Устройство для автоматического контроля параметров торцового биения магнитных дисков Советский патент 1990 года по МПК G01B7/14 

удвоенное значение полезного сигнала (2иэф.вх.сигн.). а эффективное значение шумов равно Оэф.вых.шум. Vy иэф.вх.шум. По

завершении (п+1)-го оборота с одной из информационных дорожек диска 2 считывается значение измеренного сигнала, равное сумме от п сложений сигнала схемы 5 измерения, а отношение сигнал/шум будет равно ивых. VrT и., т.е. точность измерения повышается в Vn раз. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения путем повышения отношения сигнал/шум. С выхода схемы 5 измерения сигнал поступает через коммутатор 13 на первый вход сумматора 33. По сигналу с входных шин 50 управления разрешается прохождение сигнала датчика 40 оборотов через схему И 39 на счетные входы первого и второго счетчиков 38, 45, разрешается работа блока 32 каналов стирания и запрещается прохождение измеряемого сигнала с коммутатора 13 на сумматор 33. При переходе третьего триггера 43 в нулевое состояние начинается процесс накопления измеряемого сигнала, при котором второй счетчик 45 считает число оборотов, составляющих цикл накопления, а первый счетчик 38 поочередно принимает одно из трех своих состояний, по каждому из которых на выходах дешифратора 34 формируются сигналы, подключающие каналы блоков 24, 28, 32 каналов записи, считывания и стирания. По завершении первого оборота контролируемого 1 и информационного 2 дисков на выходе сумматора 33 присутствует сигнал, равный поступившему с выхода коммутатора 13, который и записывается на второй информационной дорожке информационного диска 2 с помощью второй универсальной головки 17. По завершении второго оборота на третьей дорожке информационного диска 2 будет записано удвоенное значение полезного сигнала (2 U_{эф.вх.сигн.}), а эффективное значение шумов равно U_{эф.вых.шум.}=√2U_{эф.вх.шум.}. По завершении (N+1) оборота с одной из информационных дорожек диска 2 считывается значение измеренного сигнала, равное сумме от N сложений сигнала схемы 5 измерения, отношение же сигнал/шум будет равно U_вых.=√N^.U_вх., т.е. точность измерения повышается в √N раз. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для межоперационного контроля торцового биения, скорости и ускорения торцового бие- ния магнитных дисков внешних запоминающих устройств ЭВМ.

Цель изобретения - увеличение точности измерения путем повышения отношения сигнал/шум.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит контролируемый 1 и информационный 2 диски, жестко за- крепленные на шпинделе 3 с приводом 4 вращения, схему 5 измерения, включающую последовательно соединенные бесконтактный емкостный датчик 6 измерения, расположенный над контролируемым магнитным диском 1, измерительный преобразователь . 7, дифференцирующие усилители 8 и 9 и фильтры 10-12, входы которых соединены с выходами соответственно измерительного преобразователя 7 и дифференцирующих усилителей 8 и 9. Сигнал измерения с выходов фильтров 10-12 поступает на входы коммутатора 13. Измерительный преобразователь 7 может быть выполнен на основе балансового детектора (выпрямителя). Коммутатор 13 служит для выбора параметра (торцовое биение, скорость и ускорение торцового биения), накопление которого будет производиться. Фильтры 10-12 позволяют проводить измерения в выбранном диапазоне частот.

Блок 14 перемещения датчика, механически связанный с бесконтактным емкостным датчиком 6 измерения, предназначен для его прямолинейного перемещения по радиусу кой ролируемого магнитного диска 1 и представляет собой шаговый или линейный электродвигатель.

Информационный магнитный диск 2 содержит три информационные дорожки, представляющие собой концентрические окружности. Над первой из информационных дорожек расположены первая универсальная головка 15 и первая стирающая головка 16, над второй дорожкой - вторая универсальная головка 17 и вторая стирающая гоповка 18 над третьей дорожкой

0

5

0

5

0

45

50

55

третья универсальная головка 19 и третья стирающая головка 20. Первая 15, вторая 17 и третья 19 универсальные головки подключены к выходам соответственно первого 21, второго 22 и третьего 23 каналов блока 24 каналов записи и к входам соответственно первого 25, второго 26 и третьего 27 каналов блока 28 каналов считывания, Первая 16, вторая 18 и третья 20 стирающие головки соединены с выходами соответственно первого 29, второго 30 и третьего 31 каналов блока 32 каналов стирания.

Блок 24 каналов записи, блок 28 каналов считывания и блок 32 каналов стирания являются типовыми.

Информационные входы каждого из трех независимых каналов 21-23 блока 24 каналов записи соединены с выходом сумматора 33, на первый вход которого подается сигнал с коммутатора 13. На второй вход сумматора 33 поступают сигналы с информационных выходов каждого из трех независимых каналов 25-27 блока 28 каналов считывания.

Разрешающие входы каналов блоков 24,28 и 32 соединены с выходами дешифратора 34 следующим образом. Первый выход дешифратора 34 подключен к разрешающим входам первого канала 25 блока 28 каналов считывания, второго канала 22 блока 24 каналов записи и через первую схему ИЛ И 35 к входу третьего канала 31 блока 32 каналов стирания. Второй выход дешифратора 34 подключен через вторую схему ИЛИ 36 к входу первого канала 29 блока 32 каналов стирания, к разрешающим входам второго канала 26 блока 28 каналов считывания и третьего канала 23 блока 24 каналов записи. Третий выход дешифратора 34 соединен с разрешающим входом первого канала 21 блока 24 каналов записи, через третью схему ИЛИ 37 с входом второго канала 30 блока 32 каналов стирания и с разрешающим входом третьего канала 27 блока 28 каналов считывания. На входы дешифратора 34 поступают импульсы с первого счетчика 38. Первый счетчик 38 - двухразрядный, на три состояния, его счетный вход соединен с выходок схемы И 39, на первый вход которой поступает сигнал с выхода датчика 40 оборотов, а на второй - с прямого выхода первого триггера 41. С датчика 40 оборотов сигнал поступает также на счетные входы второго 42 и третьего 43 триггеров. На D-вход второго триггера 42 постоянно поступает сигнал логического нуля. На установочные входы триггеров 41-43 сигнал поступает с выхода формирователя 44 импульсов. Прямой выход второго триггера 42 соединен с D-BXO- дом третьего триггера 43. прямой выход которого подключен к вторым входам первой, второй и третьей схем ИЛИ 35-37. Инверсный выход третьего триггера 43 соединен с управляющим входом сумматора 33.

Для задания числа оборотов дисков 1 и 2, составляющих цикл накопления, служат второй счетчик 45 и задатчик 46 числа оборотов, выходы которых подсоединены к входам схемы 47 сравнения, выход которой соединен с обнуляющим входом с первого триггера 41. Обнуляющий второй вход счетчика 45 соединен с прямым выходом триггера 43.

Для индикации углового положения шпинделя и угловых координат торцового биения магнитного диска 1 в устройство введены датчик 48 угла поворота шпинделя и диск 49, жестко закрепленный на шпинделе 3.

Кроме того, устройство содержит входные шины 50 управления и выходные шины 51 сигнализации.

Связь с внешним блоком управления, выполнение которого может быть любым, осуществляется через входные 50 и выход- н. шины соответственно.управления и сигнализации устройства.

По входной шине 50 управления поступают следующие сигналы: сигнал управления приводом 4 вращения шпинделя 3; сигналы управления блоком 14 перемещения датчика: сигнал разрешения на накопление информации, поступающий на установочные входы триггеров 41-43 через формирователь 44 импульсов.

По выходной шине 51 сигнализации по- , ступают следующие сигналы: числоимпуль- сный код угловых координат торцового биения магнитного диска 1 с датчика 48 угла поворота шпинделя; сигнал о положении датчика 6 измерения; сигнал с датчика 40 оборотов (по входному импульсу с каждого оборота дисков 1 и 2); сигнал с информаци- OHHbix выходов блока 28 каналов считывания (о значении измеренного сигнала на k-м и п-м оборотах дисков); сигнал с коммутатора 13 о значении измеряемого параметра.

6102426

В работе устройства используется следующий принцип накопления сигнала во времени. При сложении п некоррелироьан- , ных случайных сигналов с эффективным напряжением иэф.1 суммарное напряжение

--- имеет величину иэф.сум. (. . При

0 условии, что все иэф.1 имеют одинаковую величину и равны иэф.вх.,

иэф.сум. VrT иэф.вх.(1)

При сложении п синхронных сигналов, совпадающих по фазе и одинаковых по ве- личине иэф.вх. суммарное напряжение

иэф.сум. п иэф.вх.(2)

При этом, если начальное отношение сигнал/шум

|у иэф.вх.сиги.

1х -г-,

0иэф.вх.шум.

2i

то после п-кратного сложения отношение сигнал/шум

, пиэф.вх.сигн./-иэф.вх.сиги. /-,,

к -г гг - Yп Vn KBX

уП иэф вх.шум.иэф.вх.шум.

(3)

Таким образом, например, при 100- кратном синхронном сложении полезного сигнала со случайными во времени шумами, ,,. можно увеличить отношение сигнал/шум на выходе устройства в 10 раз.

Устройство работает следующим образом.

С внешнего блока управления через

входные шины 50 на вход привода 4 враще35 ния шпинделя подается сигнал, по которому

приводятся во вращение контролируемый 1

и информационный 2 диски.

По прохождении контролируемым и информационным дисками 1 и 2 каждого пол- 0 ного оборота на выходе датчика 40 оборотов вырабатывается сигнал, поступающий на счетные входы второго и третьего триггеров 42 и 43 и на вход логической схемы И 39. При этом, поскольку на D-вход второго триггера 5 42 постоянно поступает О, на единичных выходах второго и третьего триггера 42 и 43 также присутствует О.

Затем с внешнего блока управления и индикации через входную шину 50 управления на вход блока 14 перемещения датчика поступает сигнал, по которому бесконтактный емкостный датчик 6 выводится на радиус вращающегося контролируемого диска 1, где и находится до окончания цикла накопления () оборотов дисков 1 и 2.

При выведении бесконтактного емкостного датчика 6 на выбранный радиус контролируемого магнитного диска 2 начинается процесс измерения. Вследствие

0

5

изменения расстояния от торца магнитного диска 1 до бесконтактного емкостного датчика 6 измерения (торцовое биение) происходит изменение электрической емкости торца магнитного диска 1 относительно бесконтактного емкостного датчика 6, которое преобразуется измерительным преобразователем 7 в пропорциональное изменение электрического напряжения. Дифференци- рующие усилители 8 и 9 и фильтры 10-12 формируют на своих выходах электрические сигналы, пропорциональные соответственно биению, скорости и ускорению торцового биения в выбранном диапазоне частот,

Через коммутатор 13 измеряемый сигнал, представляющий собой совокупность полезного сигнала (результат измерения торцового биения, скорости и ускорения торцового биения) и шумов (тепловые шумы, собственные шумы измерительного преоб- разователя 7 и дифференциальных усилителей 8 и 9), поступает на первый вход сумматора 33.

Затем с внешнего блока управления че- рез входные шины 50 управления и формирователь 44 импульсов на установочные входы триггеров 41-43 поступает сигнал, по которому триггеры 41-43 устанавливаются в единичное состояние. При этом разреша- ется прохождение сигнала с датчика 40 обо- ротов через схему И 39 на счетные входы первого и второго счетчиков 38 и 45, осуществляется сброс первого счетчика 45, разрешается работа всех трех каналов блока 32 каналов стирания на стирание и запрещает- ся прохождение измеряемого сигнала с коммутатора 13 на сумматор 33. Со всех трех дорожек информационного диска 2 одновременно стирается информация, записанная в предыдущем цикле накопления,

По очередному сигналу с датчика 40 оборотов второй триггер 42 переходит в нулевое состояние, третий триггер 43 свое состояние не изменяет, а переходит в нулевое состояние по совершении дисками Т и 2 еще одного оборота. Таким образом, гарантируется до начала цикла накопления информации очищение всех трех дорожек и|1формационного диска 2 от предыдущей информации в течение не менее одного пол- ного оборота дисков 1 и 2. При переходе третьего триггера 43 в нулевое состояние разрешается работа сумматора 33 и второго счетчика 45, Начинается процесс накопления измеряемого сигнала. При этом по сиг- налу, поступающему через схему И 39 с датчика 40 оборотов, второй счетчик 45 начинает считать число оборотов, составляющих цикл накопления, первый счетчик 38

начинает поочередно принимать одно из трех своих состояний (01, 10, 11),

По каждому состоянию первого счетчика 38 на одном из трех выходов дешифратора 34 формируется соответствующий сигнал, поочередно подключающий к работе каналы блоков 24,28 и 32 каналов записи, считывания и стирания соответственно.

Очередность включения каналов в каждом блоке каналов (подключения магнитных головок) подчиняется следующему правилу,

В текущем обороте на одну из трех дорожек информационного диска 2 записывается сигнал измерения, просуммированный с сигналом, записанным на другой дорожке за предыдущий оборот, а сигнал, записанный за два оборота до текущего на третьей дорожке, стирается. Начальное состояние первого счетчика 38 не влияет на дальнейшую работу устройства, поскольку запись измеряемого сигнала можно начинать на любой из очищенных дорожек.

Допустим, что с началом первого оборота дисков 1 и 2 из(п+1) оборотов, составляющих цикл накопления на данном радиусе диска 1, на первом выходе дешифратора 34 появляется сигнал, по которому подключаются на запись второй канал 22 блока 24 каналов записи, на считывание первый-ка- . нал 25 блока 28 каналов считывания и на стирание третий канал 31 блока 32 каналов стирания.

Поскольку со всех трех дорожек информационного диска 2 информация стерта, на выходе сумматора 33 получают сигнал, равный сигналу, поступившему на его первый вход с выхода коммутатора 13. Таким образом, на второй информационной дорожке информационного диска 2 с помощью второй универсальной головки 17 записывается сигнал, равный сигналу измерения.

По завершении первого оборота дисков 1 и 2 первый счетчик 38 меняет свое состояние. При этом на втором выходе дешифратора 34 формируется сигнал, по которому подключаются на запись третий канал 23 блока 24 каналов записи,на считывание второй канал 26 блока 28 каналов считывания и на стирание первый канал 29 блока 32 каналов стирания. Таким образом, в течение вто- рого из (п + 1) оборотов информация, записанная во время первого оборота на второй информационной дорожке, считывается и поступает на второй вход сумматора 33, где суммируется с сигналом измерения, поступившим на его первый вход через коммутатор 13. Результат суммирования записывается с помощью- третьей универсальной головки 19 на третьей информационной дорожке диска 2. Сложение шумов происходит согласно (1). а полезного сигнала - согласно (2).

По завершении второго оборота дисков 1 и 2 на третьей дорожке информационного диска 2 записывается удвоенное значение полезного сигнала (2иэф.вх.сигн.), а эффективное значение

шумов иэф.вых.шум. v2 и эф.вх.шум.

С началом третьего оборота первый счетчик 38 переходит в третье состояние, и по сигналу с третьего выхода дешифратора 34 подключаются на стирание второй канал 30 блока 32 каналов стирания (вторая дорожка диска 2 подготавливается к записи в четвертом обороте), на считывание третий канал 27 блока 28 и на запись первый канал 21 блока 24. В результате на первой информационной дорожке записывается утроенный полезный сигнал, а эффективное значение шумов равно УТиэф.вх.шум.

По завершении (п+1)-го оборота дисков 1 и 2 схема 47 сравнения выдает сигнал на прекращение процесса накопления полезного сигнала, на выходе первого триггера 41 устанавливается О. В результате с одной из информационных дорожек считывается значение измеренного сигнала, равное сумме от п сложений сигнала, поступающего на первый вход сумматора 33 через коммутатор 13 со схемы 5 измерения.

. Таким образом, на входе внешнего блока управления и индикации отношение сигнал/шум согласно (3) равно Квых Квх Vn, т.е. точность измерения можно повысить в л/гГраз,

По завершении цикла измерения на данном радиусе контролируемого диска 1 по сигналу с внешнего блока управления через блок 14 перемещения датчика бесконтактный емкостный датчик 6 измерения выводится на следующий радиус. Цикл измерения и накопления повторяется.

Использование предлагаемого устройства в технологическом процессе позволяет снизить погрешность измерения параметров торцового биения магнитных дисков с 3-10 до 0,5-1,0% и, следовательно, повысить качество изготавливаемых магнитных дисков.

Формула изобретения Устройство для автоматического контроля параметров торцового биения магнит- ных дисков, содержащее шпиндель, устанавливаемый на шпинделе контролируемый магнитный диск, привод вращения шпинделя, схему измерения, включающую в I себя последовательно соединенные бескон- тактный емкостный датчик, измерительный преобразователь и первый фильтр, последовательно соединенные первый и второй дифференцирующие усилители и второй фильтр, третий фильтр, подключенный к вы- ходу первого дифференцирующего усилителя, вход которого подключен к выходу измерительного преобразователя, а также коммутатор, входы которого соответственно подключены к выходам фильтров схемы Q измерения, и блок перемещения бесконтактного емкостного датчика, механически свя- занный с последним, входы блока перемещения бесконтактного емкостного датчика и привода вращения шпинделя под- ключены к входным шинам управления, а выход блока перемещения бесконтактного емкостного датчика подключен к выходным шинам сигнализации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено закрепленным на шпинделе информационным магнитным диском, тремя универсальными и тремя стирающими магнитными головками, расположенными соответственно над тремя информационными дорожками информационного магнитного диска, блоком каналов записи, блоком каналов считывания, каждый из которых содержит три независимых канала, сумматором, тремя триггерами, тремя схемами ИЛИ, схемой И, двумя счетчика- 0 ми, дешифратором, схемой сравнения, задатчиком числа оборотов, формирователем импульсов, датчиком угла поворота шпинделя, датчиком оборотов и диском, жестко закрепленным на валу шпинделя, вы- 5 ход коммутатора подключен к первому входу коммутатора и к выходным шинам сигнализации, к которым подключены выход датчика угла поворота шпинделя, инверсный выход первого триггера, выход датчика д оборотов и второй вход сумматора, стирающие магнитные головки подключены к соответствующим каналам блока каналов стирания, входы которых подключены к выходам схем ИЛИ, универсальные магнитные головки подключены соответственно к входам каналов блока считывания и выходам каналов блока записи, выход формирователя импульсов подключен к установочным входам первого, второго и третьего триггеров, обнуляющий вход первого триггера 0 подключен к выходу схемы сравнения, прямой выход первого триггера подключен к первому входу схемы И, второй вход которой подключен к выходу датчика оборотов и к счетным входам второго и третьего тригге- 5 ров, а выход - к счетным входам первого и второго счетчиков, выход первого счетчика подключен к входу дешифратора, первый выход которого подключен к разрешающему входу первого канала блока каналов счи5

11 ,1

тывания, разрешающему входу вт6|эогй канала блока каналов записи и к первому входу первой схемы ИЛИ, второй выход дешифратора подключен к разрешающему входу второго канала блока каналов считывания, разрешающему входу третьего канала блока каналов записи и к первому входу второй схемы ИЛИ, третий выход дешифратора подключен к разрешающему входу третьего канала блока каналов считывания, к разрешающему входу первого канала блока каналов записи и к первому входу третьей схемы ИЛИ, вторые входы схем ИЛИ подключены к прямому выходу третьего тригге

42

12

ра и к обнуляющему входу второго счетчика, выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, к второму входу которой подключен задатчик числа оборотов, инверсный выход третьего триггера подключен к управляющему входу сумматора, D-вход третьего триггера подключен к прямому выходу второго триггера, D-вход которого подключен к шине логического нуля, входы ;каналов блока каналов записи подключены к выходу сумматора, второй вход которого подключен к выходам каналов блока каналов считывания.