一種基于聲壓控制的硬盤(pán)磁頭振動(dòng)抑制方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電腦硬件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于聲壓控制的硬盤(pán)磁頭振動(dòng)抑制方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]磁存儲(chǔ)硬盤(pán)技術(shù)提供著近90%的信息存儲(chǔ)容量，是當(dāng)今和未來(lái)信息存儲(chǔ)容量的主要提供者。在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)中，在性能、價(jià)格和容量的綜合考量下，還看不到能夠取代硬盤(pán)存儲(chǔ)器的新型存儲(chǔ)器件。我國(guó)對(duì)信息存儲(chǔ)容量有著巨大的剛性需求，每年所使用和購(gòu)買(mǎi)的磁盤(pán)存儲(chǔ)器數(shù)量已經(jīng)超過(guò)日本和美國(guó)成為世界第一。經(jīng)過(guò)近60年的發(fā)展，硬盤(pán)的面存儲(chǔ)密度發(fā)生了急劇的變化，國(guó)際上磁盤(pán)存儲(chǔ)器的記錄密度已接近lTera-bit/in2(Tb/in2)的極高水平，磁頭飛行高度達(dá)到3.5納米。其核心的磁頭技術(shù)是當(dāng)今世界上最成功的納米技術(shù)之一，并于2007年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。在硬盤(pán)存儲(chǔ)器的磁記錄密度進(jìn)一步提高到10Tb/in2甚至更高的過(guò)程中需要突破性顛覆性的科技創(chuàng)新。
[0003]基于硬盤(pán)的工作原理，其磁頭與盤(pán)片之間結(jié)構(gòu)的截面圖如圖1所示，包括盤(pán)片110、磁頭121、讀寫(xiě)單元122、平衡架123和懸臂梁124。盤(pán)片110是一個(gè)多層結(jié)構(gòu)，其中磁記錄層是由眾多緊密相鄰的納米尺寸磁性顆粒組成，用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，磁性顆粒之間的間距約為12納米。磁頭121是一個(gè)形狀不規(guī)則的長(zhǎng)方體，其中與盤(pán)片110相對(duì)的一面叫做空氣承壓面。讀寫(xiě)單元122通過(guò)微工藝鑲嵌在磁頭中，讀寫(xiě)單元122接通電流，通過(guò)電流的變化產(chǎn)生磁場(chǎng)。平衡架123是一個(gè)厚度很薄的梁，末端與懸臂梁124連接，前端與磁頭121連接。平衡架123在空間上具有5個(gè)自由度，即沿Y、Z方向的移動(dòng)和XY、YZ、XZ三個(gè)平面上的轉(zhuǎn)動(dòng)。懸臂梁124另一端與圖1中未畫(huà)出的驅(qū)動(dòng)臂相連。磁頭121、平衡架123和懸臂梁124合稱(chēng)為磁頭總成130。
[0004]當(dāng)硬盤(pán)工作時(shí)，盤(pán)片110高速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)硬盤(pán)內(nèi)部的空氣作旋轉(zhuǎn)流動(dòng)(氣流流動(dòng)方向垂直于XZ平面)。旋轉(zhuǎn)的氣流進(jìn)入盤(pán)片110與磁頭121中間的間隙，空氣被壓縮，壓強(qiáng)增大，在磁頭121的空氣承壓面上產(chǎn)生壓力促使磁頭121抬升浮起，穩(wěn)定時(shí)磁頭121與盤(pán)片110之間的距離約為10納米，這個(gè)高度稱(chēng)為磁頭的飛行高度。對(duì)于盤(pán)片110直徑為2.5英寸的空氣硬盤(pán)來(lái)說(shuō)，當(dāng)硬盤(pán)轉(zhuǎn)速超過(guò)2495轉(zhuǎn)每分，內(nèi)部的氣流就會(huì)由層流流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧髁鲃?dòng)。而現(xiàn)在硬盤(pán)的工作轉(zhuǎn)速一般為7200轉(zhuǎn)每分、10000轉(zhuǎn)每分。由于氣流在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中受到磁頭總成130的阻擋，因此磁頭總成130將產(chǎn)生氣流引起的振動(dòng)，相應(yīng)地磁頭121將會(huì)產(chǎn)生Z方向和Y方向的振動(dòng)。在磁頭121的飛行高度為10納米時(shí)，如果這種氣流引起振動(dòng)的尺寸接近10納米，那么將會(huì)極大的影響讀寫(xiě)單元122讀寫(xiě)信息的穩(wěn)定性和可靠性。在未來(lái)磁記錄密度為10Tb/in2，盤(pán)片110轉(zhuǎn)速將更高，磁頭的飛行高度將低于3.5nm。在磁頭121如此低的飛行高度中，氣流引起磁頭121的振動(dòng)甚至?xí)?dǎo)致毀滅性的頭盤(pán)碰撞的后果。
[0005]為了提高硬盤(pán)工作的穩(wěn)定性和可靠性，必須減少和抑制氣流引起的磁頭121的振動(dòng)幅度，進(jìn)而減小振動(dòng)對(duì)磁頭121飛行高度的影響。查閱相關(guān)文獻(xiàn)，已有的減小氣流引起磁頭121振動(dòng)的方法是通過(guò)改變硬盤(pán)內(nèi)部氣流的流道。這種方法對(duì)于不同的硬盤(pán)結(jié)構(gòu)，可控性不強(qiáng)，靈活性不夠，極其被動(dòng)。因此，極有必要設(shè)計(jì)一種主動(dòng)式能進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)的抑制氣流引起磁頭121振動(dòng)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種基于聲壓控制的硬盤(pán)磁頭振動(dòng)抑制方法和裝置，
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于聲壓控制的硬盤(pán)磁頭振動(dòng)抑制裝置，包括在硬盤(pán)蓋子內(nèi)表面設(shè)置的壓電換能器和設(shè)置在硬盤(pán)外的傅里葉分析儀、依次連接的多普勒激光測(cè)振儀、帶通濾波器、信號(hào)調(diào)節(jié)器、相位調(diào)節(jié)器、功率放大器和壓電換能器；所述的傅里葉分析儀與多普勒激光測(cè)振儀連接；
[0008]所述的壓電換能器的上表面接地，下表面接通電壓；
[0009]所述的多普勒激光測(cè)振儀發(fā)出的激光束通過(guò)磁頭總成頂端正上方硬盤(pán)蓋子的小孔垂直照射在硬盤(pán)磁頭總成頂端，用于檢測(cè)磁頭微小振幅的高頻振動(dòng)。
[0010]優(yōu)選的，所述的壓電換能器的上表面和硬盤(pán)蓋子內(nèi)表面之間設(shè)有一層柔性阻尼材料。
[0011]優(yōu)選的，所述的壓電換能器的中心與磁頭的連線為23毫米，該連線與硬盤(pán)外盒長(zhǎng)邊的夾角為10.5度。
[0012]一種基于聲壓控制的硬盤(pán)磁頭振動(dòng)抑制方法，包括如下步驟:
[0013]步驟1:多普勒激光測(cè)振儀檢測(cè)到磁頭振動(dòng)的位移信號(hào)，將磁頭振動(dòng)的位移信號(hào)輸入至所述帶通濾波器；
[0014]步驟2:所述的帶通濾波器對(duì)磁頭振動(dòng)位移信號(hào)進(jìn)行濾波，所述的磁頭振動(dòng)的位移信號(hào)的主峰值頻率成分得以通過(guò)，其他頻率成分的信號(hào)受到衰減或抑制；然后將信號(hào)傳送給信號(hào)調(diào)節(jié)器；
[0015]步驟3:所述的信號(hào)調(diào)節(jié)器對(duì)所述帶通濾波器處理后的磁頭振動(dòng)位移信號(hào)進(jìn)行放大處理，并將磁頭振動(dòng)位移信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)并輸出至相位調(diào)節(jié)器；
[0016]步驟4:所述的相位調(diào)節(jié)器接收經(jīng)過(guò)所述信號(hào)調(diào)節(jié)器處理后的電壓信號(hào)輸入，對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，并輸出至功率放大器。
[0017]步驟5:所述的功率放大器接收經(jīng)過(guò)相位調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后的電壓信號(hào)，對(duì)電壓信號(hào)功率進(jìn)行增大處理，并輸出至壓電換能器。
[0018]步驟6:所述的壓電換能器接收經(jīng)過(guò)所述功率放大器處理后的電壓信號(hào)輸入至壓電換能器，電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)壓電換能器工作。
[0019]步驟7:重復(fù)步驟1至6直到多普勒激光測(cè)振儀檢測(cè)到的抑制后的磁頭振動(dòng)位移信號(hào)的主峰值降低幅度到達(dá)閾值。
[0020]優(yōu)選的，所述的步驟1中，多普勒激光測(cè)振儀檢測(cè)到磁頭振動(dòng)的位移信號(hào)，將磁頭振動(dòng)的位移信號(hào)分為兩路，一路輸入至所述帶通濾波器；另一路輸入至具有存儲(chǔ)和運(yùn)算功能的傅里葉分析儀中，進(jìn)行磁頭振動(dòng)位移信號(hào)的頻譜分析，并實(shí)時(shí)顯示磁頭振動(dòng)位移信號(hào)的頻率分析結(jié)果。
[0021]優(yōu)選的，所述的步驟2中，帶通濾波器的中心頻率和帶寬根據(jù)磁頭振動(dòng)的位移信號(hào)中需要被抑制的主要峰值頻率進(jìn)行設(shè)置。
[0022]優(yōu)選的，所述的步驟4中，壓電換能器表面振動(dòng)產(chǎn)生的聲壓設(shè)置為與磁頭附近氣流波動(dòng)的氣壓相反的相位。
[0023]本發(fā)明的技術(shù)效果是:一種基于聲壓控制的硬盤(pán)磁頭振動(dòng)抑制方法和裝置；使用了氣體壓強(qiáng)波動(dòng)疊加原理，通過(guò)在硬盤(pán)蓋子內(nèi)表面設(shè)計(jì)一個(gè)壓電換能器，將壓電換能器表面振動(dòng)產(chǎn)生的聲波，與盤(pán)片旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)的氣流波動(dòng)進(jìn)行疊加，以消減氣流波動(dòng)的振幅，從而減小氣流引起磁頭振動(dòng)的振幅；本發(fā)明所采用的壓電換能器響應(yīng)快，振動(dòng)頻率高，不僅抑制磁頭振動(dòng)的效果好，而且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，能夠進(jìn)行主動(dòng)實(shí)時(shí)控制。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為硬盤(pán)磁頭與盤(pán)片之間的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的壓電換能器的物理模型簡(jiǎn)化示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明實(shí)施例所適用的氣體壓強(qiáng)波動(dòng)疊加原理示意圖；
[0027]圖4A為本發(fā)明實(shí)施例提供的壓電換能器在硬盤(pán)中的位置反向示意圖；
[0028]圖4B為本發(fā)明實(shí)施例提供的壓電換能器在硬盤(pán)中的位置的正向示意圖；
[0029]圖5為本發(fā)明的裝置示意圖；
[0030]圖6為本發(fā)明方法的信號(hào)流向圖；
[0031 ] 圖7為本發(fā)明的方法流程圖；
[0032]圖8A為本發(fā)明實(shí)施例提供的使用聲壓抑制氣流引起的磁頭振動(dòng)在頻率范圍為1650-1850赫茲的效果圖；
[0033]圖8B為本發(fā)明實(shí)施例提供的使用聲壓抑制氣流引起的磁頭振動(dòng)在頻率范圍為3100-3400赫茲的效果圖；
[0034]圖中:110—盤(pán)片、121—磁頭、122—讀寫(xiě)單元、123—平衡架、124懸臂梁、10—壓電換能器、20—硬盤(pán)蓋子、21 —磁頭。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明。可以理解的是，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的限定。
[0036]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的壓電換能器的物理模型簡(jiǎn)化示意圖，該壓電換能器10的直徑為20毫米，厚度為1毫米。所述壓電換能器10的上表面接地，下表面接通電壓，由于逆壓電效應(yīng)，所述壓電換能器10的下表面將會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)周?chē)諝獾恼駝?dòng)，形成在空氣中傳播的聲波，進(jìn)而形成聲壓。
[0037]為了清楚地介紹本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，首先介紹本發(fā)明所基于的設(shè)計(jì)原理。如圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例所適用的氣體壓強(qiáng)波動(dòng)疊加原理示意圖。氣體壓強(qiáng)波動(dòng)的兩個(gè)重要參數(shù)是頻率和振幅，相同頻率的兩個(gè)氣體壓強(qiáng)波動(dòng)在空間中會(huì)發(fā)生疊加，即兩個(gè)氣體壓強(qiáng)波動(dòng)的振幅相互疊加。如圖3所示，若在空間不同位置中，存在由氣流運(yùn)動(dòng)造成的氣流壓強(qiáng)波動(dòng)一和由壓電換能器10表面振動(dòng)產(chǎn)生的聲音壓強(qiáng)波動(dòng)二，且兩種壓強(qiáng)波動(dòng)的頻率相同。兩種壓強(qiáng)波動(dòng)可能在空間的某一點(diǎn)A相遇，若兩個(gè)壓強(qiáng)波動(dòng)在A點(diǎn)恰好相位相反，就會(huì)在A點(diǎn)使反向振幅相互消減，疊加消減后的總的壓強(qiáng)波動(dòng)將會(huì)減弱。若A點(diǎn)為本發(fā)明實(shí)施例中的磁頭，那么氣流壓強(qiáng)波動(dòng)一和聲音壓強(qiáng)波動(dòng)二疊加消減后的總的壓強(qiáng)波動(dòng)對(duì)磁頭的作用將會(huì)減小，因此，磁頭的振動(dòng)也會(huì)被抑制。
[0038]本發(fā)明即將上述的氣體壓強(qiáng)波動(dòng)疊加原理應(yīng)用于硬盤(pán)中，提出一種基于聲壓控制的硬盤(pán)磁頭振動(dòng)抑制裝置。另外需要說(shuō)明的是，為了便于觀察和描述，部分附圖中僅標(biāo)示出了與本發(fā)明相關(guān)部件的編號(hào)。
[0039]圖4A和圖4B為本發(fā)明實(shí)施例提供的壓電換能器在硬盤(pán)中的位置示意圖，包括硬盤(pán)蓋子20、壓電換能器10、磁頭21和盤(pán)片110。其中用于產(chǎn)生振動(dòng)的所述壓電換能器10的上表面固定在所述硬盤(pán)蓋子20的內(nèi)表面，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)計(jì)的所述壓電換能器10的中心與磁頭21的連線為23毫米，該連線與硬盤(pán)外盒長(zhǎng)邊的夾角為10.5度；所述盤(pán)片110旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)硬盤(pán)容腔中氣流的流動(dòng)，產(chǎn)生氣流壓強(qiáng)波動(dòng)，所述磁頭21附近的氣流遇到所述磁頭21受到阻礙，氣流對(duì)所述磁頭21產(chǎn)生沖擊作用，所述磁頭21則產(chǎn)生振動(dòng)。所述壓電換能器10上表面電壓為0伏，下表面的電壓大小則根據(jù)所述磁頭21的振動(dòng)位移需要被抑制的程度進(jìn)行選擇。由于逆壓電效應(yīng)，所述壓電換能器10下表面將會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)周?chē)諝獾恼駝?dòng)，形成在空氣中傳播的聲波，進(jìn)而形成聲壓波動(dòng)。所述盤(pán)片110轉(zhuǎn)動(dòng)引起的氣流壓強(qiáng)波動(dòng)與所述壓電換能器10下表面振動(dòng)產(chǎn)生的聲壓波動(dòng)在所述磁頭21處發(fā)生疊加消減，以降低所述磁頭21的振動(dòng)。
[0040]本實(shí)施例提出的技術(shù)方案也