DE2326660A1

DE2326660A1 - Geschwindigkeits-messwertumformer

Info

Publication number: DE2326660A1
Application number: DE2326660A
Authority: DE
Inventors: In Ha; James J Touchton
Original assignee: Information Storage Systems Inc
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1972-08-24
Filing date: 1973-05-25
Publication date: 1974-03-21
Also published as: NL161261C; DE2326660B2; NL7311731A; US3811091A; DE2326660C3; FR2197174B1; FR2197174A1; IT998405B; CA983604A; JPS547464B2; JPS4993060A; NL161261B; GB1429886A

Description

Beschreibung zum Patentgesuch

der Information Storage Systems Inc., 10435 North Tantau Avenue Cupertino, Calif. 95014/üSA

GeschwindigkeitsHMeßwertumformer

Die Erfindung betrifft einen Gesehwindigkeits-Meßwertum-= foJEmer zur Abgabe eines Signales entsprechend der Bewegungsgeschwindigkeit eines beweglichen Teiles längs eines vorbestimmten Weges. Insbesondere handelt es sich um die genaue Erfassung der Bewegungsgeschwindigkeit von zur Datenaufzeichnung verwendeten Magnetköpfen, die quer zu einer sich drehenden Plattenfläche in einem Plattenantriebssystem zum Lesen und Schreiben von Information bewegt werden, wobei diese Information in einem angeschlossenen Rechnersystem verwendet werden soll»

Bei den herkömmlichen Systemen dieser Art erfolgt die genaueste Messung der Position des Magnetkopfes durch einen Detektor, welcher die Bewegung des Magnetkopfes über vorher aufgezeichnete Spuren auf der Plattenfläche anzeigt. Da die vorher aufgezeichneten Spuren nicht unter Verwendung der speziellen Plattenantriebseinrichtung aufgezeichnet worden sind, wird keine genau arbeitende Einrichtung vorgesehen, um ein positives Signal zu erhalten, indem die Magnetkopfposition bezüglich der Platte angezeigt wird, wie es bei früheren Plattenantriebs-Untersystemen der Fall war. Man muß daher nunmehr sicherstellen, daß das Geschwindigkeits-

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signal, welches durch den Positionsfühler zum Feststellen der Position des Meßkopfes auf der Platte erzeugt wird, auch für die neue Generation von Plattensystemen verwendbar ist, die über durch Magnetspuren gesteuerte Servo-Einrichtungen geregelt sind.

Bei den herkömmlichen Plattenstapel-Untersystemen gab es eine wechselseitige Zuordnung zwischen der Position des Magnetkopfes, die von der Positionseinrichtung für den Magnetkopf in Verbindung mit der Magnetkopf-Verschiebeinrichtung erfaßt wurde, und den Spuren auf der Aufzeichnungsplatte. Diese Zuordnung ergab sich, da die Spuren als Ergebnis der Positionierung der Magnetköpfe aufgezeichnet wurden, wobei diese Positionierung durch diejenige Magnetkopf-Positionierungseinrichtung erfolgte, die dem speziellen oder einem ähnlichen Plattenantriebssystem zugeordnet war. Es war daher nicht nur möglich sondern auch sehr wirkungsvoll, daß derartige Einrichtungen als Signalgenerator für einen elektronischen Geschwindigkeitsmesser verwendet wurden, wie es in dem US Patent 3 568 059 beschrieben wurde. Durch die Verwendung eines derartigen Geschwindigkeitsmessers war es möglich, die Bewegungsgeschwindigkeit des Magnetkopfes an jeder genauen Stelle des Magnetkopfes bezüglich der PlatteiÄäche zu erfahren.

Bei späteren Datenspeicher-Untersystemen ergab sich eine Änderung in dem prinzipiellen Betrieb, so daß ein Geschwindigkeitsmesser gemäß dem vorgenannten US Patent nicht mehr so wirksam eingesetzt werden konnte, um die Bewegungsgeschwindigkeit des Aufzeichnungskopfes bezüglich der Plattenfläche zu bestimmen. Bei diesen neueren Systemen werden nähralich die Positionen der Datenspuren durch vorher aufgezeichnete Spuren bestimmt, die auf der Plattenfläche oder

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wenigstens einer Plattenfläche eine Anordnung aus verschiedenen Platten aufgezeichnet werden„ die als Plattenstapel bekannt sind, bevor sie in dem Plattenantriebssystem verwendet werden. In Verbindung mit der Bewegung des Magnetkopfes gibt es noch eine Einrichtung, um die allgemeine Position des Magnetkopfes bezüglich des Plattenstapels festzusteilen _t die zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Magnetkopfes.verwendet werden kann. Zwischen dieser Einrichtung zur Anzeige dieser Position und der Geschwindigkeit und der tatsächlichen Position des Magnetkopfes, die durch die vorher aufgezeichneten Spuren auf der Plattenfläche bestimmt wird, kann sich jedoch eine beträchtliche Abzeichnung ergeben. Diese Unterschiede beruhen in erster Linie auf den üblichen Herstellungstoleranzen, die zwischen den mechanischen Zwischenflächen des Plattenstapels und der Plattenantriebseinrichtung bestehen. Die vorher aufgezeichneten Spurpositionen werden daher dazu verwendet, um zn bestimmen, wo die aufgezeichneten Spuren sich bei der Verwendung des Plattenstapels befin-.den werden, und die Einrichtung sur Angabe der Geschwindigkeit muß mit dieser Positionierungseinrichtung für den Magnetkopf abgestimmt werden„ Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß der Durchgang des Magnetkopfes an vorbestimmten Spurpositionen verwendet wird_ff um ein Geschwindigkeit ssignal zu erzeugen, da dieses Verfahren nur ein Zwischensignal ergibt und es sich als sehr nützlich herausgestellt hat, ein konstantes Signal zu erzeugen _r welches die Bewegungsgeschwindigkeit des Magnetkopfes angibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Geschwindigkeits-Meßwertumformer zu schaffen, der insbesondere in Magnetplatten-Aufzeichnungssystemen verwendbar ist und unter Vermeidung der vorgenannten Machteile in jedem Falle

eine exakte Datenaufzeichnung- und Entnahme sicherstellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Geschwindigkeits-Meßwertumformer dadurch gelöst, daß eine Einrichtung mehrere intermittierende Positionssignale über vorbestimmte Positionen entlang des Weges abgibt, eine Einrichtung die intermittierenden Positionssignale zur Erzeugung intermittierender Geschwindigkeitssignale differenziert und eine Einrichtung diese Geschwindigkeitssignale an eine Ausgangsschaltung während abwechselnder Zeitintervalle abgibt und dabei am Ausgang ein im wesentlichen konstantes Ausgangssignal erzeugt. Es werden also aus den intermittierenden Signalen durch Differenzieren eine Vielzahl von Geschwindigkeitssignalen abgeleitet, und es ist eine Einrichtung vorgesehen, um die Geschwindigkeitssignale an einen Ausgangsschaltkreis während abwechselnder Perioden weiterzuleiten. Vorzugsweise können diese Perioden durch einen vorbestimmten Zustand der Geschwindigkeitssignale bestimmt sein, so daß im Ergebnis ein im wesentlichen konstantes Signal entsprechend der Geschwindigkeit des beweglichen Teiles abgegeben wird.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert; es stellen dar:

Fig. 1 schematisch und teilweise perspektivisch eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung sowie einzelne in dieser auftretende Signalverlaufe;

Fig. 2 eine Kombination von Signalverläufen und Impulsfolgen, die sich bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 ergeben.

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In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung zxm Bestimmen der Geschwindigkeit eines beweglichen Teiles 4 mit einem Paar Aufzeichnungsköpfen 5 und β beschrieben, die durch einen Träger 7 gehalten sind und durch eine Verschiebeeinrichtung über die Flächen der sich drehenden Platten 9 und 10 bewegt werden können. Die Spurpositionen des Plattenantriebsystemes werden durch nicht dargestellte, vorher aufgezeichnete Spuren auf der Fläche der Platte festgelegt. Um die Position der Magnetköpfe zu erfassen, ist an dem beweglichen Teil des Plattenantriebsystemes ein Gitter 11 mit einer transparenten Platte 13 angebracht, die voneinander im Abstand befindliche lichtundurchlässige Linien 12 aufweist. Neben dem beweglichen Gitter 11 ist ein stationäres Gitter 14 angeordnet, welches seinerseits lichtundurchlässige Linien 15 auf einer transparenten Platte 16 enthält.

Es ist ein Paar Lichtemittierender Dioden 17 and 18 angeordnet, um Licht durch beide Gitter 11 und 14 zn senden; diesen Dioden liegen Photodioden 19 und 20 gegenüber,, Da die lichtundurchlässigen Linien der stationären und beweglichen Gitter derart angeordnet sind,? daß diese Linien sich überdecken, gelangt kein Licht von einer Licht emittierenden Diode an die zugeordnete Photodiode und es folgt dann eine Periode, in x^eleher die transparenten Plattenabschnitte sich überdecken und von der Photodiode Licht aufgenommen werden kann, so daß eine vorbestimmte Position entlang der Bewegungsbahn des bewegliehen Gliedes angezeigt wird. Beim Durchgang von Licht von der Licht emittierenden Diode durch die Gitter zu der Photodiode wird ein Signal durch einen Verstärker 21 oder 22 abgegeben„ das durch die Kurve 24 dargestellt ist, welche den StromfluB beim überschreiten jeder Position angibt. Natürlich hängt die Frequenzmodulation

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des Signales von der Geschwindigkeitsänderung des beweglichen Teiles ab, wenn dieses beschleunigt oder abgebremst wird. Daher gibt das Signal an, daß das bewegliche Teil eine Anzahl vorbestimmter Positionen überschritten hat, wenn die Bewegung in den Richtungen hervorgerufen worden ist, die durch die Pfeile lOA angegeben worden ist. Jede der diskreten Positionen, die durch die Spitzenwerte der Kurve 24 angezeigt werden, gibt an, daß das bewegliche Teil einen vorbestimmten Punkt überschritten hat. Obgleich es allgemein üblich ist, ein Signal zu differenzieren, das die Position des beweglichen Teiles angibt, um dadurch ein Geschwindigkeitssignal abzuleiten, hat eine derartige Ableitung gewisse Nachteile. Ein Nachteil besteht darin, daß das Positionssignal intermittierend ist, so daß das Geschwindigkeitssignal ebenfalls intermittierend ist. Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird daher ein Paar Photodioden 19 und 20 verwendet, die in Kombination mit einem feststehenden Gitter, das Linien mit einem Phasenabstand von 90 aufweist, verwendet werden und dadurch ebenfalls ein Paar um 90° versetzter Signale ergeben. Diese Signale in Form von Strömen, die durch die Photodioden ausgelöst werden, gelangen durch die Verstärker 21 und 22, um die Signale Pl und P3 gemäß Fig. 2A zu erhalten. Diese Signale werden in ümkehrverstärkern 24 und 25 aufgeteilt, um die Positionssignale P2 und P4 zu erhalten, welche bezüglich der Signale Pl und P3 um 180° bezüglich der Phase verschoben sind. Danach werden die Signale Pl und P2j, P3 und P4 differenziert, um intermittierende Geschwindigkeitssignale beim Durchgang durch die Differenzierglieder 26, 27, 28 bzw. 29 zu erhalten. Derartige Differenzierglieder sind im Handel erhältlich und schematisch als öifferenzierglied 26 dargestellt, welches im allgemeinen einen Operationsverstärker 30 mit Differenzialeingang über Widerstände Rl

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und R3 sowie einen Widerstand R2 der Rückkopplung aufweist. Daher ergibt sich beim Differenzieren des Positionssignales Pl ein intermittierendes Geschwindigkextssxgnal gemäß der Kurve 31 in Fig. 1. In ähnlicher Weise führt das Differenzieren der anderen Positionssignale zu intermittierenden Geschwindigkeitssignalen ähnlicher Form, die jedoch zu dem Nachbar-Signal jeweils um 90 bezüglich der Phase versetzt sind. Wie schon erwähnt wurde, wird angestrebt, ein kontinuierliches Geschwindigkextssxgnal zur genauen Regelung der Bewegung des beweglichen Gliedes abzuleiten.

Um ein derartiges kontinuierliches Geschwindigkextssxgnal zu erhalten ist es erforderlich, dasjenige differenzierte Positionssignal auszuwählen, welches in dem Zeitpunkt vorliegt und am nächsten im linearen Betriebszustand auftritt. Gemäß Fig. 2 ist es daher erstrebenswert, das ausgewählte Signal Pl zwischen den Punkten 32 und 35 zu wählen, da sich das Signal unmittelbar danach beim Durchgang eines der vorher ausgewählten Punkte des beweglichen Teiles umkehrt. Zu diesem Zweck ist eine Schalteinrichtung 35 vorgesehen, die eine Reihe von Schaltern Sl₉ 32? S3 und S4 in den Ausgangsschaltkreisen der Differenzierglieder enthält, und diese Schalteinrichtung wird durch eine Schalter-Steuereinrichtung 36, 37, 38 bzw. 39 gesteuert. Jede der Steuereinrichtungen ist ähnlich derjenigen aufgebaut, die durch die Glieder 36 und Sl schematisch bezeichnet ist und umfaßt einen Feldeffekttransistor 40, dessen Basisspannung durch die Schalter-Steuereinrichtung 36 gesteuert wird. Diese nutzt die einfache Tatsache aus, daß ein Feldeffekttransistor zwischen seinen Drain-und Source-Anschlüssen einen niedrigen Widerstand aufweist, wenn sein Steueranschluß nicht in Sperr-Richtung vorgespannt ist, er dagegen einen hohen Widerstand aufweist und praktisch offen ist,

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wenn an der Steuerelektrode eine Sperrspannung anliegt. Wenn beispielsweise das Signal von einem Logikgatter 56 einen hohen Pegelwert hat, wird der Transistor 59 eingeschaltet,, wodurch auch der Transistor 60 eingeschaltet wird, so daß an der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors eine Spannung auftritt und der Schalter Sl abgeschaltet wird. Wenn daher das Signal von dem Logikgatter 56 entsprechend einen niedrigen Pegelwert hat_r wird der Feldeffekttransistor 40 eingeschaltet»

um die Spannungsform in dem lineaten Bereich auszuwählen,, ist ein Detektor 35 für den Signalpegel vorgesehen, der als Schalteinrichtung entsprechend der Signalspannung arbeitet. Um zu erfassen, wenn ein Signal zwischen den Pegeln 48 und 47 auftritt, ist der Pegeldetektor mit Eingangsleitungen verbunden, welche die Signale Pl, P2 und P3 an ein Paar Differenzverstärker 49 und 50 abgeben. Der Ausgang des Verstärkers 49 gibt daher die Pegelwerte Pl minus P3 ab, und der Verlauf dieses Ausgangsignales A ist in Fig. 2B dargestellt. Wenn dieses Signal durch den Umkehrverstärker 50 gelangt, wird es zum Signal Ä", während der Ausgang des Verstärkers 50 das Signal B bzw. P3 minus P2 wird; beim Durchgang durch den Umkehrverstärker 51 wird es zum Signal B. Wenn diese Signale durch UND-Gatter 52, 54, 55 und 56 gelangen, ergibt sich eine Reihe von Gattersignalen gemäß Fig. 2C. Diese Signale werden abgeleitet, indem die in Fig. 2B dargestellten Signale, d.h. A, Ä, B, B addiert werden, um ein Zeitschaltschema zu ergeben, aus dem hervorgeht, wann jeder der Schalter Sl, S2, S3 und S4 für den Durchgang des Geschwindigkeitssignales geöffnet sein soll, was im Ausgang des zugeordneten Differenziergliedes für den Ausgangsschaltkreis des Geschwindigkeits-Meßwertumformers bereit-

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gestellt wird* Das Gattersignal K₀ B wird verwendet, um den Schalter Sl einzuschalten„ da dieses Signal be züglich der Änderung des Spannungspegels den Zeitpunkt des Positionssignales Pl zwischen den Punkten'32 und 34 in Fig_o.2A entspricht«, Auf diese Weise wird dasjenige Geschwindigkeitssignal ausgewählt _p welches sich in dem linearen Zustand oder Bereich befindet _g doh» zwischen den Pegelwerten 47 und 48_o Wenn alle Signale addiert werden^ ergibt, sich ein kontinuierliches Geschwindigkeit«= signal ähnlich denjenigen der Kurve 57 in Fig_o Io

Bei der Anordnung einer Vielzahl von Licht emittierender Dioden können sich Schwierigkeiten ergeben ₀ da naturg®= raäß Toleranzen in einem derartigen Signalerzeugungssystem wegen der Licht emittierenden Dioden 19 und 20 auftreten„ In der Vergangenheit hat man eine automatische Verstär= kungsregelung vorgesehen„ um: sicherzustellen _g daß die Äusgangssignalpegel von jeder der Dioden im wesentlichen gleich waren_o Beispielsweise ..ist in dem öS Patent 3 597 750 eine Einrichtung beschrieben„ um sicherzustellen daß die Äusgangslichtströme von der Vielzahl von Licht emittierenden Dioden des Positionsdetektors im x-?es@ntli= chen gleich sind_o Dieses wird erreicht_ρ indem das System mit mechanischen Schwingungen angeregt wird _σ vm eins Syiametriereng der Sehaltkreis® zu erreichen_o Bei engesen Auf sei chnungs spuren hat es sieh jedoeh nieat als pralstiseh herausgestellt _B absichtlich eine deratig© Seltwingung ia das System einzuführen _v da hierdurch bewirkt werden kaan^ daß der Äufzeiehnungsmagnetkopf sieh sn nufc der Datenspur falsch ausrichtet und beim Ablesen des öat®nsignal©s ler auftretend

gangssignale Pl, P2, P3 und P4 sich jedoch bezüglich der Amplitude so weitgehend ändern, daß sich ein beträchtliches Rauschen ergibt, wenn von einem Signal zu einem anderen wegen der Amplitudenunterschiede der Signale umgeschaltet wird. Daher soll erfindungsgemäß weiterhin erreicht werden, daß jedes Rauschen oder andere Störungen begrenzt werden, welche den Betrieb des Plat™ tenantriebs beeinträchtigen könnten,, ohne jedoch eine automatische Verstärkungsregelung zu erfordern»

Weiterhin soll erreicht werden, daß durch die Einführung eines Hysterese-Effektes in die Spannungsregeleinrichtung 35 die Probleme vermindert werden, die mit der ver° änderlichen Stärke des Ausgangssignales zusammenhängen„ Dadurch, daß der Pegeldetektor mit einem Hysterese-Effekt behaftet wird, wird ein schnelles Schalten swisehen Po= sitionssignalen und das sich dabei ergebende Rauschproblem verhindert« Der Hysterese-Effekt wird erreicht„ indem die Schalter S5 und S6 nach Maßgabe der Schaltersteuereinrientrang 58 betätigt werden,, die auf den linearen Betrieb oder das enger tolerierte Positionssignai des Positions-Servos anspricht«, Jedes der Signale in einem solches Plattenan·= triebs-ttatersy stern«, welches anzeigt „ daß d©r Magnetkopf im wesentlichen auf der gewünschten Spurposition, angeord= net ist, ist zum Schalten der Hysterese-Schaltung geeignete Die" lineare oder enger tolerierte Betriebsart ist in dem US Patent 3 458 785 erläutert» Wenn daher die Position des Magnetkopfes nahe bei der gerade gesuchten Position liegt, wird'die Hysterese in die Schalt«ngs@iarichtung eingeführt, um ein schnelles Schalten in' dem Spannungs-Pegeldetektor zn verhindern„ Ein schnelles Schalten könnte erfolgen, wean die durch die Servo-Spiaren auf der Platte angezeigte Spurposi-tion hiareichead verse-fcst uSre,, so

sie mit einer Spitze eines der Positionssignale Fl bis P4 zusammen koramto In diesem Fall würde die Schaltereinrichtung schnell st-yischen den Positionssigaalen anschalten, itfenn der Serw=I4eehanisnras versucht^ die Einrichtung auf eine Sp^rposition zu zentrieren bzv$_o dort "einzurasten". Da die Hysterese in die Schaltereinriciitung eingeführt wird_p inäeni über Widerstände R9 rand RIO der Verstärker 49 and 50 eine Rückkopplung vorgesehen wird, werden die Signalschaltpunkte der Schaltereinrichtung auf die Pegelwerte 58 und 59 der Fig. 2Ά zurückgesetzt. Daher v?ird die Möglichkeit herabgesetzt oder eliminiert, daß Toleranzen zwischen der Servospur und der Positionserfassung zu einem schnellen Schalten führen.

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Claims

Patentansprüche? /o/bbbU

' ^{Λ J} Geschwindigkeits-Meßwertumformer zur Abgabe eines Signaies entsprechend der Bewegtangsgeschwindigkeit eines vorbestimmten Weges, dadurch gekennzeichnet«, daß eine Einrichtung (17 bis 22) mehrere intermittierende Positionssignale"bei der Bewegung des Teiles über vorbestimmte Positionen entlang des Weges abgibtj, eine Einrichtung (26) die intermittierenden Positionssignale zur Erzeugung mehrerer intermittierender Geschwindigkeitssignale differenziert und eine Einrichtung (35, 36, 40) diese Geschwindigkeitssignale während abwechselnder Zeitintervalle an eine"-Ausgangsschaltung zur Erzeugung eines im wesentlichen konstanten Ausgangssignales abgibt.

Geschwindigkeits-Meßwertumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen (17 bis 22) zum Erzeugen eines Positionssignales voneinander solche Abstände aufweisen, daß mehrere Positionssignale erzeugt werden können, die bezüglich der Phase zueinander verschoben sind.

Geschwindigkeits-Meßwertumformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung (24, 25, 50, 51) einzelne der Positionssignale zur Erzeugung einer größeren Zahl von bezüglich der Phase verschobenen Positionssignalen invertiert.

Geschwindigkeits-Meßwertumformer nach Anspruch !,bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (35, 36, 40) zum übertragen der Geschwindigkeitssignale an die Ausgangsschaltung eine Einrichtung aufweist, welche jedes Geschwindigkeitssignal während des Zeitintervalles erfaßt und überträgt, in welchem dieses

einen vorbestimmten Signalzustand hat. 409812/0781

GeschwindigkeitsHfteßwertisrafomer nach Anspruch 4_y dadurch ge kennzeichnet ₉ daß die Einrichtung (35) gum Erfassen eines .Signalpegels ein Detektor ist? welcher jedes Geschwindigkeitssignal erfaßt und überträgt_; wenn es 2X-iisca©n

So GeschwiEidigkeits=Meßwerti8Kiformer »ach Anspruch 5_ff dadurch gekennzeichnet _p daß ©ia© Einrichtung: (E9_P R1O_P 49 _p 50) worgessliea ist_p welche die vorbestimmten Signalpegel n&ch &3aBgabe eines vorbestisimten 2«stand@s des - bex-7@glich@a T

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