CN111415687B - 一种硬盘垂直磁写头高频交流磁场的测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种硬盘垂直磁写头高频交流磁场的测量装置及方法，其包括：磁力显微镜、第一信号发生器、第二信号发生器、乘法器、带通滤波器以及锁相放大器；所述第一信号发生器能够为待测垂直磁写头交流信号；所述第二信号发生器提供振动信号；所述光电转换元件接收光信号并转换成电信号后送至锁相放大器作为输入信号；所述乘法器输出第一处理信号；所述带通滤波器滤除低频信号后送至锁相放大器作为参考信号，且所述锁相放大器的输出信号经由成像处理获得对应的磁场强度及分布信息。本发明利用探针第二机械共振频率能精确测得磁头的高频交流磁场强度及其分布信息，填补了传统磁力显微镜无法高分辨测试高频交流磁场的空白。

Description

一种硬盘垂直磁写头高频交流磁场的测量装置及方法
技术领域
本发明涉及磁写头设计技术领域，尤其涉及一种硬盘垂直磁写头高频交流磁场的测量装置及方法。
背景技术
为增加硬盘的存储密度，磁存储行业面临着巨大的挑战。获得高存储密度取决于磁记录介质和磁写/读头的性能指标。磁写头需要一个大的交流磁场强度和梯度以及一个高速的记录速度。也就是说，驱动磁头的频率越大，那么磁头的记录轨道宽度就越窄。因此，一种能直接探测磁头的高频交流磁场强度及其分布的方法变得重要，它能提供一个有用的反馈对于新型磁头的设计及应用。
现有技术中，由于磁力显微镜具有高分辨率，通常采用磁力显微镜作为磁记录介质和磁头的磁场探测工具；然而传统的磁力显微镜方法更易于探测磁头产生的直流磁场，如果磁头产生的交流磁场频率远远大于探针的测试频率，那么测量信号将变得十分微弱，极大地降低分辨率。
发明内容
基于此，为解决现有技术存在的不足，特提出了一种硬盘垂直磁写头高频交流磁场的测量装置。
一种硬盘垂直磁写头高频交流磁场的测量装置，其特征在于，包括：磁力显微镜、第一信号发生器、第二信号发生器、乘法器、带通滤波器以及锁相放大器；其中，所述第一信号发生器能够为待测垂直磁写头提供产生交流磁场所需交流信号；所述第二信号发生器通过压电元件提供振动信号，所述振动信号能够驱动所述磁力显微镜的探针进行振动；所述磁力显微镜的光电转换元件接收光信号并转换成对应的电信号后送至锁相放大器作为输入信号，所述光信号为由激光投射在振动中的探针悬臂上所反射出的信号；所述乘法器将第一信号发生器与第二信号发生器的输出信号进行信号处理后输出第一处理信号；所述带通滤波器滤除所述第一处理信号中的低频信号后送至锁相放大器作为参考信号，且所述锁相放大器的输出信号经由成像处理获得对应的磁场强度及分布信息。
可选的，在其中一个实施例中，所述第一信号发生器所提供产生交流磁场所需交流信号的频率依据所述磁力显微镜探针的第二机械共振频率设定，对应的计算公式为：
ω＝a·ωm，其中，a为经验常数，ωm＝(ωr2-ωd)/2，ωr2是探针的第二机械共振频率，ωd是探针的测试频率。
可选的，在其中一个实施例中，所述探针若为软磁探针，则所述第一信号发生器为磁头提供的交流磁场为ωm，第一信号发生器输入到乘法器的信号频率为2倍频信号即2ωm。
此外，为解决传统技术存在的不足，还提出了一种硬盘垂直磁写头高频交流磁场的测量方法，其包括如下步骤：
S1、通过第一信号发生器为待测垂直磁写头提供产生交流磁场所需交流信号；同时通过第二信号发生器经由压电元件为探针提供振动信号，所述振动信号能够驱动所述磁力显微镜的探针进行振动；
S2、所述磁力显微镜发射的探测激光投射在振动中的探针悬臂上所反射出的光信号，由光电转换元件接收光信号并转换成对应的电信号后送至锁相放大器作为输入信号；
S3、所述第一信号发生器与第二信号发生器的输出信号经由乘法器进行信号处理后输出第一处理信号；
S4、经由带通滤波器滤除所述第一处理信号中的低频信号后送至锁相放大器作为参考信号；
S5、对所述锁相放大器的输出信号进行成像处理获得对应的磁场强度及分布信息。
可选的，在其中一个实施例中，所述第一信号发生器所提供产生交流磁场所需交流信号的频率依据所述磁力显微镜探针的第二机械共振频率设定，对应的计算公式为：
ω＝a·ωm，其中，a为经验常数，ωm＝(ωr2-ωd)/2，ωr2是探针的第二机械共振频率，ωd是探针的测试频率。
可选的，在其中一个实施例中，所述探针若为软磁探针，则所述第一信号发生器为磁头提供的交流磁场为ωm，第一信号发生器输入到乘法器的信号频率为2倍频信号即2ωm。
实施本发明实施例，将具有如下有益效果：
本发明利用探针第二机械共振频率能精确测得磁头的高频交流磁场强度及其分布信息，填补了传统磁力显微镜无法高分辨测试高频交流磁场的空白，其有益于推动新型磁头的开发及应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1a为一个实施例中所述硬盘垂直磁写头高频交流磁场的测量装置的结构示意例图；
图1b为一个实施例中所述测量装置的对应第二机械共振频率调制原理例图；
图2a为一个实施例中所述测量装置测得的垂直磁记录头的交流磁场强度及分布图；
图2b为一个实施例中所述测量装置测得的垂直磁记录头的相应线轮廓图；
图2c为一个实施例中传统磁力显微镜方法得到的磁场强度及分布图；
图2d为一个实施例中传统磁力显微镜方法得到的相应线轮廓图；
图3a为一个实施例中所述测量装置获得的图2a的分辨率图；
图3b为一个实施例中传统磁力显微镜方法获得的图2c的分辨率图。
图中：I、表示第一机械共振频率，II、表示第二机械共振频率。
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。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。可以理解，本发明所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一元件称为第二元件，且类似地，可将第二元件为第一元件。第一元件和第二元件两者都是元件，但其不是同一元件。
在本实施例中，特提出了一种硬盘垂直磁写头高频交流磁场的测量装置，如图1a-图1b所示，其包括：磁力显微镜、第一信号发生器、第二信号发生器、乘法器、带通滤波器以及锁相放大器；其中，所述第一信号发生器能够为待测垂直磁写头提供产生交流磁场所需交流信号；所述第二信号发生器通过压电元件提供振动信号，所述振动信号能够驱动所述磁力显微镜的探针进行振动；所述磁力显微镜的光电转换元件接收光信号并转换成对应的电信号后送至锁相放大器作为输入信号，所述光信号为由激光投射在振动中的探针悬臂上所反射出的信号；所述乘法器将第一信号发生器与第二信号发生器的输出信号进行信号处理后输出第一处理信号；所述带通滤波器滤除所述第一处理信号中的低频信号后送至锁相放大器作为参考信号，且所述锁相放大器的输出信号经由成像处理获得对应的磁场强度及分布信息。
在一些具体的实施例中，所述第一信号发生器所提供产生交流磁场所需交流信号的频率依据所述磁力显微镜探针的第二机械共振频率设定，对应的计算公式为：
ω＝a·ωm，其中，a为经验常数，ωm＝(ωr2-ωd)/2，ωr2是探针的第二机械共振频率，ωd是探针的测试频率。
在一些具体的实施例中，所述探针若为软磁探针，则所述第一信号发生器为磁头提供的交流磁场为ωm，第一信号发生器输入到乘法器的信号频率为2倍频信号即2ωm；同时由于压电器件的驱动探针振动信号为ωd，则两者同时输入乘法器，经过乘法器的信号处理，可以得到第一处理信号，其表示为ωd±2ωm；经过带通滤波器把低频信号即ωd-2ωm信号滤掉，获得信号ωd+2ωm；则锁相放大器的参考信号为ωd+2ωm；同时探针悬臂反射的激光信号经过光电二极管 (PD)转变为电信号作为锁相放大器的输入信号，所述锁相放大器分离出的载波频率输出信号即为垂直磁写头的交流磁场的磁场强度及其分布信号，将其输入电脑装有分析程序的电脑主机进行成像即可获得对应的磁场强度及其分布数据。
在一些具体的实施例中，所述第一信号发生器的工作电流依据垂直磁头的工作电流设定(如设定为0.4Ap-p电流，频率设置为319.698kHz(ωm))。
此外，为解决传统技术存在的不足，还提出了一种硬盘垂直磁写头高频交流磁场的测量方法，其包括如下步骤：
S1、通过第一信号发生器1为待测垂直磁写头提供产生交流磁场所需交流信号；同时通过第二信号发生器2经由压电元件为探针3提供振动信号，所述振动信号能够驱动所述磁力显微镜的探针3进行振动；
S2、所述磁力显微镜发射的探测激光投射在振动中的探针悬臂上所反射出的光信号，由光电转换元件接收光信号并转换成对应的电信号后送至锁相放大器作为输入信号；
S3、所述第一信号发生器与第二信号发生器的输出信号经由乘法器4进行信号处理后输出第一处理信号；
S4、经由带通滤波器滤除所述第一处理信号中的低频信号后送至锁相放大器作为参考信号；
S5、对所述锁相放大器的输出信号进行磁场成像处理分析获得对应的磁场强度及分布信息。
且所述第一信号发生器所提供产生交流磁场所需交流信号的频率依据所述磁力显微镜探针的第二机械共振频率设定，对应的计算公式为：
ω＝a·ωm，其中，a为经验常数，ωm＝(ωr2-ωd)/2，ωr2是探针的第二机械共振频率II，ωd是探针的测试频率。同时所述探针若为软磁探针(矫顽力大约为0.5 Oe)，则所述第一信号发生器为磁头提供的交流磁场为ωm，第一信号发生器输入到乘法器的信号频率为2倍频信号即2ωm。
经实验证明，如图2a-图2d以及图3a-图3b，通过该方法可以获得硬盘垂直磁写头的高频交流磁场强度及其分布，并且可以在大气条件下达到8.1nm的分辨率。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种硬盘垂直磁写头高频交流磁场的测量装置，其特征在于，包括：磁力显微镜、第一信号发生器、第二信号发生器、乘法器、带通滤波器以及锁相放大器；其中，所述第一信号发生器能够为待测垂直磁写头提供产生交流磁场所需交流信号；所述第二信号发生器通过压电元件提供振动信号，所述振动信号能够驱动所述磁力显微镜的探针进行振动；所述磁力显微镜的光电转换元件接收光信号并转换成对应的电信号后送至锁相放大器作为输入信号，所述光信号为由激光投射在振动中的探针悬臂上所反射出的信号；所述乘法器将第一信号发生器与第二信号发生器的输出信号进行信号处理后输出第一处理信号；所述带通滤波器滤除所述第一处理信号中的低频信号后送至锁相放大器作为参考信号，且所述锁相放大器的输出信号经由成像处理获得对应的磁场强度及分布信息；其中，所述第一信号发生器所提供产生交流磁场所需交流信号的频率依据所述磁力显微镜探针的第二机械共振频率设定，对应的计算公式为：
ω＝a·ωm，其中，a为经验常数，ωm＝(ωr2-ωd)/2，ωr2是探针的第二机械共振频率，ωd是探针的测试频率。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述探针若为软磁探针，则所述第一信号发生器为磁头提供的交流磁场为ωm，第一信号发生器输入到乘法器的信号频率为2倍频信号即2ωm。
3.一种硬盘垂直磁写头高频交流磁场的测量方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1、通过第一信号发生器为待测垂直磁写头提供产生交流磁场所需交流信号；同时通过第二信号发生器经由压电元件为探针提供振动信号，所述振动信号能够驱动磁力显微镜的探针进行振动；
S2、所述磁力显微镜发射的探测激光投射在振动中的探针悬臂上所反射出的光信号，由光电转换元件接收光信号并转换成对应的电信号后送至锁相放大器作为输入信号；
S3、所述第一信号发生器与第二信号发生器的输出信号经由乘法器进行信号处理后输出第一处理信号；
S4、经由带通滤波器滤除所述第一处理信号中的低频信号后送至锁相放大器作为参考信号；
S5、对所述锁相放大器的输出信号进行成像处理获得对应的磁场强度及分布信息；所述第一信号发生器所提供产生交流磁场所需交流信号的频率依据所述磁力显微镜探针的第二机械共振频率设定，对应的计算公式为：
ω＝a·ωm，其中，a为经验常数，ωm＝(ωr2-ωd)/2，ωr2是探针的第二机械共振频率，ωd是探针的测试频率。
4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述探针若为软磁探针，则所述第一信号发生器为磁头提供的交流磁场为ωm，第一信号发生器输入到乘法器的信号频率为2倍频信号即2ωm。
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