Многоканальное резервированное аналоговое устройство

Многоканальное резервированное аналоговое устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(11) ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 24.12.74 (21) 2087208/24 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 05.03.77. Бюллетень № 9 (45) Дата опубликования описания 05.07.77 (51) М.Кл. Н 05 К 10/00

Н 03 К 19/42

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 681.325.65:

:621.382 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. Ф, Хохлов, В. В. Киреев, В. А. Журавлев, В. И. Попадько и Д. Н. Попов (71) Заявитель

Московский институт электронного машиностроения (54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ РЕЗЕРВ И РОВАН НО Е

АНАЛОГОВОЕ УСТРОЙСТВО

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 резервируемых 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 поведении 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 и и (и — 1) резервируемых блоков необходимо сравнивающих элементов) .

Наиболее близким аналогом предложенного изобретения является резервированное устройство (2), содержащее сумматор и в каждом канале резервируемые блоки, выходы которых соединены с первыми входами нульорганов. Устройство (2) выделяет в качестве достоверного сигнал, занимающий определенное место в упорядоченном ряду всех сигналов. Алгоритмы функций упорядоченного выбора относительно просто реализуются для большого числа каналов, но не учитывают точностных свойств резервируемых блоков и поэтому не позволяют достичь максимальной для каждого конкретного случая надежности 5 резервированного устройства.

Целью изобретения является повышение надежности 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, 2б дополнительно введены одновибраторы, блок фиксации момента максимума амплитуды, ключ и генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен с функциональным входом ключа и вторыми входами нуль-оргаЗ0 нов, выходы которых через одновибраторы

549902

10 соединены со входами сумматора, выход которого 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, Т вЂ” длительность цикла развертки ГПН 7, 1 длительность импульсов одновибраторов 4, д — максимальная допустимая абсолютная погрешность резервируемых блоков 2 в исправном состоянии. На осях

1, 4ь 4,, 4З, 5 отложены выходные сигналы соответствующих элементов резервированного устройства, на оси 1, — ток конденсатора С,.

Устройство содержит сумматор и в каждом канале резервируемые блоки 2, выходы которых соединены с первыми входами нуль-органов 8, одновибраторы 4, блок 5 фиксации момента максимума амплитуды, ключ б и генератор 7 пилообразного напряжения (ГПН), выход которого соединен с функциональным входом ключа б и вторыми входами нуль-органов,3, выходы которых через одновибраторы 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 R,-, число которых соответствует числу резервируемых блоков (в дан ном примере — три), конденсатор С,, разрядный резистор Яр, транзистор Т с коллекторным резистором Я„и дифференцирующую цепочку С,, R, Д.

Принцип работы многоканального резервированного аналогового устройства заключается в следующем.

1. Резервируемые блоки 2, сигналы которых лежат за границами диапазона возможных значений входной величины, считаются отказавшими.

2. Все сигналы, попавшие в этот диапазон, разбиваются на группы, в которых минимальный сигнал отличается от максимального не более, чем на двойное значение наибольшей допустимой погрешности резервируемого блока 2 в исправном состоянии. Таким образом, о резервируемых блоках 2, сигналы которых входят в одну группу, может быть сделано предположение 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 минималь ному, в зависимости от направления разверт15 с 0

Зо

65 ки ГПН) сигналу группы исправных резервируемых блоков.

Таким образом, в предложенном устройстве 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 поступают на входы нуль-органов 8. 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 выходе соответствующего нуль-органа появляется сигнал, из которого при помощи соответствующего одновибратора 4 формируется прямоугольный импульс фиксированной длительности и амплитуды. Эти импульсы посту пают на вход сумматора 1, который складывает их амплитуды. В тот момент, когда амплитуда выходного сигнала сумматора достигает абсолютного максимума за весь цикл разьертки 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

4ь 4, 4З на фиг. 3) осуществляется резистивной сборкой, состоящей из соответствующего числа (в данном примере — три) одинаковых резисторов R,. Напряжение на выходе сумматора (в общей точке этих резисторов) показано на оси 1. 3а несколько периодов ГПН

7, в течение которых повторяется неизменной форма выходного напряжения сумматора 1, конденсатор С,. заряжается через базовый переход транзистора Т до напряжения U„ равного максимальному выходному напряжению сумматора (минус 0,5в на переходе).

Временная зависимость тока конденсатора С, показана на оси i,: в момент максимума через С„течет базовый ток iz транзистора Т, в разрывах между максимумами конденсатор

С, разряжается током i резистора Рр, Импульсу базового тока соответствует импульс коллекторного напряжения, который дифференцируется цепочкой С,, R„P. 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, Х, приблизительно совпадают, и импульсы одновибраторов 4i, 4,, 4, накладываются во времени друг на друга (левая часть фиг. 3). Максимальная амплитуда выходного сигнала сумматора 1 равна в этом случе утроенному зна549902 чению амлитуды одного импульса. До тройной амплитуды заряжен и конденсатор С,.

Пусть 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 У„на 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 полу.проводниковых элементов позволяет получить эту верхнюю границу примерно на уровне 10 кГц (частота развертки 100 — 200 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 вЂ” диапазон изменения истинного значения входной величины, 2 приведенный к выходу резервируемых блоков, перекрывается ГПН за время Т,. Тогда длительность импульса одновибратора 4 состав2о ляет 1„=ТΠ— — . Импульсы одновибраторов тех каналов, сигналы резервируемых блоков которых различаются меньше, чем на 2о 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 kU (U — 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 через 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

k отказавших резервируемых блоков.

Ключ б может быть выполнен по обычной двухвходовой 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, подключенной к выходу резервированного аналогового

@ устройства.

Предложенное устройство имеет существенно более высокую надежность по сравнению с известными, что позволяет, например, 20 для достижения заданного уровня надежности использовать меньшее число резервируемых блоков.

Формула изобретения

Многоканальное резервированное аналоговое устройство, содержащее сумматор и в каждом канале резервируемые блоки, выходы которых соединены с первыми входами нульорганов, о т л и ч а ю щ е е 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 BTQрымп входами нуль-органов, выходы которых через одновпбраторы соединены со входами сумматора, выход которого через блок фиксации момента максимума амплитуды соединен

40 с управляющим входом ключа

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Шевцов Г. А., Шеремет Е. М., Логпче4 ское резервирование, Львов, издательство

ЛГУ, 1973, стр. 105.

2. Золотова Т. М., Кербников Ф. И., Розенблат M. Л. Резервирование аналоговых устройств автоматики, Москва, издательство

«Э н е р гн я», 1975, стр. 36.

549902

Риг. 1

+us 2

Составитель В. Максимов

Техред М. Семенов

Корректор И. Симкина

Редактор Л. Утехина

Тнп. Харьк. фил. пред. «Патент»

Заказ 289/974 Изд. № 482 Тираж 1069 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5