устройство управления передачей поляризованного лазерного излучения к оптическим детонаторам на основе магнитооптического пространственно-временного модулятора

Формула изобретения

Устройство управления передачей поляризованного лазерного излучения к оптическим детонаторам на основе магнитооптического пространственно-временного модулятора, включающее оптические детонаторы, связанные с источником поляризованного лазерного излучения через световоды и магнитооптический пространственно-временной модулятор, отличающееся тем, что магнитооптический пространственно-временной модулятор состоит из прозрачной пластины магнетика, помещенной между катушками Гельмгольца, включенными согласно попарно, катушки Гельмгольца связаны с генератором магнитных импульсов через программируемый электронный ключ, а входной торец каждого из световодов от оптических детонаторов состыкован с соответствующей катушкой Гельмгольца.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области использования энергии взрыва и может применяться в горнодобывающем производстве, геологоразведке и геофизике, при проведении нулевых циклов строительных работ, в машиностроении для детонационной обработки материалов с целью повышения их эксплуатационных свойств.

Известна оптическая система подрыва взрывчатых устройств, в которой взрывчатое устройство состоит из снаряженного взрывчатым веществом (ВВ) корпуса с оптически прозрачным окном, поверхность которого покрыта металлической фольгой. На окно направляется мощный световой импульс от лазера. Под действием лазерного излучения фольга испаряется, возникающая при этом ударная волна инициирует ВВ в корпусе. При помощи волоконно-оптических устройств можно одним лазером инициировать несколько оптических детонаторов аналогичной конструкции /1/.

Недостатками этого устройства являются необходимость применения лазерных импульсов большой мощности, устойчивых к оптическому пробою световодов, и высокие энергозатраты, а также сложность задания и поддержания временной задержки между взрываемыми группами зарядов.

По существу решаемой задачи наиболее близким устройством является устройство для передачи лазерных импульсов к оптическим детонаторам с помощью коммутирующего устройства (оптико-механического модулятора), посредством которого осуществляется управление лазерными импульсами, передаваемыми к оптическим детонаторам /2/. Оптико-механический модулятор состоит из прямоугольной призмы, вращающейся с заданной частотой. Модулятор снабжен блоком контроля и регулирования частоты вращения прямоугольной призмы. Таким образом, достигается управляемая передача лазерных импульсов к определенным группам оптических детонаторов через заданные промежутки времени.

Недостатком принятого за прототип предлагаемого устройства является оптико-механический модулятор, применяемый для управления лазерным излучением прямоугольной призмой, вращающейся с заданной частотой. Данный управляющий элемент имеет ограниченные динамические возможности, характерные для модуляторов этого типа. Вращение призмы осуществляется электромеханическим способом, что снижает точность управления и задания времени задержки приведения в действие оптических детонаторов из-за сильного разброса, вызванного нестабильностью частоты вращения. Точность времени задержки существенно зависит также от прецизионности фокусировки на световодах отраженных призмой световых импульсов, что усложняет управление, уменьшает надежность работы всего устройства.

Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства за счет увеличения прецизионности управления с его помощью процессами инициирования детонации во временной и пространственной последовательностях, что позволяет программно задавать порядок приведения в действие оптических детонаторов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве управления передачей поляризованного лазерного излучения к оптическим детонаторам на основе магнитооптического пространственно-временного модулятора, включающем оптические детонаторы, связанные с источником поляризованного лазерного излучения через световоды и магнитооптический пространственно-временной модулятор, магнитооптический пространственно-временной модулятор состоит из прозрачной пластины магнетика, помещенной между катушками Гельмгольца, включенными согласно, попарно, катушки Гельмгольца связаны с генератором магнитных импульсов через программируемый электронный ключ, а входной торец каждого из световодов от оптических детонаторов состыкован с соответствующей катушкой Гельмгольца.

Сопоставительным анализом с прототипом установлено отличие предлагаемого устройства, заключающееся в применении магнитооптического пространственно-временного модулятора для высокоскоростного и прецизионного управления поляризованным лазерным излучением, подаваемым в оптические детонаторы во временном интервале 2010^-910010^-3 с, с точностью не менее 5010^-9 с. Все это позволяет повысить эффективность работы устройства, тем самым повысить качество и надежность ведения взрывных работ. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна". При изучении других решений в данной области признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, выявлены не были, и поэтому они обеспечивают ему соответствие критерию "существенные отличия".

Устройство для передачи поляризованного лазерного излучения к оптическим детонаторам схематично представлено на чертеже.

Устройство включает оптические детонаторы 1, связанные через световоды 2 с источником поляризованного лазерного излучения 3 через магнитооптический пространственно-временной модулятор 4 (коммутирующее устройство), состоящий из прозрачной пластины магнетика 5 с высокой скоростью движения доменных границ, помещенной между катушками Гельмгольца 6, включенными согласно, попарно. В исходном состоянии эта прозрачная пластина магнетика 5 однородно намагничена и непрозрачна для лазерного излучения поляризованного перпендикулярно намагниченности магнетика. Катушки Гельмгольца 6 подключены через программируемый электронный ключ 7 к генератору магнитных импульсов 8. Поляризованное лазерное излучение 9 от источника поляризованного лазерного излучения 3 падает с одной стороны 10 на прозрачную пластину магнетика 5, помещенную между катушками Гельмгольца 6. Входной торец 11 каждого из световодов 2 от оптических детонаторов 1 состыкован с соответствующим торцом 12 катушки Гельмгольца 6.

Устройство управления передачей поляризованного лазерного излучения к оптическим детонаторам на основе магнитооптического пространственно-временного модулятора работает следующим образом. Поляризованное лазерное излучение 9 от источника поляризованного лазерного излучения 3 падает со стороны 10. Под действием управляющего импульса магнитного поля с помощью одной из катушек Гельмгольца 6 происходит перемагничивание прозрачной пластины магнетика 5, в результате коэффициент пропускания прозрачной пластины магнетика 5 в области состыковки входного торца 11 световода 2 с выходным торцом 12 катушки Гельмгольца 6 становится равным 100%. Импульс поляризованного лазерного излучения 9, пройдя по световоду 2, инициирует детонацию в заданном оптическом детонаторе 1. Через остальные катушки Гельмгольца 6 в магнитооптическом пространственно-временном модуляторе 4 поляризованное лазерное излучение 9 в это время не пропускается от источника поляризованного лазерного излучения 3. Эффект модуляции падающего поляризованного лазерного излучения 9 достигается за счет высокоскоростного (вплоть до 20 км/с для слабых ферромагнетиков) движения доменной границы в прозрачной пластине магнетика 5, что и приводит к изменению коэффициента пропускания прозрачной пластины магнетика 5 вплоть до 100%. Последовательность поступления к катушкам Гельмгольца 6 управляющих импульсов магнитного поля от генератора магнитных импульсов 8 задается с помощью программируемого электронного ключа 7. Это позволяет достигнуть высокоскоростного и прецизионного управления лазерными импульсами, подаваемыми от источника поляризованного лазерного излучения 3 в оптические детонаторы 1 в широком временном интервале 2010^-910010^-3 с.

Таким образом, устройство управления передачей лазерных импульсов к оптическим детонаторам достигает поставленной цели - повышение эффективности работы устройства за счет увеличения прецизионности управления с его помощью процессами инициирования детонации во временной и пространственной последовательностях, что позволяет программно задавать порядок приведения в действие оптических детонаторов.

Литература

1. Патент США 3812783, кл. F 42 С 13/02, 1974.

2. Патент РФ 2089843, кл. F 42 С 13/02, 1997.