JP2009222648A - Aeセンサーの校正器、aeセンサーの校正方法、およびaeセンサーの校正器の監視方法 - Google Patents

Aeセンサーの校正器、aeセンサーの校正方法、およびaeセンサーの校正器の監視方法 Download PDF

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Abstract

【課題】AEセンサーの感度を精度よく確認することができるAEセンサーの校正器、AEセンサーの校正方法、およびAEセンサーの校正器の監視方法を提供する。
【解決手段】試験機に配置される異なる物体同士の異常接触を検知するAEセンサーの校正器であって、試験機に接触する接触子と、接触子と接触して配置され、AEを発生させる加振器と、校正器内に配置され、加振器により発生されたAE出力を検知する内部AEセンサーとを有する。このAEセンサーの校正器の基本形態によると、接触子が試験機に接触しており、加振器で発生したAE音響が接触子によって試験機に伝達されるため、発振器の配置位置によるAEセンサーの校正精度のばらつきを抑えることができる。
【選択図】 図3

Description

本発明は、物体同士の異常接触を検知するAEセンサーの校正器、AEセンサーの校正方法、およびAEセンサーの校正器の監視方法に関する。
近年、情報化社会の進展に伴って、飛躍的に高い記録密度の情報記録方式や情報記憶装置の開発が待望されている。磁場を使って情報アクセスが行われる磁気ディスク装置は、情報の書き換えが可能な情報記憶装置であり、その中でも特に、磁場を印加するためのヘッドをディスクの回転によって生じる空気流で浮上させる浮上ヘッドタイプの磁気ディスク装置は、小型で高記録密度な情報記憶装置として広く用いられている。
浮上ヘッドタイプの磁気ディスク装置では、回転中のディスクにヘッドが接触してしまうと、ディスクに記録された情報が破壊されてしまう恐れがある。その一方で、ディスクに効率よく磁場を印加してアクセス精度を高めるためには、ヘッドをディスクに近づける必要があり、近年では、ヘッドの浮上量が数nmのオーダーにまで減少してきている。このため、磁気ディスク装置を出荷する前には、ヘッドがディスクに接触せずに浮上することを確認するためのヘッド試験が行われることが一般的である。
ヘッド試験を行うためのHT(磁気ディスク用ヘッド試験)装置としては、材料が変形するときなどに、材料が内部に蓄えていたひずみエネルギーを弾性波として放出するAE(アコースティックエミッション)現象を利用するものが広く用いられている。このHT装置には、物体が衝突したときに発生するAE音響を検知するAEセンサーが取り付けられており、AEセンサーによってAE音響が検知された場合に、ヘッドとディスクとが衝突したと判断される。AEセンサーは、着脱時に破損しやすく、装着位置のずれがAE音響の検知結果に影響してしまうため、HT装置に装着された状態で感度を定期的に確認する必要がある。
この点に関し、表面に傷をつけたサンプル用ディスクをHT装置に装着し、サンプル用ヘッドとサンプル用ディスクとの接触によって発生するAE音響を検出できるか否かによって、AEセンサーの感度を確認することが行われている。しかし、このAEセンサーの感度確認方法によると、AE音響が検出できなかった場合に、それがAEセンサーの感度劣化によるものなのか、サンプル用ディスクやサンプル用ヘッドの磨耗によるものなのかを判断することが困難であり、多数のAEセンサーを安定的に確認することができないという問題がある。
また、HT装置以外の分野においては、圧電素子などを用いたAE発生器を使ってAE音響を発生させ、そのAE音響をAEセンサーで検出した波形に基づいて、AEセンサーの感度を調整することが行われている(例えば、特許文献1、特許文献2、および特許文献3参照)。この技術をHT装置に流用し、AE発生器で擬似的に発生させたAE音響をAEセンサーで検出することによって、AEセンサーの感度を確認することができると考えられる。
特開平2−013848号公報 特開昭61−173153号公報 特開平11−218525号公報
ここで、HT装置の試験対象である磁気ヘッドは、数nmのオーダーで浮上する精密な装置であり、HT装置に装着されるAEセンサーに対しては、AE音響に対して高い感度が求められている。しかし、特許文献1、特許文献2、および特許文献3に記載された技術をそのまま流用してHT装置にAE発生器を装着しようとすると、AE発生器の装着位置やHT装置との接触度合いなどのばらつきによって、AEセンサーの感度確認精度が大きく変わってしまうという問題がある。さらに、AE発生器を用いる場合においても、AEセンサーによってAE音響が検出されない原因が、AEセンサーの感度劣化によるものなのか、AE発生器の故障によるものなのかを判断することは困難である。
上記事情に鑑み、AEセンサーの感度を精度よく確認することができるAEセンサーの校正器、AEセンサーの校正方法、およびAEセンサーの校正器の監視方法を提供する。
上記目的を達成するAEセンサーの校正器の基本形態は、
試験機に配置される異なる物体同士の異常接触を検知するAEセンサーの校正器であって、
試験機に接触する接触子と、
接触子と接触して配置され、AEを発生させる加振器と、
校正器内に配置され、加振器により発生されたAE出力を検知する内部AEセンサーと、
を有することを特徴とする。
このAEセンサーの校正器の基本形態によると、接触子が試験機に接触しており、加振器で発生したAE音響が接触子によって試験機に伝達されるため、発振器の配置位置によるAEセンサーの校正精度のばらつきを抑えることができる。また、発振器で発生されたAE音響は校正器内に備えられた内部AEセンサーでも検知されるため、試験機内のAEセンサーによってAE音響が検知されなかった場合に、その原因がAEセンサーの感度劣化によるものなのか、加振器の故障によるものなのかを確実に判定することができ、AEセンサーの校正精度を向上させることができる。
また、上述したAEセンサーの校正器の基本形態に対し、上記接触子は、尖頭形状であるという応用形態は好ましい。
接触子が尖頭形状を有することによって、試験機と接触子との接触度合いのばらつきを抑えることができ、AEセンサーの校正精度を向上させることができる。
また、上記目的を達成するAEセンサーの校正方法の基本形態は、
試験機に配置される異なる物体同士の異常接触を検知するAEセンサーの校正方法であって、
試験機に接触する接触子と、接触子と接触して配置され、AEを発生させる加振器と、校正器内に配置され、加振器により発生されたAE出力を検知する内部AEセンサーと、を有するAEセンサー校正器を用い、
上記加振器が発生したAEに対する、内部センサーの検知AE出力と、AEセンサーの検知AE出力を比較調整することを特徴とする。
このAEセンサーの校正方法の基本形態によると、加振器で発生したAE音響が校正器内の内部センサーと試験機内のAEセンサーとの双方で検知され、それらの検知結果が比較されることによって、試験機内のAEセンサーの異常と、加振器の異常とを確実に判別することができる。
また、上記目的を達成するAEセンサーの校正器の監視方法の基本形態は、
試験機に配置される異なる物体同士の異常接触を検知するAEセンサーの校正器の監視方法であって、
試験機に接触する接触子と、接触子と接触して配置され、AEを発生させる加振器と、校正器内に配置され、加振器により発生されたAE出力を検知する内部AEセンサーと、を有するAEセンサー校正器を用い、
加振器により発生されたAE出力を内部AEセンサーがモニターすることにより、加振器の動作不良を検知することを特徴とする。
このAEセンサーの校正器の監視方法によると、加振器によって発生されたAE出力が内部AEセンサーによってモニターされるため、加振器の動作不良を確実に検知することができ、試験機に配置されたAEセンサーの校正精度を向上させることができる。
以上説明したように、AEセンサーの校正器、AEセンサーの校正方法、およびAEセンサーの校正器の監視方法の基本形態によると、AEセンサーの感度を精度よく確認することができる。
以下、図面を参照して、上記説明した基本形体および応用形態に対する具体的な実施形態を説明する。
図1は、ハードディスク装置100の外観図である。
このハードディスク装置100は、上述した試験機によって試験される対象である磁気ヘッドが搭載されたものであり、パーソナルコンピュータなどに代表されるホスト装置に接続され、あるいは内部に組み込まれて利用される。
図1に示すように、ハードディスク装置100のハウジング101には、情報が記録される磁気ディスク1、磁気ディスク1を矢印R方向に回転させるスピンドルモータ102、磁気ディスク1の回転によって生じる空気流で浮上する磁気ヘッド104、アーム軸105、磁気ヘッド104を先端に固着して、アーム軸105を中心に磁気ディスク1上を面に沿って移動するキャリッジアーム106、キャリッジアーム106を駆動するボイスコイルモータ107、およびハードディスク装置100の動作を制御する制御回路108が収容されている。
磁気ヘッド104の先端には、磁気ディスク1に磁場を印加するヘッド部109が設けられており、ハードディスク装置100は、この磁場を使って磁気ディスク1に情報を記録したり、磁気ディスク1に記録された情報を読み取るものである。
磁気ディスク1に情報を書き込む際には、ホスト装置200からハードディスク装置100に向けて、磁気ディスク1に記録する書込情報と、書込位置のアドレスが送られてくる。制御回路108は、スピンドルモータ102を駆動して磁気ディスク1を回転させるとともに、ボイスコイルモータ107を駆動してキャリッジアーム106を移動させる。その結果、磁気ヘッド104が磁気ディスク1上に位置決めされる。
磁気ヘッド104が位置決めされると、ヘッド部109に、書込情報を担持した書込電流が印加される。
ヘッド部109では、書込信号に応じた向きの磁界が発生し、磁界に応じた磁束が磁気ディスク1に向けて発せられる。その結果、磁気ディスク1に、情報に応じた向きの磁化が形成されて、磁気ディスク1に情報が記録される。
また、磁気ディスク1に記録された情報を読み取る際には、ホスト装置200からハードディスク装置100に向けて、情報が記録された記録位置のアドレスが送られてくる。その後、情報書込時と同様にして、スピンドルモータ102が回転駆動して磁気ディスク1が回転され、ボイスコイルモータ107が駆動してキャリッジアーム106が移動されることにより、磁気ヘッド104が磁気ディスク1上に位置決めされる。
磁気ヘッド104のヘッド部109には、磁気ディスクの記録層の磁化から発生する磁界に応じた抵抗値を生じる再生素子が組み込まれており、再生素子に電流が流されることによって、磁化状態に応じた再生信号が生成される。再生信号はデジタルデータに変換された後でホスト装置200に送られる。
基本的には、以上のようにして磁気ディスク1に対して情報アクセスが行われる。
ここで、ハードディスク装置100が出荷される前には、磁気ヘッド104が磁気ディスク1に接触せずに浮上することを確認するためのヘッド試験が行われる。
図2は、ヘッド試験を行うためのヘッド試験装置の概略構成図である。
図2に示すヘッド試験装置200には、試験用のサンプルディスク1´、サンプルディスク1´を回転させるスピンドル220、磁気ヘッド104を保持するヘッド固定台210、および磁気ヘッド104とサンプルディスク1´との接触によって発生するAE音響を検知するAEセンサー230が備えられている。ヘッド試験装置200は、本実施形態における試験機の一例にあたり、AEセンサー230は、本実施形態におけるAEセンサーの一例に相当する。
磁気ヘッド104の試験が行われるときには、まず、ネジ211によってキャリッジアーム106の根元がヘッド固定台210に固定され、スピンドル220によってサンプルディスク1´が数千rpmの回転数で回転される。
キャリッジアーム106の先端に固定された磁気ヘッド104は、キャリッジアーム106のバネ性によってサンプルディスク1´に向けて付勢され、サンプルディスク1´の回転によって生じる空気流によって、サンプルディスク1´との間に数nmの隙間をあけて浮上する。この状態で、磁気ヘッド104によってサンプルディスク1´に記録されているデータが読み取られるとともに、AEセンサー230によってAE音響の検知が行われる。
磁気ヘッド104によってサンプルディスク1´に記録されているデータが正しく読み取られ、さらに、AEセンサー230においてAE音響が検知されなかった場合、その磁気ヘッド104には不具合が発生していないと判断される。
また、磁気ヘッド104によってサンプルディスク1´に記録されているデータが読み取れなかった場合、磁気ヘッド104とサンプルディスク1´との間の距離(浮上量)が大きすぎると考えられ、その磁気ヘッド104は不良品であると判断される。
磁気ヘッド104が浮上しきれずにサンプルディスク1´に衝突すると、その衝突によってAE音響が発生する。AEセンサー230においてAE音響が検知された場合、磁気ヘッド104がサンプルディスク1´に衝突しているため、その磁気ヘッド104は不良品であると判断される。
以上のようにして、磁気ヘッド104に対する浮上試験が行われる。しかし、AEセンサー230の感度が劣化してしまうと、磁気ヘッド104がサンプルディスク1´に衝突しても、AEセンサー230においてAE音響を検知することができず、磁気ヘッド104に対する試験精度が劣化してしまうという問題がある。このため、AEセンサー230におけるAE音響の検知感度が定期的に確認される。
図3は、AEセンサー230の感度を確認するためのAEセンサー確認装置300の概略構成図である。
AEセンサー確認装置300は、フレーム360内に、取り付けネジ311、ロックネジ312、加圧ネジ313、加圧バネ320、内部AEセンサー330、AE発生素子340、接触子350、サポートゴム370、金属ブロック381、加圧ブロック382などが収容されて構成されている。AEセンサー確認装置300は、本実施形態における校正器の一例にあたり、接触子350は、本実施形態における接触子の一例に相当する。また、AE発生素子340は、本実施形態における加振器の一例にあたり、内部AEセンサー330は、本実施形態における内部AEセンサーの一例に相当する。
このAEセンサー確認装置300は、AEセンサー230の感度試験を行うためのものであり、取り付けネジ311によってヘッド試験装置200に取り付けられる。接触子350は、先端が尖頭形状を有しており、後端側がサポートゴム370によってフレーム360内にスライド自在に支持されている。AE発生素子340は、圧電素子によって構成されており、電圧の印加を受けて変形することによって、AE音響を発生する。また、接触子350は、先端がヘッド試験装置200に接触するとともに、後端がAE音響を発生するAE発生素子340に接触している。内部AEセンサー330は、AE発生素子340で発生したAE音響を検知するものであり、AE発生素子340との間に金属ブロック381を挟んで配置されている。加圧ネジ313が締められてロックネジ312が固定されると、加圧バネ320および加圧ブロック382を介して内部AEセンサー330、金属ブロック381、AE発生素子340、および接触子350がヘッド試験装置200に向けて付勢される。
AE発生素子340によってAE音響が発せられると、AE音響は接触子350によってヘッド試験装置200に伝達され、ヘッド試験装置200内のAEセンサー230によって検知される。
図4は、接触子の先端形状と、AE音響の伝達量との関係を示す図である。
先端が平面形状を有する接触子350´では、図4(A)に示すように、その先端がヘッド試験装置200に対して垂直に付き当てられれている場合には、AE発生素子340で発生したAE音響が効率良くヘッド試験装置200に伝達される。しかし、図4(B)に示すように、接触子350´の先端がヘッド試験装置200に対して傾いて付き当てられている場合、図4(A)と比べて接触子350´とヘッド試験装置200との接触面積が減少するため、AE音響の伝達効率が劣化してしまうという問題がある。
本実施形態においては、接触子350の先端が尖頭形状を有しているため、接触子350とヘッド試験装置200との接触面積がほぼ一定となり、毎回、安定してAE音響をヘッド試験装置200に伝達することができる。
ヘッド試験装置200に伝達されたAE音響は、AEセンサー230で検知される。AEセンサー230ではAE音響が検知されなかった場合、AEセンサー230の感度が劣化しているか、あるいは断線などによってAE発生素子340からAE音響が発せられなかったことが考えられる。AEセンサー確認装置300では、内部AEセンサー330でもAE音響が検知されており、ヘッド試験装置200内のAEセンサー230と、AEセンサー確認装置300内の内部AEセンサー330それぞれの検知結果を使って、AEセンサー230の感度に加えて、AE発生素子340の動作不良も確認される。
AEセンサー230および内部AEセンサー330それぞれにおいてAE音響が検知された場合、それらの検知結果の比が算出され、算出された比が所定値以上である場合には、AEセンサー230の感度が正常であり、AE発生素子340も正常であると判断される。
AEセンサー230の出力値が小さい場合、AEセンサー230の感度が劣化しているのか、AE音響自体が小さいのかを判断するのは困難である。本実施形態によると、接触子350を介してAE音響が伝達されるAEセンサー230の出力値と、AE発生素子340から直接的にAE音響が伝達される内部AEセンサー330の出力値との比が利用されることによって、AE音響自体の大きさのばらつきをキャンセルすることができ、AEセンサー230の感度を精度良く確認することができる。
また、AEセンサー230においてAE音響が検知されず、内部AEセンサー330においてもAE音響が検知されなかった場合は、AE発生素子340からAE音響が発せられず、AE発生素子340の動作不良であると判断される。AEセンサー230ではAE音響が検知されず、内部AEセンサー330ではAE音響が検知された場合は、AE発生素子340からはAE音響が発生しており、AEセンサー230の感度が劣化していると判断される。
このように、本実施形態によると、ヘッド試験装置200からAEセンサー230を取り外さずに、AEセンサー230の感度を精度良く確認することができる。
ここで、上記では、「課題を解決するための手段」で説明した試験機の一例として磁気ヘッド用の試験機が示されているが、この試験機は、物体の破損の有無を調べるための試験機などであってもよい。
以下、本発明の実施例について説明する。
(1)接触子の形状による効果
図3に示すAEセンサー確認装置300において、図4に示すように、ヘッド試験装置200と接触する先端が平面形状を有する接触子35´(Φ4mm)と、尖頭形状を有する接触子35(R0.3mm)とを用意する。
続いて、ヘッド試験装置200にAEセンサー確認装置300を取り付けて、AEセンサー確認装置300内のAE発生素子340からAE音響を発生させ、接触子35,35´によって伝達されたAE音響をヘッド試験装置200内のAEセンサー230で検知した。
表1は、先端が平面形状を有する接触子35´を用いた場合のAEセンサー230における出力値を示す表である。
Figure 2009222648
この表1には、毎回、同じAEセンサー確認装置300と同じヘッド試験装置200とを利用し、AEセンサー確認装置300をヘッド試験装置200から取り外し、さらにAEセンサー確認装置300をヘッド試験装置200に取り付けなおしてからAE音響の検知試験を行った。同じAEセンサー確認装置300を用いており、AE音響の発生量はほぼ一定であるが、表1に示すように、AEセンサー230における検知結果にばらつき(ここでは、変動係数の指針であるσ/Aveをばらつきの大きさの指針とする)が0.31程度見られる。これは、AEセンサー確認装置300の取り付け位置や角度のずれなどによって、接触子35´とヘッド試験装置200との接触面積が変わってしまったためであると考えられる。
表2は、先端が尖頭形状を有する接触子35を用いた場合のAEセンサー230における出力値を示す表である。
Figure 2009222648
表2においても、毎回、AEセンサー確認装置300をヘッド試験装置200から取り外し、さらにAEセンサー確認装置300をヘッド試験装置200に取り付けなおしてからAE音響の検知試験を行った。表2に示すように、AEセンサー230における検知結果のばらつき(0.07程度)が、表1の場合と比べて1/3以下にまで抑えられている。これは、接触子35の先端が尖っているため、ヘッド試験装置200との接触面積がほぼ一定となるためであると考えられる。
以上のように、接触子の先端を尖頭形状に形成することによって、AEセンサー230における検知結果のばらつきを抑えることができ、本発明の有用性が実証された。
(2)検知結果の比を利用することによる効果
図3に示すAEセンサー確認装置300において、圧電素子で構成されたAE発生素子340に印加する電圧を2段階に変えてAE音響の大きさを変化させ、AEセンサー230および内部AEセンサー330それぞれにおいてAE音響を検知する。
表3は、AEセンサー230における出力値、内部AEセンサー330における出力値、およびそれらの比を示す表である。
Figure 2009222648
表3に示すように、AE発生素子340に印加する電圧が高い場合、AE音響が大きくなり、AEセンサー230および内部AEセンサー330それぞれの出力値も大きくなる。AEセンサー230の検知結果のみを利用する場合、AE音響の大きさが変わることによって出力値も変わり、ばらつきが大きくなる(0.089程度)。しかし、AEセンサー230および内部AEセンサー330それぞれの出力値の比は、AE音響の大きさに関わらずほぼ一定となっており、ばらつきが小さい(0.058程度)。このように、AEセンサー230および内部AEセンサー330それぞれの出力値の比を利用することによって、AEセンサー230の感度の確認精度を向上させることができる。
ハードディスク装置の外観図である。 ヘッド試験を行うためのヘッド試験装置の概略構成図である。 AEセンサーの感度を確認するためのAEセンサー確認装置の概略構成図である。 接触子の先端形状と、AE音響の伝達量との関係を示す図である。
符号の説明
1 磁気ディスク
100 ハードディスク装置
101 ハウジング
102 スピンドルモータ
104 磁気ヘッド
105 アーム軸
106 キャリッジアーム
107 ボイスコイルモータ
108 制御回路
109 ヘッド部
200 ヘッド試験装置
211 ネジ
220 スピンドル
230 AEセンサー
300 AEセンサー確認装置
311 取り付けネジ
312 ロックネジ
313 加圧ネジ
320 加圧バネ
330 内部AEセンサー
340 AE発生素子
350 接触子
360 フレーム
370 サポートゴム
381 金属ブロック
382 加圧ブロック

Claims (4)

  1. 試験機に配置される異なる物体同士の異常接触を検知するAEセンサーの校正器であって、
    前記試験機に接触する接触子と、
    前記接触子と接触して配置され、AEを発生させる加振器と、
    前記校正器内に配置され、前記加振器により発生されたAE出力を検知する内部AEセンサーと、
    を有することを特徴とするAEセンサーの校正器。
  2. 前記接触子は、尖頭形状であることを特徴とした請求項1記載のAEセンサーの校正器。
  3. 試験機に配置される異なる物体同士の異常接触を検知するAEセンサーの校正方法であって、
    前記試験機に接触する接触子と、前記接触子と接触して配置され、AEを発生させる加振器と、前記校正器内に配置され、前記加振器により発生されたAE出力を検知する内部AEセンサーと、を有するAEセンサー校正器を用い、
    前記加振器が発生したAEに対する、前記内部センサーの検知AE出力と、前記AEセンサーの検知AE出力を比較調整することを特徴とした前記AEセンサーの校正方法。
  4. 試験機に配置される異なる物体同士の異常接触を検知するAEセンサーの校正器の監視方法であって,
    前記試験機に接触する接触子と、前記接触子と接触して配置され、AEを発生させる加振器と、前記校正器内に配置され、前記加振器により発生されたAE出力を検知する内部AEセンサーと、を有するAEセンサー校正器を用い、
    前記加振器により発生されたAE出力を内部AEセンサーがモニターすることにより、前記加振器の動作不良を検知することを特徴としたAEセンサーの校正器の監視方法。
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