CN1065979C - 小型光盘盘片多功能测试仪 - Google Patents
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Abstract
本发明属于多参量测试技术领域，本测试仪包括装载被测CD盘的CDROM驱动器，分别接收该驱动器的力矩器伺服信号和RF信号，该处理板由信号处理板，接收该信号处理板的处理后的信号并转换成数字信号后输入PC机的AD采集卡及对数据进行处理的PC机。本发明具有测量精度高、测试项目全、操作简便、显示直观和制造成本低等特点。
Description
本发明属于多参量测试技术领域，特别涉及对小型光盘(CD)盘片的光学、机械等多参数测试设备的设计。
随着计算机的普及，CD光盘的生产产量也在日益增加，其中包括CD-ROM、CD-DA和VCD盘片。特别是VCD小影碟，在其问世到现在短短几年内，便以其价格便宜，图象质量好等特点，得到了消费者的普遍青睐。但同时，随着CD盘片的需求数量的大幅度增加，部分盘片生产商片面的追求生产数量而忽视了对盘片质量的检测。而且，目前国内尚没有功能齐全，操作方便，价格便宜的CD盘片多功能检测系统。
国外有先进的专业盘片质量检测系统，其对盘片的化学、机械和信号等参数是通过几个分离的工序进行检测的，而且，专业测试一起在进行机械特性的测试时大都使用的价格昂贵的激光干涉测距仪，在进行质量测试时使用了高速数据采集系统，因此整机的成本比较高，其价格大都在数十万美金以上。由于设备昂贵，因此即使是大型的CD盘片生产厂商，也只是对部分盘片进行指标的抽样检测，另外有些厂商甚至盘片出厂前并不做任何检测。
如此昂贵的设备，不仅是一般的CD盘片的经销部门难以接受的，而且对于政府的质量监督部门往往也是没有能力配备的。
本发明的目的在于为克服已有技术的不足之处，研制了小型光盘(CD)盘片多功能测试仪。具有测量精度高、测试项目全、操作简便、显示直观和制造成本低等特点。
本发明提出一种小型光盘(CD)盘片多功能测试仪，其特征在于，包括：只读小型光盘(CDROM)驱动器，用于装载被测小型光盘(CD)盘片；信号处理板，由伺服信号还原单元和和盘片光学信号检测单元组成，用来分别接收该驱动器的力矩器伺服信号和射频(RF)信号；模数转换(AD)采集卡，用来接收信号处理板的处理自动信号并转成数字信号；个人计算机(PC)，用来对数据进行处理。
所说的伺服信号还原单元可由二阶有源滤波器电路构成。
所说的盘片光学信号检测单元可由将射频(RF)信号进行放大的前置放大器，将放大自动信号进行高、低频分离的频率分离电路，分别对高、低频分置进行检测的双峰值检波电路组成。
本发明对盘片的轴向及径向的跳动误差情况的测试采用伺服信号还原法测量。其具体工作原理如下：
图2为在CDROM驱动器中广泛采用的二维力矩器的结构示意图，二维力矩器由磁性材料1、弹性悬臂2和支撑架5、跟踪线圈3和聚丝线圈4组成，其作用是支撑主物镜6，并通过改变流过线圈的电流驱动主物镜能沿盘片的轴向和径向做微小的运动，以实现盘片的聚焦和道跟踪伺服。因此，测量加载在力矩器线圈上的电流，便可以间接的反映出力矩器的运动状况。
理论和实验证明：对于静态的情况，当聚焦和跟踪环节处于闭环控制时，闭环误差很小，在正常情况下，闭环误差仅有0．2μm左右。因此，测量物镜的位移就能反映盘片的径向和轴向误差。
在一定的唯一范围内(约±1mm)，力矩器的位移同外加的电流成正比例关系，而且线性误差小于1％。
但是，对于动态的情况下，情况变得不再是非常简单，由于力矩器本身存在运动惯性和阻尼，线圈存在直流电阻和电感，因此，通过力矩器的电流与力矩器的实际运动位移情况不是一个简单的线性关系，而是频率的函数，即力矩器对于不同频率电流的激励响应不同。
为了恢复力矩器实际的位移情况，本发明设计了力矩器仿真电路，其工作原理如图3所示。首先测量出力矩器的频率响应传递函数Fact(s)，Fact(s)=D(s)／I(s)。式中D(s)为力矩器位移，I(s)为驱动电流。然后根据Fact(s)构造仿真电路，仿真电路的传递函数为Fsim(s)，Fsim(s)=U(s)／I(s)。式中U(s)为正比于力矩器输出端位移D(S)的输出电压，并且使得Fsim(s)=K×Fact(s)，其中K为一常数。因此，采样伺服驱动电流，输入到仿真电路，则在仿真电路的输出端即可得到正比于力矩器位移的电压输出。最后对电压输出进行标定，得出力矩器位移。
根据图3所示的二维力矩器结构示意图，绘制二维力矩器的屋里模型，如图4所示，可见，其为一个质量-弹簧-阻尼系统。M为力矩器运动部分的总质量，KF和KT分别为力矩器聚焦和道跟踪寻址方向的弹性系数：mF和mT分别表示力矩器聚焦和道跟踪寻址方向的阻尼系数；CF与CT为聚焦和道跟踪寻址驱动线圈；RF、RT、LF、LT、eF和eT为线圈的电阻、等效电感和运动反电动势。
如果暂不考虑两个方向的交叉干扰，可以对聚焦、道跟踪两个方向分别建立运动方程，以聚焦方向为例：
写成传递函数，如下：
由此可见，当使用电流驱动力矩器时，力矩器的位移对电流传递函数是2阶振荡环节，可以由有源滤波器实现，如图5所示。
将流过力矩器的电流信号，变换成电压后，输入图5所示的有源滤波器的Vin输入端，则滤波器的输出电压信号Vout将为正比与力矩器位移的信号。通过对其灵敏度的标定后，即可实时的测量出力矩器的位移。
本发明除了测试盘片的机械跳动性能以外，还可以实现对其光学信号的质量进行检测。检测方法采用RF信号的双峰值检测法，即对包含直流分量的不同频率的RF进行双峰值检测。图6为CD盘片RF信号的读出波形图，当CDROM对盘片进行单倍速度读取信息时，读出信号时钟频率为4．3MHz，此时RF信号所包含低频分量所产生的最大峰值为Itop，低频分量的峰值为I11，RF信号高频分量的峰峰值为I3。
实现以上的测量方法的电路原理图如图7所示，CDROM驱动器读取盘片的RF信号首先输入前置放大器，放大至2Vp-p的幅值范围；然后信号输入到频率分离电路，将高频和低频信号分离，分别送到双峰值检波电路。双峰值电路的工作原理是检测信号的正负峰值，由减法器计算出信号的峰峰值。以上电路输出的测量结果通过AD采集系统输入计算机，通过运算，便可以得出盘片的反射率、I3／Itop、I11／Itop等反映盘片信号记录质量的技术指标。
本发明测试系统的软件流程图如图8所示。系统开启以后，首先对CDROM驱动器进行初始化工作，启动伺服控制及RF信号读取通道，然后程序进入测量循环。在循环的开始，进行数据采集工作，通过AD采集卡，将测量数据读入计算机。
计算机对所采集的数据要进行软件滤波，软件滤波的作用是去除离散较大的采样点，因为这些采样点往往是由于干扰和噪音造成的，并非真实数据。离散点的去除原则是先计算所有采样数据点平均值，然后去除与平均值误差大于5％的数据，保留其余数据作为测量结果。
软件滤波的第二个功能是低通滤波，滤波采用4阶有限冲激低通滤波器，截止频率1．5MHz。低通滤波器的作用是滤除干扰和噪音信号，使测量数据稳定。该软件具有测量数据存储和报表输出的功能，用户可以将测量结果存入文件或打印。
本发明是一种基于高质量商用光盘驱动器，并附加特殊的检测系统和软件的一种性能稳定、操作方便、测试项目完善并且价格相对较低的CD盘片测试设备。借助该测试系统，可以在很短的时间内对CD盘片的多项重要技术指标做出测试，并以明显的方式在计算机屏幕商显示，同时做出合格圈判断，如果需要，还可以通过打印机输出测试结果和报表。
本发明特别适用于CD盘片生产厂商对盘片进行质量检测和政府产品质量管理部门对市场流通的盘片进行质量监督。也可以用于盘片的销售商家为顾客进行盘片质量的现场检验。
附图简要说明：
图1为CD盘片多功能测试系统。
图2为CDROM驱动器二维力矩器。
图3为力矩器位移仿真原理框图。
图4为二维力矩器物理模型。
图5为二阶有源滤波器电路原理图。
图6为CD盘片RF信号波形图。
图7为盘片光学信号性能指标检测电路框图。
图8为控制软件流程图。
图9为伺服信号还原部分电路原理图。
图10为光学信号检测部分电路原理图。
本发明设计出一种CD盘片多功能测试系统实施例，如图1，图9，图10所示，结合各附图详细说明如下：
本实施例的组成包括一台PC计算机、一台商用CDROM驱动器、AD采集卡和相应的信号处理电路板组成，如图1所示。
其中CDROM驱动器选用Philips公司生产的SCSI接口的4倍速光盘驱动器，SCSI接口的CDROM驱动器相对性能较高，同时便于实现操作的底层控制，该驱动器在使用之前必须对其技术指标进行测试，保证其本身主轴跳动小于2μm。以提高读出信噪比，以确保仪器测量准确。使用商用CDROM进行盘片质量检测是该系统的一个创新。这种设计首先可以降低设计和制造成本，而且商用驱动器的性能比比实验室构造的实验系统稳定，同时对于用户来说，使用十分方便。
测试时将被测盘片插入驱动器，和正常使用盘片一样。驱动器驱动盘片旋转，此时由软件开启聚焦和道跟踪伺服控制电路。当伺服成功以后，伺服调整信号被送到伺服信号还原系统，如图1所示。伺服信号还原系统将伺服调整信号还原成光学头位移信号，该信号由AD采集卡输入道计算机，由专用的控制软件处理数据。
另一方面，盘片的读出RF信号被送入盘片光学信号检测电路，由电路检测出RF信号的主要品质参数，信号的检测原理是采用双峰值检波的方式。被检出的信号同样被AD采集卡输入到计算机，由专用的控制软件处理数据，得出最终的测量结果。
图9为伺服信号还原部分电路原理图，F1、F2、T1和T2分别为聚焦和道跟踪伺服信号的差动输入端，U101(A-D)和U102(A-B)及外围电路构成输入前置和放大通道；U103(A-B)为伺服信号还原二阶低通滤波器；U104为专用低通滤波器芯片，滤除系统噪音；U105、U106和U107为检波电路；FL-DC和TL-DC分别为测试结果输出端，至AD变换器。
图10为光学信号检测部分电路原理图，RF信号经过告诉运算放大器U201A放大后进入频率分离电路。其中低频信号通过4阶巴特沃兹滤波器U202，进入双峰值检波电路，双峰值检波电路由U203和U204组成；高频分量由U201B检出，进入检波器电路U205A。检测信号的输出端为I3A、I3B和I11。
频率分离部分使用Maxim公司专用滤波器芯片MAX275实现，滤波器类型为4阶巴特沃兹滤波器，频率分离点为500Hz；双峰值检波器由运算放大器LM6152及外围电路组成线性检波器，LM6152为美国国家半导体公司的告诉双运算放大器，其单位增益带宽为50MHz，对于CD盘片RF信号检波误差＜0．2％。
以上指标的常规测试方法是告诉数据采集法，即对RF信号进行告诉数据采集，然后通过计算机分析得到所需的指标。和告诉数据采集法相比，双峰值检测法的主要优点是成本大幅度降低，测试速度也由相应的提高。
AD采集卡选用转换精度为16位，转换时间为25ms，输入通道数为16的AD采集卡。
本实施例的具体技术指标如表1所示：
| 测试项目 | 精度 | 标准指标 | 备注 |
| 轴向跳动(500MHz以下) | ±5um | ≤100um | |
| 轴向跳动(500MHz以上) | ±0．01um | ≤1um | |
| 径向跳动(500MHz以下) | ±5um | ≤140um | |
| 径向跳动(500MHz以上) | ±0．005um | ≤0．03um | |
| 径向加速度(500MHz以下) | 0．05m／s2 | ≤0．4 m／s2 | |
| 反射率 | ±3％ | ≥70％ | |
| 反射率变化率 | 0．5％ | ≤4％ | |
| 信号幅值 | 0．01 | 0．01-0．07 | |
| 信号幅值偏差 | 1％ | ≤15％ | |
| I3／Itop | ±10％ | 0．3-0．7 | |
| I11／Itop | ±10％ | ≥0．6 | |
| 不可纠正错误 | 扫描、文件、曲目、模 |
Claims (3)
1、一种小型光盘(CD)盘片多功能测试仪，其特征在于，包括：只读小型光盘(CDROM)驱动器，用于装载被测小型光盘(CD)盘片；信号处理板，由伺服信号还原单元和和盘片光学信号检测单元组成，用来分别接收该驱动器的力矩器伺服信号和射频(RF)信号；模数转换(AD)采集卡，用来接收信号处理板的处理自动信号并转成数字信号；个人计算机(PC)，用来对数据进行处理。
2、如权利要求1所述的小型光盘(CD)盘片多功能测试仪，其特征在于，所说的伺服信号还原单元由二阶有源滤波器电路构成。
3、如权利要求1所述的小型光盘(CD)盘片多功能测试仪，其特征在于，所说的盘片光学信号检测单元由将射频(RF)信号进行放大的前置放大器，将放大自动信号进行高、低频分离的频率分离电路，分别对高、低频分置进行检测的双峰值检波电路组成。
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