摘要：数码电子雷管作为一种延期精度高、安全性能可靠，且能实现大规模组网的新型雷管，国家民爆行业发展规划中明确提出未来3-5年内实现行业内推广，研究数码电子雷管的准爆条件、发火冲能、电容规格、桥丝直径等数据，对于雷管半爆拒爆因素分析具有重要意义。
关键词：数码电子雷管；储能电容；发火性能；桥丝
数码电子雷管除了常规配置的延期体，脚线，密封胶塞，点火药头，加强帽，起爆药，管壳组成以外，创造性地将起爆电容，抗干扰器件和集成芯片引入雷管结构组网中，外部环境为储能电容，控制芯片和雷管起爆提供能量，控制电路板结合整流电桥，控制电流和能量输出，转换输入极性，保护控制模块，最终实现高精度延期。经过行业技术人员的不懈努力，数码电子雷管芯片模块种类不断丰富，雷管发火性能也持续优化，芯片的工作原理主要通过供电与通信模块，延期控制模块等，结合开关，识别编码和自动检测后，由起爆器发出起爆命令，芯片调整电容充放电程序，最终使用雷管完成起爆。点引火药头发火充能K引必须满足内部储能电容输出冲能K电需求，发火充能单位A2 ms。电流通入内部，满足产生焦耳楞次定律Q=I2Rt，药剂接受桥丝热能，药剂发生化学反应，并通过放出的能量继续升温，最后实现自发火过程，整个过程可用能量平衡方程解释：
其中：—桥丝材料热容（J/g.℃）；—桥丝材料密度（g/cm3）;T—桥丝温度（℃）；P(t)—输入电功率（J/s）,根据焦耳楞次定律：P(t)=0.24I2R0t（1+αT）;—桥丝材料导热系数（J/℃.cm2）;I—通入电流（A）；R0—环境温度下桥丝电阻（Ω）；α—桥丝温度系数 ；Z—频率因子；▽2—拉普拉斯算子（表1）。
表1 桥丝材料热学性质
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随着科学发展，能量平衡方程已经不能满足能量简单能量运算，在忽略热损失，输入功率较低等固定情况下，桥丝温度可以通过简单比热计算。而相较于直流电源，电容供电功率大，发火时间短，热散失忽略不计（见表2）。
表2 发火电流和桥长关系
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用电容起爆，能量以脉冲形式进入桥丝。在同样能量条件下，电压高、电容小比电容大、电压低的更有效。在线路电阻确定后，电容和电压有一个最佳匹配关系：电容小：RC小，放电时间短，功率增加，能量利用率高。但电容量过分小，放电时间太短，药剂未达到发火点放电已结束，此时桥丝开始冷却，热损失增加，使产品感度降低，发火时间增加。电容大：RC大，放电时间长，功率小，能量损失大，甚至产品已爆炸电容器中还有剩余电能。在适当的发火能量和电阻确定的情况下，必须匹配电容和电压之间的关系。
电容容量，桥丝电阻和充电电压对输出冲能影响较大。输出给桥丝的冲能与电容容量和充电电压成正比关系，和外接负载（桥丝电阻）成反比。当电容容量受到材料，厚度，介电系数等影响时，可通过提高内部充电设计电压来解决发火可靠性，并解决芯片模块储能元件电容漏电和电压衰减问题。此外，电引火头采用断桥丝结构，降低桥丝电阻值（见以下公式），获得理想输出冲能。需要注意的是，技术人员在设计时需依据上述影响因素留有一定数据空间，以保证后续研究可靠性。
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其中：l——桥丝长读，d——桥丝直径，T——桥丝材料决定。
功率影响：体现在发火感度和发火时间上。功率越大，桥丝获得电源能量越多，且能量利用率高，感度增大，减少了发火时间。
由此可以看出，桥丝直径，材料比热，电阻率，桥丝接触状态等都会对点引火药头发火冲能产生影响。必要时，引火药剂可通过加入LTNR等热感度较高的组分调整电引火药头发火冲能，调整药剂粒度和压药压力，控制气压，同时设置上下线极差，时期发火一致。
表3 桥丝热感度数值
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无损检验：桥电阻只有在桥长或直径相同的情况下才能对比桥丝材料性质对雷管输出性能的影响。桥丝升温能量方程：。其中：—桥丝系统热容（包括桥丝薄层药剂）；—桥温和环境温度之差；—通入桥丝电功率；—散热系数。桥丝温度能否达到药剂所需的发火温度是产品能否发火的条件，热容和散热系数至关重要。桥丝火工品通入微量电流（低于安全电流值）：，令桥丝温度不变，产品失去能量供给不发火，测出： 。桥丝冷却时间需要技术人员掌握高等数学知识并进行推导。此外，当桥丝局部出现问题，或有蘸在桥丝上的药剂造成接触不良情况出现时，可通过瞬时脉冲实验（输入脉冲电流50-55ms，电桥失去平衡，测定电压差值，示波仪显示电位曲线）和正弦波跟踪显示实验进行诊断。
结论：数码电子雷管研制和生产过程中，为确保其发火可靠性，宜从以下几方面充分考虑：1.需控制数码电子雷管内部储能电容容量指标值，选用精度高且稳定性好的电容作为储能元件，完成点火。2.数码电子雷管起爆系统应确保规定时间内电容充电电压达到规定值，数码电子雷管作为能完成大规模组网起爆的新型雷管，应满足起爆系统所有数码电子雷管充电要求。3.短桥丝结构配接电引火元件，一定程度上降低桥丝电阻，增大储能电容发火冲能，实现数码电子雷管的可靠发火。在芯片储能电容对外输出冲能一定或难以增大输出冲能时，适当减小桥丝直径，提高电引火药剂电热敏感度，提高数码电子雷管的发火可靠性。4.在全国电子雷管密码中心协调下，严格UID码，管壳码使用，编码采用CAN总线技术定制程序，检测起爆元件与雷管通信异常情况和雷管响应状态，并实现多个起爆网络的统一监测，防止失误操作，采用IO状态安全锁定技术系统，防止起爆系统异常起爆，减少大块率和铲车运输成本，提升综合效益。5.桥丝在散热，绝热，温度差等特定条件下可通过数学知识推导冷却温度，热容等变量。桥丝局部出现问题，或有蘸在桥丝上的药剂造成接触不良情况出现时，可通过瞬时脉冲实验（输入脉冲电流50-55ms，电桥失去平衡，测定电压差值，示波仪显示电位曲线）和正弦波跟踪显示实验进行诊断。
【作者简介】唐啸（1998.09-），男，汉族，重庆市人，本科在读，主要研究方向：火工品技术研发。