Elektronische Zünder für den Bergbau

Foreground: Detonator box of yellow color intended for detonating explosives; Background: Mining blast at an open pit copper mine

Die Zeitgenauigkeit von Bergbauzündern hat einen erheblichen Einfluss auf die Sicherheit und Wirksamkeit von Sprengarbeiten. Der Sprengzug braucht ein genaues Timing. Ein Mangel an präziser Kontrolle kann zu unerwünschten Ergebnissen führen.

Zünder müssen belastbar und zuverlässig sein. Sie müssen so ausgelegt sein, dass Fehlzündungen unter den härtesten Bedingungen wie Stößen durch Explosionen in der Nähe, Bodenvibrationen, Eindringen von Gas oder Wasser, extremen Temperaturen und elektromagnetischer Strahlung vermieden werden. Die MEMS-Timing-Lösungen von SiTime sind für den Betrieb unter solch extremen Bedingungen konzipiert und bieten die erforderliche Robustheit und Zuverlässigkeit für einen sicheren Betrieb.

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Vorteile des SiTime MEMS-Timings

Vollständiger MEMS-Uhrenbaum

Oszillatoren mit geringem Platzbedarf (XO)

Niedriger Jitter-Differenzial XO

Geringer Stromverbrauch 32.768 XO

Präzise und robust

Widerstandsfähigkeit gegenüber Stößen, Vibrationen und elektromagnetischen Störungen

Hermetik der MEMS-Resonatoren

Hervorragende Temperaturstabilität

Einfach zu bedienen, langlebig

Programmierbare Funktionen

Keine Probleme mit der Quarzzuverlässigkeit

>2 Milliarden Stunden MTBF

Zünder (auch Sprengkapseln genannt) werden zum Auslösen eines Sprengkörpers in Anwendungen wie Bergbau, Steinbrüchen und Tiefbau verwendet. Kommerzielle Sprengstoffe sind stabil und sicher in der Handhabung, sodass sie nicht explodieren, wenn sie versehentlich fallen gelassen, falsch gehandhabt oder Feuer ausgesetzt werden. Aus diesem Grund ist eine kleine Auslöseexplosion erforderlich. Dafür sorgt ein Zünder.

Die Zeitgenauigkeit von Zündern, die im Bergbau eingesetzt werden, hat einen erheblichen Einfluss auf die Sicherheit und Wirksamkeit von Sprengarbeiten. Zur Sprengung von Gestein wird ein „Detonationszug“ mit präziser Zeitsteuerung eingesetzt; Ein Mangel an präziser Kontrolle kann zu unerwünschten Ergebnissen wie Flugsteinen (von der Explosion in eine unerwünschte Richtung geschleuderte Steine), übermäßigen Bodenvibrationen, ungleichmäßiger Gesteinsneigung sowie Fehlzündungen oder unbeabsichtigten Schüssen führen.

Blockdiagramm für kabelgebundene Zünder

Einzelne verdrahtete Zünder werden üblicherweise über eine Differenzleitung parallel an eine Programmier- und Zündeinheit angeschlossen. Die Leitung versorgt die Zünder sowohl mit Strom als auch mit einzelnen Befehlen – wie z. B. Verzögerungsprogrammierung, Scharfschaltung, Unscharfschaltung und Zündung. Die Zündreihenfolge wird in die Zünder programmiert, indem eine Zeitverzögerung vom Start der Sequenz bis zum Zünden der einzelnen Zünder eingestellt wird. Alle Zünder werden gleichzeitig ausgelöst; Die individuelle Verzögerung jedes Zünders führt das Explosionsmuster aus.

Belastbarkeit und Zuverlässigkeit sind entscheidende Parameter für Zünder. Sie müssen so konstruiert sein, dass Fehlzündungen und unbeabsichtigte Zündungen unter den härtesten Bedingungen vermieden werden: Erschütterungen durch Explosionen in der Nähe, Bodenvibrationen, Eindringen von Gas oder Wasser, extreme Temperaturen usw. EMI-Störungen sind ein häufiger Grund für unbeabsichtigte Zündungen, die durch Blitze verursacht werden können , statische Elektrizität, in der Nähe befindliche Hochfrequenzsender oder Streuströme von defekten Geräten.

Sobald die Zündsequenz eingeleitet wird und Explosionen beginnen, werden die Zünder wahrscheinlich von der Strom- und Kommunikationsleitung getrennt. Aus diesem Grund verfügen sie über einen internen Stromversorgungskondensator, der sie bis zum Auslösen der Sicherung am Laufen hält. Das Timing bis zum Auslösen der Sicherung wird von einem Mikrocontroller verwaltet, der eine zuverlässige Timing-Quelle wie den SiT1811-Oszillator verwendet.

Blockdiagramm für drahtlose Zünder

Drahtlose Zünder folgen einem ähnlichen Funktionsprinzip wie kabelgebundene Zünder. Sie sind batteriebetrieben und ersetzen die Strom- und Kommunikationsleitung durch Funkübertragung. Es gibt verschiedene Techniken zur Herstellung drahtloser Sender und Empfänger. Einige von ihnen sind auf eine Taktquelle angewiesen. Eine hochstabile Taktquelle mit geringem Jitter ermöglicht eine zuverlässigere Übertragung, eine geringere Fehlerrate und weniger Störungen.

MEMS-Timing für elektronische Zünder

Geräte	Hauptmerkmale	Schlüsselwerte
MHz-Oszillator SiT8021 1 bis 26 MHz	-40°C bis +85°C ±50 ppm Stabilität 1,5 x 0,8 CSP-Paket	Hohe Zuverlässigkeit EMI-Belastbarkeit Geringer Strom Kleiner Fußabdruck Hervorragende Frequenzstabilität MEMS-Zuverlässigkeit
32,768-kHz-Oszillator SiT1811	±20, ±50 ppm Stabilität 1,14 bis 3,3 V Versorgung 490 nA typ. Stromverbrauch (keine Last) Bis zu -40°C bis +105°C 1,2 x 1,1 mm QFN	Hohe Zuverlässigkeit EMI-Belastbarkeit Geringer Strom Kleiner Fußabdruck Hervorragende Frequenzstabilität MEMS-Zuverlässigkeit
Differentialoszillator SiT9366 1 bis 220 MHz SiT9367 220 bis 725 MHz	Geringer Jitter 0,23 ps RMS ^[1] LVPECL, LVDS, HCSL 2,5 bis 3,3 V -40 °C bis 105 °C 3,2 x 2,5 mm großes Gehäuse	Erfüllt anspruchsvolle Jitter-Anforderungen Kleiner PCB-Footprint, einfacheres Layout Einfaches Design aufgrund der Flexibilität MEMS-Zuverlässigkeit

¹ 12 kHz bis 20 MHz Integrationsbereich

Vorteile der SiTime-Timing-Lösungen

Die Widerstandsfähigkeit gegenüber Stößen und Vibrationen stellt sicher, dass die Zünder trotz nahegelegener Explosionen weiter funktionieren.
Die EMI-Resilienz minimiert das Risiko eines falschen Timings, einer Fehlzündung oder einer unbeabsichtigten Zündung.
Frequenzgenauigkeit und Stabilität über den Temperaturbereich hinweg gewährleisten unabhängig von den Betriebsbedingungen ein perfektes Strahltiming.
Low Power maximiert die Betriebszeit des Netzteilkondensators oder der Batterie; Alternativ ermöglicht es die Verwendung eines kleineren, kostengünstigeren Kondensators oder einer Batterie.
Durch die Hermetik der MEMS-Resonatoren wird sichergestellt, dass die Zeitsteuerungskomponente bei Vorhandensein externer Verunreinigungen keinen Leistungseinbußen oder Ausfällen ausgesetzt ist.
Der kleine Formfaktor ermöglicht den Bau kleinerer Zünder.
Programmierbare Differentialoszillatoren mit geringem Jitter sind eine perfekte Taktquelle für drahtlose Empfänger.