Устройство для резервирования Советский патент 1985 года по МПК G06F11/20 

11

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

Известна система резервирования, содержащая группу резерзвируемых блоков, соединенных с входами мажоритарного элемента lj .

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

Известно также устройство для резервирования, содержшцее четыре блока резервирования, выходы которых соединены соответственно с первыми входами элементов резервирования, а входы являются входами устройства, вторые входы первых двух элементов резервирования являются управляющим входом устройства, а выходы их объединены и соединены с вторыми входами двух других элементов резервирования, выходы которых являются выходом устройства 2j

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

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является 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 трансформаторов, первые выходные электроды транформаторных секций которых соединены с первым выходом устройства, а их вторые выходные электроды объединены и подключены ко второму выхо ду устройства з1

Недостатком известного устройства является малая устойчивость к от2

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 направления вектора поляризации 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 образует 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

31

трансформаторов, первые выходные 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 выходным электродам первого и второго пьезоэлектрических трансформаторов, а вторые выходные электроды трансформаторных секций-- ко второму выходу устройства, при этом первые рыходз третьего и четвертого резервируемых блоков соедш1ены соответственно с первыми входными электродами генераторных секций третьего и четвертого пьезоэлектрических трансформаторов, а вторые выходы соединен соответственно с общими шинами третьего и четвертого резервируемых блоков и подключены соответственно ко вторым входным электродам генераторных секций третьего и четвертого пьезоэлектрических трансформаторов, причем первые входной и выходной электроды во всех пьезоэлектрических трансформаторах расположены на по верхностях, перпендикулярных вектора 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 и трансформаторной секций и соответствующих отрицательным концам векторов поляризации.

На чертеже изображено предлагаемое устройство,

Предлагаемое устройство для резервирования представлено на чертеяае и состоит из первого 1, второго 2, третьего 3 и четвертого 4 резервируемых блоков, первого 5, второго 6, третьего 7 и четвертого 8 пьезоэлектрических трансформаторов поперечно-поперечного типа. Каждый из пьезоэлектрических трансформаторов состоит из двух изолированных по толщине секций, генераторной 9 и трансформаторной 10, и имеет первый 11 и второй 12 входные электро14.4

ды в генераторной секции 9 и первый 13 и второй 14 выходные электроды в трансформаторной секции 10.

Первые выходы всех резервируемых блоков 1 - 4 соединены соответственно с первыми входными электродами ( 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 трансформаторов.

Вторые выходные электроды 14 первого 5 и второго 6 пьезоэлектрических трансформаторов и первые выходные электроды 13 третьего 7 и четвертого 8 пьезоэлектрических трансформаторов объединены между собой.

Первый 11 и второй 12 входные электроды и первый 13 и второй 14 выходные электроды во всех пьезоэлектрических трансформаторах 5-8 расположены на пoвepxнoctяx, перпендикулярных векторам поляризации соответственно генераторной 9 и трансформаторной 10 секций. При этом первые входные электрода 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 величины обратной длительности которого равно резонансной частоте пьезоэлектрических трансформаторов 5 - 8 Устройство для резервирования работает следующим образом. При постоянном отказе одного, двух или одновременно любых трех блоков 1-4, выражающемся в наличи постоянного единичного или нулевого уровней сигналов на их выходах и на входных электродах 11 и 12 генераторных секций 9 соответствующих пьезоэлектрических трансформаторов 5 - 8, в объеме этих пьезоэлект рических трансформаторов возникают затухающие акустические колебания с большим уровнем затухания (до 10 д из-за их резонансных избирательных свойств. Поэтому соответствующие электрические заряды на выходных электродах 13 и 14 трансформаторных секций 10 соответствующих пьезоэлек рических трансформаторов 5-8 буду равны нулю. При этом разность потен циалов между первым и вторым выхода ми 19 и 20 устройства будут определять соответствующие исправные резервируемые блоки (три, два или оди в зависимости от числа неисправных резервируемых блоков). За счет, тог что единичные импульсы исправных резервируемых блоков по длительности соответствуют резонансной частоте пьезоэлектрических трансформатоР°в, где fp - резонансная частота пьезоэлектрических трансформато tj - длительность единичного им пульса на выходах резервируемых блоков. В генераторных секциях 9 соответст вующих пьезоэлектрических трансформаторов будут возбуждаться акустические колебания, передаваться акус тически без затухания в трансформаторные секции 10 соответствующих пьезоэлектрических трансформаторов и сниматься с выходных электродов 1 и 14 (режим ударного возбуждения резонансных колебаний в пьезоэлектрических трансформаторах) в виде импульсов напряжения. Эти импульсы напряжения (или один импульс напрязйения 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 проницаемость сегнетоэлектрического 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 сигн{1лов, 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 приводитк 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 образоваиия встречных доменов в остальных трех элементах резервирования, что

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.

Таким образом, предлагаемое устройство для резервирования 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 отказам по сравнению с прототипом. Кроме того, данное устройство обеспечивает высокую помехоустойчивость за счет резонансных свойств пьезоэлектрических трансформаторов.

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 деполяризацией (образованием встречны доменов) пьезоэлектричесусих трансформаторов. Этот эффект наиболее ярко проявляется при температурных Т(0,7 - 0,9) Т,, где If. - температура Кюри.

Уход резонансной частоты в настоящем изобретении при воздействии дестабилизирующих факторов (тепловой удар, механические низкочастотные вибрации и т.д.) составляет менее 0,01% от центральной, в то время как в варианте биморф эта величина достигала 1-5% от центральной частоты.

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.