KR20220147068A - 광학 신호에 의해 제어되는 전원 스위치를 포함하는 무선 전자 기폭 장치, 무선 기폭 시스템, 및 이런 기폭 장치를 작동시키기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

1차 에너지원(230) 및 적어도 하나의 기능 모듈(250), 그 기능 모듈(250)과 1차 에너지원(230)을 연결하거나 연결해제하기 위하여 그 1차 에너지원과 기능 모듈 사이에 배치되는 급전 스위치(240), 및 제어 콘솔(100)에 의해 방출된 광 신호(LU)를 검출하고 복조하기 위한, 그리고 적어도 급전 스위치(240)를 제어하기 위하여 복조 된 광 신호(LU)에 따라 제어 신호를 생성하기 위한 광학 수신기(220)를 포함하는 급전 스위치 제어용 모듈(210)을 포함하는 무선 전자 기폭장치(200); 그러한 무선 전자 기폭장치(200) 및 광 신호(LU)를 방출하도록 구성된 제어 콘솔(100)을 포함하는 무선 기폭 시스템(10), 및 그러한 무선 전자 기폭장치를 활성화하는 방법이 개시된다.

Description

광학 신호에 의해 조종되는 급전 스위치를 포함하는 무선 전자 기폭장치, 무선 기폭 시스템 및 그러한 기폭장치의 활성화 방법

본 발명은 무선 전자 기폭장치에 관한 것이다.

본 발명은 또한 무선 기폭 시스템 및 전자 기폭장치를 활성화하는 방법에 관한 것이다.

본원에서 활성화 방법이란 점화와 무관한 전자 기폭장치의 급전 또는 단전을 의미한다.

본 발명은 불꽃 개시(pyrotechnic initiation)의 분야에서, 하나 또는 다수의 기폭장치의 네트워크가 통상적으로 실시되어야 하는 모든 부문에서 적용된다. 전형적인 사용예는 광산 탐사, 채석장, 지진 탐사 또는 건설 및 공사 부문과 관련된다.

전자 기폭장치들은 사용시에, 그 기폭장치들을 수용하고 폭발물을 장전하도록 마련된 장소에 각각 배치된다. 그러한 장소들은 예를 들어 땅속에 천공된 구멍들이다. 이어서 전자 기폭장치들의 점화가 소정의 시퀀스에 따라 수행된다.

그러한 결과에 도달하기 위해 점화 지연이 각각의 전자 기폭장치에 개별적으로 연계되고, 제어 콘솔을 이용하여 공동 발사 명령이 전자 기폭장치 네트워크에 전파된다.

그 공동 발사 명령은 모든 전자 기폭장치에 대하여 점화 지연 카운트다운을 동기화할 수 있게 한다.

발사 명령을 수신하는 때부터 각각의 전자 기폭장치는 그것과 연계된 점화 지연의 특정 카운트다운 및 그 자체의 점화를 관리한다.

예를 들어 기폭장치들의 상태와 관련된 명령 또는 메시지를 기폭장치들과 교환하기 위하여 또는 점화 명령을 그것들에게 전달하기 위하여 그 기폭장치들과 라디오파를 통해 통신하도록 구성된 원격 제어 콘솔에 의해 활성화되는 무선 전자 기폭장치들이 공지되어 있다. 그 경우 에너지 독립성은 무선 기폭장치를 구현하는 데 있어 중요한 조건이다.

문헌 WO 2019/073148은 에너지원과 기능 모듈들뿐 아니라 에너지원과 기능 모듈들 사이에 배치되어 에너지원을 기능 모듈들에 연결하거나 연결하지 않게 할 수 있는 제1 스위칭 수단, 및 제어 콘솔로부터 나오는 라디오 신호를 수신하고, 상기 수신된 라디오 신호에서 전기 에너지를 회수하고, 회수된 전기 에너지 수준을 표시하는 에너지 회수 신호를 생성하고, 회수된 에너지에 따라 출력에서 제어 신호-상기 제어 신호는 상기 스위칭 수단을 조종함-를 생성하도록 구성된 라디오 에너지 회수용 모듈을 포함하는 제1 스위칭 제어수단 제어용 모듈을 포함하는 무선 전자 기폭장치를 기술한다.

그와 같이 라디오 신호는 제어 콘솔에 의해 기폭장치로 전송된다. 기폭장치 측면에서 원리는, 급전 스위치 메커니즘을 조종하기 위해 적절한 수신 시스템, 즉 라디오 에너지 회수 모듈을 사용하여 라디오 신호 내에 존재하는 에너지를 회수하는 것으로 구성된다. 그러한 솔루션은 특히 이하 나열한 장점들을 제공한다:

- 활성화를 위해 조작할 기계적 요소가 없으므로, 기폭장치를 위하여 완전히 밀폐되며, 환경 조건에 대하여, 그리고 취급에 있어 견고한 케이싱을 설계할 수 있고 따라서 시스템의 신뢰성을 증가시킬 수 있다.

- 기폭장치의 활성화는 적절한 제어 콘솔의 소유자만 실행할 수 있으므로 요구되는 장비를 소유하지 않은 임의의 사람에 의해 활성화될 가능성이 제한된다.

- 그 시스템은 사용이 간단하고 신속하다: 스위치 시스템에 원격 급전하고 무선 기폭장치의 자동 컨트롤러를 시동하기 위하여 기폭장치의 활성화 콘솔에 접근하는 것으로 충분하다.

그러나 그 시스템에는 단점들이 나타난다.

특히, 무선통신에 의한 그 기폭 시스템의 작동범위가 상당히 제한적이다. 실제로, 규정에 따른 무선 전력의 제약으로 인하여 그 범위는 수십 센티미터를 초과하지 않으므로, 용이하게 사용하기에는 장애가 된다.

나아가, 특정 기폭장치를, 특히 다수의 기폭장치가 서로 근접해 있는 경우, 모호하지 않게 겨냥하는 것이 항상 가능한 것은 아니다. 그럼에도, 부적절한 기폭장치가 발사 계획에 연루되거나 점화 지연이 기폭장치에 잘못 할당될 위험이 있으므로 그것을 식별해내는 것은 필수적이다. 예를 들어 문헌 WO 2019/073148에서 제안된 바와 같이 근접성, 안테나의 지향성 또는 활성화 콘솔과 기폭장치 사이의 거리 추정을 기반으로 하는 기술들이 있으나 실제로 구현하기에는 까다롭다.

그러한 개념에서, 본 발명의 목적은 전술한 단점들을 적어도 부분적으로 극복하고, 나아가 다른 장점들을 도출해낼 수 있게 하는 것이다.

본 발명의 목적은 특히 상기 언급된 문제들에 대하여 더욱 효율적인 솔루션을 제공하는 원격 활성화 기술을 제안하는 것이다.

특히, 본 발명의 목적은 스위치 제어 시스템, 즉 기폭장치를 활성화하거나 하지 않을 수 있게 하는 메커니즘에 관한 것이다.

그러한 목적으로, 본 발명의 제1 양태에 따라, 1차 에너지원과 적어도 하나의 기능 모듈, 1차 에너지원과 기능 모듈 사이에 배치되고, 그 기능 모듈과 1차 에너지원을 연결하거나 연결해제하도록 구성된 급전 스위치, 및 급전 스위치 제어용 모듈을 포함하는 무선 전자 기폭장치가 제안되며, 급전 스위치 제어용 모듈은 제어 콘솔에 의해 방출되는 광 신호를 검출 및 복조하고, 복조 된 광 신호에 따라 출력에서 제어 신호를 생성하도록 구성된 광학 수신기를 포함하고, 그 제어 신호는 적어도 급전 스위치를 조종하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

따라서 기폭장치는 제어 콘솔(원격 활성화 콘솔이라고도 칭함)로부터 수신되는 광 신호를 수신하고 복조하도록 구성된다.

광 신호가 적절히 복조 되면 급전 스위치가 활성화되고 기폭장치의 나머지 전자 장치가 급전 된다.

1차 에너지원은 급전 스위치를 통해 기폭장치의 여러 다른 요소들에 급전하도록 구성된다.

그것은 예를 들어 탑재된 에너지원, 또는 로컬 에너지 저장 장치와 결합된 에너지 회수 모듈, 또는 케이블로 연결된 에너지 보급 모듈을 포함한다.

1차 에너지원은 또한 예를 들어 기능 모듈의 폭발 퓨즈 점화 전용 에너지 저장 요소로 에너지를 전달하도록 구성된다.

급전 스위치는 문헌 WO 2019/073148에 개시된 실시예 중 하나와 유사할 수 있다.

급전 스위치는 예를 들어 스위치를 포함한다.

본 발명에 따르면, 기폭장치는 급전 스위치 제어용 모듈, 즉 급전 스위치를 조종하도록 구성된 제어 모듈을 포함한다.

따라서, 제어 모듈은 예를 들어 점화 명령을 수신하고 상기 점화 명령에 따라 폭발 퓨즈의 점화를 명령하도록 구성된다.

이를 위해 제어 모듈은 주로 광학 수신기를 포함한다.

우선적인 일 실시예에서, 광학 수신기는 제어 콘솔에 의해 방출된 광 신호를 검출하고 광 신호를 전기 신호로 변환하도록 구성된 광학 검출기를 포함한다.

예를 들어, 광학 검출기는 경우에 따라 검출 저항이 부가되는 포토다이오드를 포함한다.

우선적인 일 실시예에서, 기폭장치는 전기 신호를 복조하도록 구성된 복조기를 더 포함한다.

일 실시예에 따르면, 복조기는 광학 검출기에서 출력되는 아날로그 전기 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성된 아날로그 컨디셔너를 포함한다.

아날로그 컨디셔너는 예를 들어 광선빔의 정적 성분을 제거하도록 구성된 적어도 하나의 고역 통과 필터, 또는 나아가 대역 통과 필터를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 복조기는 디지털 신호를 예를 들어 제어 콘솔에 의해 방출된 바이너리 시퀀스를 검출하기 위하여 복조하도록, 그리고 급전 스위치를 예를 들어 바이너리 시퀀스에 따라 조종하기 위한 제어 신호를 생성하도록 구성된 디지털 처리 모듈을 포함한다.

디지털 처리 모듈은 예를 들어 적어도 하나의 컴퓨터, 및 경우에 따라 메모리 소자를 포함한다.

여기서 메모리 소자는 통상의 메모리 및 레지스터를 모두 의미한다.

예를 들어, 수신된 신호는 활성화 시퀀스를 검출하기 위해 예를 들어 메모리 소자에 기록된 기준 신호와 연동 된다.

연동의 결과에 따라, 디지털 처리 모듈은 급전 스위치 제어용 신호를 생성하도록 구성된다.

모든 경우에, 개시된 광학 수신기는 급전되어야 한다.

그러나 이상적으로 기폭 시스템은 에너지를 가능한 한 적게 소비해야 하는데, 현장에서 사용되기 전에 기폭장치의 배터리 수명이 감소되는 것을 방지하고 1차 에너지원의 에너지를 최대한 보존하기 위함이다.

따라서 에너지소비는 가능한 한 감소되어야 한다.

가능하면 수 마이크로암페어 정도의 시스템 소비를 목표로 하기 위하여 우선적으로 감소시켜야 하는 것이 광학 검출기 및 디지털 처리 모듈의 소비이다.

광학 검출기의 소비는 일반적으로 조명에 정비례한다.

제1 실시예에 따르면, 기폭장치는 검출 성능은 저하시키지 않으면서 주변 조명의 강도를 감소시키기 위해 광학 검출기의 상류에 적어도 하나의 광학 필터를 유리하게 포함한다.

주변 조명에 해당하는 수신 광도는 최대한 감소시키면서 광 신호에 해당하는 수신 광도는 최대화하는 것을 하나의 목적으로 한다.

이로써 주변 조명의 광도와 연관된 광학 검출기에 의한 소비 전류를 감소시킬 수 있다.

제2 실시예에 따르면, 광학 검출기는 유리하게 광전지 소자를 포함한다.

따라서 검출기는 여기서 광전지 모드로 사용된다.

이를 위하여 예를 들어 전원 전압에 의해 편극되지 않는다.

그러한 유형의 어셈블리를 사용하면 광학 검출기의 소모를 아마도 완전히 제거할 수 있다.

따라서 소비는 매우 양호하게 제어되며 주변 조명 조건에 더욱 상관없다.

제3 실시예에 따르면, 기폭장치는 적어도 디지털 처리 모듈에 대해 급전을 차단하도록 구성된 저소비 모드를 포함하며, 이로써 시스템의 전기 소비를 제한할 수 있다.

그러므로 예를 들어 자연광에서 광도는 천천히 변하고, 따라서 고역 통과 필터링으로 인해 아날로그 컨디셔너의 출력에서 아무 변동이 없다.

조명의 급격한 변화가 발생하자마자 아날로그 컨디셔너의 출력에 변환이 나타나고, 이는 디지털 처리 모듈을 작동개시하기 위하여 사용된다.

그 기능은 전형적으로 마이크로컨트롤러의 저소비 모드를 통해 구현될 수 있다.

따라서 소비는 1 마이크로암페어(1μA) 미만으로 감소될 수 있다.

제4 실시예에 따르면, 예를 들어 기폭장치의 보관 기간(사용 전 수개월간 지속가능) 동안 모든 잔류 소비를 방지하기 위해 조도 수준에 따르는 광학 수신기의 급전 차단이 사용된다("어둠 모드").

그 경우 기폭장치는 예를 들어 광학 수신기의 급전을 차단하도록 구성된 전체 차단 모듈을 포함한다.

전체 차단 모듈은 예를 들어 고이득(예를 들어 40μA/100 Lux) 포토트랜지스터를 포함하며, 경우에 따라, 매우 낮은 수준의 조도, 전형적으로 100 Lux 미만, 나아가 80 Lux 미만, 나아가 60 Lux 미만, 나아가 40 Lux 미만, 나아가 20 Lux 미만, 심지어 1 Lux 미만의 조도를 검출하도록 구성된 검출 저항과 결합된다.

기폭장치는, 또는 나아가 예를 들어 전체 차단 모듈은, 예를 들어 스위치로서 작용하는 트랜지스터 또한 포함하고, 검출 저항은 그 트랜지스터를 조종하도록 구성된다.

그러한 방식으로 기폭장치가 어둠 속에 있을 때, 예를 들어 상자에 보관된 경우 광학 수신기로의 급전은 완전히 차단된다. 따라서 소비는 거의 제로이다(트랜지스터 및 포토트랜지스터의 무시할 정도의 누설 전류 제외).

사용하기 위해 기폭장치를 상자에서 꺼내면 전체 차단 모듈이 광학 수신기에 전원을 인가하고, 따라서 기폭장치는 사용자로부터 오는(제어 콘솔을 통해) 광학 활성화를 기다린다.

여기서 기능 모듈은 예를 들어 적어도 하나의 폭발 퓨즈를 포함한다.

유익한 일 실시예에 따르면, 기능 모듈은 폭발 퓨즈의 점화 전용 에너지 저장 요소를 더 포함한다.

보안을 위하여, 기능 모듈은 또한 유리하게 1차 에너지원으로부터 에너지 저장 요소로의 에너지 전달을 활성화 또는 비활성화하도록 구성된 에너지 저장 요소 차단용 스위치도 포함한다.

역시 보안을 위하여, 기능 모듈은 또한 예를 들어 기폭장치의 급전이 차단된 경우 보안 상태로 복귀하기 위해 에너지 저장 요소를 천천히 방전하도록 구성된 방전 장치를 포함할 수도 있다.

유익한 일 선택 사양에 따르면, 그 경우 기능 모듈은 또한 점화 전용 에너지 저장 요소와 폭발 퓨즈 사이의 에너지 전달을 허용하도록 구성된 점화 스위치를 포함할 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 기능 모듈은 기폭장치의 작동을 조종하도록 구성된 컴퓨터를 더 포함한다.

예를 들어 컴퓨터는 급전 스위치를 통해 1차 에너지원에 연결되거나 연결해제된다.

따라서, 컴퓨터는 예를 들어 신호를 수신하도록, 그리고 상기 신호에 따라 기능 모듈의 폭발 퓨즈의 점화를 명령하도록 구성된다.

다른 유익한 일 선택 사양에 따르면, 기폭장치는 기폭장치의 광학 수신기가 제어 콘솔에 의해 방출된 광 신호를 적어도 검출할 때 피드백 신호를 방출하도록 구성된다.

사용자는 예를 들어 제어 콘솔에 의해 방출된 광 신호가 적어도 목표 기폭장치에 의해 적어도 검출되었다는 통지를 받을 수 있다.

따라서 기폭장치의 급전은 광학적 활성화에 의해 실행된다.

예를 들어, 기폭장치는 사용자에 의해 직접 인지 가능한 피드백 신호, 예를 들어 시각 또는 음향 신호를 방출하도록 구성된다.

다른 일 실시예에 따르면, 기폭장치는 제어 콘솔에 의해 결과적으로 수집되도록 구성된 피드백 신호, 예를 들어 라디오 신호를 방출하도록 구성된다.

그러한 기폭장치는 상기 개시된 선행 기술과 적어도 동일한 장점들, 특히 이하 나열된 장점들을 갖는다:

- 신뢰성 측면에서: 밀폐 케이싱을 구현할 수 있고 기계적 요소를 제거할 수 있게 하며, 접촉 불량의 위험이 제한되고 나아가 방지되는 등의 장점, 및

- 보안 측면에서: 기폭장치를 활성화하기 위하여는 적절한 제어 콘솔(광원을 포함하는)을 소유할 것이 요구되고,

- 게다가 구현의 용이성과 신속성 측면에서: 기폭장치에 그것을 활성화하기 위하여 제어 콘솔을 물리적 및 전기적으로 연결할 필요가 없으며, 활성화는 비접촉으로 실시된다는 장점이 있다.

그리고 그러한 기폭장치는 또한 적어도 원격 활성화의 작동범위 덕분으로 단순화된 조작 모드를 제공한다는 장점이 있는데, 예를 들어 기폭장치를 활성화하기 위한 부속품, 예를 들어 땅에 놓인 기폭장치를 몸을 굽히지 않고 활성화하기 위한 장대, 또는 지하 갤러리의 높은 곳에 있는 기폭장치를 활성화하기 위한 곤돌라 등을 사용할 필요가 없다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 전술한 특징들의 적어도 일부를 포함하는 무선 전자 기폭장치, 및 상기 무선 전자 기폭장치를 향하여 광 신호를 방출하도록 구성된 제어 콘솔을 포함하는 무선 기폭 시스템 또한 제안된다.

실제로 그 경우 사용자는 활성화하려는 기폭장치의 방향으로 광 신호를 배향한다.

그 무선 기폭 시스템은 무선 전자 기폭장치와 관련하여 전술한 바와 유사한 특징 및 장점들을 나타낸다.

나아가, 해당 제어 콘솔에 연계된 그러한 기폭장치는 적어도 이하 나열된 장점들을 더 갖는다:

- 작동범위 측면에서: 범위가 증가하여 실제로 주변 광도 및 광원의 강도에 따라 수 미터 거리에서 기폭장치를 활성화할 수 있게 한다.

- 규제 측면에서: 그 시스템은 선행 기술에 개시된 무선통신에 의한 활성화 시스템에 적용되는 바와 같은 제한적인 규제의 적용을 받지 않으므로 더욱 고성능의 시스템을 개발할 수 있다.

- 안전성 측면에서: 제어 콘솔은 원하는 기폭장치를 정확하게 겨냥할 수 있게하며, 신호가 가시광선 대역에서 방출되는 경우 광선빔의 포인팅은 사용자에게 완벽히 가시적일 수 있으므로, 모든 모호성을 방지할 수 있다.

- 유연성 측면에서: 시스템은 통상적인 경우와는 다르게 사용될 때 적용될 수 있다. 다수의 기폭장치를 조명할 수 있는 더 넓은 렌즈를 사용함으로써 일군의 기폭장치들의 동시 활성화가 실제로 가능하다. 그러한 기술은 지하 상황에서 또는 발사 계획도가 이미 설정되어 있고 복수의 기폭장치에 매우 신속하게 급전하는 것을 목표로 하는 경우 유용할 수 있다.

특히 편리한 일 실시예에서, 제어 콘솔은 광 신호를 방출하도록 구성된 광원을 포함한다.

광원은 바람직하게는 가시광선 대역의 광 신호, 즉 약 400nm 내지 800nm의 파장을 갖는 광 신호를 방출하도록 구성된다.

그러나 광 신호는 용도에 따라 적외선(IR) 또는 자외선(UV) 대역에서도 방출될 수 있다.

사용되는 기술은 동일하다.

가시광선 대역에 비하여 IR 또는 UV에서 방출되는 광 신호는 사용자가 인지 가능(가시적) 하지 않으므로, 특히 특정 기폭장치를 목표로 할 때 기폭 시스템의 사용을 덜 용이하게 할 수 있다.

그러한 어려움을 극복하기 위해, 그 경우 기폭 시스템은 유리하게 보조 포인팅 시스템을 포함한다.

그러나 보조 포인팅 시스템은 또한 가시광선 대역의 신호가 사용될 때도 유용할 수 있다.

예를 들어, 광학적 빔의 강도에 따라 또는 주변 광도가 상당한 경우 광 신호는 경우에 따라 쉽지 않게 인지될 수 있다.

따라서 기폭장치를 조준하는 것은 사용자에게 까다롭다.

일 실용예에서, 제어 콘솔은 기폭장치에서 방출되는 피드백 신호를 검출하도록 구성된 검출기를 포함한다.

유익한 일 선택 사양에 따르면, 제어 콘솔은, 광원에 의해 방출된 광 신호가 적어도 목표 기폭장치에 의해 적어도 검출되었음을, 또는 피드백 신호가 제어 콘솔에 의해 양호하게 검출되었음을 사용자에게 통지할 수 있게 하는, 예를 들어 시각적 또는 음향의 통지 신호를 방출하도록 구성된 경보기를 더 포함한다.

그 경우 제어 콘솔은 예를 들어 LED 또는 버저를 포함한다.

따라서 그러한 기폭 시스템의 구성은 보조 포인팅 시스템을 형성한다.

그러면 기폭장치는 예를 들어 제어 콘솔의 광선빔에 의해 조명될 때 피드백 신호를 방출하도록 구성된다.

따라서, 유익한 일 실시예에서, 제어 콘솔은 소정의 기간 동안 또는 사용자의 요구에 따라 연속적으로 광 신호를 방출하도록 구성된다.

사용자는 기폭장치, 더 구체적으로는 기폭장치의 광학 수신기가 있는 구역을 스위핑 동작으로써 조명한다.

원하는 광 시퀀스가 기폭장치에 의해 검출되면 예를 들어 LED를 이용한 시각적 또는, 예를 들어 버저를 이용한 음향의 단순 피드백이 기폭장치에 의해 트리거 된다,

또 다른 유익한 일 선택 사양에 따르면, 제어 콘솔은 적어도 하나의 기폭장치를 향해 광 신호를 집중 하도록 구성된 렌즈를 더 포함한다.

렌즈는 여기서 통칭 조절 가능 또는 가변 광학 렌즈를 의미한다.

그러한 렌즈를 사용함으로써 시스템의 유연성을 높일 수 있다.

예를 들어, 다수의 기폭장치를 조명할 수 있게 하는 더 넓은 렌즈를 사용하면, 일군의 기폭장치들의 동시 활성화가 가능하다.

그러한 기술은 지하 상황에서 또는 발사 계획도가 이미 설정되어 있고 다수의 기폭장치 또는 모든 기폭장치에 대한 매우 신속한 급전을 목표로 하는 경우에 실리적일 수 있다.

안전성 측면에서 제어 콘솔 상에 렌즈를 사용함으로써 하나 또는 다수의 원하는 기폭장치를 정확하게 겨냥할 수 있다.

다른 일 실시예에서, 제어 콘솔은 적어도 하나의 변조 패턴에 따라 광 신호를 변조하도록 구성된 변조기를 더 포함한다.

따라서 광 신호는 기폭장치가 불시에 급전되지 않도록, 자연조명인지 인공조명인지 또는 주변 조명인지 구별할 수 있게 하는 변조 패턴으로 변조될 수 있다.

따라서, 유리하게, 변조된 광 신호는 적어도 하나의 활성화 시퀀스를 포함한다.

그러므로 광학 변조를 사용하는 기폭 시스템의 장점은 기폭장치에 유익한 디지털 데이터를 전송하기 위하여 변조된 신호를 사용할 수 있다는 점이다.

예를 들어 이하 사항들을 가능하게 한다:

- 기폭장치가 광학적 방법을 통하여 활성화될 때 점화 지연을 기폭장치에 직접 전달할 수 있게 함.

- 기폭장치를 활성화 시킨 콘솔의 식별자 또는 사용될 점화 콘솔의 식별자를 제공함으로써, 다수의 팀이 동일한 구역에 기폭장치 네트워크를 동시에 배치할 수 있게 함.

- 기폭장치에 특정 점화 코드를 제공함으로써 그 특정 코드를 소유하지 않은 기폭장치의 모든 우발적 점화를 방지할 수 있게 함.

따라서, 예를 들어, 변조된 광 신호는 기폭장치에 명령을 전송하도록, 예를 들어 지연 값, 및/또는 식별자, 및/또는 점화 코드, 또는 기타를 전송하도록 구성된 데이터 시퀀스를 포함한다.

데이터 시퀀스는 광 신호 내의 활성화 시퀀스 후에 전송된다.

나아가, 가시광선에서 광선빔이 방출되는 경우 목표 기폭장치는 사용자에 의해 시각적으로 식별되고, 정보는 인터셉트 되거나 혼합되기 어려워지므로, 시스템의 보안이 더욱 강화된다.

또 다른 유익한 일 선택 사양에 따르면, 변조된 광 신호는 정지 신호를 포함한다.

수동 스위치와 동일한 기능을 수행하기 위하여, 광학 변조를 사용하는 기폭 시스템은 바람직하게는 기폭장치의 전원을 차단할 수 있게 한다.

이는 예를 들어 발사 포기가 결정된 경우 또는 오류에 의해 급전되는 기폭장치를 단순히 정지시키기 위하여, 추가 수준의 보안을 제공한다.

그 정지 기능을 사용하기 위해 두 가지 다른 시퀀스, 즉 급전용 시퀀스 및 단전용 시퀀스가 사용될 수 있다.

그 결과, 제어 콘솔은 예를 들어 사용자가 하나의 시퀀스 또는 나머지 시퀀스(즉, 활성화 시퀀스 또는 정지 시퀀스)를 선택할 수 있게 하도록 구성된 선택 모듈을 포함한다.

끝으로, 제3 양태에 따르면, 1차 에너지원, 적어도 하나의 기능 모듈, 그 1차 에너지원과 기능 모듈 사이에 배치되고 기능 모듈과 1차 에너지원을 연결 또는 연결해제하도록 구성된 급전 스위치, 및 급전 스위치 제어용 모듈을 포함하는 무선 기폭장치의 활성화 방법이 제안된다.

본 발명에 따르면, 그 방법은 이하 단계들을 포함한다:

- 광 신호 수신;

- 수신된 광 신호의 복조;

- 복조 된 광 신호에 따라 제어 신호를 생성-제어 신호는 적어도 급전 스위치를 조종하도록 구성됨.

따라서, 전자 기폭장치의 기능 모듈은, 복조된 광 신호가 전자 기폭장치의 활성화 명령들 중 적어도 하나에 해당할 때, 1차 에너지원과 생성된 제어 신호에 의해 제어되는 기능 모듈 사이에 배치된 급전 스위치를 통해 활성화 또는 급전된다.

그 활성화 방법은 무선 전자 기폭장치 및 무선 기폭 시스템과 관련하여 전술한 것들과 유사한 특징 및 장점들을 갖는다.

유익한 일 구현예에 따르면, 광 신호 수신 단계는 광 신호 검출 단계 및 광 신호를 전기 신호로 변환하는 단계를 포함한다.

유익한 일 구현예에 따르면, 복조 단계는 전기 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계 및 디지털 신호에서 적어도 하나의 활성화 시퀀스를 식별하는 단계를 포함한다.

활성화 시퀀스가 식별되면 제어 신호의 생성 단계는 급전 스위치 활성화 단계를 포함한다.

예를 들어, 디지털 신호가 적어도 하나의 활성화 시퀀스를 포함하는 기준 신호에 해당하면, 급전 스위치는 활성화된다.

여기서 활성화는 전자 기폭장치의 급전 또는 단전을 의미하며, 그것의 점화, 다시 말하자면 조종과 무관하다.

유익한 일 선택사양에 따르면, 복조 단계는 디지털 신호에서 적어도 하나의 데이터 시퀀스를 식별하는 단계를 더 포함한다.

데이터 시퀀스가 식별되면, 제어 신호 생성 단계는 그 데이터 시퀀스에 해당하는 명령을 생성하는 단계를 포함한다.

예를 들어, 일단 전자 기폭장치가 급전되면 점화 지연이 그것과 연계될 수 있다.

그러한 연계는 급전 후 즉시 또는 일정 시간 후에 구현될 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 급전과 지연의 연계는 동일한 제어 콘솔 또는 다른 제어 콘솔들로 수행될 수 있다.

따라서 전자 기폭장치의 효율적 사용은 다양한 방식으로 실시될 수 있다.

급전 및 지연의 연계를 위하여 다른 제어 콘솔들로 지연을 연계하는 경우, 급전은 설치시에 실시될 수 있으며, 지연 연계는 추후에, 일단 모든 기폭장치들이 급전되면 실시될 수 있다.

지연이 추후 연계되는 경우 모든 전자 기폭장치들은 그것들이 설치될 때 제어 콘솔을 이용하여 우선 급전된다. 그 후, 전자 기폭장치들은 주기적인 기상 절차에 의해 수면 또는 각성 상태로 될 수 있다. 일단 전자 기폭장치들 전체가 설치되고 급전되면 모든 전자 기폭장치들에 지연이 연계된다. 이를 위하여, 전자 기폭장치들은 임의의 위치설정 시스템(예를 들어, GPS, 경우에 따라 후처리 단계를 요하는, 네트워크의 각 전자 기폭장치 사이의 상대적 거리 또는 수신 전력을 측정하는 시스템 등)을 구비할 수 있다. 각 전자 기폭장치에 대한 미가공 데이터(예를 들어, 절대 위치, 상대적 거리 또는 수신 전력 등)가 전자 기폭장치들과 그 식별자들의 네트워크 지도를 생성하기 위해 예를 들어 제어 콘솔에 의해 무선통신으로 수집된다. 그 지도를 인식하면, 각 전자 기폭장치와 지연을 연계시키는 것이 가능하다.

전자 기폭장치들의 예정된 발사 계획도와 실제 지도 사이에서 관찰된 불일치가 검출될 수 있고, 이로써 그러한 불일치가 있는 기폭장치들을 단전할 수 있다.

급전 및 지연의 연계가 서로 다른 제어 콘솔로 수행될 때, 그 두 작업은 경우에 따라 수 분에서 수 시간 또는 심지어 며칠에 이르기까지 시간적 간격이 있는 순간에 실시된다. 단전 조건들은 전자 기폭장치를 단전 상태로 복귀시킬 수 있게 하는 간격 내에서 고려될 수 있다. 예를 들어, 일정 시간 경과 후 광 신호에 의한 요청이 없거나 전자 기폭장치의 주기적 기상 작업 중에 제어 콘솔과 메시지 교환 또는 수신이 없는 경우, 디지털 처리 모듈은 전자 기폭장치를 단전할 수 있다.

끝으로 그러한 각각의 접근 방식은 통상의 점화 절차를 실행함으로써 종료된다.

일 실시예에 따른 본 발명은 첨부 도면들을 참조하여 예시적이며 절대 비한정적으로 개시된 이하 상세한 설명을 숙독함으로써 잘 이해될 것이며 그 장점들이 더욱 잘 드러날 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기폭 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 변조 패턴을 따른 의사 랜덤 시퀀스의 일 예를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 기폭장치를 도시한다.
도 4는 광학 수신기의 일 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 5는 광학 수신기의 제1 실시예를 도시한다.
도 6은 파장에 따른 LED 기반 광원의 방출 스펙트럼의 일 예를 개략적으로 도시한다.
도 7은 파장에 따른 포토다이오드의 스펙트럼 감도를 개략적으로 도시한다.
도 8은 도 6의 방출 스펙트럼으로 산출되는 필터의 스펙트럼 특성 및 파장에 따른 도 7의 포토다이오드의 감도를 도시한다.
도 9는 광학 수신기의 제2 실시예를 도시한다.
도 10은 광학 수신기의 제3 실시예를 도시한다.

전술한 도면들에 도시된 동일한 요소들은 동일한 참조 번호로 식별된다.

도 1에 개략적으로 도시된 본 발명의 일 양태의 일 실시예에 따르면, 기폭 시스템(10)은 주로:

- 변조된 광 신호(LU)를 방출하도록 구성된 제어 콘솔(100), 및

- 에너지 면에서 자율적이며, 제어 콘솔(100)의 광 신호(LU)를 검출 및 복조하도록 구성된 기폭장치(200)를

포함한다.

일 실시예에 따르면, 제어 콘솔(100)은 변조된 광원을 포함한다.

도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 제어 콘솔(100)은 예를 들어 광 신호를 포함하는 광선빔을 방출하도록 구성된 광원(110), 및 적어도 하나의 변조 패턴에 따라 광 신호를 변조하도록 구성된 변조기(120)를 포함한다.

광원(110)은 바람직하게는 가시광선 대역의 광 신호, 즉 파장이 약 400nm 내지 800nm인 광 신호를 방출하도록 구성된다.

그러나 필요 또는 용도에 따라 적외선 또는 자외선 대역에서 신호를 방출하도록 구성된 광원이 사용될 수 있다.

도시되지 않은 일 선택사양에 따르면, 제어 콘솔은 하나 또는 다수의 기폭장치를 향해 광 신호를 집중하도록 구성된 가변 렌즈, 또는 소위 조절 가능 렌즈를 더 포함할 수 있다.

그러면 제어 콘솔은 예를 들어 렌즈가 좁은 빔을 전송하도록 조절되는 경우 단 하나의 기폭장치를 활성화할 수 있거나, 렌즈가 더 넓은 빔을 전송하도록 조절되어 다수의 기폭장치를 조명할 수 있게 하는 경우, 일군의 기폭장치들을 동시에 활성화할 수 있다.

유익한 일 선택사양에 따르면, 기폭장치는 제어 콘솔의 광선빔에 의해 조명될 때 피드백 신호를 방출하도록 구성된다.

기폭장치는 예를 들어 시각적 또는 음향 경보기를 포함한다.

기폭장치는 또한 제어 콘솔에 의해 결과적으로 수집되도록 구성된 피드백 신호, 예를 들어 라디오 신호를 방출하도록 구성될 수도 있다.

적어도 하나의 다른 유익한 선택사양에 따르면, 제어 콘솔(100)은 또한 기폭장치에 의해 방출된 피드백 신호를 검출하도록 구성된 검출기, 및 사용자에게, 광원(110)에 의해 방출된 광 신호가 적어도 표적 기폭장치에 의해 적어도 검출되었음을 통지하거나, 피드백 신호가 제어 콘솔에 의해 양호하게 검출되었음을 통지하도록 구성된, 예를 들어 시각적 또는 음향 경보기도 포함할 수 있다.

제어 콘솔 또는 기폭장치의 경보기는 예를 들어 LED 또는 버저를 포함한다.

그러면 기폭 시스템은 보조 포인팅 시스템을 구비한다.

제어 콘솔은 바람직하게는 소정의 시간 동안 또는 사용자의 요청에 따라 연속적으로 광 시퀀스를 방출한다.

사용자는 기폭장치(200)가, 나아가 보다 특정적으로 기폭장치(200)의 광학 수신기(220)(이하 상술됨)가 위치하는 구역을 스위핑 동작으로 조명한다.

원하는 광 시퀀스가 기폭장치에 의해 검출되면, 예를 들어 LED에 의한 시각적인, 또는 예를 들어 버저에 의한 음향의 단순한 피드백이 기폭장치에 의해 트리거된다.

도 2는 제어 콘솔(100)에 의해 방출되는 광 신호(LU)를 변조하기 위하여 사용되는 변조 패턴(M)의 예를 도시한다.

그 도면은 특히 변조된 의사 랜덤 시퀀스 OOK(On/Off Keying)에 관한 것이지만, 다른 유형의 광학 변조들도 고려될 수 있다.

OOK 유형의 변조는 구현하기가 간단하고 복조하기가 그리 복잡하지 않다는 장점이 있고, 따라서 기폭장치의 비용을 한정할 수 있게 한다.

바람직하게는 콘솔에 의해 방출되는 광학 신호를 자연광 또는 인공광(특정 인공조명은 실제로 구형파 형태의 초핑 신호를 나타냄)과 가능한 한 최소의 오류로 구별할 수 있게 하는 것을 목적으로 그 광학 신호를 변조하도록, 수신기에 대하여 공지된 의사 랜덤 시퀀스가 사용된다.

의사 랜덤 시퀀스의 규모는 부적절한 경보를 방지하기 위해, 전형적으로 32비트를 초과하도록, 충분히 길어야 한다.

바람직하게는, 변조 속도(주파수)는 전형적으로 100Hz 내지 10kHz이다.

사용자의 동작에 지나치게 민감하지 않도록 하기 위하여 그 값은 충분하고, 지나치게 높지도 않으므로, 예를 들어 제한된 성능의 포토다이오드(231)(도 5에 개략적으로 도시됨)를 사용함으로써 수신기(220)의 비용을 제한할 수 있게 한다.

그 실시예는 한정적이지 않다. 다른 유형들의 변조, 다른 유형들의 시퀀스, 다른 변조 속도들이 사용될 수 있을 것이다.

광학 변조에 의한 시스템의 다른 장점은 기폭장치에 대해 유익한 정보들, 즉 디지털 데이터를 광학적 방식으로 전달하기 위하여 변조된 광 신호를 사용할 수 있다는 점이다.

이를 위하여, 제어 콘솔 위치에서, 변조된 광 신호(LU)는 예를 들어 바람직하게는 양호한 자기상관 특성이 있는 활성화 시퀀스, 전형적으로 Kasami 시퀀스를 포함한다.

이는 수신기, 즉 기폭장치가 수신 신호에 대해 그로부터 데이터를 추출하기 위해 적절하게 자체 동기화할 수 있게 한다.

데이터 시퀀스는 예를 들어 활성화 시퀀스에 이어서 단순히 연쇄되는 바이너리 데이터를 포함한다.

제어 콘솔에 의해 전송되는 메시지는 예를 들어 다음과 같은 시퀀스들: [활성화 시퀀스] -[데이터 시퀀스]를 포함한다.

데이터 시퀀스는 예를 들어 지연 값 및/또는 식별자, 및/또는 점화 코드 또는 기타를 전송하도록 구성된다.

일 예에 따르면, 기폭장치(즉, 수신기) 위치에서 데이터 시퀀스의 복조 결과를 제어할 수 있기 위하여 CRC(Cyclic Redundancy Check) 유형의 일관성 제어가 선택사양으로 메시지에 추가될 수 있다.

그러면 제어 콘솔에 의해 전송되는 메시지는 예를 들어 다음과 같은 시퀀스들: [활성화 시퀀스] - [데이터 시퀀스] - [제어 시퀀스]를 포함한다.

다른 일 예에 따르면, 정정 코드를 추가하는 것도 가능할 것이다.

그러면 제어 콘솔에 의해 전송되는 메시지는 예를 들어 다음과 같은 시퀀스들: [활성화 시퀀스] - [데이터 시퀀스] - [제어 시퀀스] - [정정 시퀀스]를 포함한다.

따라서, 일 구현예에 따르면, 데이터 시퀀스와 정정 시퀀스를 포함하는 해밍(Hamming) 유형의 블록 코드를 사용할 수 있다.

수신기 측, 즉 기폭장치 측에서는 통상의 디지털 복조 기술이 사용될 수 있다.

활성화 시퀀스는 전송된 메시지의 초기에서 수신기를 동기화할 수 있게 한다.

단순한 규칙적 샘플링 또는 전방 검출은 이어서 메시지 내용을 복조할 수 있게 한다.

또 다른 유익한 일 선택사양에 따르면, 변조된 광 신호(LU)는 정지 신호를 포함한다.

수동 스위치와 동일한 기능을 수행하기 위해, 광학 변조를 사용하는 기폭 시스템은 바람직하게는 기폭장치가 단전될 수 있게 한다.

이는 예를 들어 발사 포기가 결정된 경우 또는 오류로 인하여 급전된 기폭장치를 단순히 정지하기 위해 추가 수준의 보안을 제공한다.

그 정지 기능을 사용하기 위하여, 2개의 서로 다른 시퀀스, 즉 하나의 급전용 시퀀스 및 다른 하나의 단전용 시퀀스를 사용할 수 있다.

방출된 시퀀스의 불량한 검출 위험을 제한하기 위하여, 2개의 시퀀스는 바람직하게는 준-직교(quasi-orthogonal)이다.

예를 들어, 2개의 서로 다른 Kasami 시퀀스가 그 조건을 충족할 수 있게 한다.

일 변형예는 시퀀스의 부호를 사용하는 것일 수 있는데, 정상적으로 방출되는 시퀀스는 개시를 위하여 포지티브 상관 피크로 유도하지만, 역으로 방출되는 시퀀스는 예를 들어 정지를 위하여 네거티브 상관 피크를 제공한다.

결국, 단 하나의 상관기만 필요하며 결과의 부호만이 차이가 있다.

그러나 Kasami 시퀀스들은 시퀀스 간의 위상차에 관계없이 상호 상관에 대해 제로에 근접한 결과를 제공하므로 우선시된다.

결과적으로 제어 콘솔은 사용자가 하나 또는 다른 하나의 시퀀스(즉, 활성화 시퀀스 또는 정지 시퀀스)를 선택할 수 있도록 해야 한다.

수신기 위치에서, 기폭장치의 광학 수신기의 디지털 처리 모듈(이하 상술됨)은 예를 들어 하나의 시퀀스 또는 나머지 하나의 시퀀스를 검출하도록 구성된다. 상관 처리는 예를 들어 기준 시퀀스로서 한 시퀀스와 나머지 하나의 시퀀스를 교대로 사용함으로써 복제된다.

도 3은 기폭장치(200)의 일 실시예를 도시한다.

에너지 측면에서 자율적인 본 발명에 따른 기폭장치(200)는 여기서 기폭장치를 광학적으로 활성화하도록 구성된 광학 수신기(220)를 포함하는 제어 모듈(210)을 주로 포함한다.

광학 수신기(220)는 특히 콘솔(100)에 의해 전송된 광선빔(LU)을 복조할 수 있게 하고 급전 스위치(240) 제어용 신호를 생성할 수 있게 한다.

또한, 기폭장치(200)는 예를 들어 여기서 이하 요소들을 포함한다:

- 1차 에너지원(230)(예를 들어, 탑재된 에너지원, 또는 로컬 에너지 저장과 결합된 에너지 회수 모듈, 또는 케이블로 연결된 에너지 제공 모듈): 급전 스위치(240)를 통해 기폭장치의 여러 다른 요소에 급전할 수 있게 하고, 기폭장치는 폭발 퓨즈(256)의 점화 전용 에너지 저장 요소(253)로 에너지를 전달할 수 있게 함.

- 급전 스위치(240): 예를 들어 스위치(K10)를 포함하며, 1차 에너지 원(230)으로부터 기능 모듈(250)의 여러 다른 전자 요소로의 급전을 제어할 수 있게 함. 그 급전 스위치(240)는 문헌 WO 2019/073148에 개시된 실시예 중 하나와 유사할 수 있음.

- 및, 기능 모듈(250).

그 기능 모듈(250)은 여기서 예를 들어 이하 전자 요소들을 포함한다:

- 전자 기폭장치의 작동을 조종할 수 있게 하는 컴퓨터(251): 그 컴퓨터(251)는 급전 스위치(240)를 통해 1차 에너지원(230)과 연결되거나 연결해제됨.

- 폭발 퓨즈(256)의 점화 전용 에너지 저장 요소(253).

- 에너지 저장 요소 절연용 스위치(252): 예를 들어 스위치(K20)를 포함하며, 1차 에너지원(230)의 컴퓨터(251)로의 에너지 전달과 상관없이, 1차 에너지원(230)의 에너지 저장 요소(253)로의 에너지 전달을 활성화 또는 비활성화할 수 있게 함.

- 단전된 경우 보안 상태로 복귀하기 위해 점화 전용 에너지 저장 요소(253)의 저속 방전을 가능하게 하는 보안 메커니즘을 형성하는 방전 장치(254).

- 예를 들어 스위치(K30)를 포함하고, 점화 전용 에너지 저장 요소(253)와 폭발 퓨즈(256) 사이의 에너지 전달을 가능하게 하는 점화 스위치(255).

- 및, 폭발 퓨즈(256).

일 실시예에 따른 광학 수신기(220)는 도 4에 개략적으로 도시되어 있다.

도 4의 광학 수신기(220)는 주로 다음을 포함한다:

- 수신된 광 신호(LU)를 전기 신호로 변환하도록 구성된 광학 검출기(221); 및

- 수신된 광 신호를 복조하고 급전 스위치(240) 제어용 신호를 생성하도록 구성된 복조기(222).

여기서, 복조기(222)는 예를 들어:

- 아날로그인 광학 검출기(221)의 전기 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성된 아날로그 컨디셔너(223); 및

- 제어 콘솔(100)에 의해 방출된 바이너리 시퀀스를 검출하고 그 바이너리 시퀀스에 따라 적어도 급전 스위치(240)를 조종하기 위한 제어 신호를 생성하기 위해 디지털 신호를 복조하도록 구성된 디지털 처리 모듈(224)을

포함한다.

여기서, 디지털 처리 모듈(224) 및/또는 컴퓨터(251)는 예를 들어:

- 전자기폭장치(200)의 작동을 관리하고;

- 제어 콘솔(100)을 통해 수신된 메시지를 분석하고;

- 수신된 메시지의 의미에 따라 이행하고;

- 점화를 위해 에너지 저장 요소(253) 내 에너지 저장을 활성화하고;

- 전자 기폭장치(200)와 연계된 점화 지연의 카운트다운을 실행하고;

- 카운트다운 후 점화 스위치(255)를 통해 에너지 저장 요소(253)에서 폭발 퓨즈(24)로의 에너지 전달을 활성화하고;

- 방전 장치(254)를 활성화하고;

- 급전 스위치(240)를 조종하고;

- 에너지 저장 요소(252)의 절연 스위치를 조종하도록

구성된다.

도 5는 도 4에 개략적으로 도시된 광학 수신기(220)의 일 실시예를 도시한다.

광학 검출기(221)는 여기서 광 신호(LU)를 전류로 변환하는 포토다이오드(231)를 포함한다.

광학 검출기(221)는 여기서 또한 아날로그 컨디셔너(223)에 의해 사용 가능한 전압을 처리할 수 있게 하는 검출 저항(232)도 포함한다.

검출 저항(232)은 시스템 효력을 상쇄할 강한 광도 하에서 신호가 포화 되지 않도록 치수가 결정된다. 역으로, 값이 지나치게 낮으면 전기 신호의 원동력이 감소하여 기폭 시스템의 작동범위가 감소된다.

가능한 최대 조도가 E max(전형적으로 130,000Lux)이고, 포토다이오드(231)의 감도가 S A/lux이고, 전원 전압이 Vdd라고 가정하면, 저항이 R인 검출 저항(232)은 최대 조도에서 포화 한계에 도달하기 위하여 Vdd = R x S x Emax의 관계식을 확인해야 한다.

따라서 [포토다이오드(231) - 검출 저항(232)] 커플의 치수가 작동범위 측면에서의 시스템 성능을 대부분 결정한다.

아날로그 컨디셔너(223)는 여기서 자연광 및 사용자의 동작과 관련된 정적 성분을 제거하기 위하여 적어도 하나의 고역 통과 필터를 포함한다.

경우에 따른 고주파 방해 요인들도 제거하기 위해 대역 통과 필터(그 경우 저역 통과 필터가 추가된 고역 통과 필터에 해당)를 포함할 수 있다.

도 5에 도시된 실시예에서, 아날로그 컨디셔너(223)는 주변 조도 수준에 연관된 신호의 정적 성분을 제거할 수 있게 하는 대역 통과 필터{비교기(233)의 "+"(플러스) 핀 상의 R₁C₁(저항-커패시터) 커플이 고주파를 결정하고 "-"(마이너스) 핀 상의 R₂C₂ 커플이 저주파를 결정함}를 포함한다.

필터링 된 신호들은 비교기(233)의 출력에서, 따라서 아날로그 컨디셔너(223)의 출력에서 바이너리 신호를 수득하기 위하여 비교기(233) 내에 주입된다.

아날로그 컨디셔너(223)는 예를 들어 비교기 및/또는 연산 증폭기를 포함한다.

끝으로, 디지털 신호가 주입되는 디지털 처리 모듈(224)은 예를 들어 적어도 하나의 컴퓨터(전형적으로 마이크로컨트롤러 또는 전용 디지털 회로), 및 경우에 따라 메모리 소자를 포함한다.

수신된 신호는 활성화 신호의 존재를 검출하도록 예상 기준 신호와 연계된다.

예상 기준 신호는 디지털 처리 모듈(224)에 사전 저장될 수 있다.

그 단계에서는 디지털 신호의 복조에 대해 공지된 모든 기술이 사용될 수 있다.

활성화 시퀀스가 검출되면 디지털 처리 모듈(224)은 급전 스위치(240)를 활성 위치로 조종하도록, 예를 들어 스위치의 경우라면 기폭장치의 다른 요소들을 급전하도록 폐쇄 위치로 조종하도록 구성된 제어 신호를 생성한다.

그러나 그러한 기능들은 도 5에 개략적으로 도시된 실시예와는 다르게 실시될 수 있다.

예를 들어, 하드웨어 리소스를 공유하기 위해, 예를 들어 기능 모듈(250)의 컴퓨터(251)에서 디지털 처리를 수행하는 것이 가능하다. 따라서 전반적인 아키텍처는 급전 스위치(240)의 상류에 컴퓨터(251)를 장착하도록 다소 변경되어야 한다.

다시 말하자면, 그 경우 기능 모듈(250)의 컴퓨터(251) 및 디지털 처리 모듈(224)은, 바람직하게는 급전 스위치(240)의 상류에, 예를 들어 광학 수신기(220)내에, 위치한 단일 엔티티로 재편성될 수 있다.

또한, 광 시퀀스가 수신되지 않는 한 컴퓨터의 일부는 "비활성"(저소비 모드에서) 상태를 유지할 수 있다.

광 신호를 복조하기 위해 다른 전략을 사용하는 것도 가능하며, 이는 광학 수신기(220)의 하드웨어 아키텍처를 변형한다. 예를 들어, 아날로그 컨디셔너(223)는 광학 수신기로부터 출력된 미가공 신호의 ADC(Analog-to-Digital Converter)를 이용한 디지털화로 대체될 수 있고, 이는 이어서 디지털 처리 모듈(224)의 컴퓨터에 의해 직접 처리될 수 있다.

그 모든 경우에서, 제공된 광학 수신기는 급전되어야 한다.

그러나 이상적으로는 기폭장치가 현장에서 사용되기 전에 배터리 수명이 단축되는 것을 방지하기 위하여 기폭 시스템은 에너지를 가능한 한 적게 소비해야 한다.

따라서 시스템이 가능한 최대한 실용성을 갖게 하도록 소비는 가능한 한 낮아야 한다.

광학 수신기(220)는 일반적으로 조도에 정비례하여 소비한다.

전형적으로, 감도가 40nA/100Lux인 포토다이오드의 경우, 최대 태양광 130,000Lux에서 소비량은 52μA이다.

아날로그 컨디셔너(223)의 소비는 전형적으로, 사용되는 비교기 또는 연산 증폭기에 따라 1μA 내지 30μA 이다.

적은 [이득 x 대역폭] 곱을 갖는 비교기(233)를 선택하면 그 소비가 1 마이크로암페어(μA) 전후인 구성요소를 선택할 수 있게 한다.

이는 허용된 변조 속도의 손상을 발생시키나, 시스템의 결정적 요소는 아니다.

끝으로, 디지털 처리 모듈(224)은 처리가 실행될 때 전형적으로 수 밀리암페어를 소비한다.

따라서 광학 검출기(221) 및 디지털 처리 모듈(224)의 소비는 가능하면 대략 수 마이크로암페어의 소비를 목표로 하기 위해 최우선적으로 감소시켜야 하는 소비이다.

따라서 제1 접근 방식은 예를 들어 검출 성능을 감쇄시키지 않으면서 주변 조명의 광도를 감소시키기 위하여, 광학 검출기(221)의 포토다이오드(231) 전방에 광학 필터를 추가하는 것으로 구성된다.

주변 조명에 해당하는 수신 광도를 최대한 감소시키면서도 광학 신호에 해당하는 수신 광도는 최대화하는 것을 목적으로 한다.

이를 통해 주변 조명의 광도와 관련된 광학 검출기에 의한 소비 전류를 감소시킬 수 있다.

제어 콘솔(100)의 광원은 매우 특정한 방출 스펙트럼을 가지며(도 6), 포토다이오드(231)는 특징적인 스펙트럼 감도(도 7)를 갖는다.

따라서 그 두 요소는 제어 콘솔(100)에 의해 방출된 광 신호의 파장(λ)에 따라 이득 필터링 단계 Gtx(λ) 및 Grx(λ)로서 동작한다.

따라서 포토다이오드(231)에 의해 전력으로 변환된 광학 전력(Prx)은 콘솔에 의해 방출되는 전력(Ptx), 거리(R)와 관련된 감쇠, 조명 입체각(Ω), 및 각각의 이득(Gtx, Grx)에 따라 이하 공식으로 표현된다:

Prx = [(Grx.Gtx) / ΩR²].Ptx

소정의 거리와 초점 거리에 대해 이득(Gtx.Grx)이 최대일 때, 즉 소정의 파장 λ에 대해 수신 전력이 최대이다(도 8).

따라서 그 파장 주위에 추가 필터를 더하면, 그 파장에서는 수신을 최대화할 수 있게 하며 다른 파장에서는 수신을 감소시킬 수 있고, 이는 추구하는 목적에 해당한다.

그러면 광학 필터의 최적 너비는 감소시키고자 하는 자연광에 대한 필터의 응답에 따라 계산된다.

그에 따라 실제로 광학 검출기의 소비를 3배까지 감소시키는 것이 가능하다.

제2 접근 방식은 예를 들어 광학 검출기(221)를 위하여 광검출기(234)의 광전지 효과를 사용하는 것으로 구성된다.

광검출기(234)는 여기서 도 9에 개략적으로 도시된 어셈블리에서와 같이 광전지 모드로 사용된다.

그러한 이유로, 전원 전압에 의해 편극되지 않는다.

전술한 예와 같은 포토다이오드는 사용하기에 충분한 전류를 생성할 수 있게 하지 않는다. 더 작은 치수의 광전지 패널을 사용하거나 다수의 포토다이오드를 병렬로 사용하여 감광 소자의 표면적을 증가시킬 필요가 있다.

그러한 어셈블리는 광학 검출기의 소비를, 아마도 완전히, 제거할 수 있게 한다.

따라서 소비는 매우 우수하게 제어되고 주변 조명 조건에 대하여 더욱 독립적이다.

제3 접근 방식에 따르면, 소비를 제한하기 위해 디지털 처리 모듈의 급전을 차단하는 것도 가능하다.

예를 들어, 디지털 처리 모듈(224)은 클록 및 경우에 따라 디지털 전자 장치의 급전을 차단할 수 있게 하는 저소비 모드를 포함한다.

예를 들어 시스템을 저소비 모드에서 해제시키기 위하여 비교기의 출력에서 디지털 신호의 상태 변화가 존재하는 것을 이용한다.

따라서 자연광에서는 광도가 천천히 변하므로 저역 통과 필터링으로 인해 아날로그 컨디셔너의 출력에 아무 변동이 없다.

조명의 급격한 변화가 발생하는 즉시, 아날로그 컨디셔너의 출력에서 변환이 일어나고, 이는 디지털 처리 모듈의 기상을 위해 사용된다.

그 기능은 전형적으로 마이크로컨트롤러의 저소비 모드의 덕분으로 구현될 수 있다.

따라서 소비는 1 마이크로암페어(1μA) 미만으로 감소될 수 있다.

제4 접근 방식에 따르면, 예를 들어 기폭장치의 보관 기간(사용 전 수개월간 지속될 수 있는) 동안 모든 잔류 소모를 방지하기 위해 조명 수준에 따른 급전의 전체 차단이 사용된다("어둠 모드").

도 10에 도시된 바와 같이, 매우 낮은 수준의 조명이 나타나는 즉시 출력 신호를 자발적으로 포화시킬 수 있도록 조절함으로써 조명 수준을 추가로 검출하는 단계가 사용된다.

이를 위하여, 조명 수준의 추가 검출 단계는 예를 들어 고이득(예를 들어 40μA/100Lux) 포토트랜지스터(235) 및 전형적으로 수십 Lux의 매우 낮은 조도 수준의 검출을 가능하게 하는 설정 값을 갖는 검출 저항(237)을 포함한다.

검출 저항(237)의 단자에서의 전압은 스위치로서 작용하는 트랜지스터(236)를 조종할 수 있게 한다.

따라서, 광학 검출 단계(221)는 불변하게 유지된다. 그 단계의 상류에 추가 단계(그러나 동일한 원리에 기반함)가 부가되며, 그 추가 단계는 광학 검출 단계와 다르게 조절된다.

그와 같은 방식으로, 기폭장치가 어둠 속에, 예를 들어 상자 속에 보관되어 있을 때 급전은 완전히 차단된다. 따라서 소비는 거의 제로이다(트랜지스터(236) 및 포토트랜지스터(235)의 무시할 정도의 누설 전류는 제외).

사용하기 위해 기폭장치를 상자에서 꺼내면, 전체 차단 단계는 광학 수신기(220)에 급전하고, 따라서 기폭장치는 사용자로부터(제어 콘솔을 통하여) 전송될 광학 활성화를 기다린다.

Claims (20)

1차 에너지원(230) 및 적어도 하나의 기능 모듈(250), 그 1차 에너지원(230)과 기능 모듈(250) 사이에 배치되고 그 기능 모듈(250)과 1차 에너지원(230)을 연결하거나 연결해제하도록 구성된 급전 스위치(240), 및 그 급전 스위치의 제어용 모듈(210)을 포함하는 무선 전자 기폭장치(200)로서,
그 기능 모듈(250)은 적어도 하나의 폭발 퓨즈(256) 및 그 폭발 퓨즈(256)의 점화 전용 에너지 저장 요소(253)를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
그 급전 스위치 제어용 모듈(210)은, 제어 콘솔(100)에 의해 방출된 광 신호(LU)를 검출 및 복조하도록, 그리고 그 복조된 광 신호(LU)에 따라 출력에서 제어 신호를 생성하도록 구성된 광학 수신기(220)를 포함하며, 그 제어 신호는 적어도 그 급전 스위치(240)를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
기폭장치(200).

제1항에 있어서, 그 광학 수신기(220)는 그 제어 콘솔(100)에 의해 방출된 광 신호(LU)를 검출하도록, 그리고 그 광 신호(LU)를 전기 신호로 변환하도록 구성된 광학 검출기(221)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기폭장치(200).

제2항에 있어서, 그 기폭장치는 그 광학 검출기(221)의 상류에 적어도 하나의 광학 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 기폭장치(200).

제2항 또는 제3항에 있어서, 그 광학 검출기(221)는 광전지 소자(234)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기폭장치(200).

제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 그 기폭장치는 그 전기 신호를 복조하도록 구성된 복조기(222)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기폭장치(200).

제5항에 있어서, 그 복조기(222)는 광학 검출기(221)로부터 오는 전기 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성된 아날로그 컨디셔너(223)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기폭장치(200).

제6항에 있어서, 그 복조기(222)는 그 디지털 신호를 복조하도록, 그리고 그 급전 스위치(240) 조종용 제어 신호를 생성하도록 구성된 디지털 처리 모듈(224)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기폭장치(200).

제7항에 있어서, 그 기폭장치는 적어도 그 디지털 처리 모듈(224)에 대한 급전을 차단하도록 구성된 저소비 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 기폭장치(200).

제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 그 광학 수신기(220)에 대한 급전을 차단하도록 구성된 전체 차단 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 기폭장치(200).

제9항에 있어서, 그 전체 차단 모듈은 매우 낮은 수준의 조도를 검출하도록 구성된 검출 저항(237)과 결합된 고이득 포토트랜지스터(235) 및 스위치로서 사용되는 트랜지스터(236)를 포함하고, 그 검출 저항(237)은 트랜지스터(236)를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기폭장치(200).

제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 그 기폭장치는 그 광학 수신기(220)가 그 제어 콘솔(100)에 의해 방출되는 광 신호(LU)를 적어도 검출할 때 피드백 신호를 방출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기폭장치(200).

무선 기폭 시스템(10)으로서,
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 무선 전자 기폭장치(200), 및 상기 무선 전자 기폭장치(200)를 향하여 광 신호(LU)를 방출하도록 구성되는 제어 콘솔(100)을 포함하는 기폭 시스템(10).

제12항에 있어서, 그 제어 콘솔(100)은 적어도 하나의 기폭장치(200)를 향해 그 광 신호(LU)를 집중시키도록 구성된 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기폭 시스템(10).

제12항 또는 제13항에 있어서, 그 제어 콘솔(100)은 적어도 하나의 변조 패턴(M)에 따라 그 광 신호(LU)를 변조하도록 구성된 변조기(120)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기폭 시스템(10).

제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 그 변조된 광 신호(LU)는 적어도 하나의 활성화 시퀀스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기폭 시스템(10).

제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 그 변조된 광 신호(LU)는 명령들을 기폭장치(200)에 전송하도록 구성되는 데이터 시퀀스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기폭 시스템(10).

1차 에너지원(230), 적어도 하나의 폭발 퓨즈(256) 및 그 폭발 퓨즈(256)의 점화전용 에너지 저장 요소(253)를 포함하는 적어도 하나의 기능 모듈(250), 그 1차 에너지원(230)과 기능 모듈(250) 사이에 배치되고 그 기능 모듈(250)과 1차 에너지원(230)을 연결하거나 연결해제하도록 구성된 급전 스위치(240), 및 그 급전 스위치 제어용 모듈(210)을 포함하는 무선 전자 기폭장치(200)의 활성화 방법으로서,
- 광 신호(LU) 수신 단계;
- 그 수신된 광 신호(LU)의 복조 단계;
- 그 복조된 광 신호(LU)에 따른 제어 신호 생성 단계 -그 제어 신호는 그 급전 스위치(240)를 적어도 조종하도록 구성됨-
를 포함하는 활성화 방법.

제17항에 있어서, 그 광 신호(LU) 수신 단계는 광 신호(LU) 검출 단계 및 그 광 신호(LU)를 전기 신호로 변환하는 단계를 포함하는, 활성화 방법.

제17항 또는 제18항에 있어서, 그 복조 단계는 그 전기 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계 및 그 디지털 신호에서 적어도 하나의 활성화 시퀀스를 식별하는 단계를 포함하고, 활성화 시퀀스가 식별되면, 그 제어 신호 생성 단계는 그 급전 스위치(240)를 활성화하는 단계를 포함하는, 활성화 방법.

제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 그 복조 단계는 그 디지털 신호에서 적어도 하나의 데이터 시퀀스를 식별하는 단계를 포함하고, 데이터 시퀀스가 식별되면 그 제어 신호 생성 단계는 그 데이터 시퀀스에 대응하는 명령들을 생성하는 단계를 포함하는, 활성화 방법.

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