DE3787428T2

DE3787428T2 - Verfahren zur Messung des Abstandes eines Gleitkopfes von einer Magnetplatte einer Platteneinheit.

Info

Publication number: DE3787428T2
Application number: DE87110754T
Authority: DE
Inventors: Byron Richard Brown; Hung Liang Hu; Klaas Berend Klaassen; Joseph Jack Lum; Peppen Jacobus Cornelis Le Van; Walter Eugene Weresin
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1986-08-15
Filing date: 1987-07-24
Publication date: 1994-04-21
Anticipated expiration: 2007-07-25
Also published as: EP0256356B1; EP0256356A3; EP0256356A2; DE3787428D1; US4777544A; JPH071618B2; JPS6346617A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Methode zur Messung der Flughöhe eines Gleitkopfes in einer beweglichen magnetischen Speichereinheit.
Bei Hochleistungsdatenverarbeitungssystemen werden Magnetplatten für Anforderungen mit großer Speicherkapazität verwendet. Die Daten werden von allgemein als Magnetköpfe bezeichneten magnetischen Wandlern, die beim Abrufen und Speichern von Daten von und auf Spuren auf den Platten über diesen positioniert werden, von den Platten gelesen beziehungsweise auf sie geschrieben. Die Nachfrage nach einer höheren Datendichte auf den Magnetplatten hat die Forderung mit sich gebracht, daß mehr Daten auf enger nebeneinanderliegenden Spuren auf der Platte gelesen und geschrieben werden können. Zur Erreichung einer höheren Datendichte sind immer engere Wandlerspalte und zunehmend weniger Abstand oder Spiel, allgemein "Flughöhe" genannt, zwischen dem magnetischen Wandler und der Aufzeichnungsfläche der Platte erforderlich. Es wird immer schwieriger, diese niedrige Flughöhe in dem Maße konstant zu halten, wie es für ein zuverlässiges Aufzeichnen und Lesen der Daten bei einer höheren Datendichte erforderlich ist.
Methoden zur Messung der Flughöhe nach dem bisherigen Stand der Technik enthielten verschiedene kapazitive und optische Techniken, bei denen spezielle "Test"-Platten oder -Gleitköpfe erforderlich sind. Mit diesem Verfahren konnte das Spiel zwischen Gleitkopf und Platte nicht an Ort und Stelle oder in einer direkten Art und Weise gemessen werden. Das Spiel zwischen echten Gleitköpfen und Platten wird aus den Messungen der "Test"-Gleitköpfe oder -Platten abgeleitet.
Diese Methode war bis heute geeignet; jedoch sind angesichts der heute geforderten geringen Flughöhen die Genauigkeit und die Präzision indirekter Messungen nach dem bisherigen Stand der Technik nicht mehr akzeptabel.
Die Verwendung der Modulation der Lesesignal-Hüllkurve zur Messung von Abstandsveränderungen zwischen Gleitkopf und Platte wird in "Head Flight Height Monitoring" von Gaudet et al im TBM Technical Disclosure Bulletin, Band 11, Nr. 12, Mai 1969, Seite 1650, beschrieben. Der dort beschriebene Steuerungsfaktor basiert auf einem Vergleich des soeben erkannten Lesesignalpegels mit dem Durchschnitt der vorher er kannten Pegel.
Die Modulation der Lesesignal-Hüllkurve zur Messung von Veränderungen im Abstand zwischen Gleitkopf und Platte wird außerdem in Shi et al, "Use of Readback Signal Modulation to Measure Head/Disk Spacing Variation in Magnetic Disk Files", Technischer Bericht Nr. 11, The Centre for Magnetic Recording Research, Universität Kalifornien, San Diego, Dezember 1985, beschrieben. Die Prüflesesignal-Modulationstechnik dient in Verbindung mit einem Laser-Doppler-Vibrometer zur gleichzeitigen Messung der Veränderung des Abstands und der Plattenschwingungen, die sich aus verschiedenen im Labor ausgelösten Stößen direkt auf die Platte einer laufenden Plattendatei ergaben. Während diese Einrichtung als Laborwerkzeug zur Erforschung und Entwicklung magnetischer Plattendateien nützlich ist, muß die Struktur der Plattendatei zur Unterbringung des Laser-Doppler-Vibrometers geändert werden und die erforderliche Ausrüstung ist sehr kostenaufwendig.
Im THE BELL SYSTEM TECHNICAL JOURNAL, Oktober 1951, wird auf den Seiten 1145-1173 von R. L. WALLACE Jr. in dem Artikel "The Reproduction of Magnetically Recorded Signals" eine experimentelle Studie über die Wirkung des Abstands zwischen Gleitkopf und Platte in einem Magnetplattenlaufwerk beschrieben. Wie auf Seite 1146 beschrieben, wurde eine Einfrequenz- Aufzeichnung mit Kontakt zwischen Kopf und Platte durchgeführt, und der Pegel des Prüflesesignals wurde gemessen, und zwar zunächst bei Kontakt zwischen Kopf und Platte, und dann nach Einschieben von Papierzwischenlagen verschiedener Dicken zwischen dem Gleitkopf und der Platte. Die Wirkung des Abstands wurde bei einer bestimmten Frequenz und Aufzeichnungsgeschwindigkeit gemessen und der Vorgang wurde bei anderen aufgezeichneten Frequenzen und mehreren Aufzeichnungs-Wiedergabegeschwindigkeiten wiederholt. In dem genannten Dokument wird eine Formel offenbart (auf die in der vorliegenden Patentanmeldung unter der Bezeichnung "Wallace-Formel" Bezug genommen wird), nach der der Abstandsverlust in Dezibel proportional dem Abstand und umgekehrt proportional zu der aufgezeichneten Wellenlänge ist. Der Abstandsverlust ist bei einem Abstand von Null gleich Null (nach Definition).
F. Morris et al offenbart in "Effect of flying height variation on offtrack data handling", IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, Band MAG-17, Nr. 4, Juli 1981, auf den Seiten 1372 bis 1375 eine Methode zur Messung der Flughöhe eines Gleitkopfes, der einen magnetischen Wandler in einem Plattenlaufwerk trägt, die folgende Schritte beinhaltet:
Erzeugung einer relativen Bewegung zwischen dem Wandler und der Platte, so daß der Gleitkopf auf einem Luftpolster über der Platte aufschwimmt;
Schreiben eines Signals konstanter Wellenlänge auf einem vorbestimmten Bereich der Platte mit dem genannten magnetischen Wandler;
Erfassen eines Prüflesesignals bei der genannten konstanten Wellenlänge von dem vorbestimmten Bereich der Platte mit dem Wandler, zur Erzeugung eines ersten Prüflesesignals; und
Errechnung der Flughöhe auf der Basis der Wallace-Formel, bezogen auf eine bekannte statische Flughöhe (d0).
Dieses Dokument offenbart keine Durchführung von Messungen, bei denen der Kopf mit der Platte Kontakt hat. Der vorkennzeichnende Teil des Anspruchs 1 basiert auf diesem Dokument.
Die vorliegende Erfindung strebt eine Methode zur Messung des Abstands zwischen einem magnetischen Wandler und dem Aufzeichnungsmedium an Ort und Stelle in einer direkten Art und Weise in einem betriebsfähigen magnetischen Speichersystem an.
Entsprechend einem Aspekt liefert die Erfindung eine Methode zur Messung der Flughöhe eines Gleitkopfes, der einen magnetischen Wandler in einem beweglichen magnetischen Speichersystem trägt, gemäß Anspruch 1.
Andere Aspekte der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen im Anhang definiert.
Anhand eines Beispiels soll nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, wie die Erfindung ausgeführt werden kann; es zeigt:
Fig. 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Plattendatei;
Fig. 2 ein Diagramm, welches den Zugriffsmechanismus für eine einzelne Plattenoberfläche der Einrichtung der Fig. 1 zeigt;
Fig. 3 eine Seitenansicht, die die Position des Gleitkopfes bei normaler relativer Geschwindigkeit zwischen dem Gleitkopf und dem magnetischen Aufzeichnungsmedium zeigt;
Fig. 4 ein Blockdiagramm der Einrichtung zur Durchführung der Flughöhenmessung entsprechend einem spezifischen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 5 eine Kurve des Spiels zwischen dem magnetischen Wandler und der Plattenoberfläche im Vergleich mit der relativen Geschwindigkeit zwischen dem magnetischen Wandler und der Plattenoberfläche;
Fig. 6 ein Blockdiagramm der Einrichtung zur Ausführung eines alternativen Ausführungsbeispiels zur Messung der Flughöhe; und
Fig. 7 ein Blockdiagramm der Einrichtung zur Ausführung eines weiteren Ausführungsbeispiels zur Messung der Flughöhe.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einer magnetischen Plattenspeichereinheit beschrieben wird, kann sie auch auf andere mechanisch bewegliche magnetische Speichereinheiten angewendet werden.
In einer herkömmlichen magnetischen Plattendatei, wie sie in Fig. 1 gezeigt wird, wird eine Vielzahl von starren drehbaren Platten, wie die Platten 10, 12 und 14, auf einer Spindel 16 montiert und durch einen Plattenlaufwerksmotor 18, dessen Drehzahl von einem Sensor 20 erfaßt wird, gedreht. Das magnetische Aufzeichnungsmedium auf jeder Platte hat die Form eines ringförmigen Musters konzentrischer Datenspuren mit einem Innendurchmesser 22 und einem Außendurchmesser 24, wie auf Platte 10 dargestellt.
Beim Drehen der Platten werden die Gleitköpfe radial nach innen und nach außen bewegt, so daß die Köpfe auf die Daten enthaltenden verschiedenen Abschnitte der Plattenoberflächen zugreifen können. Jeder Gleitkopf 26 trägt einen oder mehrere Lese-/Schreibköpfe und ist mit Hilfe einer Aufhängung 30 an einem Zugriffsarm 28 befestigt. Die Aufhängungen 30 bewirken eine leichte Federkraft, durch die die Gleitköpfe gegen die Plattenoberflächen gedrückt werden. Jeder Zugriffsarm 28 ist an einem Schwingspulenmotor (VCM) 32 befestigt. Bei dem VCM handelt es sich um eine Spule, die innerhalb eines festen magnetischen Feldes beweglich ist, Richtung und Geschwindigkeit der Spulenbewegung werden durch den zugeführten Strom gesteuert.
Beim Betrieb der Plattendatei wird durch die Drehung der Platten zwischen den Gleitköpfen und der Oberfläche der Platten ein Luftpolster erzeugt. Dieses Luftpolster bildet somit ein Gegengewicht gegen die leichte Federkraft der Aufhängungen und bewirkt beim Betrieb eine Abstützung des Gleitkopfes in entgegengesetzter Richtung zur Plattenoberfläche.
Die obige Beschreibung einer typischen Plattendatei und die beiliegende Darstellung dieser Plattendatei in Fig. 1 dienen nur der Veranschaulichung. Natürlich können Plattendateien eine große Anzahl von Platten und VCMs enthalten und jeder VCM kann eine Anzahl von Gleitköpfen tragen. Die vorliegende Erfindung einer Methode zur Messung der Flughöhe der Köpfe über der Plattenoberfläche kann voll auf eine beliebige bewegliche Speichereinheit angewendet werden, vorausgesetzt, es handelt sich hierbei um eine Ausführung, in der die Gleitköpfe im Ruhezustand mit dem Speichermedium Kontakt haben und bei Betriebsgeschwindigkeit über dem Speichermedium "fliegen".
Die verschiedenen Komponenten der Plattendatei werden im Betrieb durch Signale gesteuert, die von der Steuereinheit 34 erzeugt werden, welche interne Taktsignale, logische Steuerkreise, einen Speicher und einen Mikroprozessor umfaßt. Die Steuereinheit 34 erzeugt Signale zur Steuerung verschiedener Operationen der Plattendatei, wie zum Beispiel Motorsteuersignale auf Leitung 36 und Positionssteuersignale auf Leitung 38. Die Steuersignale auf Leitung 38 liefern das gewünschte Stromprofil, um den ausgewählten Gleitkopf 26 optimal zu der gewünschten Spur auf der zugehörigen Platte zu bewegen.
Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Gleitköpfe 26a und 26b so angeordnet, daß sie sich anfangs an einer oder an mehreren Spuren 42 und 44 befinden, welche auf einer Vielzahl von Datenspuren 46 und 48 Landezonen bilden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Signal auf einem vorbezeichneten Bereich der Platte aufgezeichnet, wobei es sich vorzugsweise um einen Teil der Landebereichsspuren 42 und 44 handelt, es könnte sich jedoch genauso gut um einen der Datenspurbereiche 46 oder 48 handeln. Das aufzuzeichnende Muster wird durch den Schreibkanal 33 (Fig. 1) verarbeitet und mit einem Schreibtreiber gekoppelt, der einen Teil der Zugriffsarmelektronik 29 bildet. Das Prüflesesignal vom magnetischen Wandler 27 (Fig. 3) wird zunächst in einem Vorverstärker, der Teil der Zugriffsarmelektronik 29 ist, verstärkt, und dann durch den Lesekanal 35 verarbeitet.
Die Begriffe "flying height" ("Flughöhe"), "spacing" ("Abstand") und "clearance" ("Spiel") werden in den Fachkreisen in gewisser Weise als austauschbare Begriffe verwendet, obwohl ihre Ableitung und ihre Bedeutung unterschiedlich sind. Der Begriff "Flughöhe" wurde zuerst benutzt, um auf die Ergebnisse eines optisch gemessenen Abstands zwischen einem magnetischen Wandler-Gleitkopf und einem Aufzeichnungsmedium hinzuweisen, während der Ausdruck "Abstand" sich auf einen magnetisch definierten Abstand zwischen einem magnetischen Wandler und einem magnetischen Aufzeichnungsmedium bezieht, und diese Werte könnten zum Beispiel aufgrund des Vorhandenseins einer Überzugsschicht auf dem Aufzeichnungsmedium unterschiedlich sein. Der Begriff "Spiel" bezeichnet den physischen Abstand zwischen dem magnetischen Wandler-Gleitkopf und der Oberfläche des magnetischen Aufzeichnungsmediums und es ist dieser Faktor, auf den unter der Bezeichnung "Flughöhe", wie sie durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung gemessen wird, Bezug genommen wird.
Wie in Fig. 3 gezeigt, wird ein magnetischer Wandler-Gleitkopf 26 in einer bestimmten Position zur Oberfläche des magnetischen Aufzeichnungsmediums 40 durch ein Luftpolster abgestützt, welches durch die relative Bewegung zwischen dem Gleitkopf 26 und dem magnetischen Aufzeichnungsmedium, dargestellt durch Pfeil 39, gebildet wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Gleitkopf 26 so geformt, daß der magnetische Lese-/Schreibwandler 27 sich durch die fliegende Bewegung bei einer normalen relativen Geschwindigkeit v in einem Abstand d von der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 40 befindet. Der Wandler 27 ist vorzugsweise ein induktiver Lese/Schreibwandler, obwohl die Erfindung gleichermaßen auf separate induktive Lese- und Schreibwandler auf demselben Gleitkopf sowie auch auf einen induktiven Schreibwandler und einen Magneto-Widerstands-Lesewandler auf demselben Gleitkopf anwendbar ist. Die Lese- und Schreibwandler müssen nicht auf demselben Gleitkopf angeordnet sein, in diesem Falle jedoch ist es der Abstand des Lesewandlers, der ermittelt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Methode zur Messung der Flughöhe aller magnetischen Köpfe in einem betriebsfähigen magnetischen Plattenspeichersystem geliefert. Die Anwendung der Methode wird durch das durch die Steuereinheit 34 erzeugte Signal FLYHT MEAS aufgerufen. Entsprechend der Methode wird das Prüflesesignal auch unter Steuerung des FLYHT MEAS-Signals von der Steuereinheit 34 mit einem Mittel 49 zur Messung der Flughöhe gekoppelt. Die theoretische Basis der Methode ist die Abstandsverlustgleichung nach Wallace, die die Abhängigkeit der Prüflesespannung von verschiedenen Aufzeichnungsparametern, einschließlich des Abstands zwischen Kopf und Platte, ausdrückt. Diese Formel kann folgendermaßen wiedergegeben werden:
Abstand = λ/2 1n E/Eo · Korrekturfaktor (1)
Korrekturfaktor = vo/v G (vo/λ)/G (v/λ) (2)
wobei
λ = Wellenlänge aufgezeichneter Muster auf der Platte
Eo = Amplitude einer Ablesung
E = Amplitude der nächsten Ablesung
und für den Korrekturwert
vo = Geschwindigkeit bei Zeit Eo wurde gemessen
v = Geschwindigkeit bei Zeit E wurde gemessen
G = Frequenzverhalten des Systems
Die oben gezeigte Korrekturfaktor-Formel (2) ist auf einen induktiven Lesewandler anwendbar. Sollte jedoch ein Magneto- Widerstands-Lesewandler verwendet werden, wird der erste vo/v-Faktor durch Eins ersetzt. Die obige Formel (1) zeigt, daß die Veränderung des in Dezibel gemessenen Signals in eine Veränderung des Abstands oder der Flughöhe übertragen werden kann. Die Kenntnis der Veränderung des Abstands oder der Flughöhe liefert einige nützliche Informationen; es ist jedoch die absolute Flughöhe, die gewünscht wird. Die absolute Flughöhe kann dadurch gemessen werden, daß das Spiel zwischen dem Gleitkopf und der Platte in irgendeiner Art und Weise auf ein Bezugsspiel, zum Beispiel ein Null-Spiel, verringert wird, so daß man einen Bezugswert mit dem verringerten Abstand erhält. Das Spiel kann zum Beispiel durch mechanische Kraftbelastung oder durch Evakuierung der Gase aus dem Luftpolster verringert werden. Die bevorzugte Art und Weise, das Spiel des Gleitkopfes über den Platten zu verringern, bekannt unter der Bezeichnung "spin down", ist die Reduzierung der Plattengeschwindigkeit, so daß das Luftpolster zusammenfällt und der Gleitkopf Kontakt mit der Platte hat. Wie in Fig. 5 gezeigt, nimmt mit abnehmender Geschwindigkeit auch das Spiel ab und das Prüflesesignal wird an jedem der Geschwindigkeitspunkte erfaßt. Wenn das korrigierte Signal (das heißt, das entsprechend der Formel (2) korrigierte Signal) nicht mehr zunimmt, wird hierdurch angezeigt, daß der Gleitkopf mit der Oberfläche der Platte Kontakt hat. Obwohl der Gleitkopf mit der Plattenoberfläche Kontakt hat, wird, da die Geschwindigkeit immer noch wesentlich über Null liegt, ein ausreichendes Prüflesesignal durch den Wandler 27 erzeugt, um ein genaues Flughöhen-Bezugssignal zu erzeugen. Die absolute Flughöhe kann dann als die Summierung aller Δ-Flughöhenwerte berechnet werden, die aus dem Abstandswert Null berechnet wurden, bezogen auf den Wert, der bei der normalen Betriebsgeschwindigkeit der Plattendatei berechnet wurde. Die absolute Flughöhe kann als das in Dezibel ausgedrückte Verhältnis des bei der ersten Flughöhe erfaßten Signals zu dem Signal berechnet werden, das bei einem Spiel von Null mal der Wellenlänge geteilt durch eine Konstante ermittelt wurde.
Um eine genaue Messung der Flughöhe zu erhalten, sollte die Amplitude des Prüflesesignals gemessen werden, wenn der Magnetkopf auf die Spur ausgerichtet ist, auf der das Testsignal geschrieben ist. Hochleistungs-Magnetplattendateien haben typischerweise ein Nachführ-Servosystem, das nur dann arbeitet, wenn sich die Platten bei Normalgeschwindigkeit drehen. Für diese Systeme ist es vorzuziehen, das Testsignal zu schreiben, wenn der Zugriffsarm neben dem Prallanschlag am Ende des Verfahrwegs positioniert ist. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird das Testsignal vorzugsweise auf den Spuren 42 oder 44 geschrieben, während sich der Zugriffsarm 28 neben dem Prallanschlag 31 befindet. Dann wird während des "spin down" ein schwacher Wechselstrom an den VCM 32 angelegt, so daß durch die daraus entstehende Bewegung der Zugriffsarm 28 vom Prallanschlag 31 durch Schwingungsbewegung wegbewegt wird, um eine zitternde Bewegung 25 (Fig. 2) des Gleitkopfes über den aufgezeichneten Spuren zu erzeugen. Hierdurch kann der Spitzenwertdetektor 56 die Spitzenamplitude des Prüflesesignals festhalten, wenn die magnetischen Wandler 27 das Zentrum der geschriebenen Spur 42 oder 44 kreuzen. Der "spin down" wird eingeleitet, indem die Stromzufuhr zum Antriebsmotor 18 unterbrochen wird, und die relative Geschwindigkeit während des spin down kann durch Bezugnahme auf das von dem Sensor 20 gelieferte MOTOR SPEED-Signal erfaßt werden, oder durch Bezugnahme auf die Frequenz des Prüflesesignals.
Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm einer spezifischen Einheit zur Ausführung der Erfindung. Ein Multiplexer 50 ermöglicht die Erfassung des Prüflesesignals eines bestimmten Kopfes aller vorhandenen Magnetköpfe und der RF-Verstärker 52 liefert ein verstärktes Signal. Der Ausgang des Verstärkers 52 wird in einen Mitlauf-Bandfilter 54 gekoppelt, von welchem das Signal mit dem Spitzenwertdetektor 56 gekoppelt wird. Der Spitzenwertdetektor 56 erfaßt die Spitzenamplitude des Lesesignals und dieser Wert wird mit dem Analog-Digital-Umsetzer (ADC) 58 gekoppelt, um eine digitale Darstellung der Spitzenamplitude des Lesesignals zu liefern. Das digitale Signal wird dann mit dem Prozessor 60 gekoppelt, in welchem die Berechnungen entsprechend den Gleichungen (1) und (2) ausgeführt werden. In einem spezifischen Ausführungsbeispiel sind der Multiplexer 50 und der RF-Verstärker 52 bereits in der Plattendatei vorhanden; es sind demnach lediglich logische Schaltkreise erforderlich, die auf das Signal FLYHT MEAS ansprechen, um das Lesesignal zu diesen Komponenten zu schalten. Der Mitlauf-Bandfilter 54 und der Spitzenwertdetektor 56 sind Einheiten, die zur praktischen Durchführung der Methode hinzugefügt werden müssen, und diese Komponenten sind in dem Kästchen mit der Bezeichnung "Mittel zum Messen der Flughöhe", 49, zusammengefaßt. Der ADC 58 und der Prozessor 60 sind bereits in der Plattendatei verfügbar. Der in der Steuereinheit vorhandene Mikroprozessor könnte für den Prozessor 60 verwendet werden, alternativ könnte auch ein dedizierter Mikroprozessor, wie zum Beispiel das von Intel Corporation, Santa Clara, Kalifornien, hergestellte bekannte Modell 8088, verwendet werden.
Der Mitlauf-Bandfilter 54 hat eine Doppelfunktion, nämlich einmal die Filterung und zum anderen die Frequenzverfolgung. Der Mitlauf-Bandfilter 54 umfaßt einen Frequenzmischer, einen Überlagerungs-Oszillator mit variabler Frequenz, einen Bandfilter und einen auf Zwischenfrequenz abgestimmten Verstärker. Die Filterfunktion erlaubt nur eine Erkennung der Amplitude der Grundfrequenz des Prüflesesignals entsprechend den Annahmen, für die die Wallace-Analyse gültig ist. Eine zusätzliche Funktion des Bandfilters ist die Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses der Amplitudenmessung. Durch die Frequenzverfolgungsfunktion kann der Filter die Veränderung der Frequenz des Prüflesesignals bei Veränderung der Plattengeschwindigkeit anpassen. Die Mitlauffunktion spricht auf das Signal MOTOR SPEED an, welches vom Sensor 20 abgeleitet wird, oder auf die Frequenz des Prüflesesignals.
Bei der einfachsten Implementierung der Erfindung wird nur ein über eine einzige Wellenlänge λ verfügendes aufgezeichnetes Signal verwendet, und dieses Signal wird an einer bestimmten Stelle auf der Platte aufgezeichnet, bei der es sich um eine beliebige Stelle, wie zum Beispiel die Anfangsspuren 42 und 44, oder um eine der Datenspuren 46 oder 48 handeln kann. Die bereits auf einer spezifischen Spur aufgezeichneten Daten könnten auch verwendet werden. Die bevorzugte aufgezeichnete Spur umfaßt eine Spur, die auf den ersten Spuren 42 oder 44 aufgezeichnet wurde, und es ist vorzuziehen, daß die Spur mit der Frequenz einer bereits in der Datei vorhandenen Taktquelle aufgezeichnet wird. Ein Signal mit kürzerer Wellenlänge wird bevorzugt, zum Beispiel ein Signal mit einer Frequenz von 20 MHz.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Methode doppelter Wellenlänge zur Messung von Veränderungen des Abstands zwischen Gleitkopf und Platte verwendet. Diese Methode verfügt über eine eigensichere, langfristige Stabilität und ist daher zur Einbeziehung in eine Plattendatei geeignet, um bei einem Verlust des Spiels zwischen Kopf und Platte, der zu einem Landen des Lese-/Schreibkopfes führen kann, zu warnen. Für die Methode mit doppelter Wellenlänge ist eine Aufzeichnung von zwei magnetischen Wellenlängen, λa und λb, entweder auf benachbarten Spuren oder, vorzugsweise, verzahnt auf einer Spur oder einem Spursegment, erforderlich. Der Wert des Null-Spiels wird wie bisher gemessen, so daß die absolute Flughöhe gemessen werden kann. Danach kann, indem nur das Verhältnis der Amplituden des Prüflesesignals bei den beiden Wellenlängen gemessen wird, jede zwischen der ersten Messung und der nachfolgenden Messung auftretende Veränderung der Flughöhe wie folgt berechnet werden:
d&sub2; - d&sub1; = λa λb/2π (λb - λa)1n R&sub2;/R&sub1;
wobei R&sub1; und R&sub2; die Verhältnisse der für die beiden Wellenlängen bei den Zeiten 1 und 2 gemessenen Signalamplituden darstellen. Die absolute Flughöhe kann als eine Konstante, multipliziert mit dem Produkt zweier Terme, berechnet werden, wobei es sich bei dem ersten der beiden Terme um das Produkt der beiden Wellenlängen, dividiert durch die Differenz zwischen den beiden Wellenlängen, bei dem zweiten der beiden Terme um das Verhältnis der genannten ersten und zweiten Signale (gemessen bei Zeit 1), ausgedrückt in Dezibel, subtrahiert von dem Verhältnis des dritten und vierten Signals (gemessen bei Zeit 2), ausgedrückt in Dezibel, handelt. Durch Anwendung dieses Ausführungsbeispiels werden durch Signalstörungen, wie zum Beispiel Verstärkungsdrift und falsche Registrierung der Spur, in dem Umfange, wie diese von der Wellenlänge unabhängig sind, keine Veränderungen der gemessenen Signalverhältnisse und damit keine Fehler verursacht.
Ein Blockdiagramm der Einheit zur Ausführung des Ausführungsbeispiels der Erfindung mit doppelter Wellenlänge ist in Fig. 6 dargestellt. Die Einheit umfaßt einen Multiplexer 50 und einen RF-Verstärker 52, die in derselben Weise funktionieren, wie bei dem Ausführungsbeispiel mit einfachem Signal. Zwei Nachlauf-Bandfilter 54a und 54b sind vorgesehen, jeweils einer zur Verfolgung jeder Wellenlänge λa und λb. Die Spitzenwertdetektoren 56a und 56b erfassen die Spitzenamplitude der Signale und diese Amplitude wird in den ADCs 58a und 58b in eine digitale Form umgesetzt. Die umgesetzten Werte der beiden Signale werden zur Berechnung der Flughöhe entsprechend der oben genannten Formel mit dem Prozessor 60 gekoppelt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung wird als Harmonic Ratio Flyheight (HRF)-Methode bezeichnet; diese Methode basiert auf dem Schreiben eines Signals, dessen Prüflesesignal ein Spektrum hat, welches entlang der Spur konstant ist, und welches für mindestens zwei unterschiedliche Frequenzen eine Amplitude aufweist, die ungleich Null ist. Ein solches Muster kann durch Schreiben mehrerer Durchläufe auf derselben Spur erzielt werden, wobei jedesmal eine unterschiedliche Wellenlänge geschrieben wird, die zu dem reduzierten Schreibstrom eine harmonische Beziehung aufweisen kann oder nicht, um die relative Größe der geschriebenen Spektrallinien zu beeinflussen. Das bevorzugte Schreibsignal ist das Schreiben eines periodischen Signals in einem einzigen Durchlauf (einfache Wellenlänge W, konstante Übergangsdichte) mit dem normalerweise zum Schreiben von Daten verwendeten Schreibstrom.
Das Schreibsignal kann so ausgewählt werden, daß es den Codier- und Schreibfähigkeiten der Datei entspricht, und kann zum Beispiel aus einer Kettung gültiger Codeworte bestehen, die in einer einfachen wiederkehrenden Wellenform entlang der gesamten Spur oder entlang einem Spursegment aufgezeichnet werden, um einen Schreibstrom in Form einer Rechteckwelle zu erzeugen. Das analoge Prüflesesignal V(t) ist dann ein periodisches Signal mit einer Grund-Frequenz f&sub1;, = v/w, die bei einer linearen Geschwindigkeit v aufgezeichnet wird. Das Spektrum des Prüflesesignals V(t) besteht vorzugsweise aus ungeradzahligen harmonischen Linien bei Frequenzen fn = n x f&sub1;, (n = 1, 3, 5). Von diesem Spektrum werden die Momentan- Amplitude V(f&sub1;) der Grund-Frequenz f&sub1; und die Momentan-Amplitude V (fn) einer ungeradzahligen höheren Harmonischen bei einer Frequenz fn gleichzeitig gemessen. Das HRF-Meßverfahren erzeugt nun ein momentanes Ausgangssignal Vout(t) entsprechend dem Logarithmus des Verhältnisses der beiden ermittelten Amplituden V(f&sub1;) und V(fn) der beiden Spektrallinien f&sub1; und fn in dem Prüflesesignal V(t).
Vout(t) = K 1n V (f&sub1;)/V (fn)
K ist der Verstärkungsfaktor
Unter Anwendung der Wallace-Gleichungen kann gezeigt werden, daß dies der folgenden Gleichung entspricht:
Vout(t) = K (C + 2πd Δf)/v
Hierbei ist C eine Konstante, die vom Spiel d unabhängig ist, und Δf = fn - f&sub1; zu dem Zeitpunkt, an dem das Signal geschrieben wird, v ist die lineare Geschwindigkeit zur Zeit des Schreibens.
Die oben beschriebene Messung erbringt nicht den absoluten Wert des Spiels d, da die Messung eine Konstante enthält, deren Wert unbekannt ist. Wird jedoch eine zweite Bezugsmessung bei einen bekannten Wert d durchgeführt (zum Beispiel bei d=0), kann die Konstante errechnet und von dem gemessenen Signal Vout(t) subtrahiert werden. Es kann angenommen werden, daß für niedrige Geschwindigkeiten, wenn der Gleitkopf mit der Oberfläche des Mediums Kontakt hat, die Bedingung d=0 vorliegt und dies kann durch die Verwendung der oben beschriebenen "spin down"-Technik erreicht werden.
Ohne eine solche Bezugsmessung mißt die oben beschriebene Meßmethode Veränderungen des Spiels, zum Beispiel von d = d&sub1; auf d = d&sub1; + Δd. Hierdurch kommt es zu einer Veränderung der Ausgangsspannung:
ΔVout = K C + 2πd&sub1; Δf/v - K (C + 2π(d&sub1; + Δd) Δf/v = 2π Δf/v Δd
wobei Δd die Veränderung des Spiels zwischen den beiden Messungen darstellt.
Die obigen Formeln können zur Berechnung der Flughöhe nach Δd aufgelöst werden. In diesem Fall wird die absolute Flughöhe als das Produkt zweier Terme errechnet; der erste Term ist hierbei eine Konstante, multipliziert mit der Geschwindigkeit v, dividiert durch die Differenz der Frequenz zwischen dem ersten und dem zweiten Signal; der zweite Term ist die in Dezibel ausgedrückte Differenz des Verhältnisses zwischen dem ersten und zweiten Prüflesesignal (bei der ersten Flughöhe) bei den beiden Wellenlängen und das in Dezibel ausgedrückte Verhältnis zwischen dem dritten und vierten Prüflesesignal (bei Bezugs-Flughöhe) bei den beiden Wellenlängen.
Die HRF-Meßmethode ist eine kontinuierliche momentane Messung des Verhältnisses von zwei Spektrallinien V(f&sub1;) und V(fn) im Spektrum des Prüflesesignals V(t). Beide momentanen Spektrallinien-Amplituden beziehen sich auf dasselbe Volumenelement des Aufzeichnungsmediums direkt unterhalb des Kopfes. Hierdurch ist die Messung in sich unempfindlich gegenüber Störungen, z. B. durch Veränderungen des Verstärkungsfaktors, der Effizienz des Magnetkopfes, der effektiven Spurbreite, durch falsche Registrierung, Geschwindigkeit des Mediums, magnetisches Moment und Dicke des Mediums. Außerdem erlaubt das HRF-Meßverfahren nicht nur die Bestimmung des momentanen Magnetkopfspiels Vout(t), um den Spur-Durchschnittswert des Magnetkopfspiels Vout(t) avg korrekt zu bestimmen.
Eine spezifische Einheit zur Durchführung der HRF-Methode mit phasenempfindlicher Erfassung von zwei Harmonischen des Prüflesespektrums wird in Fig. 7 dargestellt. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf die phasenempfindliche Erfassung. Das Eingangssignal V(t) ist das analoge Prüflesesignal aus dem Lese-Vorverstärkerausgang. Die Amplituden der harmonischen Linien V(f&sub1;) und V(fn) bei den Frequenzen f&sub1; und fn werden mit Hilfe von zwei kohärenten (oder synchronen) Detektoren 62 und 64 erkannt. Diese Detektoren erkennen nur die Komponente der jeweiligen Spektrallinien-Amplitude, die mit der Grundschwingungsfrequenz f&sub1; von V(t) synchron ist, und dies wird erreicht durch die Eingabe des Prüflesesignals V(t) in die Phasenregelschleife 66. Die Taktausgänge der Phasenregelschleife 66 bei den Frequenzen f&sub1; und fn werden mit den kohärenten Detektoren 62 und 64 gekoppelt, um Ausgangssignale entsprechend der momentanen Größe der beiden ausgewählten Spektrallinien im Frequenzspektrum zu erzeugen. Ein Protokoll-Verhältnisschaltkreis 68, der einen Dividierer 70 und einen logarithmischen Kompressor 72 enthält, bestimmt den Logarithmus der momentanen Amplitude des Spektrallinienpaars. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden nur die erste und die dritte harmonische Linie des Frequenzspektrums verwendet, da es sich bei diesen um die harmonischen Linien mit dem höchsten Signal-Rausch-Verhältnis handelt. Wenn außerdem ein Schaltmodulator (SD in 62 und 64) in den kohärenten Detektoren 62 und 64 verwendet wird, kann 1/8 des Ausgangs von Detektor 64 von dem Ausgang des Detektors 62 subtrahiert werden, um V(f&sub1;) zu erreichen. Auf diese Weise kann die harmonische Sensitivität des Schaltmodulators SD kompensiert werden.
Die Erfindung ist nicht auf dieses erste und dritte harmonische Verhältnis begrenzt. Durch Anwendung der Erfindung können alle unabhängigen Verhältnisse zwischen Harmonischen gemessen werden, und die sich daraus ergebenden Spiele können durch die jeweiligen Signal-Rausch-Verhältnisse der jeweiligen Amplituden der harmonischen Linien gemittelt und gewichtet werden.

Claims

1. Ein Verfahren zur Messung der absoluten Flughöhe eines Gleitkopfes (26), der einen magnetischen Wandler (27) trägt, bezogen auf ein magnetisches Aufzeichnungsmedium (10) in einem sich bewegenden magnetischen Speichersystem, das folgende Schritte umfaßt

Erzeugung einer relativen Bewegung zwischen dem genannten magnetischen Wandler und dem genannten magnetischen Aufzeichnungsmedium mit einer ersten Geschwindigkeit v, so daß das entstehende Luftpolster einen magnetischen Wandler-Gleitkopf in einer ersten Flughöhe von dem Aufzeichnungsmedium positioniert;

Schreiben eines Signals konstanter Periodizität T&sub1; auf einem vorbestimmten Bereich des genannten Aufzeichnungsmediums mit dem genannten magnetischen Wandler;

Erfassen eines Prüflesesignals bei der genannten ersten Flughöhe und bei einer Wellenlänge W&sub1; =vT&sub1; von dem genannten vorbestimmten Bereich des genannten Aufzeichnungsmediums mit dem genannten magnetischen Wandler, um ein erstes Prüflesesignal zu erzeugen;

Erfassen eines Prüflesesignals bei einer im wesentlichen konstanten bekannten Flughöhe bei der genannten Wellenlänge W&sub1; vom genannten vorbestimmten Bereich des genannten Aufzeichnungsmediums zur Erzeugung eines zweiten Prüflesesignals; und

auf der Basis der Wallace-Formel, Berechnung der genannten ersten Flughöhe, bezogen auf die genannte bekannte Flughöhe, aus dem genannten ersten und zweiten Prüflesesignal und einer Menge, die für die Wellenlänge W&sub1; typisch ist, wobei die genannte Methode durch den weiteren Schritt gekennzeichnet ist, daß vor der Erfassung des genannten zweiten Prüflesesignals die Flughöhe des genannten magnetischen Wandler-Gleitkopfes verringert wird, bis dieser im wesentlichen Kontakt mit dem Aufzeichnungsmedium hat, indem die genannte erste Geschwindigkeit v auf eine zweite Geschwindigkeit v&sub2; reduziert wird, so daß die genannte bekannte Flughöhe Null ist und die genannte berechnete erste Flughöhe direkt die absolute Flughöhe des Gleitkopfes ist.

2. Die Methode des Anspruchs 1, in der die erste Flughöhe als das in Dezibel ausgedrückte Verhältnis zwischen dem genannten ersten und zweiten Prüflesesignal berechnet wird, multipliziert mit der Wellenlänge W&sub1;, dividiert durch eine Konstante.

3. Die Methode des Anspruchs 1, desweiteren die folgenden Schritte umfassend:

während der genannte auf einem Luftpolster aufschwimmende Gleitkopf in einer genannten ersten Flughöhe positioniert wird:

Schreiben mindestens eines weiteren Signals konstanter Periodizität T&sub2; auf dem genannten vorbestimmten Bereich der Platte mit dem genannten magnetischen Wandler;

Erfassen eines Prüflesesignals bei einer zweiten Wellenlänge W&sub2; = vT&sub2; vom genannten vorbestimmten Bereich des genannten Aufzeichnungsmediums mit dem genannten magnetischen Wandler, um ein drittes Prüflesesignal zu erzeugen;

während der genannte auf einem Luftpolster aufschwimmende Gleitkopf im wesentlichen mit dem genannten Aufzeichnungsmedium Kontakt hat,

Erfassen eines Prüflesesignals bei der genannten zweiten Wellenlänge W&sub2; vom genannten vorbestimmten Bereich des genannten Aufzeichnungsmediums mit dem genannten magnetischen Wandler, um ein viertes Prüflesesignal zu erzeugen;

und in der die genannte erste Flughöhe als eine Konstante berechnet wird, multipliziert mit dem Produkt zweier Terme, wobei der erste der genannten beiden Terme das Produkt der genannten beiden Wellenlängen ist, dividiert durch die Differenz zwischen den genannten beiden Wellenlängen, und der zweite der beiden Terme das Verhältnis des genannten ersten und dritten Signals ist, ausgedrückt in Dezibel, subtrahiert von dem Verhältnis des genannten zweiten und vierten Signals, ausgedrückt in Dezibel.

4. Die Methode des Anspruchs 1, in der das genannte Signal konstanter Periodizität T&sub1; so adaptiert wird, daß ein Prüflesesignal mit einem Spektralgehalt erzeugt wird, der eine Vielzahl unterschiedlicher Frequenzen enthält, und die desweiteren folgende Schritte umfaßt:

gleichzeitig mit dem genannten Schritt des Erfassens eines Prüflesesignals bei einer Wellenlänge W&sub1;, während der genannte auf einem Luftpolster aufschwimmende Gleitkopf in der genannten ersten Flughöhe positioniert wird, Erfassen eines Prüflesesignals bei einer zweiten Wellenlänge Wn=nvT&sub1; (n=1, n ist eine positive Zahl) vom genannten vorbestimmten Bereich des genannten Aufzeichnungsmediums mit dem genannten magnetischen Wandler, um ein drittes Prüflesesignal zu erzeugen;

gleichzeitig mit dem genannten Schritt des Erfassens eines Prüflesesignals bei einer Wellenlänge W&sub1;, während der genannte auf dem Luftpolster aufschwimmende Gleitkopf im wesentlichen mit dem genannten Aufzeichnungsmedium Kontakt hat, Erfassen eines Prüflesesignals bei der genannten zweiten Wellenlänge Wn vom genannten vorbestimmten Bereich des genannten Aufzeichnungsmediums mit dem genannten magnetischen Wandler, um ein viertes Prüflesesignal zu erzeugen;

und in der die genannte erste Flughöhe als eine Konstante berechnet wird, multipliziert mit dem Produkt zweier Terme, wobei der erste Term eine Konstante ist, multipliziert mit der genannten ersten Geschwindigkeit v, dividiert durch die Differenz der Frequenz zwischen dem genannten ersten und dritten Signal; wobei der zweite Term die in Dezibel ausgedrückte Differenz zwischen dem Verhältnis des genannten ersten und genannten dritten Prüflesesignals bei der genannten ersten und zweiten Wellenlänge, und das in Dezibel ausgedrückte Verhältnis des genannten zweiten und vierten Prüflesesignals bei der genannten ersten und zweiten Wellenlänge ist.

5. Eine Methode gemäß Anspruch 4, in der n ungerade ist.

6. Eine Methode gemäß Anspruch 5, in der n = 3 ist.

7. Eine Methode gemäß Anspruch 4, 5 oder 6, die außerdem den Schritt der phasenempfindlichen Erfassung der Amplitude der Spektrallinien bei der genannten ersten und der genannten zweiten Wellenlänge umfaßt.

8. Eine Methode gemäß jedem der vorherigen Ansprüche, die desweiteren den Schritt der kontinuierlichen Erfassung eines Prüflesesignals von dem genannten vorbestimmten Bereich des genannten Aufzeichnungsmediums während des Schritts der Verringerung der Flughöhe umfaßt, und das Feststellen des Vorhandenseins von Kontakt zwischen dem genannten magnetischen Wandler und dem genannten Aufzeichnungsmedium, indem erfaßt wird, wann sich die Amplitude des genannten Prüflesesignals stabilisiert.

9. Eine Methode gemäß jedem der vorherigen Ansprüche, in der der Gleitkopf auf einem Zugriffsarm gelagert ist und in der, während des genannten Signalschreibeschritts, der Zugriffsarm in der Nähe eines Prallanschlags am Ende des Verfahrwegs positioniert wird.

10. Eine Methode gemäß jedem der vorherigen Ansprüche, die darüberhinaus, während des Schritts des Verringerns der Flughöhe, den Schritt der Erzeugung einer Wiederholbewegung des genannten magnetischen Wandlers über den genannten vorbestimmten Bereich des genannten Aufzeichnungsmediums umfaßt, so daß die Spitzenamplitude des genannten Prüflesesignals bei der genannten verringerten Flughöhe erfaßt wird.

11. Eine Methode gemäß jedem der vorherigen Ansprüche, in der der genannte Schritt des Erfassens eines Prüflesesignals in der genannten verringerten Flughöhe auch einen Nachlauf-Bandfilter (54) umfaßt, so daß die genannte Signalerfassung die genannte verringerte Geschwindigkeit zu der genannten zweiten Geschwindigkeit v&sub2; verfolgt.

12. Eine Methode gemäß jedem der vorherigen Ansprüche, in der der Schritt der Berechnung der genannten ersten Flughöhe die Berechnung einer Vielzahl der genannten Verhältnisse umfaßt und die Kombinierung der genannten Verhältnisse, gewichtet entsprechend ihrer Signal- Rausch-Verhältnisse.