Устройство для резервирования

КРОВ орои реыходы конно с,пер" енераторо пьезоетст и вт под м входнымций.перческиходныесекций выходом од с целью повышеи рез ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) 1. Хетагуров Я.А, и др. Наде ность автоматизированных систем управления. М.,"Высшая школа", 1979, с. 103.2. Теозге К, РЦгга 1 с 1 гсц 1 г геЙцпдапсу. 1 ЕЕЕ Тгапзасггоп оп Ке 1 даЬх 11 гу, )цпе 1964, р. 49, Г 1 е. 5 Ь.3. Авторское свидетельство СССР У 322845, кл, Н 03 В 5/32, 1970 (прототип).(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗ НИЯ, содержащее первый и вт зервируемые блоки, первые в торых соединены соответстве выми входными электродами г ных секций первого и второг электрических трансформатор вторые выходы соединены соо но с общими шинами первого рого резервируемых блоков и чены соответственно к вторь электродам генераторныхсек вого и второго пьезоэлектри трансформаторов, первые вых электроды трансформаторных которых соединены с первым устройства, а их вторые вых электроды объединены, о т л ч а ю щ е е с я тем, что, повышения надежности путем ния устойчивости к отказам "короткое замыкание" и "ухо ения И. канской частоты элемента резервирования", в него введены третий и четвертый резервируемые блоки и третийи четвертый пьезоэлектрические трансформаторы, первые выходные электродытрансформаторных секций которых под ключены к вторым выходным электродампервого и второго пьезоэлектрических трансформаторов, а вторые выходные электроды трансформаторных секций - к второму выходу устройства,при этом первые выходы третьего ичетвертого резервируемых блоковсоединены соответственно с первымивходными электродами генераторныхсекций третьего и четвертого пьезо. электрических трансформаторов, а вторые выходы соединены соответственнос общими шинами третьего и четвертотого резервируемых блоков и подключены соответственно к вторым входнымэлектродам генераторных секций третьего и четвертого пьезоэлектрическихтрансформаторов, причем первые входной и выходной электроды во всех пьезоэлектрических трансформаторахрасположены на поверхностях, перпендикулярных векторам поляризации соответственно генераторной и трансформаторной секций и соответствующихположительным концам векторов поляризации, а вторые входной и выходной электроды во всех пьезоэлектрических трансформаторах расположенына поверхностях, перпендикулярныхвекторам поляризации соответственногенераторной и трансформаторной свкций и соответствующих отрицательнымк нцам векторов поляризации, 11661Изобретение относится к вычислительной технике и предназначенодля построения высоконадежных вычислительных систем.Известна система резервирования, 5содержащая группу резервируемых блоков, соединенных с входами мажоритарного элемента 1,Недостатком системы резервирования является низкая надежность вслед ствие невысокой вероятности безотказной работы мажоритарного элемента.Известно также устройство для резервирования, содержащее четыреблока резервирования, выходы которых соединены соответственно с первыми входами элементов резервирования, а входы являются входами устройства, вторые входы первых двухэлементов резервирования являются 20управляющим входом устройства,а выходы их объединены и соединеныс вторыми входами двух других элементов резервирования, выходы которых являются выходом устройства 2 . 25Недостатком этого устройства является малая устойчивость к отказамтипа "короткое замыкание" элементов резервирования и резервируемыхблоков. Кроме того, при отказе двух 30или трех из четырех элементов резервирования и резервируемых блоковустройство теряет свою работоспособ-.ность.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является устройстводля резервирования, содержащее первый и второй резервируемые блоки,первые выходы которых соединены 40соответственно с первыми входнымиэлектродами генераторных секций первого и второго пьезоэлектрическихтрансформаторов, а вторые выходысоединены соответственно с общими 45шинами первого и второго резервируемых блоков и подключены соответственно к вторым входным электродамгенераторных 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 выходу устройства 3 .Недостатком известного устройства является малая устойчивость к от 14 2казам типа "короткое замыкание" повыходу элемента резервирования (пьезоэлектрического трансформатора),так как развитие процесса короткогозамыкания по выходу одного из пьезоэлектрических трансформаторов, связанного с диффузией материала электрода через объем трансформаторнойсекции, сопровождающейся изменениемнаправления вектора поляризации соответствующих доменов, устанавливаетсявследствие наличия цепи положительной обратной связи, обусловленнойсогласной ориентацией вектора поляризации второго пьезоэлектрическоготрансформатора относительно соответствующих поверхностей трансформаторной секции первого пьезоэлектрического трансформатора, Это приводит,во-первых, к ускорению процессовдиффузии материала электродов первого пьезоэлектрического трансформатора, и, во-вторых к уходу резонансной частоты второго пьезоэлектрического трансформатора, так как первыйпьезоэлектрический трансформаторза счет ориентации его вектора поляризации также образует по отношениюк второму пьезоэлектрическому трансформатору цепь положительной обратной связи, которая приводит к образованию встречных доменов (для компенсации согласной ориентации "внешних"векторов поляризации), т.е. к уходурезонансной частоты, резкому падениюэлектромеханических и пьезоэлектрических констант и соответственнок потере работоспособности всегоустройства в целом,Целью изобретения является повышение надежности путем повышенияустойчивости к отказам типа "короткое замыкание" и "уход резонанснойчастоты элемента резервирования".Указанная цель достигается тем,что в устройство для резервирования,содержащее первый и второй резервируемые блоки, первые выходы которыхсоединены соответственно с первымивходными электродами генераторныхсекций первого и второго пьезоэлектрических трансформаторов, а вторыевыходы соединены соответственнос общими шинами первого и второгорезервируемых блоков и подключенысоответственно к вторым входнымэлектродам генераторных секций первого и второго пьезоэлектрическихтрансформаторов, 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 ным электродам первого и второго пьезоэлектрических трансформаторов, а вторые выходные электроды трансформаторных 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 маторов, а вторые выходы соединены соответстненно с общими шинами третьего и четвертого резервируемых блоков и подключены соответственно ко вторым входным электродам генератор ных секций третьего и четвертого пьезоэлектрических трансформаторов, причем первые входной и выходной электроды во всех пьезоэлектрических трансформаторах расположены на по- З 0 верхностях, перпендикулярных векторам поляризации соответственно генера" торной 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 генераторной40 и трансформаторной секций и соответствующих отрицательным концам векторов поляризации.На чертеже изображено предлагаемое устройство. 45Предлагаемое устройство для резервирования представлено на чертеже и состоит из первого 1, второго 2, третьего 3 и четвертого 4 резервируемых блокон, первого 5, вто 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 9и трансформаторной 1 О, 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 1 О.Первые выходы всех резервируемыхблоков 1 - 4 соединены соответствен"но с первыми входными электроцами 11пьезоэлектрических трансформаторон 5 - 8. Вторые выходы резервируемых блоков 1 - 4 являются общими шинами 15 - 18 соответствующих резернируемых блоков и, кроме того, соединены соответственно с вторыми нходными 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 подключенк вторым выходным электродам 14 третьегои четвертого 8 пьезоэлектрических трансформатЬров.Вторые выходные электроды 14 первого 5 и второго 6 пьезоэлектрических трансформаторов и первые выходные электроды 13 третьегои четвертого 8 пьезоэлектрических трансформаторов объединены между собой.Первый 11 и второй 12 входныеэлектроды и первый 13 и второй 14выходные электроды во всех пьезоэлектрических трансформаторах 5 - 8расположены на поверхносТях, перпендикулярных векторам поляризациисоответственно генераторной 9 итрансформаторной 10 секций. При этомпервые входные электроды 11 и первые выходные электроды 13 расположены на поверхностях, соотнетствующихположительным концам векторов поляризации, а нторые нходные электроды 12 и вторые выходные электроды 14 расположены на поверхностях,соответствующих отрицательным концамвекторов поляризации.Все пьезоэлектрические трансформаторы 5 - 8 по своим характеристикам идентичны между собой. Каждый из резервируемых блоков 1 - 4 функционирует синхронно с остальными резернируемыми блоками в импульсном режиме, причем нулевому сигналу соответствует отсутствие импульса напряжения, а единичному выходному сигналу соответствует импульс напряжения, удвоенное значение вели 1166114чины обратной длительности которого равно резонансной частоте пьезоэлектрических трансформаторов 5 - 8.Устройство для резервирования работает следующим образом. 5При 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 1 О входных электродах 11 и 12 генераторных секций 9 соответствующих пьезоэлектрических трансформаторов 5 - 8, в объеме этих пьезоэлектрических трансформаторов возникают 15 затухающие акустические 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 трансформаторныхсекций 10 соответствующих пьезоэлект. рических трансформаторов 5 - 8 будут равны нулю. При этом разность потенциалов между первым и вторым выхода 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, Що что единичные импульсы исправных резервируемых блоков по длительности соответствуют резонансной частоте пьезоэлектрических трансформаторов ЭЗс =-2и 2 У фгде Г - резонансная частота пьезоэлектрических трансформато.ров;С - длительность единичного им- фпульса на выходах резервируемых блоков. В генераторных секциях 9 соответствующих пьезоэлектрических трансфор- фф маторов будут возбуждаться акустические колебания, передаваться акустически без затухания в трансформаторные секции 10 соответствующих пьезоэлектрических трансформаторов фф и сниматься с выходных электродов 13 и 14 (режим ударного возбуждения резонансных колебаний.в пьезоэлект. рических трансформаторах) в виде очпульсов напряжения, Эти импульсы напряжения (или один импульс напряжения в случае постоянного отказа . трех резервируемых блоков из четырех) вызовут разность потенциаловмежду первым и вторым выходами 19и 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 какЯ- относительная диэлектрическаяпроницаемость сегнетоэлектрическогоматериала, из которого выполненыпьезоэлектрические трансформаторы,равна 3000 - 5000,Кроме того, пьезоэлектрические трансформаторы имеют очень высокое значение добротности (до 500). Поэтому данноеустройство обладает высокой устойчивостью по сбоям и помехам, выражающимся в появлении на выходе егосигналов, длительность которых не соответствует резонансной частотепьезоэлектрических 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 противо- поле, 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, что116 б Составитель Г. Иилославкийедактор А.Шишкина Техред И. Гергель . Корректор С.Черн 4311/44 Тираж 710 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035 Иосква, Ж-.35, Раушская наб д. 4/5 ак илиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул,Проектная 7также 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. ОТаким 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, 25Экспериментально, в процессе эксплуатации предлагаемого устройства в составе пьезопреобразователя ППВ-4 Р выявлено, что резервирование, выполненное с использованиемизготовленных из серийной керамикиЦТБСпьезоэлектрических трансформаторов, имеет наработку на отказоколо 18000 ч, в то время как иэвест.ное устройство, выполнено с применением двух пьезоэлектрических трансформаторов (вариант "биморф"), имелнаработку на отказ менее 10 ч, чтобыло вызвано деполяризацией (образо"ванием "встречны"доменов) пьезоэлектричеких трансформаторов. Этотэффектнаиболее ярко проявляетсяпри температурных Т=(0,7 - 0,9) Тс,где Т - температура Кюри. Уход резонансной частоты в настоящем изобретении при воздействии ;.естабилизирующих факторов (тепловой удар, механические низкочастотные вибрации и т.д.) составляет менее 0,017 от центральной, в то время как в варианте "биморф" зта величина достигала 1-57 от центральной частоты а