CN102364577B - 一种磁介质数据的销毁方法及消磁磁场产生电路 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电磁领域，提供了一种磁介质数据的销毁方法及消磁磁场产生电路，所述方法通过对磁介质施加一可控的交变脉冲衰减强磁场进行消磁，在消磁的初始阶段进行强磁场消磁，此阶段中各个脉冲的磁场峰值强度均大于两倍的矫顽力Hc；在后续阶段进行交流消磁，此阶段中磁场峰值强度将由Hc逐步减小至0。该方法综合了直流退磁与交流退磁的优点，能够保证磁介质数据销毁的彻底性。

Description

一种磁介质数据的销毁方法及消磁磁场产生电路

技术领域

本发明属于电磁领域，尤其涉及一种磁介质数据的销毁方法及消磁磁场产生电路。

背景技术

对硬磁盘磁性介质材料中所记录数据的消除，实质上就是破坏用来记录数据的磁性介质的磁矩排列方式，最常用的方法就是对磁性介质进行退磁处理。目前，对磁性材料退磁一般有三种方法：热退磁、直流退磁和交流退磁。

热退磁是对介质加热，当温度超过磁性介质的居里温度Tc时，再在零场下自然冷却到室温。热退磁方式，虽然针对磁盘销毁是有力的方式，但因为常用磁记录介质的居里温度Tc一般比较高，并且磁记录介质是被较厚的、导热性差的物质包围，所以，使硬盘的磁记录介质的温度达到其居里温度并非易事，使用的设备功耗和体积均比较大。

直流退磁是对介质施加一直流磁场，改变磁场的方向（或者反转介质）并使磁场强度逐渐减小到零。当直流退磁方式针对硬盘存储介质时，因硬盘的存储介质矫顽力（Hc）较高，一般为4000Oe左右，如果采用这种方式，则所需的直流场较大，至少需8000Oe的磁场强度。产生这么大的磁场，其体积和功耗也比较大。同时，使用直流场消磁，还必须用人工方式让磁盘在磁场中转向以达到翻转磁矩逐渐退磁的目的，需要较长的销毁时间。所以，从小型化、功耗和销毁速度等方面考虑，单纯的直流退磁可行性不好。

交流退磁采用对磁介质施加一交流磁场，并逐渐减小磁场到零的方式，该技术具有低功耗、大磁场、自动翻转等特点，已经成为比较好的磁介质数据销毁手段。目前，交流退磁主要采用RLC振荡电路来实现，为了确保有足够的退磁能量，即为了保证磁场强度峰值足够大，振荡电路中所需电容C的值往往较大，这就造成了电路的振荡次数比较少，甚至是不能实现欠阻尼振荡。而磁介质数据销毁效果的好坏除了依靠磁场峰值强度以外，还与磁场的翻转频率密切相关，所以当采用基于欠阻尼振荡电路进行交流退磁时，必须同时考虑磁场峰值强度与翻转频率，才能保证数据销毁的彻底性。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种磁介质数据的销毁方法，旨在解决现有对磁介质数据的消磁方法都不能保证数据销毁的彻底性的问题。

本发明的目的是这样实现的：

一种磁介质数据的销毁方法，所述方法通过对磁介质施加一可控的交变脉冲衰减强磁场进行消磁，在消磁的初始阶段进行强磁场消磁，此阶段中各个脉冲的磁场峰值强度均大于两倍的矫顽力Hc；在后续阶段进行交流消磁，此阶段中磁场峰值强度将由Hc逐步减小至0。

在所述消磁的初始阶段，磁场的翻转点选择在磁场峰值强度达到最大值的时刻；在所述后续阶段，磁场的翻转点选择在磁场峰值强度约为Hc的时刻。

在所述后续阶段伊始磁场的峰值强度略大于Hc，且在后续阶段，磁场峰值在Hc附近的阶段中，较初始阶段提高磁场翻转频率。

本发明的另一目的在于：提供一种消磁磁场产生电路，所述电路包括充电电源、电容器组、消磁线圈、绝缘栅极双极性晶体管IGBT全桥换流电路，以及控制器；所述充电电源与电容器组及控制器连接；电容器组经IGBT全桥换流电路与消磁线圈连接；控制器与IGBT全桥换流电路连接，用于控制充电电源对电容器组充电，及在充电完成后控制充电电源关断与电容器组间的通路，并控制IGBT全桥换流电路开通电容器组与消磁线圈间的通路，以及在电容器组对消磁线圈放电的过程中控制IGBT全桥换流电路中各IGBT开关的开通和关闭时间，以产生交变电流，并且在放电初始阶段，控制各IGBT开关的开通和关闭的切换频率较低，在后续阶段提高所述切换频率。

所述IGBT全桥换流电路包括4个IGBT开关，分为两组，每组的2个IGBT开关串联，两组间并联，所述消磁线圈的两端分别连接在各组的2个IGBT开关的中间；所述控制器对IGBT全桥换流电路中各IGBT开关的开通和关闭的控制具体为控制所述4个IGBT开关始终呈单对角导通状态，以及控制两组对角的IGBT开关的导通切换频率在电容器组放电初始阶段较低，在后续阶段较高。

所述电路还包括输入端与充电电源连接，输出端与控制器连接的电压采集器，用于在电容器组充电过程中采集充电电源输出的电压，并在该电压达到正常工作所需的电压时输出一触发信号给控制器，控制器根据该触发信号控制充电电源关断与电容器组间的通路，并控制IGBT全桥换流电路开通电容器组与消磁线圈间的通路。

所述控制器中预存有所述电容器组放电初始阶段的持续时间值，以及初始阶段中各IGBT开关的开通和关闭的切换频率值和后续阶段中各IGBT开关的开通和关闭的切换频率值。

所述控制器中还存有电容器组的充电电压值；所述控制器还用于监测所述充电电源对电容器组的充电电压，并在达到值限时控制充电电源关断与电容器组间的通路，并控制IGBT全桥换流电路开通电容器组与消磁线圈间的通路。

本发明的突出优点是：本发明通过使用一种可控交变脉冲衰减强磁场对磁介质数据进行消磁，通过控制磁场强度和翻转频率，实现先强磁场消磁后交流消磁，这种消磁方法综合了直流退磁与交流退磁的优点，能够保证磁介质数据销毁的彻底性，并且产生该磁场的电路还具有简单低耗、储能系统体积小、储能快，功耗低、等优点。

附图说明

图1是本发明实施例提供的磁性材料的磁化曲线与退磁曲线示意图；

图2是本发明实施例提供的交流消磁过程中磁性材料的退磁曲曲线示意图；

图3是本发明实施例提供的交流退磁过程中磁性材料的磁矩分布图；

图4是本发明实施例提供的可控交变脉冲衰减强磁场的仿真图；

图5是本发明实施例提供的可控交变脉冲衰减强磁场产生电路的等效电路图；

图6是本发明实施例提供的产生磁场的线圈为方筒形薄壁线圈时的示意图；

图7是本发明实施例提供的可控交变脉冲衰减强磁场产生电路的结构图；

图8是本发明优选实施例提供的可控交变脉冲衰减强磁场产生电路的结构图；

图9是本发明实施例提供的磁场产生电路中IGBT全桥换流电路的构成图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了磁性材料的磁化曲线与退磁曲线。其中，曲线OABCD为材料的磁化过程，即磁记录过程；曲线DCBE为反磁化过程，也叫退磁过程。

在磁记录中，磁盘数据是依靠盘片上磁性介质的剩磁Mr与剩磁-Mr产生的磁矩来记录的，可以简单对应为数字记录方式中二进制的“1”和“0”。

如图1所示，以磁中性状态(H=M=0)为起始态，逐渐增加外场强度H，磁状态沿起始磁化曲线OABCD磁化到D点附近，此时磁化强度M趋于饱和，曲线几乎与H轴平行，将此时磁场强度记为Hs，磁化强度记为Ms（饱和磁化强度）。此后若减小磁场，则从某一磁场(B点)开始，M随H的变化偏离原先的起始磁化曲线，M的变化落后于H，出现磁滞。当H减小至零时，M不减小到零，而等于剩磁Mr，为使M减至零，需加一反向磁场，称为矫顽力Hc。反向磁场继续增大到-Hs时，强磁体的M将沿反方向磁化到趋于饱和-Ms，当反向磁场减小到0时，此时再次出现剩磁-Mr。

在上述过程中，方向相反的两种剩磁Mr与剩磁-Mr就是磁记录信息。而为了消除磁盘上记录的信息，应消除剩磁Mr。

理论和实验研究表明，对于磁记录材料来说，由于其矩形比较高，所以，当所加外磁场强度约为两倍矫顽力（2Hc）时，即可将材料磁化到饱和，相应地产生剩磁Mr与剩磁-Mr。因此，如果要将某类磁记录材料剩磁磁矩翻转，则所需的最大外加磁场强度应大于该类材料两倍矫顽力（2Hc）。

在强磁场消磁过程中，当对磁记录材料施加大于两倍矫顽力（2Hc）的外磁场时，即人为地使磁记录材料剩磁磁矩翻转，破坏了磁记录信息，达到强磁场消磁。

图2示出了交流消磁过程中磁性材料的退磁曲线。

在交流消磁过程中，要消除剩磁Mr，只需加一个反方向磁化磁场，使外加磁场正好等于Hc，然后不断改变磁化磁场的方向，与此同时逐渐减小磁化磁场，以至于零，那么该材料的退磁过程就是一连串逐渐缩小而最终趋于原点的环状曲线，当外磁场H减小到零时，磁矩M亦同时降为零，磁介质退磁，所记录的信息被消除。

图3则示出了交流退磁过程中磁性材料的磁矩分布，当磁场很大时，磁矩一致取向，如A点所示；随着磁场减小到零，磁矩有分散取向的趋势，如B点所示；当加一反向磁场时，磁矩具有反向取向的趋势，如C点所示；经过多次翻转，最后磁矩有随机分布的趋势，如O点所示，并且从图中可以看出，随着翻转次数的增加，磁矩越趋向于随机分布。因此，对于交流消磁，为了达到最佳的消磁效果，应保证外加磁场强度大于Hc，同时还应产生尽可能多的交流消磁曲线，即使磁矩尽可能多地翻转。

为了能可靠、彻底地销毁磁介质上记录的信息，本发明实施例提供的磁介质数据的销毁方法通过对磁介质施加一可控的交变脉冲衰减强磁场，先进行强磁场消磁，后进行交流消磁，这种方法既能综合两者的消磁优点，同时又互补了各自的不足。图4示出了所述可控交变脉冲衰减强磁场的仿真图，如图所示：

在初始阶段（T0-T1），进行强磁场消磁，此阶段中各个脉冲的磁场峰值强度均大于2Hc，且翻转点最好选择在磁场峰值强度达到最大值的时刻。

在后续阶段（T1-T3），进行交流消磁，此阶段中磁场峰值强度将由Hc逐步减小至0。

在本发明的一个优选实施例中，在上述后续阶段，为了能延长峰值在Hc附近的磁场持续时间，在后续阶段伊始所提供的磁场的峰值强度最好略大于Hc，且翻转点选择在磁场峰值强度约为Hc的时刻。

为了更进一步提高消磁效果，在后续阶段，磁场峰值在Hc附近的阶段（T1-T2）中，可以通过提高磁场翻转频率，以实现多次翻转。而在强磁场消磁阶段，为了保证足够大的磁场峰值强度，翻转频率较低。

初始阶段与后续阶段间的切换时机，即T1时刻的确定可通过实验获得一个优选值，初始阶段的磁场翻转频率与后续阶段的磁场翻转频率的优选值同样可以通过实验确定，对本领域技术人员而言，如何获取上述三个优选值属于现有技术，故在此不再赘述。

可控交变脉冲衰减强磁场产生电路由充电储能控制电路、放电控制和放电线圈等组成，为RLC振荡电路。其等效电路如图5所示，图中Lo为线圈等效电感，R为回路等效电阻，Uc为交流电整流后的直流电压，C为储能电容。当等效开关S1闭合，S2断开时，开始给电容充电，充电到给定的电压后，S1断开，S2闭合，电容器给线圈放电，电流通过闭合线圈产生磁场。交变电流的理论计算如下：

    当电容器电压为U后，电容器储存的能量为                                                。当S2 闭合，电容器通过线圈放电，放电电流可表示：

，其中，d为阻尼常数（）。

本发明实施例中产生磁场所用的线圈以方筒形薄壁线圈为例，如图6所示，图中的2a、2b、2c分别为线圈的长、宽和高。根据毕奥-萨瓦尔(Biot-Savart)定理，可得到线圈空间中任一点P(x, y, z)的磁场强度为：

，

，

，

其中，，，，为线圈的电流线密度（其中，N为线圈的匝数，I为交变电流）。

在线圈的中心点，即点P（0, 0, 0）处的磁场强度为：

，

。

可控交变脉冲衰减强磁场的产生电路结构如图7所示。充电电源给电容器组充电，直至电容器组两端的电压达到正常工作所需的电压后，控制器控制充电电源关断与电容器组间的通路，同时控制IGBT全桥换流电路开通电容器组与消磁线圈间的通路，控制器通过控制IGBT全桥换流电路中各IGBT开关的开通和关闭时间，电容器组放电在电路中产生交变电流，从而在消磁线圈内产生交变磁场。

所述IGBT全桥换流电路由4路IGBT组成，其电路图如图9所示，图中L即为消磁线圈的等效电感。当IGBT1和IGBT4导通时，IGBT2和IGBT3关闭，消磁线圈中的电流由左向右流动；当IGBT1和IGBT4关闭，同时IGBT2和IGBT3导通时，消磁线圈中的电流则反向流动。重复上述过程，即可在消磁线圈中形成交流脉冲磁场。由于电容器组在放电过程中能量是一直衰减的（部分能量将转变为磁场能和电路的热能），所以，通过控制器控制四路IGBT开关的导通和关闭时间，即可实现峰值电流衰减，即在消磁线圈中产生交变脉冲衰减强磁场。电路中的D1，D2，D3，D4为快速恢复二极管，是用于保护IGBT，使其免受反向电流冲击。

上述初始阶段的持续时间，以及初始阶段和后续阶段的磁场翻转频率的优选值通过实验获得后预存入控制器内，从而在电容器组放电过程中，控制器即根据这三个优选值控制各IGBT开关的导通和关闭的切换频率，在初始阶段控制IGBT开关的导通和关闭的切换频率较低，在后续阶段则提高该切换频率，即可产生先为强磁场后为交流磁场的可控交变脉冲衰减强磁场。

为了便于精确掌控电容器组的充电情况，在本发明的一个优选实施例中，上述产生电路还包括一个电压采集器，如图8所示，该采集器的输入端与充电电源连接，输出端则与控制器连接，用于在电容器组充电过程中采集充电电源输出的电压，一旦该电压达到正常工作所需的电压，则该采集器输出一触发信号给控制器，控制器控制充电电源关断与电容器组间的通路，并控制IGBT全桥换流电路开通电容器组与消磁线圈间的通路。

由于对同一电容器组的充电时间基本是固定的，可以通过实验获得较优充电时间值，并将该值预存入控制器，在无需电压采集器的情况下由控制器控制对电容器组的充电时间，从而可以进一步简化电路，减小体积，降低能耗。

本发明实施例使用一种可控交变脉冲衰减强磁场对磁介质数据进行消磁，通过控制磁场强调和翻转频率，实现先强磁场消磁后交流消磁，这种消磁方法综合了直流退磁与交流退磁的优点，能够保证磁介质数据销毁的彻底性，并且产生该磁场的电路还具有简单低耗、储能系统体积小、储能快，功耗低、等优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种消磁磁场产生电路，其特征在于，所述消磁磁场产生电路包括充电电源、电容器组、消磁线圈、绝缘栅极双极性晶体管IGBT全桥换流电路，以及控制器；所述充电电源与电容器组及控制器连接；电容器组经IGBT全桥换流电路与消磁线圈连接；控制器与IGBT全桥换流电路连接，用于控制充电电源对电容器组充电，及在充电完成后控制充电电源关断与电容器组间的通路，并控制IGBT全桥换流电路开通电容器组与消磁线圈间的通路，以及在电容器组对消磁线圈放电的过程中控制IGBT全桥换流电路中各IGBT开关的开通和关闭时间，以产生交变电流，并且在放电初始阶段，控制各IGBT开关的开通和关闭的切换频率较低，在后续阶段提高所述切换频率。

2.如权利要求1所述的消磁磁场产生电路，其特征在于，所述IGBT全桥换流电路包括4个IGBT开关，分为两组，每组的2个IGBT开关串联，两组间并联，所述消磁线圈的两端分别连接在各组的2个IGBT开关的中间；所述控制器对IGBT全桥换流电路中各IGBT开关的开通和关闭的控制具体为控制所述4个IGBT开关始终呈单对角导通状态，以及控制两组对角的IGBT开关的导通切换频率在电容器组放电初始阶段较低，在后续阶段较高。

3.如权利要求1所述的消磁磁场产生电路，其特征在于，所述消磁磁场产生电路还包括输入端与充电电源连接，输出端与控制器连接的电压采集器，用于在电容器组充电过程中采集充电电源输出的电压，并在该电压达到正常工作所需的电压时输出一触发信号给控制器，控制器根据该触发信号控制充电电源关断与电容器组间的通路，并控制IGBT全桥换流电路开通电容器组与消磁线圈间的通路。

4.如权利要求1所述的消磁磁场产生电路，其特征在于，所述控制器中预存有所述电容器组放电初始阶段的持续时间值，以及初始阶段中各IGBT开关的开通和关闭的切换频率值和后续阶段中各IGBT开关的开通和关闭的切换频率值。

5.如权利要求1所述的消磁磁场产生电路，其特征在于，所述控制器中还存有电容器组的充电电压值；所述控制器还用于监测所述充电电源对电容器组的充电电压，并在达到值限时控制充电电源关断与电容器组间的通路，并控制IGBT全桥换流电路开通电容器组与消磁线圈间的通路。