Многоканальное резервированное аналоговое устройство

Союз Советских Социалистических Республикрисоединением заявки -Государственный комите Совета Министров СССР по делам изобретенийи открытий:621,382 (088.8) ллетень5) Дата опубликовани сания 05,07.7(71) Заяви Московский институт электронного машиностроения 54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ РЕЗЕРВ И РОВА АНАЛОГОВОЕ УСТРОЙСТВО равнивающих элементов). Изобретение относится к области измерительной техники и техники передачи аналоговых сигналов и может быть использовано в резервированных измерительных и телеметрических системах, когда надежность и достоверность аналоговой информации повышают за счет передачи одного и того же аналогового сигнала по нескольким каналам, каждый из которых недостаточно надежен в отдельности.Для выделения сигналов исправных резер. вируемых аналоговых блоков могут быть использованы, во-первых, сопоставительное рассмотрение самих полученных параллельных сигналов, во-вторых, априорные сведения о точности и надежности резервируемых блоков, в-третьих, априорные данные о поведе. нии входной величины (диапазон ее изменения, закон распределения в этом диапазоне).Известно многоканальное резервированное аналоговое устройство 1, в котором для выделения достоверного сигнала из сигналов резервируемых блоков используется принцип их попарного сравнения. Однако этот принцип затрудняет построение многоканальных резервированных аналоговых устройств с числом резервируемых блоков, большим трех (для ии /и - 1) резервируемых блоков необходимо Наиболее близким аналогом предложенного изобретения является резервированное устройство 2, содержащее сумматор и в каждом канале резервируемые блоки, выходы которых соединены с первыми входами нуль- органов. Устройство 2 выделяет в качестве достоверного сигнал, занимающий определенное место в упорядоченном ряду всех сигналов. Алгоритмы функций упорядоченного выл бора относительно просто реализуются длябольшого числа каналов, но не учитывают точностных свойств резервируемых блоков и поэтому не позволяют достичь максимальной для каждого конкретного случая надежности 15 резервированного устройства.Целью изобретения является повышениенадежности устройства, в частности вероятности восстановления сигнала исправных резервируемых блоков.Указанная цель достигается тем, что в многоканальное резервированное аналоговое устройство, содержащее сумматор и в каждом канале резервируемые блоки, выходы которых соединены с первыми входами нуль-органов, 25 дополнительно введены одновибраторы, блокфиксации момента максимума амплитуды, ключ и генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен с функциональным входом ключа и вторыми входами нуль-орга- ЗО нов, выходы которых через одновибраторысоединены со входами сумматора, выход ко. торого через блок фиксации момента максимума амплитуды соединен с управляющим входом ключа.На фиг, 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - вариант принципиальной схемы сумматора и блока фиксации момента максимума амплитуды; на фиг, 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства, где обозначено: Хь Х Х, - выходные сигналы резервируемых блоков, Л - диапазон изменения истинного значения входной величины, То - длительность цикла развертки ГПН 7, 1 - длительность импульсов олновибраторов 4, д - максимальная допустимая абсолютная погрешность резервируемых блоков 2 в исправном состоянии, На осях 1, 4 ь 4 ъ 4 з, 5 отложены выходные сигналы соответствующих элементов резервированного устройства, на оси , - ток конденсатора С,.Устройство содержит сумматор и в каждом канале резервируемые блоки 2, выходы которых соединены с первыми вхолами нуль-органов , одновибраторы 4, блок 5 фиксации мо. мента максимума амплитуды, ключ б и генератор 7 пилообразного напряжения (ГПН), выход которого соединен с функциональным входом ключа б и вторыми входами нуль-органов д, выходы которых через олновибраторы 4 соединены со входами сумматора 1, выход которого через блок 5 фиксации момента максимума амплитуды соединен с управляющим входом ключа б.Сумматор 1 и блок 5 фиксации момента максимума амплитуды (фиг. 2) содержит одинаковые резисторы Я число которых соответствует числу резервируемых блоков (в лан ном примере - три), конденсатор С разрядный резистор Яр, транзистор Т с коллекторным резистором Яи лифференцирующуюцепочку С Рц,Принцип работы многоканального резервированного аналогового устройства заключает.ся в следующем,1. Резервируемые блоки 2, сигналы которых лежат за границами диапазона возможных значений входной величины, считаютсяотказавшими.2. Все сигналы, попавшие в этот диапазон,разбиваются на группы, в которых минимальный сигнал отличается от максимального неболее, чем на двойное значение наибольшейдопустимой погрешности резервируемого блока 2 в исправном состоянии. Таким образом,о резервируемых блоках 2, сигналы которыхвходят в одну группу, может быть сделанопредположение об одновременной работоспособности,3. Резервируемые блоки 2, сигналы которых входят в наиболее многочисленную группу, считаются исправными,4. На выходе устройства формируется сигнал, равный максимальному (или минимальному, в зависимости от направления разверт 10 15 со 25 зо 35 ао 45 5060 65 ки ГПН) сигналу группы исправных резерви. руемых блоков.Таким образом, в предложенном устройст. ве учитывается вся совокупность перечисленных выше сведений о резервируемых блоках, Это позволяет существенно повысить надежность работы устройства.Многоканальное резервированное устройство работает следующим образом.Сигналы резервируемых блоков 2 посту. пают на входы нуль-органов 3. На другие входы нуль-органов поступает пилообразное напряжение с выхода генератора 7. В тот момент, когда значение пилообразного напряжения совпадает с каким-либо из входных, на выхоле соответствующего нуль-органа появ. ляется сигнал, из которого при помощи соот. ветствующего одновибратора 4 формируется прямоугольный импульс фиксированной длительности и амплитуды, Эти импульсы посту пают на вход сумматора 1, который склады. вает их амплитуды. В тот момент, когда амплитуда выходного сигнала сумматора достигает абсолютного максимума за весь цикл развертки ГПН (т. е. в тот момент, когда на входе сумматора имеется максимальное число импульсов одновременно), блок 5 фиксации момента максимума амплитуды открывает ключ б, и соответствующее текущее значение пилообразного напряжения поступает на выход устройства.Блок 5 (фиг. 2) осуществляет фиксацию момента времени, в который выходной сигнал сумматора 1 достигает абсолютного за весь период развертки максимума, Суммирование амплитуд импульсов одновибраторов 4 (оси 4 ь 4, 4 з на фиг. 3) осуществляется резистивной сборкой, состоящей из соответствующего числа (в данном примере - три) одинаковых резисторов й,. Напряжение на выходе сумматора (в общей точке этих резисторов) показано на оси 1. За несколько периодов ГПН 7, в течение которых повторяется неизменной форма выходного напряжения сумматора 1, конденсатор С,. заряжается через базовый переход транзистора Т до напряжения У равного максимальному выходному напряже. нию сумматора (минус 0,5 в на переходе). Временная зависимость тока конденсатора С, показана на оси ,: в момент максимума через С течет базовый токтранзистора Т, в разрывах между максимумами конденсатор С, разряжается током р резистора Рр, Импульсу базового тока соответствует импульс коллекторного напряжения, который дифференцируется цепочкой С йД. Выделенный передний фронт этого импульса (ось 5) и обозначает искомый момент . максимума,Пусть сначала все три резервируемых бло ка исправны, их выходные сигналы Хь Х, Хз приблизительно совпадают, и импульсы одновибраторов 4 ь 4 4, накладываются во времени друг на друга (левая часть фиг. 3). Максимальная амплитуда выходного сигнала сумматора 1 равна в этом случе утроенному значению амлитуды одного импульса. До тройной амплитуды заряжен и конденсатор СПусть теперь отказал первый резервируемый блок, и его выходной сигнал Х, принял значение, сильно отличающееся от двух остальных (правая часть фиг. 3). Максимальная амплитуда выходного сигнала сумматора 1 станет равной удвоенному значению амплитуды одного импульса, и конденсатор С напряжение Уна котором определяет момент срабатывания блока 5, разрядится до того же значения.Следует отметить, что правильная работа блока фиксации момента максимума амплитуды (фиг, 2) возможна только в случае, если верхняя граница частотного диапазона сигналов резервируемых блоков по крайней мере на порядок ниже частоты развертки, Быстродействие современных полупроводниковых элементов позволяет получить эту верхнюю границу примерно на уровне 10 кГц (частота развертки 100 в 2 кГц).Длительность импульсов одновибраторов 4 выбрана, исходя из следующего условия; за время импульса пилообразное напряжение изменяется на величину 26 (фиг, 3), где д - максимальная допустимая абсолютная погрешность резервируемого блока 2 в исправном состоянии. Пусть Л - диапазон изменения истинного значения входной величины, 2приведенный к выходу резервируемых блоков , перекрывается ГПН за время Т,. Тогда дли. тельность импульса одновибратора 4 состав 26ляет 1=Т, -- , Импульсы одновибраторов тех каналов, сигналы резервируемых блоков которых различаются меньше, чем на 26 накладываются во времени друг на друга,Таким образом, если исправны К резервируемых блоков, то соответствующие их сигналам импульсы одновибраторов 4 дают на выходе сумматора 1 сигнал с амплитудой ЙУ 1 У - амплитуда импульса одного одновибратора). Если эта амплитуда окажется максимальной среди всех значений выходного сигнала сумматора 1 за цикл развертки ГПН 7, то на выход резервированного устройства че. рез ключ б проходит сигнал, соответствующий группе каналов с исправными резервируемыми блоками, Отказ резервированного устройства (неверное восстановление) имеет место только в том случае, если случайно совпали (различаются меньше, чем на 26) сигналы более, чем ь Й отказавших резервируемых блоков.Ключ б может быть выполнен по обычнойдвухвходовой схеме И, на один вход которой подается сигнал ГПН 7, на второй - разрешающий сигнал блока 5. Выходной сигнал ключа дискретен во времени, его информационный параметр - амплитуда. Дальнейший способ использования этого сигнала зависит от конкретного вида аппаратуры, подключен.ной к выходу резервированного аналогового устройства.Предложенное устройство имеет существенно более высокую надежность по сравнению с известными, что позволяет, например, 20для достижения заданного уровня надежности использовать меньшее число резервируемых блоков. Формула изобретения25Многоканальное резервированное аналоговое устройство, содержащее сумматор и в каждом канале резервируемые блоки, выходы которых соединены с первыми входами нуль- органов, отл и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения надежности устройства, оно содержит одновибраторы, блок фиксации момента максимума амплитуды, ключ и генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен с функциональным входом ключа и вторымп входами нуль-органов, выходы которых через одновнбраторы соединены со входами сумматора, выход которого через блок фиксации момента максимума амплитуды соединен 40 с управляющим входом ключаИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Шевцов Г. А., Шеремет Е. М., Логпче ское резервирование, Львов, издательствоЛГУ, 1973, стр. 105.2. Золотова Т. М., Кербников Ф. И Розенблат М. Л. Резервирование аналоговых устройств автоматики, Москва, издательство 50 Э н е р гн я, 1975, стр. 36.549902 Х 1 с В. Максимов Семе аказ 289/974 И ЦНИИПИ Госуда под.482 рственного к делам изобрква, Ж 35, Р п. Харьк, фил. пред. Пате дактор Л, Утехина ставитель ехред М Тираж итета Совета ний и открыт скан наб., д. Корректор И. Симкина 1069 Подпис инистров СССР