СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МАГНИТНЫХ ДИСКОВ Российский патент 1995 года по МПК G11B17/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля геометрических параметров жестких магнитных дисков и их основ.

Известен способ преобразования перемещения в напряжение с помощью двухэлектродного емкостного датчика, основанный на измерении выходного напряжения операционного усилителя. Изменяя величину зазора между пластинами датчика, вызывают изменение емкостного сопротивления датчика и коэффициента передачи операционного усилителя, и при неизменном напряжении источника входного сигнала получают линейную зависимость между выходным напряжением и измеряемым перемещением [1].

Спецификой контроля геометрических параметров такого изделия, как магнитный диск, является необходимость в определении значений не только самой величины, характеризующей неровность поверхности контролируемого изделия - торцового биения, но и ее производных - первой производной (скорости торцового биения) и второй производной (ускорения торцового биения). Магнитный диск работает в паре с магнитной головкой и это определяет специфику его контроля. Поэтому при контроле изделия важна не только сама величина, характеризующая неровность поверхности собственно контролируемого изделия, но также импульс и сила, которые будут действовать на магнитную головку при работе ее в паре с магнитным диском. Скорость торцового биения характеризует импульс, а ускорение - силу, действующие со стороны магнитного диска на магнитную головку.

Известный способ не позволяет измерять производные - первую производную (скорость торцового биения) и вторую производную (ускорение торцового биения) и поэтому не позволяет тестировать контролируемое изделие, измеряя как само торцовое биение магнитного диска, так и его производные.

Прототипом является способ, включающий бесконтактный емкостный метод измерения геометрических параметров магнитных дисков, основанный на преобразовании на переменном токе емкости конденсатора а напряжение с последующим нормированием и усилением сигнала напряжения, причем для получения торцового биения контролируемого диска сигнал фильтруют, для получения скорости торцового биения сигнал дифференцируют, а затем фильтруют, а для получения ускорения торцового биения сигнал дважды дифференцируют и затем фильтруют [2].

Различные шумы, помехи, наложенные на полезный информативный сигнал напряжения после его дифференцирования приводят к наличию в выходном сигнале высших гармоник, являющихся следствием дифференцирования помехи, что обусловит невысокую точность измерения скорости и ускорения торцового биения, а также требует операции фильтрации выходного сигнала.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Это достигается тем, что в способе измерения геометрических параметров магнитных дисков, основанном на преобразовании емкости конденсатора в напряжение с последующим нормированием и усилением сигнала, осуществляют преобразование емкости конденсатора на постоянном токе, получаемый сигнал напряжения является измеряемой скоростью торцового биения, измерение торцового биения производят путем интегрирования сигнала напряжения, а измерение ускорения торцового биения производят путем выпрямления сигнала напряжения с последующим выделением информативной переменной составляющей.

Повышение точности измерения достигается за счет того, что измерение контролируемых величин осуществляют с помощью операций интегрирования и выпрямления, которые более помехоустойчивы и информационносохранны по сравнению с операцией дифференцирования и преобразование измеряемой величины осуществляется с меньшими искажениями. Действительно при дифференцировании измеряемого сигнала низкочастотные составляющие могут быть потеряны (дифференциал от постоянной равен нулю), а высокочастотные наводки, примешанные к полезному сигналу, после дифференцирования дадут значительное искажение полезного информативного сигнала высокочастотными наводками.

При включении конденсатора в цепь постоянного тока на обкладках накапливают заряд Q, связанный с емкостью конденсатора С и напряжением на обкладках U соотношением
Q= C˙ U, (1) где C = εε_o, (2) где ε ,ε₀- соответственно диэлектрическая проницаемость среды и вакуума;
S - площадь обкладок конденсатора;
l - расстояние между обкладками конденсатора (торцовое биение магнитного диска).

Торцовое биение можно выразить через скорость торцового биения U и время t соотношением
l =V˙t (3) Тогда
Q = εε_o (4) или
= · v (5) и изменение напряжения во времени на обкладках конденсатора прямо пропорционально контролируемой скорости торцового биения V
= k·v , (6) где k= Q/ε ε₀.S Таким образом, периодический сигнал напряжение время соответствует скорости торцового биения контролируемого магнитного диска. Взяв интеграл от первой производной (скорости торцового биения), имеем первообразную, т.е. само торцовое биение
l= ∫Vdt (7) Таким образом, периодический сигнал ∫Vdt соответствует торцовому биению контролируемого магнитного диска. При выпрямлении сигнала скорости торцового биения с последующим выделением информативной переменной составляющей имеем сигнал ω, изменение амплитуды которого за время Δt равно
ω_i= = __→ . (8) Таким образом, периодический сигнал , получаемый при выпрямлении сигнала скорости торцового биения с последующим выделением переменной инфор- мативной составляющей будет соответствовать измеряемому ускорению торцового биения контролируемого магнитного диска.

На фиг. 1 показана схема одной из возможных реализаций предлагаемого способа; на фиг. 2 приведены диаграммы работы устройства, реализующего способ, в режиме измерения скорости торцового биения, торцового биения, ускорения торцового биения.

Схема, реализующая последовательность выполняемых согласно способу операций, состоит из источника 1 постоянного тока, емкостного датчика 2, являющегося первой обкладкой измерительного конденсатора 3, второй обкладкой которого служит собственно контролируемый магнитный диск 4, нормирующего преобразователя 5, усилителя 6, коммутатора 7, интегратора 8, выпрямителя 9, разделительного конденсатора 10, шины 11 нулевого потенциала, выхода 12 скорости торцового биения, выхода 13 торцового биения, выхода 14 ускорения торцового биения, причем источник 1 постоянного тока подключен к емкостному датчику 2, соединенному с входом нормирующего преобразователя 5, выход которого через усилитель 6 подключен к входу коммутатора 7, первый выход которого подключен к выходу 12 скорости торцового биения, второй выход коммутатора 7 через интегратор 8 подключен к выходу 13 торцового биения, а третий - через выпрямитель 9 и разделительный конденсатор 10 к выходу 14 ускорения торцового биения, а контролируемый магнитный диск 4 соединен с шиной 11 нулевого потенциала.

Схема работает следующим образом.

Емкостный датчик 2 измерительного конденсатора 3 запитывают от источника 1 постоянного тока. При вращении контролируемого диска 4 из-за наличия у последнего торцового биения имеют изменение расстояния между обкладками измерительного конденсатора 3, из-за чего изменяется напряжение на обкладках измерительного конденсатора 3. Периодический сигнал изменения напряжения на емкостном датчике 2, являющемся первой обкладкой измерительного конденсатора 3, приведенный к нормальному виду в нормирующем преобразователе 5 и усиленный усилителем 6, поступает на коммутатор 7. При положении "а" переключателя коммутатора 7 сигнал напряжения поступает на выход 12 скорости торцового биения. Имеют измеренное значение скорости торцового биения. При положении "б" переключателя коммутатора 7 сигнал напряжения интегрируют интегратором 8 и подают на выход 1 торцового биения. Имеют измеренное значение торцового биения. При положении "в" переключателя коммутатора 7 сигнал напряжения выпрямляют выпрямителем 9, из полученного сигнала с помощью разделительного конденсатора 10 выделяют информативную переменную составляющую, которая поступает на выход 14 ускорения торцового биения, имеют измеренное значение ускорения торцового биения.

Изобретение может быть использовано в устройствах контроля геометрических параметров /торцевого биения, скорости торцевого биения, ускорения торцевого биения/ жестких магнитных дисков и их основ. Сущность изобретения: способ позволяет измерить геометрические параметры магнитных дисков путем преобразования емкости конденсатора в напряжение с последующим нормированием и усилением сигнала, при котором преобразование емкости конденсатора производят на постоянном токе, получаемый сигнал напряжения является измеряемой скоростью торцевого биения, измерение торцевого биения производят путем интегрирования сигнала напряжения, а измерение ускорения торцевого биения производят путем выпрямления сигнала напряжения с последующим выделением информационной переменной составляющей. 2 ил.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МАГНИТНЫХ ДИСКОВ, при котором осуществляют преобразование емкости конденсатора в напряжение с последующим нормированием и усилением сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, преобразованием емкости конденсатора производят на постоянном токе, скорость торцевого биения определяют по измеренному сигналу напряжения, торцевое биение - по проинтегрированному сигналу напряжения, а ускорение торцевого биения - по выпрямленному сигналу напряжения с последующим выделением информативной переменной составляющей.