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 Genauigkeit der Zündung im Bergbau hat einen erheblichen Einfluss auf die Sicherheit und Effektivität von Sprengungen. Die Zündung erfordert eine präzise Steuerung. Eine unzureichende Steuerung kann zu unerwünschten Ergebnissen führen.

Zünder müssen robust und zuverlässig sein. Sie müssen so konstruiert sein, dass sie auch unter härtesten Bedingungen Fehlzündungen vermeiden, beispielsweise bei Stößen durch nahegelegene Explosionen, Bodenvibrationen, Gas- oder Wassereinbruch, extremen Temperaturen und elektromagnetischen Störungen. Die MEMS-Timing-Lösungen von SiTime sind für den Betrieb unter solchen extremen Bedingungen ausgelegt und bieten die erforderliche Robustheit und Zuverlässigkeit für einen sicheren Betrieb.

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Vorteile der SiTime MEMS- Timing Technologie

Vollständiger MEMS- Taktgeber

Oszillatoren mit kleinem Platzbedarf (XO)

Differenzial-XO mit geringem Jitter

Niedrige Leistung 32.768 XO

Präzise und robust

Widerstandsfähigkeit gegen Stöße, Vibrationen und elektromagnetische Störungen

Hermetik der MEMS-Resonatoren

Ausgezeichnete Temperaturstabilität

Einfach zu bedienen, langlebig

Programmierbare Funktionen

Keine Probleme mit der Quarzzuverlässigkeit

>2 Milliarden Stunden MTBF

Sprengkapseln (auch Sprengkapseln genannt) dienen zum Zünden von Baustein in Bereichen wie Bergbau, Steinbrüchen und Tiefbau. Handelsübliche Sprengstoffe sind stabil und sicher in der Handhabung, sodass sie bei versehentlichem Fallenlassen, unsachgemäßer Handhabung oder Feuereinwirkung nicht explodieren. Daher benötigen sie eine kleine Initialexplosion, um gezündet zu werden. Diese wird durch einen Sprengzünder erzeugt.

Die Genauigkeit der im Bergbau eingesetzten Zünder hat einen erheblichen Einfluss auf die Sicherheit und Effektivität von Sprengarbeiten. Ein präzise gesteuerter Sprengzug wird zum Sprengen von Gestein eingesetzt. Mangelnde Präzision kann zu unerwünschten Folgen wie Steinschlag (von der Sprengung in eine unerwünschte Richtung geschleuderte Gesteinsbrocken), übermäßigen Bodenvibrationen, ungleichmäßiger Gesteinsbeschaffenheit sowie Fehlzündungen oder unbeabsichtigten Zündungen führen.

Blockdiagramm drahtgebundener Zünder

Einzelne verdrahtete Zünder werden üblicherweise parallel über eine Differenzialleitung mit einer Programmier- und Zündeinheit verbunden. Die Leitung versorgt die Zünder sowohl mit Strom als auch mit individuellen Befehlen – wie Verzögerungsprogrammierung, Scharf- und Unscharfschalten sowie Zünden. Die Zündreihenfolge wird durch eine Zeitverzögerung zwischen dem Beginn der Sequenz und dem Zünden des jeweiligen Zünders programmiert. Alle Zünder werden gleichzeitig gezündet; die individuelle Verzögerung jedes Zünders führt das Explosionsmuster aus.

Widerstandsfähigkeit und Zuverlässigkeit sind Schlüsselparameter für Zünder. Sie müssen so konstruiert sein, dass Fehlzündungen und unbeabsichtigte Zündungen unter härtesten Bedingungen vermieden werden: Stöße durch nahegelegene Explosionen, Bodenvibrationen, Gas- oder Wassereinbruch, extreme Temperaturen usw. EMI-Störungen sind eine häufige Ursache für unbeabsichtigte Zündungen. Diese können durch Blitzschlag, statische Elektrizität, nahegelegene Hochfrequenzsender oder Streuströme durch defekte Geräte verursacht werden.

Sobald die Zündsequenz eingeleitet ist und Explosionen einsetzen, werden Zünder wahrscheinlich von der Strom- und Kommunikationsleitung getrennt. Aus diesem Grund verfügen sie über einen internen Stromversorgungskondensator, der sie bis zum Auslösen der Zündschnur am Laufen hält. Die Zeit bis zum Auslösen der Zündschnur wird von einem Mikrocontroller gesteuert, der eine zuverlässige Taktquelle wie den Oszillator SiT1811 nutzt.

Blockdiagramm drahtloser Zünder

Drahtlose Zünder folgen einem ähnlichen Funktionsprinzip wie drahtgebundene Zünder. Sie sind batteriebetrieben und ersetzen die Strom- und Kommunikationsleitung durch Funkübertragung. Es gibt verschiedene Techniken zur Herstellung drahtloser Sender und Empfänger; einige davon basieren auf einer Taktgeber . Eine hochstabile, jitterarme Taktgeber 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 Geringe Leistung Geringer Platzbedarf Hervorragende Frequenzstabilität MEMS-Zuverlässigkeit
32,768 kHz Oszillator SiT1811	±20, ±50 ppm Stabilität 1,14 bis 3,3 V Versorgung 490 nA typ. Stromaufnahme (ohne Last) Bis -40°C bis +105°C 1,2 x 1,1 mm QFN	Hohe Zuverlässigkeit EMI-Belastbarkeit Geringe Leistung Geringer Platzbedarf Hervorragende Frequenzstabilität MEMS-Zuverlässigkeit
Differenzialoszillator 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 Geringer Platzbedarf der Leiterplatte, einfacheres Layout Einfaches Design durch Flexibilität MEMS-Zuverlässigkeit

¹ Integrationsbereich von 12 kHz bis 20 MHz

Vorteile der SiTime Timing Solutions

Die Widerstandsfähigkeit gegen Stöße und Vibrationen stellt sicher, dass die Zünder auch bei Explosionen in der Nähe weiterhin funktionieren.
Die EMI-Resilienz minimiert das Risiko einer falschen Zündung, Fehlzündung oder unbeabsichtigten Zündung.
Frequenzgenauigkeit und Stabilität über den gesamten Temperaturbereich gewährleisten einen perfekten Strahlzeitpunkt unabhängig von den Betriebsbedingungen.
Low Power maximiert die Betriebszeit des Stromversorgungskondensators 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 Zeitkomponente bei Vorhandensein externer Verunreinigungen keiner Leistungsminderung oder Störung unterliegt.
Der kleine Formfaktor ermöglicht den Bau kleinerer Zünder.
Programmierbare Differenzialoszillatoren mit geringem Jitter sind eine perfekte Taktgeber für drahtlose Empfänger.