Способ записи информации Советский патент 1978 года по МПК G06K1/00 G01D9/00 G11B11/02 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в различных областях науки и техники, где возникает необходимость в скоростной записи информации и долговременном ее хранении. Известен способ записи информации 1, заключающийся в получении оптических неоднороднбстей на металлическом носителе воздействием на него лазерным лучом. Недостатками указанного способа является его сложность и необходимость использования дорогостоящего оборудования: мощных лазеров, сложных модуляторов, оптических отклоняющих систем и специальных материалов для носителя. Наиболее близким к изобретению по технической сущности, является способ записи информации 2, заключающийся в получении оптических неоднородностей на токопроводящем носителе информации воздействием на него через жидкую среду импульсами электрического тока, поступающими на записывающий элемент и соответствующими записываемой информации. Запись информации по этому способу производят в тяжелей жидкости, покрытой слоем электролита, интенсивность реакции которого определяется величиной импульсов тока. Недостатками указанного способа являются низкая скорость записи информащп, обусловленная низкой скоростью движения ионов в электролите и накоплением в нем продуктов растворения металла, и невысокая плотность записи, обусловленная низкой плотностью тока при ограниченной скорости протекания электролитического процесса. Целью изобретения является увеличение скорости и плотности записи информации. Это достигается тем, что по предлагаемому способу запись осуществляют в потоке диэлектрической жидкости посредством пробоя нестационарным импульсным разрядом слоя этой жидкости, толщину которого поддерживают постоянной посредством перемещения записывающего элемента относительно зоны записи. Нестационарный электрический импульсный разряд в жидком диэлектрике является высококонцентрированным преобразователем электрической энергии преимущественно в тепловую и механическую с объемной плотностью энергии до 30000 Дж/мм и мощностью до сотен киловатт. Сечение канала разряда при определенной энергии импульса может достигать размеров порядка тысячных долей миллиметра, а ремя действия разряда - порядка 10 с. Выщеперечнсленные свойства нестационаркого электрического импульсного разряда ь жидкой диэ cKTui,ческой среде оказо1вают непосредственное влияние Hci предлагаемый споСчТб записи. Так, высокая скорость протекания |||)о|цч-сив upi; разряде принципиально позволяет получать скорости аписи в несколько мегагерц. Получени.- же больших концентраций энергии в Kniiii: разряда дает возможность локализовать действие на носитель и, тем самым, достигать высоких плотностей записи при достаточно глубоком изменении носителя за Bpe.viv: одного импульса. Причем, повышение плотности записи в предлагаемом способе хорошо согласуется с увеличением скорости записи, так как, чем короче импульс во времени (нри одной и той же энергии), тем выше плотность энергии в объеме разряда, выше темнераг)а и интенсивность расплавления и испарения материала носител,,.

При заниси информации с большой интенсивностью (моплный разряд или высокая скорость записи) из-за «засорения диэлектрической жидкости металлическими частицами и про думами разложения возможны пропуски отдельных сигналов. В этом случае целесообразно проведение записи в потоке диэлектрической жидкости, так как обмен жидкости способствует лучи1ей ее деионизации в зоне загшси и, следовательно, иоддержанию и.мпульсной формы разряда.

Оптимальная ио надежности )боя и точности записи толш,ина слоя жидкой диэлектрической среды между записываюшим элементом и носителем находится в диапазоне от 3 до 30 мкм. Конкретную толщину диэлектрической среды из этого диапазона выбирают в зависи.мости от характеристик носителя, параметров импульса и состава жидкого диэлектрика. При слоях меньше 3 мкм форма неоднородностей на носителе получается нестабильной, имеет .место ощутимый перенос вешества носителя на записывающий эле.мент, затруднена эвакуация продуктов разряда из зоны записи. При слоях свьпие 30 мкм уменьшается надежность пробоя (Особенно при малых энергиях разряда), снижается точность местоположения записываемых неоднородностей, прогрессирующе уменьщается доля энергии, идущая на изменение носителя. Во время электрического импульсного разряда действию высокой температуры, развиваюн;ейся в канале разряда, подвергается и записывающий элемент, что приводит к выплавлению микропорций материала с его поверхности. Следствием этого является увеличение толщины слоя диэлектрика между поверхностью носителя и записывающим элементом, что вызывает изменение режимов записи и, в конечном счете, ее прекращение.

Согласно предлагаемому способу толщину слоя жидкого диэлектрика между носителем и. записываюшим элементом поддерживают постоянной перемещением последнего относительно зоны записи. Такое перемендепие позволяет восстанавливать форму и размер.ы записывающего элемента во время записи и этим стабилизировать н.чраметры разряда, что, в свою очередь, приводит к улучшению качественных показателей заниси; стабильности формы и раз-.

мерив создавае.мых пеодиородностей. надежноеTil их появления, точиости раз.мещеиия на носителе.

На чергеже показано устройство для нсализации описываемого способа, содержащее источник инфор.мации 1, подключенный к блоку синхронизации 2, снабженному буферным регистром па.мяти, носитель информации 3, датчик 4, генератор импульсов 5, записываюнщй элеменг 6, жидкий диэлектрик 7 и сонло 8. Процесс ;: 11иси осуигествляют следующим образо.м. Сигналы, соответствующие записываемой информации, от источника инфор.мации 1 подают на блок синхронизации 2. При определенном положении носителя 3. которое фиксируется датчиком 4, от блока синхронизации 2 сигиал информации подают на генератор о, где преобразуют его в электрический имиульс (или серию импульсов) с требуемыми параметра.ми. Затем усиленный импульс электрической энергии подают на записывающий элемент 6, который может быть выполнен в виде проволоки, полосы или ленты. Вторым полюсо.м при этом является токопроводящий носитель 3. Под действием напряжения ноданного импульса в месте нaибoльцJeгo сближения .между записываюшим элементом и носителем происходит электрический пробой тонкого слоя «а жидкого диэлектрика 7, находящегося в зоне записи «в, и образование канала разряда. По это.му каналу устремляется электрическая энергия в виде нестационарного импульсного разряда. Выделивщаяся в кан.але разряда электрическая энергия переводит микрообъем вещества жидкого диэлектрика в плазменное состояние. Под действие.м динамических сил, вбзникающих в канале разряда, в результате взаимодействия плазмы с поверхностью токопроводящего носителя происходит взрывообразный выброс частиц носителя в жидком или парообразном состоянии. Эти частицы застывают в жидком диэлектрике и удаляются из зоны записи вместе с ним. В результате импульсного действия разряда на носителе образуется оптическая неоднородность в виде углубления (лунки), апри соответствующей энергии разряда и толщине ленточного носителя - отверстие. (При воспроизведении записанной инфор.мации наличие оптической неоднородности в определенном месте носителя интерпретируется как «1.. отсутствие ее - как «О). После перемещения нг, :;толя (или записывающего элемента) на ; едующую позицию и восстановления электрической ирочности жидкости в зоне записи на записывающий элемент подают очередной импульс (нри необходимости записать «1) и процесс записи повторяют. Деионизации жидкости способствует то обстоятельство, что каждый последующий бит информации записывается на новый участок носителя, иоэтому в области зоны записи находится диэлектрическая жидкость, еще не подвергавщаяся воздействию импульсного разряда.

Синхронизация мо.мента подачи импульса записи и положения носителя может осуществляться либо стабилизацией скорости перемеп.1ения носителя при определенной частоте записи, либо специальным синхронизирующим бло3

ком. связанным с датчиком относительного положения записывающего элемента и носителя.

Запись информации производят при погружении зоны записи в жидкий диэлектрик. При большой интенсивности записи естественный обмен жидкого диэлектрика (в силу действия конвекции и диффузии) может оказаться недостаточным для качественной записи. В этом случае осуществляют подачу очищенного жидкого диэлектрика в зону записи под давлением через сопло 8.

Для осуществления качественной записи информации толщину слоя жидкой диэлектрической среды во время записи поддерживают постоянной перемещением записывающего элемента 6, например электродной проволоки, относительно зоны записи. Направление перемещения показано стрелкой. Скорость пере.мещения записывающего элемента выбирают в зависимости от частоты подачи импульсов записи и от величины изменения толщины стоя жидкого диэлектрика, которое произощло за счет уменьшения размеров записывающего элемента. Степень постоянства толщины слоя диэлектрической среды определяется требованиями к надежности, точности и стабильности записи.

По предлагаемому способу запись информации характеризуется следующими параметрами режимов и применяемыми веществами. В качестве диэлектрической среды могут быть использованы жидкие предельные углеводороды (керосин, машинные масла), спирты, воды, различные смеси и эмульсии. Выбор жидкости для записи информации определяется не максимальным количеством материала, удаленного с носителя при определенной энергии и.мпульса, а совместимостью свойств жидкости с требованиями эксплуатации видов оборудования, стыкуемого с устройствами записи. Поэтому для. предлагаемого способа найдут применение дистиллированная вода или синтетические жидкости, не имеющие запаха и являющиеся безвредными для обслуживающего персонала.

По предлагаемому способу запись информации может быть осуществлена на носитель в виде ленты, полосы или проволоки из чистых .металлов, их сплавов и композиций. В настоящее время не известны токопроводящие материалы, которые бы были не подвержены воздействию электрического импульсного разряда. Некоторые полупроводники также поддаются воздействию электрического импульсного разряда. Для целей долговременного хранения информации (сроком более 100 лет) в первую очередь найдут применение носители из химически стойких металлов и сплавов с высокими физико-механическими свойствами, например на основе никеля, титана, тантала, платины.

Параметры электрических импульсов выбираются в зависимости от требуемого размера и формы записываемых оптических неоднородностей. Возможность достижения требуемых для записи параметров импульсов во многом определяется способами формирования и техническими данными устройств для их генерирования. Форма импульсов, подаваемых на записывающий элемент, может быть, например, прямоугольной с амплитудой напряжения 80-

6

300 в. Для увеличения надежности записи может применяться генерирование импульсов сложной формы, например ступенчатой, то есть, высоковольтный импульс с крутым передним фронтом (поджигающий) и следующий либо непосредственно за ним, либо с некоторой задержкой, низковольтный с увеличенным токо.м короткого замыкания (импульс тока). При этом для стабилизации воздействия на носитель при генерации импульса возможны различные корректировки его параметров в зависимости от особенностей начальной стадии процесса пробоя. Напряжение поджигающего импульса может быть порядка 300-800 В, что может в несколько раз превыщать напряжение, достаточное для пробоя тонкого слоя диэлектрика, находящегося в зоне записи. Импульс тока может реализоваться при напряжении 30-80 В ток короткого замыкания при записг равен 0,57-10 А, а длительность импульса равна 0,2- 10 МКС.

Для образования сквозного отверстия, ,.япример, диаметром 15 .мк.м в ленте из титана толщиной 10 мкм достаточно единичного импульса с энергией около 3000 мкДж.

Скорость перемещения записывающего ь-лемента зависит от его материала, интенсив;1ости записи, а также от требований, предъявляемых к качеству записи. Так, при- частоте загщси 50 кГц, токе короткого замыкания 2 А и длительности импульса 1,5 мкс для качественной записи достаточна скорость перемещения записывающего элемента из вольфрамовой проволоки в 10 см/с.

Предлагаемый способ может быть применен также для записи аналоговой информации. При этом оптические неоднородности переменных размеров можно записывать импульсами с меняющейся энергией, в частности с различной амплитудой тока, или импульсами с постоянной энергией и меняющимся числом записывающих импульсов в единицу времени.

Предлагаемый способ позволяет осуществить запись информации в виде необратимых неоднородностей на металлическом носителе. Информация, записанная в таком виде на химически стойком и механически прочном чосителе, например на ленте из титана, тантала, платины или их сплавов, может храниться без потерь и искажений весьма длительное время (более 100 лет). Причем металлические сигналограммы в отличие от магнитных и оптических не требуют специальных условий хранения, не критичны к воздействию магнитных полей и в гораздо больщей степени противосюят различным излучениям. Требование долговременного хранения предъявляется к геолого-геофизической информации. Дело в том, что в ряде случаев возникает необходимость в повторной обработке материалов прощлых лет, при этом недостающую инфор.мацию о строении той или иной площади можно получить за счет обработки первичных материалов по более соверщенной методике, а не за счет проведения дорогих дополнительных полевых исследований. Длительное хранение необходимо и для других видов информации.

Запись информации в виде оптических неоднородностей на металлическом носителе может быть осуществлена при использовании лазерного и электронно-лучевого способов записи. Однако предлагаемый способ записи обладает тем преимуществом, что сравнимые с этими способами технические результаты по скорости и плотности записи при реализации предлагаемого способа достигаются с помощью гораздо более простых устройств. Простота реализации несомненно скажется на надежности и стоимости устройств, разработанных на основе предлагае.мого способа, что, в свою очередь, окажет влияние на область их применения и масштабы использования. Так, на основе предлагаемого способа -стало реальным создание устройства записи, имеющего размеры в несколько десятков кубических сантиметров, которое позволяло бы производить запись информации с высокой плотностью на металлический носитель в условиях больших вибраций, ускорений, сильных электромагнитных полей и других возмун1.ений. Способность получаемых сигналограмм выдерживать высокие температуры и большие динамические перегрузки в сочетании с малыми габаритами и весом делают такие устройства перспективными для применения в авиации. Подобные устройства могут

быть использованы дли регистрации информации в полевых условиях (разведочная геофи-зика, исследование земли и моря и т.д.).

Формула изобретения

Способ записи информации, заключающийся в получении оптических неоднородностей на токопроводящем носителе информации воздействием на него через жидкую среду имиульсами электрического тока, поступающими на записывающий элемент и соответствующими записываемой информации, отличающийся тем, что, с целью увеличения скорости и плотности записи информации, запись осуществляют

в потоке диэлектрической жидкости посредством пробоя нестационарным импульсным разрядом слоя этой жидкости, толщину которого поддерживают постоянной посредством перемещения записывающего элемента относительно зоны записи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Патент США N° 3474457, кл. 346--76 1969.

2.Патент ФРГ № 1283285, кл. 21 а , 37/66 1969.