Устройство для резервирования

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗЕРВЙРОВА- НИЯ, содержащее первый и второй резервируемые блоки, первые выходы которых соединены соответственно с .первыми входными электродами генераторных секций первого и второго пьезоэлектрических трансформаторов, а вторые выходы coe JИнeны соответствейно с общими шинами первого и второго резервируемых блоков и подключены соответственно к BTOIM IM входным электродам генераторных секций, первого и второго пьезоэлектрических трансформаторов, первые выходные электроды трансформаторных секций которых соединены с первым выходом устройства, а их вторые выходные электроды объединены, отличающее ся тем, что, с целью повьппения надежности путем повышения устойчивости к отказам типа короткое замыкание и уход резо- .----;; г-Ivt- -fcrzsrca. нансной частоты элемента резервирования , в него введены третий и четвертый резервируемые блоки и третий и четвертый пьезоэлектрические трансформаторы , первые выходные электроды трансформаторных секций которых подключены к вторым выходным электродам первого и второго пьезоэлектрических трансформаторов, а вторые выходные электроды трансформаторных секций - к второму выходу устройства, при этом первые выходы третьего и четвертого резервируемых блоков соединены соответственно с первыми входными электродами генераторных секций третьего и четвертого пьезр: электрических трансформаторов, а втосл рые выходы соединены соответственно с общими шинами третьего и четвертотого резервируемых блоков и подключены соответственно к вторым входным электродам генераторных секций третьего и четвертого пьезоэлектрических трансформаторов, причем первые входа ной и выходной электроды во всех пьеОд зоэлектрических трансформаторах расположены на поверхностях, перпендикулярных векторам поляриз.ации соответственно генераторной и трансформаторной секций и соответ,ствующих положительным концам векторов поляризации , а вторые входной и выходной электроды во всех пьезоэлектрических трансформаторах расположены на поверхностях, перпендикулярных векторам поляризации соответственно генераторной и трансформаторной секций и соответствующих отрицательным концам векторов поляризации.

СОЮЗ GOBETQHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 114 А 4(51) G 06 F 11/00

-ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCHQMV СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3243679/18-24 (22) 21.01. 81 (46) 07.07. 85. Бюл. 1(25 (72) Ю.М. Корбашов, Ю.Л. Спирин и В.Н.Фролов (53) 681.325,61(088.8) (56) 1. Хетагуров Я.А, и др. Надежность автоматизированных систем управления. М.,"Высшая школа", 1979, с. 103.

2. Teoste R, Digital circuit re- .

dundancy. IEEE Transaction on Reliability, June 1964, р. 49, fig. 5b.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 322845, кл. Н 03 В 5/32, 1970 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО gJIH РЕЗЕРВИРОВА

НИЯ, содержащее первый и второй резервируемые блоки, первые выходы которых соединены соответственно с первыми входными электродами генераторных секций первого и второго пьезоэлектрических трансформаторов, а вторые выходы соединены соответствейно с общими шинами первого и второго резервируемых блоков и подключены соответственно к вторым входным электродам генераторных секций.первого и второго пьезоэлектрических трансформаторов, первые выходные электроды трансформаторных секций которых соединены с первым выходом устройства, а их вторые выходные электроды объединены, о т л и— чающее с я тем, что, с целью повышения надежности путем повышения устойчивости к отказам типа

"короткое замыкание" и "уход резоканской частоты элемента резервирования", в него введены третий и четвертый резервируемые блоки и третий и четвертый пьезоэлектрические трансформа)оры, первые выходные электроды трансформаторных секций которых подключены к вторым выходным электродам первого и второго пьезоэлектрических трансформаторов, а вторые выходные электроды трансформаторных секций — к второму выходу устройства, при этом первые выходы третьего и четвертого резервируемых блоков соединены соответственно с первыми входными электродами генераторных секций третьего и четвертого пьезо . электрических трансформаторов, а вторые выходы соединены соответственно с общими шинами третьего и четвертотого резервируемых блоков и подключены соответственно к вторым входным электродам генераторных секций третьего и четвертого пьезоэлектрических трансформаторов, причем первые входной и выходной электроды во всех пьезоэлектрических трансформаторах расположены на поверхностях, перпендикулярных векторам поляризации соответственно генераторной и трансформаторной секций и соответствующих положительным концам векторов поляризации, а вторые входной и выходной электроды во всех пьезоэлектрических трансформаторах расположены на поверхностях, перпендикулярных векторам поляризации соответственно генераторной и трансформаторной свкций и соответствующих отрицательным концам векторов поляризации.

11661

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для построения высоконадежных вычислительных систем.

Известна система резервирования, содержащая группу резервируемых блоков, соединенных с входами мажоритарного элемента t1j .

Недостатком системы резервирования является низкая надежность вслед-!0 ствие невысокой вероятности безотказной работы мажоритарного элемента.

Известно также устройство для резервирования, содержащее четыре блока резервирования, выходы кото- !5 рых соединены соответственно с первыми входами элементов резервирования, а входы являются входами устройства, вторые входы первых двух элементов резервирования являются 20 управляющим входом устройства, а выходы их объединены и соединены с вторыми входами двух других элементов ре зе рв иров ания, выходы ко торых являются выходом устройства f2) . 25

Недостатком этого устройства является малая устойчивость к отказам типа "короткое замыкание" элементов резервирования и резервируемых блоков. Кроме того, при отказе двух >0 или трех из четырех элементов резервирования и резервируемых блоков устройство теряет свою работоспособ-. ность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для резервирования, содержащее первый и второй резервируемые блоки, первые выходы которых соединены 40 соответственно с первыми входными электродами генераторных секций первого и второго пьезоэлектрических трансформаторов, а вторые выходы соединены соответственно с общими шинами первого и второго резервируемых блоков и подключены соответственно к вторым входным электродам генераторных секций первого и второго пьезоэлектрических трансформаторов, первые выходные электроды трансформаторных секций которых соединены с первым выходом устройства, а их вторые выходные электроды объединены и подключены ко второму выхо- 55 ду устройства (31.

Ф

Недостатком известного устройстВ ва является малая устойчивость к от14 2 казам типа "короткое замыкание" по выходу элемента резервирования (пьезоэлектрического трансформатора), так как развитие процесса короткого замыкания по выходу одного из пьезоэлектрических трансформаторов, связанного с диффузией материала электрода через объем трансформаторной секции, сопровождающейся изменением направлен ия вектора поляриз ации соответствующих доменов, устанавливается вследствие наличия цепи положительной обратной связи, обусловленной согласной ориентацией вектора поляризации второго пьезоэлектрического трансформатора относительно соответствующих поверхностей трансформаторной секции первого пьезоэлектрического трансформатора. Это приводит, во-первых, к ускорению процессов диффузии материала электродов первого пьезоэлектрического трансформатора, и, во-вторых„ к уходу резонансной частоты второго пьезоэлектрического трансформатора, так как первый пьезоэлектрический трансформатор за счет ориентации его вектора поляризации также обраэует по отношению к второму пьезоэлектрическому трансформатору цепь положительной обратной связи, которая приводит к образованию встречных доменов (для компенсации согласной ориентации "внешних" векторов поляризации), т.е к уходу резонансной частоты, резкому падению электромеханических и пьезоэлектрических констант и соответственно к потере работоспособности всего устройства в целом.

Целью изобретения является повышение надежности путем повышения устойчивости к отказам типа "короткое замыкание" и "уход резонансной частоты элемента резервирования". !

Указанная цель достигается тем, что в устройство для резервирования, содержащее первый и второй резервируемые блоки, первые выходы которых соединены соответственно с первыми входными электродами генераторных секций первого и второго пьезоэлектрических трансформаторов, а вторые выходы соединены соответственно с общими шинами первого и второго резервируемых блоков и подключены соответственно к вторым входным электродам генераторных секций первого и второго пьезоэлектрических

) 1166114 трансформаторов, первые выхоцные . электроды трансформаторных секций ко-, торых соединены с первым выходом устройства, а их вторые выходные электроды объединены, введены третий и четвертый резервируемые блоки и третий и четвертый пьезоэлектрические трансформаторы, первые выходные электроды трансформаторных секций которых подключены ко вторым выход- 10 ным электродам первого и второго пье эоэлектриче ских трансформаторов, а в торые выходные электроды тран сформаторных секций — ко второму выходу устройства, при этом первые 15 выходы третьего и четвертого резервируемых блоков соединены соответственно с первыми входными электродами генераторных секций третьего и четвертого пьезоэлектрических трансфор- 20 маторов, а вторые выходы соединены соответственно с общими шинами третьего и четвертого резервируемых блоков и подключены соответственно ко вторым входным электродам генератор- 25 ных секций третьего и четвертого пьезоэлектрических трансформаторов, причем первые входной и выходной электроды во всех пьезоэлектрических трансформаторах расположены на поверхностях, перпендикулярных векторам поляризации соответственно генераторной и трансформаторной секций и соответствующих положительных концам векторов поляризации, а вторые входной и выходной электроды во всех пьезоэлектрических трансформаторах расположены на поверхностях, перпендикулярных векторам поляризации соответственно генераторной

40 и трансформаторной секций и соответствующих отрицательным концам векторов поляризации.

На чертеже изображено предлагаемое устройство. 45

Предлагаемое устройство для резервирования представлено на чертеже и состоит из первого 1, второго 2, третьего 3 и четвертого 4 резервируемых блоков, первого 5, вто- 50 рого 6, третьего 7 и четвертого 8 пьезоэлектрических трансформаторов поперечно-поперечного типа. Каждый иэ пьезоэлектрических трансформаторов состоит из двух изолированным 55 по толщине секций, генераторной 9 и трансформаторной 10 и имеет пер-. вый 11 и второй 12 входные электроды в генераторной секции 9 и первый 13 и второй 14 выходные электроды в трансформаторной секции 1О.

Первые выходы всех резервируемых блоков 1 — 4 соединены соответствен" но с первыми входными электроцами 11 пьезоэлектрических трансформаторов 5 — 8. Вторые выходы резервируемых блоков 1 — 4 являются общими шинами 15 — 18 соответствующих резервируемых блоков и, кроме того, соединены соответственно с вторыми входными электродами 12 пьезоэлектрических трансформаторов 5. — 8, Первый выход 19 устройства соединен с первыми выходными электродами 13 первого и второго пьезоэлектрических трансформаторов 5 и 6. Второй выход 20 устройства подключен к вторым выходным электродам 14 третьего 7 и четвертого 8 пьезоэлектрических трансформатЬров.

Вторые выходные электроды 14 первого 5 и второго 6 пьезоэлектрических трансформаторов и первые выходные электроды 13 третьего ? и четвертого 8 пьезоэлектрических трансформаторов объединены между собой.

Первый 11 и второй 12 входные электроды и первый 13 и второй t4 выходные электроды во всех пьезоэлектрических трансформаторах 5 — 8 расположены на поверхностях, перпендикулярных векторам поляризации соответственно генераторной 9 и трансформаторной 10 секций. При этом первые входные электроды 11 и первые выходные электроды 13 расположены на поверхностях, соответствующих положительным концам векторов поляризации, а вторые входные электроды 12 и вторые выходные электроды 14 расположены на поверхностях, соответствующих отрицательным концам векторов поляризации.

Все пьезоэлектрические трансформаторы 5 — 8 по своим характеристикам идентичны между собой. Каждый из резервируемых блоков 1 — 4 функционирует синхронно с остальными резервируемыми блоками в импульсном режиме, причем нулевому сигналу соответствует отсутствие импульса напряжения, а единичному выходному сигналу соответствует импульс напряжения, удвоенное значение вели1166114 чины обратной длительности которого равно резонансной частоте пьезоэлектрических трансформаторов 5 — 8.

Устройство для ре зерв иров ания работает следующим образом. 5

При постоянном отказе одного, двух или одновременно любых трех блоков 1 — 4, выражающемся в наличии постоянного единичного или нулевого уровней сигналов на их выходах и на входных электродах 11 и 12 генераторных секций 9 соответствующих с пьезоэлектрических трансформаторов 5 — 8, в объеме этих пьезоэлектрических трансформаторов возникают 1$ затухающие акустиче ские колебания с большим уровнем затухания (до 10 дБ) из-за их резонансных избирательных свойств. Поэтому соответствующие электрические заряды на выходных 20 электродах 13 и 14 трансформаторных ° секций 10 соответствующих пьезоэлектрических трансформаторов 5 — 8 будут равны нулю. При этом разность потенциалов между первым и вторым выхода- 25 ми 19 и 20 устройства будут определять соответствующие исправные ре" зервируемые блоки (три, два или один в зависимости от числа неисправных резервируемых. блоков). За счет того, gp что единичные импульсы исправных резервируемых блоков по длительности соответствуют резонансной частоте пьезоэлектрических трансформаторов 35

t =-2

2Е

1 где Š— резонансная частота пьезоэлектрических трансформаторов; длительность единичного им- " пульса на выходах резервируемых блоков.

В генераторных секциях 9 соответствующих пьезоэлектрических трансформаторов будут возбуждаться акустические колебания, передаваться акустически без затухания в трансформа торные секции 10 соответствующих пьезоэлектриче ских трансформаторов и сниматься с выходных электродов 13 и 14 (режим ударного возбуждения резонансных колебаний.в пьезоэлект. рических трансформаторах) в виде импульсов напряжения. Эти импульсы напряжения (или один импульс напряя1ения в случае постоянного отказа . трех резервируемых блоков из четырех) вызовут разность потенциалов между первым и вторым выходами 19 и 20 устройства. Появление разности потенциалов на выходах устройства даже при наличии трех неисправных резервируемых блоков обеспечивается большой емкостью эквивалентных конденсаторов, создаваемых выходными электродами 13 и 14 пьезоэлектрических трансформаторов, так как - относительная диэлектрическая прон ицаемо с ть се гне то зле к триче с ко го материала, из которого выполнены пьезоэлектрические трансформаторы, равна 3000 — 5000. Кроме того, пьезоэлектрические трансформаторы имеют очень высокое значение добротности (до 500) . Поэтому данное устройство обладает высокой устойчивостью по сбоям и помехам, выражающимся в появлении на выходе его сигналов, длительность которых не соответствует резонансной частоте пьезоэлектрических трансформато— ров 5 — 8.

Положительный эффект данного устройства для резервирования обусловлен встречной ориентацией суммарных векторов поляризации трех пьезоэлектрических трансформаторов неисправных резервируемых блоков относительно соответствующих поверхностей трансформаторной секции четвертого пьезоэлектрического трансформатора исправного резервируемого блока (для случая постоянного отказа трех резервируемых.блоков), что приводит к образованию цепи отрицательной обратной связи, которая создает противополе, препятствующее развитию процессов диффузии электродов и переориентации соответствующих доменов трансформаторной секции четвертого пьезоэлектрического трансформатора (связанного с исправным резервируемым блоком). Это в свою очередь приводит к блокировке процессов короткого замыкания и переориентации векторов поляризации. Соответственно, так как любые из трех пьезоэлектрических трансформаторов, соединенных с неисправными резервируемыми блоками, образуют по отношению к оставшемуся цепь отрицательной обратной связи, имеет место блокировка ухода резонансных частот и процессов образова-ния встречных доменов в остальных трех элементах резервирования, что

114

116б

t7

Составитель Г. Мило славкий

Редактор А.Шишкина Техред М. Гергель . Корректор С.Черни

Заказ 4311/44 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,.МосКВа, Ж- .35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

7 также увеличивает надежность настоящего изобретения.

Кроткое замыкание по выходу любых резервируемых блоков 1 — 4 не будет приводить к изменению выходного сопротивления устройства вследствие большого сопротивления между входными электродами 11 и 12 и выходными электродами 13 и 14 пьезоэлектрических трансформаторов. !О

Таким образом, предлагаемое устройство для ре зерв ирования сохраняет работоспособность при постоянных отказах типа "холостой ход" и "короткое замыкание" по выходам трех из четырех резервируемых блоков и при аналогичных отказах по выходам одного из четырех пьезоэлектрических трансформаторов, что значительно, повышает устойчивость к постоянным рр отказам по сравнению с прототипом.

Кроме того, данное устройство обеспечивает высокую помехоустойчивость за счет резонансных свойств пьезоэлектрических трансформаторов. 25

Экспериментально, в процессе эксплуатации предлагаемого устройства в составе пьезопреобразователя ППВ-1-4Р выявлено, что резервирование, выполненное с использованием изготовленных из серийной керамики

ЦТБС-4 пьезоэлектрических трансформаторов, имеет наработку на отказ около 18000 ч, в то время как известное устройство, выполнено с применением двух пьезоэлектрических трансформаторов (вариант "биморф"), имел наработку на отказ менее 10 ч, что было вызвано де поляризацией (образо" ванием "встречны "доменов) пьезоэлектриче „ких трансформаторов. Этот эффект наиболее ярко проявляется при температурных Т=(0,7 — 0,9) Т, где Т вЂ” температура Кюри.

Уход резонансной частоты в настоящем изобретении при воздействии

;.естабилизирующих факторов (тепловой удар, механические низкочастотные вибрации и т.д.) составляет менее

0,01Х от центральной, в то время как в варианте "биморф" зта величина достигала 1-5Х от центральной частоты а