenientemente en un servo armazón 132 como se muestra en la figura 5B. La superficie exterior de la copa de aislamiento 118 está en contacto conductor con la superficie interior del servo armazón 132 que, a su vez, está dimensionada y configurada para tener un ajuste de fricción con el interior de la carcasa 112, y proporciona, por tanto una trayectoria de conductividad eléctrica desde el tubo de impacto 110 a la carcasa 112. Generalmente, el servo armazón 132 está insertado en la carcasa 112 y la carcasa 112 está plegada para retener el servo armazón 132 dentro, así como para proteger los contenidos de la carcasa 112 desde el medio.
Una memoria intermedia no conductora 128, que es típicamente 0,015 pulgadas de espesor, está situada entre servo carga 120 y un módulo transductor 58 para aislar eléctricamente el módulo transductor 58 de la servo carga 120. El módulo transductor 58 comprende un transductor piezoeléctrico que está dispuesto en relación de comunicación a la fuerza con la servo carga 120 y de manera que puede convertir la fuerza de salida de la servo carga 120 en un impulso de energía eléctrica. Los cables conductores de salida del módulo transductor 58 están conectados al módulo electrónico 54 como se muestra en la figura 4. Como se ilustra en la figura 5, el cerramiento previsto por el detonador 100 comprende la carcasa 112 y un manguito de acero con extremo abierto opcional 22 dentro que encierra el módulo electrónico 54 y que está configurado para tener una ajuste de fricción con el interior de la carcasa 112.
El detonador 100 comprende medios de salida para producir una señal de salida de detonación al final del intervalo de retraso. Como se indica anteriormente, la parte de los medios de salida del detonador comprende los medios de inicio de salida 46 del módulo electrónico 54 (mostrado en la figura 4), adyacente a lo cual en el detonador 100 está un segundo elemento amortiguador 142, que es similar al primer elemento amortiguador 126. El segundo elemento amortiguación 142 separa los medios de inicio de salida del módulo electrónico 54 del resto de los medios de salida del detonador que comprende carga de salida 144 dispuesta en el extremo cerrado 112b de la carcasa 112. La carga de salida 144 comprende un explosivo primario opcional 144a (para el cual puede sustituirse un material explosivo secundario adecuado, por ejemplo, BNCP) y un explosivo secundario 144b. El explosivo secundario 144b tiene suficiente potencia de impacto para romper la carcasa 112 y detonar los servo explosivos fundidos, dinamita, etc., dispuestos en la proximidad de transferencia de señales al detonador 100.
En uso, una señal de inicio no eléctrica en los medios de señal de inicio se desplaza a través del tubo de impacto 110 y se emite en el extremo 110b. La señal rompe la membrana 118b de la copa de aislamiento 118 y el primer elemento amortiguador 126 inicia el explosivo 124 de servo carga 120. El explosivo 124 genera una onda de impacto de detonación que se lleva sobre el transductor piezoeléctrico en el módulo transductor 58. El módulo transductor 58 produce entonces un impulso de energía eléctrica que es recibido por el módulo electrónico 54. Por tanto, los medios de señal de inicio no eléctrica suministran una señal de inicio al conjunto de circuito del módulo electrónico 54. El conjunto de circuito almacena el impulso de energía eléctrica y, después de un retraso predeterminado, libera o transporta la energía a los medios de inicio de salida que inician la carga de salida 144.
Como se indica anteriormente, en las formas de realización alternativas, el conjunto de circuito encapsulado de la presente invención puede utilizarse con un circuito de retraso de detonador eléctrico designado para uso con un cable de transmisión de señal eléctrica en lugar de un tubo de impacto u otra línea de transmisión de señal no eléctrica. Por supuesto, en un circuito de este tipo no existiría la necesidad de una servo carga 120 o módulo transductor 58.
Aunque la invención se ha descrito en detalle con referencia a sus formas de realización particulares, será evidente que después de la lectura y entendimiento de lo precedente, se producirán numerosas alteraciones a las formas de realización descritas por los técnicos en la materia. Por ejemplo, se entenderá que incluso si el cerramiento no tiene una superficie interior cilíndrica, la configuración de la encapsulación del circuito puede adaptarse para contacto limitado con la misma. Se pretende incluir tales alteraciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (12)

1. Un conjunto de circuito electrónico resistente a impacto que comprende un circuito electrónico (12) encerrado en una encapsulación (14) y dispuesto dentro de un cerramiento rígido alargado (18, 22) que tiene una superficie interior que se extiende longitudinalmente, caracterizado porque
la encapsulación (14) está moldeada alrededor del circuito (12) y porque
la encapsulación (14) está dimensionada y configurada para contacto axial limitado con la superficie interior que se extiende longitudinalmente.
2. El conjunto de circuito de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie interior es cilíndrica y porque la encapsulación (14) tiene una sección transversal generalmente poligonal que proporciona el contacto limitado con la superficie interior.
3. El conjunto de circuito de la reivindicación 1, caracterizado porque la encapsulación (14) está configurada para definir una pluralidad salientes (70) que se proyectan desde una superficie exterior de la encapsulación (14) y que proporcionan el contacto limitado con la superficie interior.
4. El conjunto de circuito de la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie interior es cilíndrica y porque la encapsulación (14) está configurada para definir las aletas que se extienden longitudinalmente (24) que proporcionan el contacto limitado con la superficie interior.
5. El conjunto de circuito de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la encapsulación (14) comprende un material de soporte estructural que encierra el circuito (12) y que está configurado para dejar un espacio entre el material de soporte estructural y la superficie interior del cerramiento (18, 22) y porque el conjunto de circuito comprende adicionalmente un material de desacoplamiento (14f) que se acopla en la superficie interior y que está dispuesto en el espacio entre el material de soporte estructural y la superficie interior del cerramiento (18, 22), teniendo el material de desacoplamiento (14f) una densidad que es al menos el 20 por ciento menos que la densidad del material de soporte estructural.
6. El conjunto de circuito de la reivindicación 1, caracterizado porque la encapsulación (14) está dimensionada y configurada para comprender porciones en proyección cilíndricamente (14a, 14b).
7. El conjunto de circuito de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el cerramiento (18, 22) comprende un manguito (22).
8. El conjunto de circuito de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el circuito electrónico (12) comprende un circuito de retraso que contiene
(i)
medios de almacenamiento (34) conectados a un terminal de entrada (56) para recibir y almacenar la energía eléctrica;
(ii)
un circuito de conmutación (32) que conecta los medios de almacenamiento (34) a un terminal de salida (57) para liberar la energía almacenada por los medios de almacenamiento (34) al terminal de salida (57) en respuesta a una señal desde un circuito sincronizador (28);
(iii)
dicho circuito sincronizador (28) conectado operativamente al circuito de conmutación (32) para controlar la liberación por el circuito de conmutación de energía memorizado por los medios de almacenamiento a un elemento de inicio,
donde el terminal de entrada (56) se extiende a través de la encapsulación (14) para permitir la alimentación de energía eléctrica a los medios de almacenamiento (34) desde el exterior de la encapsulación (14), y
donde el terminal de salida (57) se extiende a través de la encapsulación (14) para el suministro de energía eléctrica desde los medios de almacenamiento (34) a través del circuito de conmutación (32) al exterior de la encapsulación (14).
9. El conjunto de circuito de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque los medios de inicio de la salida (46) están conectados operativamente a los medios de almacenamiento (34) para recibir a través del circuito de conmutación (32) la energía almacenada por los medios de almacenamiento (34) y para generar una señal de inicio de salida de explosivo en repuesta a esto, y donde el cerramiento comprende un manguito (22) que comprende la superficie del cerramiento interior y que está dimensionada y configurada para recibir dentro el conjunto del circuito de retraso.
10. El conjunto de circuito de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el circuito (12) comprende cables conductores de entrada (56) y salida (57) que se proyectan desde la encapsulación (14), donde el conjunto (10) comprende adicionalmente un módulo transductor (58) en un extremo del cerramiento (14).
11. El conjunto de circuito de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque el módulo transductor (58) comprende un casquillo (64) que está dimensionado y configurado para acoplar el manguito (22), un transductor piezoeléctrico (60) en el casquillo (64) y una pareja de cables conductores del transductor (62) conectados al terminal de entrada (56) del circuito.
12. Un detonador de retraso que comprende un conjunto de circuito de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 u 11, caracterizado porque el cerramiento comprende al menos una carcasa (112) cerrada en un extremo y abierta en el otro extremo para conexión con medios de señal de inicio; y
dichos medios de señal de inicio fijados en el extremo abierto de la carcasa (112) para proporcionar una señal de inicio eléctrica al conjunto de circuito.
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