KR100265161B1 - 열근접 센서에 대한 조정 장치 및 방법 - Google Patents

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에르하르트 테오도르 쉬렉
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Abstract

본 발명에서는 열 근접 센서를 조정하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 열 근접 센서로부터의 열 응답은 데이터 시스템 내에서 센서와 그 센서가 위에서 움직이게 될 매체 간의 순간 거리를 감지하는데 사용된다. 순간 거리의 감지 결과 매체상의 형태 변화(topographical variations)가 검지된다. 센서에 대한 조정 기술들이 본 발명에 개시되며, 하나의 특징은 센서를 조정하기 위해 기본적으로 전기적 측정을 사용하는 단계를 포함하고; 또 다른 특징은 센서와 매체 간의 거리를 변화시키는 단계, 센서로부터 실제 열 응답을 얻는 단계, 및 센서를 조정하기 위해 (직접 비교 또는 곡선 근사를 통한) 실제 응답을 사용하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에 있어서, 센서는 매체 상의 데이터를 액세스하기 위한 자기저항 액세스 소자이다.

Description

열근접 센서에 대한 조정 장치 및 방법
본 발명은 일반적으로 저장 매체의 표면과 상대적으로 움직이는 센서의 열 응답을 사용하여 데이터 저장 매체의 표면 상에 있는 형태 변화(topographical variations)를 검지하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 형태 변화에 대한 응답을 좀 더 정확하게 예측하기 위해 형태 변화를 검지하는데 사용되는 센서를 조정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
열 근접 이미지화 또는 열 근접 감지는 매체의 표면 상에 있는 형태 변화(예를 들어, 급경사(asperities), 돌출부, 리세스 등)가 검지될 수 있으며 표면과 상대적으로 운동하는 센서의 열 응답을 모니터링함으로써 그 특징을 알 수 있는 기술이다.
미국 특허 제 5,527,110호에 개시된 바와 같이, 데이터 저장 매체 상의 데이터를 액세스하는데 사용되는 자기저항 액세스 소자가 될 수 있는 센서는 기지(known)의 바이어스 전류에 의해 가열된다. 센서와 표면이 서로 상대 운동하는 동안 센서가 표면상의 형태 변화를 지나갈 때, 바이어스 전류에 의해 센서 내에 유도된 주울 효과에 의한 열이 변한다. 형태 변화는 센서와 표면 간의 거리(“높이”또는“갭”)를 변화시키고, 또한 센서로부터 전달된 열은 이러한 거리의 함수로서 변하기 때문에, 센서의 온도 변화를 측정하고 모니터링하는 것은 매체 상의 형태 변화의 위치 및 특성을 확인하기 위한 유용한 기술이다.
열 근접 감지 기술(thermal proximity sensing:“TPS”)은 디스크 표면의 형태를 매우 민감하게 나타내는 표시기(indicator)로 그 신뢰성이 높다. TPS는 헤드의 이미지 도구(imaging tool), 결점 검지기(defect detector) 및 감지 표시기(sensitive indicator)로서의 기능을 할 수 있다. 열 근접 감지 기술은 디스크 형태의“기기 내(in situ)” 측정 및 결점 검지를 수행하기 위한 유용한 도구가 될 수 있음을 보여준 바 있다. 이러한 열 근접 감지 기술은 갭 간격에 의해 센서 소자의 온도 변화를 사용하는 간접적인(non-invasive) 기술이다. 정밀도(sensitivity)는 높이에 대해 나노미터 이하의(sub-nanometer) 범위 내이며, 열 응답은 전류 헤드 지오메트리 및 바이어스 전류 장치에 대해 MHz 범위 내이다. 그러나, 열 근접 감지 기술은 본질적으로 자기-조정 방법(self-calibrating method)이 아니며, 따라서 몇몇 어려운 (demanding) 애플리케이션에 대해서는 조정된(calibrated), 정량적인(quantatitive) 높이 정보를 제공하는 기술이 중요한 요건이다.
형태 상의 특징(topographical features)에 대해 매체 표면을 시각적으로 검사하는 것과 같은 정성적인(qualitative) 애플리케이션에 대해서는, 조정되지 않은 TPS이미지에 의존하는 것도 종종 충분할 수 있다. 그러나, 큰 결점(defect)에 대한 열 글라이드 검사(thermal glide screening)와 같은 좀 더 수요가 많은 애플리케이션에 대해서는 센서와 표면 간의 거리에 대한 열 응답을 조정하는 것이 중요하다. 높이 및 (월레스 스페이싱법(Wallace Spacing Law)에 따른) 기록 파장에 따라 신호 진폭이 지수 함수적으로 변하는 헤드-디스크 간격의 자기 측정(magnetic measurements)과는 달리, TPS 응답은 헤드에 좌우되는 것으로(head-dependent), 조정을 필요로 한다. 열 응답은, 실질적으로 동일한 서스펜션에 장착된 헤드를 샘플링한 결과 2배 이상 변할 수 있다는 것이 관찰되어 왔다. 그러므로, 높이를 2배 이상의 정밀도로 측정하기 위해 조정이 요구된다.
따라서, TPS 센서가 표면 상의 형태 변화에 대해 정량적으로 정확한 이미지를 제공하도록 센서를 조정하기 위한 기술이 요구된다. 이러한 조정 기술은 저장 시스템 내에서 간접적(non-invasive)인 방법으로 기기 내(in situ)에서 형태를 측정하도륵 설계된 센서를 뒷받침하여야 하므로, 표면 자체에 대해 어떠한 특별한, 비표준화된(particular, non-standard) 사용법 또는 조종법을 요구하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명은 열 근접 센서 조정 기술들을 제공하며, 본 발명의 하나의 특징은 센서와 그 센서가 상대적으로 움직이게 될 표면 간의 거리에 대한 센서의 열 정밀도를 결정하기 위해 기본적으로 전기적 측정이 사용되는 조정 기술(방법 및 시스템)에 관한 것이다. 이러한 조정 기술은 제1전기적 자극(electrical stimulus)으로부터 제1전기적 응답이 발생하도록 센서에 제1전기적 자극을 인가하는 단계; 제1전기적 응답을 측정하는 단계; 및 제1전기적 자극 및 제1전기적 응답의 함수로서 열 조정값(thermal calibration value)을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 열 조정값은 센서와 표면 간의 거리에 대한 센서의 열 정밀도를 실질적으로 결정한다.
제1전기적 자극 및 제1전기적 응답은 다음의 관계식, 즉
Figure kpo00001
여기서 V는 센서 양단에 걸리는 전압, I는 센서를 통해 흐르는 전류, Cl은 V와 I를 관련시키는 선형 계수, C3는 열 조정값임.
에 의해 정해지는 곡선 상의 점을 포함한다.
열 조정값 C3를 얻기 위해 전기적 자극 및 각각의 응답을 포함하는 상기 곡선 상의 또 다른 점들이 측정될 수 있다.
센서는 액세스 소자가 될 수 있으며, 표면은 액세스 소자에 의해 액세스될 저장 매체가 될 수 있다. 액세스 소자에 바이어스 전류를 인가하면 액세스 소자와 저장 매체 간의 거리에 대한 액세스 소자의 열 정밀도가 조정값과 바이어스 전류의 3제곱을 곱한 값에 비례하는 정밀도값“S”에 의해 정해진다.
센서와 표면 사이에서 순간 거리 d가 변하는 경우의 조정 기술이 본 발명의 또 다른 특징이다. 순간 거리가 변하는 동안 복수의 실제 시각에서 센서의 복수의 실제 열 응답이 측정되고, 순간 거리 d에 대한 센서의 열 정밀도가 복수의 실제 열 응답을 사용하여 결정된다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 센서의 운동이 유도되고, 센서의 운동이 모니터링되어 모니터된 운동 함수를 생성할 수 있다. 이 경우, 센서와 표면 간의 순간 거리 d에 대한 센서의 정밀도를 결정하기 위해 복수의 실제 열 응답과 모니터된 운동 함수 간의 비교가 이루어진다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 센서는 다음의 운동 함수, 즉
Figure kpo00002
에 따라 평균 거리 d0에 대해 센서를 행정 거리(excursion distance) dl만큼 사인 함수적으로 이동되는데, 여기서 ω는 운동 주파수이고, t는 시각이다.
이 경우, 조정값 Co는 대체로 다음의 관계식, 즉
Figure kpo00003
에 따라 결정되는데, 여기서 atr(t)는 시각 t에서의 실제 열 응답(예를 들어, 센서 양단에 걸리는 전압 VTPS)이다. 조정값 Co와 그에 따른 정밀도값 S를 얻기 위한 예시적인 계산 방법에 있어서, 제1값 및 제2값을 포함하는 복수의 데이터 점들 각각에 선형적으로 근사되는 곡선의 절편(intercept point) b가 결정될 수 있는데, 제1값은 복수의 실제 열 응답 중 하나의 실제 열 응답의 역수와 관련되고, 제2값은 복수의 시각 중 각각의 시각 t′에서 sin(ωt′)와 관련된다. 센서의 정밀도는 다음식,
즉
Figure kpo00004
(1계 차수에 대한 V/nm)
로 유도되는 정밀도값“S”에 따른 순간 거리 d와 관련된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 센서를 표면에 대해 상대적으로 움직이도록 위치시키면 센서와 표면 간의 순간 거리 d가 변하는데, 표면은 그 표면 상에 미리 정해진 특징(prodetermined nature)을 갖는 형태 변화(topographical variations)를 갖는다. 센서의 정밀도는 실제 열 응답을 사용하여 결정된다.
본 명세서에 개시된 조정 기술들은 데이터 저장 시스템 내에서 매체의 표면상에 있는 형태 변화를 기기 내에서(in situ) 또는 간접적(non-invasive)인 방법으로 측정하는데 사용될 수 있는 열 근접 센서에 특히 적합하다.
제1도는 열 근접 감지 헤드 및 형태 변화(topographical variations)를 갖는 데이터 저장 매체를 포함하는 대이터 저장 시스템을 예시한 도면.
제2도는 열 근접 감지를 이용하여 형태 변화(topographical variations)에 대한 표면을 검사하는데 필요한 단계들을 요약하여 예시한 도면.
제3도는 열 근접 감지 센서에 대한 전력 입력, 접지에 대한 주어진 열용량 및 열 전도도를 갖는 열 근접 센서의 모델을 도시한 도면.
제4도는 열 근접 감지 센서를 전기적으로 조정하기 위한 전기적 측정 시스템을 예시한 도면.
제5도는 본 발명에 개시된 전기적 조정 기술을 테스트하기 위해 10개 제품으로 된 헤드가 비행하는 샘플 결함(sample defect)을 도시한 도면.
제6도는 제5도의 샘플 결함 상에서 비행하는 동안 측정된 10개 제품으로 된 헤드의 정밀도 분포를 나타낸 그래프.
제7(a)도는 전류의 3차항 계수(C3)에 대한 헤드 근사의 DC I-V 특성 그래프로, 각 라인은 개별 헤드를 나타냄.
제7(b)도는 전류 I의 2극(bipolar) 범위 상에서의 단일 헤드의 DC I-V 특성 그래프.
제8도는 디스크 상에서 측정된 피크 높이 대 전기적으로 측정된 3차항 계수 C3의 그래프.
제9(a)도 및 제9(b)도는 여러 가지 제품으로 된 헤드에 대해 측정된 스펙트럼 특성을 도시한 그래프.
제10도는 디스크에서 떨어져 있는 경우 및 디스크 상에 있는 경우, 단일 헤드에 대해 측정된 전기적 조정을 비교한 그래프.
제11도는 센서가 디스크 상에서 움직이고 있는 동안 기계적으로 여기되는 압전 현상을 이용한 시스템의 예시적 도면.
제12도 내지 제15도는 조정을 얻기 위해 헤드가 평균 비행 높이에 대해 2개의 서로 다른 행정 거리로 사인 함수적으로 여기되는 2개의 테스트 실험 결과를 도시한 도면
제16도는 자기적 근접 감지 기술(magnetic proximity sensing techniques)보다 열 근접 감지 기술로 더욱 정확하게 이루어질 수 있는 특정 형태의 측정을 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 슬라이더 11 : 액츄에이터
12 : 저장 매체(디스크) 13, 14 : 형태의 변화
15 : 스핀들 16 : 자기저항 소자
17 : 인코더(encoder) 18 : 모터
19 : 서스펜션 장치
본 발명의 기타 다른 목적 및 그에 따른 장점들은 첨부하는 도면과 함께 후술하는 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다. 이하의 상세한 설명은 다음의 발명 주제 분야 별로 배열되어 있다.
1.0 열 근접 감지-머리말
2.0 전기적 측정 방법에 의한 조정(calibration)
2.1 TPS 신호와 높이의 관계
2.2 센서 I-V 곡선 상의 점들로부터 C3구하기
2.3 데스트 결과
3.0 유도 갭 변화에 의한 조정
3.1 헤드의 운동으로부터 정밀도 S 구하기
3.2 테스트 결과
1.0 열 근접 감지-머리말
통상의 TPS 장치를 소개하기 위해, 제1도의 데이터 저장 장치가 참조된다. 제1도에는 액츄에이터(11)에 (서스펜션 장치 (19)를 통해) 매달려 있는 슬라이더 상에 있는 센서 또는 액세스 소자(access element) (16)을 포함하는 헤드가 도시되어 있다. 헤드는 저장 매체 (12)(예를 들어, 디스크)의 표면 상의 예시적인 형태의 변화(exemplary topographical variations) (13) 및 (14)를 감지하는데 사용된다. 디스크(12)는 스핀들 (15) 상에서 회전하고, 스핀들 (15)는 모터 (18)에 의해 구동된다. (액세스 소자 또는 센서와 저장 매체 간의 모든 상대 운동은 본 명세서에서는 센서에 대한 저장 매체의 이동 또는 저장 매체에 대한 센서의 이동이라고 부르기로 한다.
이것은 당연히 움직이는 저장 매체와 고정된 센서, 회전하는 디스크, 움직이는 테이프를 포함하거나, 움직이는 센서와 고정된 저장 매체, 또는 이들의 모든 조합이 될 수 있다. 인코더(encoder) (17)은 슬라이더 (10)에 대해 상대적으로 회전하는 디스크(12)의 방향(orientation)으로 데이터를 제공한다.
슬라이더 (10)은 디스크 (12)를 향하는 공기 베어링 표면(air bearing surface)을 갖는다. 슬라이더 (10)의 공기 베어링 표면과 디스크 (12)의 평탄 표면(planar surface)은 서로 상대적으로 운동하여 슬라이더 (10)과 디스크 (12) 간의 간격(spacing)이 실질적으로 일정하게 유지되도록 한다. 슬라이더 (10)의 공기 베어링 표면은 디스크 (12)의 표면 상에서 슬라이더 (10)의 비행 높이를 (디스크의 주어진 회전 속도에 대해) 일정하게 하도록 설계되어 있다.
상기 기술한 바와 같이, 열 근접 감지를 위해, 본 발명의 하나의 실시예인 예시적인 자기저항 소자 (16)에서는 주울 열(Joule heating)을 이용해 센서의 온도가 상승된다. 센서가 디스크에 대해 상대적으로 운동하면, 센서와 디스크 간의 순간적인 거리 변화의 함수로서 센서의 순간 온도가 변한다. 만일 표면 상의 돌출부가 갭 간격(gap spacing)을 일시적으로 변화시키거나 또는 감소시키는 경우, 온도는 낮아져서 제로가 아닌(non-zero) 저항의 온도 계수로 인해 모니터된 센서 신호의 열 응답(thermal response)에 있어서 순간적인 스파이크(momentary spike)로서 감지될 수 있다. 스파이크의 진폭은 자기저항 소자 대 디스크 표면 내에서 유지되는 온도 차이(temperature differential)와 돌출부의 열 특성에 비례하고, (대략 평균적인 비행 높이와는 반대로) 디스크-센서의 순간 간격에 좌우된다.
제2도는 상기 기술한 장치를 사용하여 표면의 형태를 효과적으로 검사(screening)하기 위해 필요한 공정들을 예시적으로 요약한 것을 나타낸 도면이다 검사 공정은 단계 (50)에서 시작된다. 단계 (60)의“열 근접 센서를 조정하여 형태 변화에 대한 응답을 예측하는 것”은 전기적 조정(제2섹션) 및 유도 갭 변화 조정(제3섹션)과 관련하여 이하에서 논의할 주제이다. 상기 단계 (60)이 수행되는 동안, 후술하는 바와 같이 센서는 검사될 표면과 동작 관계(operative relationship)에 있지 않다. 조정이 이루어진 후, 센서는 단계 (70)에서 표면과 일정한 관계를 갖는 위치에 놓인다. 그 후 표면은 단계 (80)에서 검사되고, 단계 (90)에서 상기 변화들이 수용 가능한 범위(acceptable levels)를 초과하였는지의 여부에 대한 결정이 이루어진다.
2.0 전기적 측정 방법에 의한 조정(calibration)
본 명세서에 제안된 기술에서는 간단한 전기적 측정 방법에 의해 TPS 센서의 조정(제2도의 단계 (60))이 이루어진다. 본 발명자들은 센서와 그 센서가 움직이게 될 표면 간의 거리에 대한 센서의 열 정밀도(thermal sensitivity)가 단지 센서의 전기적 측정 방법만을 기초로 하여 예측될 수 있다는 것을 발견하였으며, 또한 이러한 사실을 정밀한 시험을 통해 입증하였다. 이들 측정 방법은 디스크 또는 센서가 특별히 준비되어 있지 않거나 심지어 디스크가 없더라도 이러한 측정 방법이 수행될 수 있다. 이들 측정 방법은 센서의 조립 전에 데이터 저장 시스템 내에서 수행될 수 있으며, 시스템의 전자 장치 성능이 적절한 경우 이들 측정 방법은 조립된 시스템 내에서 수행될 수 있다. 이러한 전기적 측정 기술은 센서의 처리된 열 응답에 있어서 대부분의 변화 가능성(variability)을 제거하므로, 조정시 불확실성의 원인이 되는 나머지 원인은 비행 높이 및 센서로부터 디스크로의 열 전달 특성의 변화이다.
이러한 조정 기술의 바람직한 구현(implementation)은 다음의 단계(phases)들로 이루어진다.
후술하는 섹션 2.2 및 2.3에서 더욱 상세히 논의되는 바와 같이, 첫 번째 단계에서는 기본적으로 전기적 측정 방법을 사용하는 센서에 대해 조정값 C3가 결정된다. 예를 들어, 현재 유통되고 있는 울트라-스타(Ultra-Star)와 같은 IBM사의 제품에서는, 웨이퍼를 제조하는 동안인 웨이퍼 레벨(wafer level)에서 그리고 헤드가 데이터 저장 장치 내로 위치되기 전에 각 헤드가 전기적으로 조정될 수 있다. 헤드의 저항은 통상 1 mA와 10 mA인 2개의 서로 다른 바이어스 전류로 측정된다. 이들 2개의 저항과 바이어스 전류를 합한 값은 메인 프레임 데이터 베이스 기록(mainframe database record) 내에 저장될 수 있다. 후술하는 섹션 2.2에서 더욱 상세히 논의되는 바와 같이, 이들 전류/저항 쌍들의 값은 다음의 식으로 주어지는 헤드의 I-V 곡선
Figure kpo00005
상의 점을 포함하고, C3는 다음식
Figure kpo00006
으로 주어지는 관계에 따라 결정되며, 여기서 Rl및 R2는 각각의 바이어스 전류 IlmA 및 I2mA에서 측정된 저항이다. 형태 변화의 높이에 대한 센서의 정밀도는 다음에 주어지는 식
Figure kpo00007
에 따른 동작 바이어스 전류 및 조정값(calibration valse)과 관계된다. 상기 식에서 Iop는 동작 바이어스 전류이다.
두 번째 단계에서는, 센서의 열 응답에 대한 진정한 측정(true measure)이 가능하도록 저장 시스템의 전자 장치에 대한 실제 제한 사항들이 보상되어야 한다. 울트라-스타의 경우, 전기자(電機子) 전자 장치 모듈(armature electronics(“AE”)module) 내에 존재하는 고역 통과 필터(high-pass filter)가 가장 중요한 고려 사항이다. 이러한 필터는 (열 측정에 관계되는 주파수에 대해) 0.5 MHz 정도의 주파수에서 고역 통과 단극(high-pass single pole)이다. AE의 롤오프(AE rolloff)를 보상하는 주파수 응답을 갖는 필터를 포함하는 적절한 전자 장치 모듈이 본 명세서의 일부로 포함된다. (예를 들어, 발명의 명칭이“Method and Apparatus for Restoring a Thermal Response Signal of a Magnetoresistive Head”인 미국 특허 출원 번호 제____호 참조). 울트라-스타의 경우, 이러한 롤오프의 3dB점은 상당히 가변적이고, 주파수는 2 자리수 이하로 정밀하게 정해진다. 그러나, 이러한 변화는 대부분 자기저항 센서의 저항에 기인하기 때문에, 조정된 열 신호는 이러한 저항의 일람표화된 간을 이용하여 얻어질 수 있다. AE 모듈의 코너 주파수(corner frequency)를 측정하는 또 다른 방법으로, AE 특성의 실시간 측정(realtime measurement)이 각 헤드에 대해 수행될 수 있다. (롤오프 주파수 측정에 대한 추가적인 설명은 제9(a)도 내지 제9(b)도와 관련하여 이하에서 상세히 논의될 것이다.)
세 번째 단계에서는, 조정이 이루어진 후에 TPS 센서를 사용하여 결점을 확인하고 분류하는 기술이 필요하다. 이러한 기술에 대해, 본 명세서의 일부를 이루고, 발명의 명칭이“Method and Apparatus for Detecting Asperities On Magnetic Disks Using Thermal Proximity Imaging”인 미국 특허 제 5,527,110호 및 발명의 명칭이“Method and Apparatus for Automatic Classification of Medium Conditions”인 미국 특허 출원 번호 제 08/643,193호가 고려될 수 있다(즉, 본 명세서의 제2도에 도시된 단계 (80) 및 (90)).
다음 섹션에서는 TPS 신호와 표면 상의 센서 높이 간의 관계(섹션 2.1); 센서의 I-V 곡선 상에 있는 점의 쌍들의 측정(섹션 2.2); 및 센서의 정밀도 S의 기초가 되는 조정값 C3를 전기적으로 결정하는 것이 그 센서에 대한 정확한 열 조정을 확실히 제공한다는 점을 입증하는 테스트 결과(섹션 2.3)가 상세히 논의될 것이다.
2.1 TPS 신호와 높이의 관계
센서에서 발생하는 열 프로세스(themal process)에 대한 이해를 돕기 위해 센서의 간단한 모델이 제3도에 도시되어 있는데, 이러한 센서 모델은 센서 (16), 약간의 둘러싸고 있는 물질 및 접지에 대한 열 전도도(thermal conductance) K에 대응하는 하나의 몸체부(single lumped mass)로 이루어져 있다. 헤드에 대한 파워 입력 Q가 어떤 주파수 ω에서 사인 함수적으로(sinusoidally) 변할 때 헤드의 온도에 대한 수학적인 해(mathematical solution)가 자세히 조사되었다. 이러한 모델의 경우, 열 시스템은 저역 통과 단극 열 필터(low-pass single pole thermal filter)와 같은 역할을 하며, 진동하는 열원(oscillating heat source)에 대한 헤드의 응답은 유한한 응답 시간을 갖는다. 값이 작고 또한 시간에 의존하는(time dependent) 열 전도도가 도입되는 경우, 디스크에 대한 헤드의 근접 효과가 더욱 뚜렷해진다. 이 경우, Q는 일정하고, K는 시간에 의존하는 항(time dependent term)을 포함한다.
헤드의 전압은 다음의 식으로 주어진다.
Figure kpo00008
상기 식에서 R은 온도 T의 함수라고 가정한다. 제1계 테일러 급수는 다음과 같다.
Figure kpo00009
헤드 내에서 온도는 다음의 관계식에 따라 변한다.
Figure kpo00010
인가된 전류에 따라 헤드 내에서의 주울 열은 다음의 관계식, 즉
Figure kpo00011
로 유도되므로, 헤드의 전압은 다음식으로 주어진다.
Figure kpo00012
다음에 주어지는 식, 즉
Figure kpo00013
과 같이 관계를 정의하면, 센서의 I-V 곡선은 다음식으로 표시된다.
Figure kpo00014
C3는 R, K 및 T와 같은 열 특성에 의존하기 때문에 C3를 직접 측정하는 것은 어렵지만, 그럼에도 불구하고 C3는 다음에 주어지는 헤드의 I-V식, 즉
Figure kpo00015
을 기초로 전기적으로 결정될 수 있다. 따라서, 간단한 전기적 측정을 수행함으로써 조정값 C3가 결정될 수 있다.
다음으로 필요한 것은 조정값 C3, 센서의 정밀도 S 및 센서가 움직일 형태 변화의 높이 간의 관계를 정해주는 것이다. 제3도의 열 모델을 사용하면, 다음식, 즉
Figure kpo00016
가 알려져 있으며, 여기서 C는 열용량(heat capacity)이고, K는 열 전도도이다. 푸리에 변환을 하면,
Figure kpo00017
가 되고(즉, ω=K/C에서 극을 갖는 저역 통과 펼터), 이 식을 다시 정리하면 다음과 같다.
Figure kpo00018
따라서, 헤드의 온도는 ω=K/C가 될 때까지 헤드의 입력에 따라 변한다. 헤드가 형태 변화의 위를 비행하면서 열 전도도가 변한다고 가정하면,
Figure kpo00019
가 되고, 이 식을 대입 및 변환하면,
Figure kpo00020
가 된다. 상기 식을 다시 정리하면,
Figure kpo00021
가 된다. 높이 h의 변화가 완만한 경우에는,
Figure kpo00022
가 되고, 이를 대입하면,
Figure kpo00023
가 된다. (상기에서 논의한) 헤드의 전압 신호의 변화는 다음식, 즉
Figure kpo00024
로 주어지고,
Figure kpo00025
이므로, TPS 전압의 변화는 다음의 관계식, 즉
Figure kpo00026
및
Figure kpo00027
에 따른 높이 변화와 관계된다. 열 정밀도 S는 일반적으로 다음과 같이 표시된다.
Figure kpo00028
따라서, 거리의 변화에 대한 센서의 정밀도는 C3와 바이어스 전류 I의 3제곱을 곱한값에 비례한다.
서로 다른 패밀리로 이루어진 저장 시스템으로부터 선택된 센서들인 경우에는, 헤드의 크기, 서스펜션 장치의 구조 등이 서로 다르기 예문에 열 전도도 K는 패밀리에 따라 달라지지만 각 패밀리 내에서는 거의 일정하다. 이 경우, 정밀도가 다음의 식
Figure kpo00029
를 만족하는 스칼라량 Af가 도입되어 일단 각 헤드의 패밀리에 대해 측정될 수 있다. 일단 Af가 각 헤드의 패밀리에 대해 측정되면, 각 패밀리 내에 있는 모든 헤드의 정밀도는 C3를 사용하여 전기적으로 결정될 수 있다.
2.2 센서 I-V 곡선 상의 점들로부터 C3구하기
만일 헤드의 전압을 전류의 테일러 급수로 표시할 경우 다음의 식, 즉
Figure kpo00030
으로 주어진다. 제곱항은 전류의 홀수 차수에만 관련될 것으로 예상되므로 빠져 있는데, 이러한 예상은 후술하는 섹션 2.3에서 입중될 것이다. 명확한 이해를 위해 선형 저항값에 대한 C1이 사용된다. 이러한 곡선을 따르는 2개의 전압/전류 점들은 다음식들, 즉
Figure kpo00031
및
Figure kpo00032
으로 정의될 수 있다. 이들 식을 행렬식으로 표시하면,
Figure kpo00033
가 되고, C3에 대해 이러한 시스템의 방정식을 풀면,
Figure kpo00034
이 된다. 또한, V=IR을 이용하면,
Figure kpo00035
이 되고, 따라서 C3는 예를 들어 단지 각 전류 자극 쌍(respective current stimulipairs)에 대한 전압 응답 쌍만을 측정하거나 또는 각 전류 자극 쌍에 대한 저항 값들만을 측정하기만 하면 되는 전기적 측정을 사용하여 결정될 수 있다. 본 발명자들이 이러한 관계식을 발견한 후, 실제로 C3가 센서의 열 온도 응답을 정확하게 예측해내는지의 여부를 입증하기 위해 연속적인 테스트가 행해졌다.
2.3 테스트 결과
제4도는 프로그램 가능한 전류원이 센서 (16)에 전류를 인가하고, 데이터 획득/처리 시스템이 센서의 열 응답(예를 들어 VTPs)을 판독하며, 그 결과가 컴퓨터 파일에 저장될 수 있는 본 발명에 따른 전기적으로 조정가능한 센서에 대한 전기적 측정 시스템을 예시하고 있다. 처리 시스템은 모든 필요한 조정을 수행할 수 있다.
제4도에 도시된 모든 시스템 구성요소 또는 시스템 구성요소의 모든 서브셋(sub-set)이 전체 데이터 저장 시스템 자체 내에 위치될 수 있다는 점에 유의하여야 한다. 나머지 구성요소는 이 시스템 외부에(예를 들어, 전용 조정 시스템 내에) 위치될 수 있다.
실제 형태상의 결함에 대한 10개의 울트라-스타 헤드를 갖는 그룹의 실제 열 응답이 얻어졌으며, 그 결과들을 상기에서 논의된 조정 모델과 비교하였다. 그 다음에 측정이 이루어졌다. 통상의 형태 상의 결함을 스캐닝할 때(측정된 센서 전압을 통해)의 피크 높이, 및 센서의 비선형 I-V 특성이 관찰되었다.
얻어진 데이터가 아래의 테이블 1에 나타나 있다. 헤드들은 모두 울트라-스타 제품 헤드의 단일 배치(single batch)의 것이 사용되었다. 헤드의 저항이 측정되었고, 그 후 헤드는 샘플 결함 상에서 비행하였다. 헤드 1에서 얻어진 이러한 결함의 TPS 이미지가 제5도에 나타나 있다. 이들 실험에 대해 헤드는 모두 8 mA로 바이어스되었으며, 데이터는 테스트 스탠드 상에서 얻어졌다. 10개의 헤드 각각에 대한 응답이 동일한 결함에 대해 측정되었다. 제6도는 측정된 열 응답의 분포가 평균 80%이고 16%의 표준 오차 또는 20%의 퍼짐(spread)을 갖는 것을 보여주고 있다. 측정된 저항이 일정 범위를 훨씬 벗어났기 때문에 헤드 8의 데이터는 무시하였지만, 헤드 8을 포함하여 고려하더라도 열 정밀도의 관찰된 퍼짐의 칼이 크게 변하지는 않는다.
결함 상을 비행할 때에 관찰되는 저항 변화는 100ppm 정도로 비록 그 크기는 작지만, 파우어를 1 mA에서 8 mA로 상승시킬 때 헤드의 전체 저항 변화는 훨씬 더 커져, 3% 내지 4% 범위에 해당한다. 자기저항(MR) 소자는 고온에서 동작하며, 디스크 가까이에 접근시킬 때 나타나는 부분적인(fractional) 온도 변화의 값은 작다.
열 정밀도의 변화는 명백히 몇 개의 요인에 좌우된다. 자기저항 소자의 절대저항(absolute resistance)은 테이블 1의 데이터에 의해 나타난 바와 같이 정밀도에 중요한 역할을 하지 않는다. 그러나, 신호의 세기(signal strength)는 온도에 따른 저항값의 변화량에 비례할 것으로 예측된다. 상기에서 논의한 바와 같이, 열 시스템의 모델은 조정값 C3가 다음의 식, 즉
Figure kpo00036
로 주어질 것으로 예측되며, 여기서 R(T)는 온도에 의존하늘 자기저항이고, K는 주변에 대한 센서의 열 전도도로, 자기저항 센서의 TPS 정밀도 및 전류-전압 곡선의 비선형성의 크기(degree of nonlinearity) 양자를 부분적으로 결정한다. 따라서, 절연된 헤드의 특성을 측정하면 TPS의 정밀도를 합리적으로 예측할 수 있다.
디스크에서 떨어져 있는 상태에서 10개 헤드의 DC I-V 특성이 얻어졌으며, 이들 데이터는 테이블 1 및 제7(a)도(복수의 헤드인 경우)와 테이블 1 및 제7(b)도(단일 헤드인 경우로 극성 변화도 함께 조사함)에 나타나 있다. 전압 데이터는 전류의 3차항 계수(테이블 1의 C3)에 근사된다. 데이터의 근사 특징을 강조하기 위해, V-IR0로 주어지는 헤드 전압의 비선형 부분을 13와 비교한 그래프가 도시되어 있다. 이 그래프에서, 기울기는 3차항 계수 C3에 의해 주어진다. 제8도에는, 디스크 상에서 측정된 디스크 결함으로부터의 피크 높이(peak height)를 전기적으로 측정된 3차항 계수 C3와 비교한 그래프가 도시되어 있다. 이러한 방법은 데이터가 넓게 퍼지는 것을 상당히 감소시키며, 실제로는 헤드 8(R=54 오옴)까지도 선형 근사 부근의 값을 갖는다.
3차항 모델에 대한 I-V 곡선 근사에 의한 DC 열 정밀도를 측정하는 것 이외에, (발명의 명칭이“Electrical Detector for Circuit Lines”이고 참조에 의해 본 명세서의 일부를 이루는 미국 특허 제 5,469,051호에 개시되어 있는 것과 같은 기술을 사용하여) AC 3차항 계수도 측정되었다. 이러한 방법에 있어서, 센서(본 발명의 경우 자기저항 센서)는 ω 및 2ω에서 2개의 주파수 성분을 포함하는 AC 전류에 의해 가열된다. 이들 2개의 구동 전류를 결합시키면 센서 양단에 다음의 식, 즉
Figure kpo00037
로 주어지는 DC 전류가 되고, 여기서 Il은 ω에서의 전류이고, I2는 2ω에서의 전류이다. 고정된 전류 진폭에 대해 DC 전압 대 주파수를 측정함으로써, 주파수에 의존하는 자기저항 헤드의 열 정밀도가 결정될 수 있다. 이러한 측정은 20 Hz에서 2MHz까지의 범위에서 수행되고, 그 결과는 테이블 2 및 제9(a)도에 나타나 있다. (애플리케이션들을 이미지화하기 위해서는 통상 100 kHz에서 1 MHz까지의 범위에 해당하는) 주파수의 해당 범위에 걸쳐, 정밀도는 대략 1계 차수의 크기만큼 변할 것으로 예측된다. 이러한 효과는 예를 들어 형상(topographical features)의 상대적인 크기를 이해하는데 중요하다. 테이블 2에서, C3는 다음의 식, 즉
Figure kpo00038
로 주어지고, 여기서 Vl및 V2는 1킬로오음 저항기 양단에서 측정된 바이어스이다. (테이블 2에서 Vdc(0) 및 Vdc(90)은 주파수 100의 값을 갖는 이득 단계 후에 90°에서 -90°까지 또는 0°에서 180°까지의 진폭의 차이이다.)
제9(b)도는 AE 코너 주파수 대 (서로 다른 헤드 배치(batch)에 대한) 자기저항 헤드의 저항을 그래프로 나타낸 것이다. 코너 주파수는 근사적으로 저항에 반비례한다.
마지막으로, 디스크 상에서의 비행 도중 C3의 전기적 측정이 이루어져 그러한 측정이 디스크 상에서 비행하는 환경에 의존하는지의 여부가 결정되었다. 디스크에서 떨어져 있는 경우 및 디스크 상에 있는 경우 모두(2개의 RPM)에 있어서 헤드번호 2에 대한 I-V 곡선들이 제10도에 도시되어 있다. 작은 변화가 관찰되었으며, 이는 자기저항 소자로부터의 열 전도도가 대략 3% 정도로 약간 개선된 것에 해당한다. 그러나, 헤드의 고유한 특성은 거의 변하지 않으며, 따라서 I-V 측정을 통해 이루어진 조정은 헤드가 디스크 상에서 비행하는지 아니지의 여부와는 무관하게 사용될 수 있다.
Figure kpo00039
Figure kpo00040
추가 테스트(additional test):
TPS 조정과 관련하여 추가 테스트가 행해졌으며, 그 결과가 이하에서 간단히 논의될 것이다.
헤드가 디스크 상에서 동작 중일 때, 자기 리드백 기술(magnetic readback techniques) 및 TPS는 모두 형태 변화에 민감하다. 이들 양자의 기술에 대한 스펙트럼 반응(spectral response)이 얻어진다. 자기 리드백 회로의 출력은 100kHz 이하의 주파수 범위에 대해 증가하는 스펙트럼 진폭을 포함하는데, 이것은 디스크 거칠기(roughness) 대 공간적 파장의 스펙트럼을 나타낸다. 자기 리드백 스펙트럼과 동일한 조건하에서 이루어진 TPS 스펙트럼이 측정된다. 매우 유사한 스펙트럼이 관측되고, 2개의 데이터 세트의 비율은 사실상 자기 리드백 및 TPS가 상기 대역(band) 내에서 1dB 범위 내의 동일한 주파수 의존도를 갖는다는 것을 보여준다. 자기 리드백은 주파수와 무관한 것으로 알려져 있으므로, 이러한 관찰을 기초로 하여 형태 변화에 대한 TPS의 응답은 1 내지 100 kHz의 주파수 범위에 걸쳐 실질적으로 평탄한 것으로 추론할 수 있다.
1.8 mA 및 12 mA 사이에서 변하는 진폭을 가지며, 수 Hz에서 수만 Hz까지의 범위를 갖는 주파수에서, 매우 느린 방형파 바이어스 전류(very slow square wave bias current)에 대한 자기저항 센서의 응답이 측정되었다. (추가적으로 자체 가열을 하지 않고도 저항의 탐침을 제공하기 위해 더 낮은 전류가 사용되었다. 브리지는 더 낮은 바이어스 레벨에서 균형이 이루어졌다.) 커다란 후방 그라운드에 대해 작은 섭동(small perturbation)이 조사되기 때문에, 전류에 의존하는 저항의 시간 응답의 정확한 관찰이 얻어지지 못했다. 자기저항 센서는 휘트스톤 브리지의 하나의 레그(leg)로 포함되어 있으며, 저항 중 전류에 의존하는 부분만이 측정되었다.
방형파 여기(square wave excitation)를 사용하는 회복 시간(recovery time)이 측정되었다. 헤드는 대략 10 마이크로초 후에 열적으로 회복되었으며, 꼬리부는 약 50 마이크로초 정도 지속되었다. 이들 측정은 이전의 고조파 발생(harmonic generation)시의 측정과 일치하는 것으로, 대략 20 내지 300 kHz 범위에 걸친 주파수를 갖는 열응답의 점진적인 롤오프를 나타낸다. 또한, 1 kHz, 50 kHz, 및 0.2 Hz의 낮은 테스트 주파수에서의 추적이 이루어졌다. 가장 긴 시간으로, 수 초 정도의 시상수(time constant)에 해당하는 추가적인 저항의 완화(additional resistance relaxation)가 관찰되었다. 슬라이더 몸체 내로의 열 흐름과 관련되는 저주파 극/제로(low-frequency pole/zero)에 해당하는 것으로 해석된다. 이러한 완화는 너무 느려서 관찰이 불가능하거나 또는 TPS에 관계되는 모든 주파수 범위에 대해 불확실하다.
또한, 완화 전압 대 바이어스 전류 레벨의 비례 관계가 측정되었다. 10 mA 및 12.6 mA의 높은 바이어스와 1.8 mA의 낮은 바이어스에 대한 브리지 전압이 각각 측정되었다. 측정 주파수는 4 kHz였다. 12. 6 mA 완화의 전압 눈금은 10 mA 데이터의 전압 눈금의 2배로 정해졌다. 3차항에서의 관계는 거의 완전히 일치하였다. 즉, (12.6/10)3으로 상기에서 제안된 C3모델과 양호하게 일치함을 보여주었다.
3.0 유도 갭 변화에 의한 조정
본 발명에 따른 또 다른 조정 기술은 센서와 매체 표면 간의 거리를 물리적으로 변화시켜 센서를 조정하는 단계, 이들 변화를 추적하는 단계, 및 센서의 실제 열 응답을 모니터링하는 단계를 포함한다. 센서 자체의 운동(및 그에 따른 거리의 변화)은 예를 들어 서스펜션 암 상에서 헤드 근처에 장착된 크리스탈을 압전 여기(piezoelectric excitation)시키거나 또는 음파를 이용한 여기(acoustic excitation), 전기 용량을 이용한 여기(capacitive excitation) 등 여러 가지 수단에 의해 유도될 수 있다. 또한, 표면 상의 기지(known)의 형상(topographical features)이 헤드를 지나도록 움직임으로써 센서와 표면 간의 거리가 변할 수 있다.
헤드의 운동을 면밀히 모니터할 수 있는 경우, 상기 상세히 설명한 기술들 중의 어느 하나에 의해 수직 방향의 작은 진동이 헤드 내에 유도된다. 이러한 진동을 모니터링하기 위한 별도의 시스템이 사용된다. 예를 들어, 헤드의 운동은 간섭계, 삼각 측량, 공초점형(confocal) 공진기 등과 같은 몇 가지 가능한 구조들 중의 하나를 사용하여 광학적으로 측정될 수 있다. 그 후 열 신호 및 광학 신호를 비교하여 헤드를 열적으로 조정한다.
기지(known)의 형태 변화(topographical variations)가 센서를 지나도록 움직이는 경우에는, 이들 기지의 형상의 높이를 센서의 실제 열 응답과 비교함으로써 직접 조정이 이루어진다.
그러나, 헤드가 이미 데이터 저장 장치 내에 장착된 경우에는, 헤드의 운동을 관찰하기 위해 별도의 물리적인 측정을 사용하거나 또는 기지(known)의 변화를 갖는 매체를 사용하는 것이 어렵다. 이 경우, 헤드에는 헤드-디스크의 갭 간격보다는 작지만 그 갭 간격과 거의 동일한 높이에 해당되는 양의 진동이 일어난다. 디스크에 대한 헤드의 운동을 여기시키기 위해 기계적인 진동기(mechanical shaker)를 사용하여 이러한 진동을 만들어 낼 수 있다.
3.1 헤드의 운동으로부터 정밀도 S 구하기
헤드의 온도가 갭 간격에 따라 1/d로 변한다고 가정하면, 헤드의 온도는 다음식 , 즉
Figure kpo00041
로 주어지고, 여기서 T0는 헤드의 동작 온도를, A는 헤드에 좌우되는 상수(head-dependent constant)이다. 주어진 바이어스 전류 I에 대해, TPS 응답 신호 VTPS(측정된 실제 열 응답 또는“atr”의 예)는 다음식, 즉
Figure kpo00042
또는
Figure kpo00043
로 주어진다. 따라서, (갭 간격의 변화에 대한 전압의 변화와 관련되는) 정밀도 S는 다음식, 즉
Figure kpo00044
로 유도되거나, 또는 조정값 C0를 대입하면 다음식, 즉
Figure kpo00045
로 주어지고, 상기 식에서 d0는 평균 비행 높이(통상 50 nm임)이다.
헤드가 운동 함수(movement function)에 따라 표면 상에서 비행할 때 헤드를 진동시킴으로써 정밀도 S가 다음식으로 얻어질 수 있다.
Figure kpo00046
통상적으로, 주어진 여기값에 대해 더 큰 행정 거리(excursion distance) dl이 얻어지도록 헤드의 공진 주파수(resonance frequency)가 선택된다. 하나의 예에 있어서, 헤드는 압전세라믹(piezoceramic)과 통상 10 내지 100kHz의 주파수 범위를 이용하여 여기될 수 있다. 이러한 운동 함수를 이용하면, 헤드의 전압 신호는 다음식으로 주어진다.
Figure kpo00047
헤드의 전압은 단순한 사인 함수가 아니라는 점을 유의하여야 한다. dl≪d0인 경우 전압은 거의 사인 함수가 되지만, dl이 증가함에 따라 전압은 더욱 비대칭 모양이 된다. 여기가 되면, C0및 dl을 얻기 위해 운동하는 동안 해당 시각에서 실제 열 응답의 역수(즉, 1/V) 대 sin(ωt)를 비교한 그래프가 그려진다.
Figure kpo00048
이므로, 데이터는 y(1/V) 대 x(sin(ωt))의 형태를 갖는 2차원 그래프 상에 도시될 수 있으며, 이것은 잘 알려진 바와 같이,
Figure kpo00049
형태로, 여기서 b는 y의 절편(intercept)이고, m은 기울기이다.
(미리 알고 있는(known a-priori) 평균 비행 높이 d0와 함께) 상기 그래프의 절편 및 기울기로부터 C0및 dl이 다음과 같이 얻어진다.
Figure kpo00050
따라서, 정밀도 S가 또한 다음식과 같이 얻어진다.
Figure kpo00051
그러므로 운동 함수(상기의 예에서는 사인 함수)를 사용하여 대략 평균 비행 높이로 헤드를 진동시켜줌으로써 헤드의 정밀도가 결정된다. 정밀도는 단지 평균 비행 높이와 실제 열 응답의 역수 대 운동 함수 sin(ωt)의 그래프의 절편에만 좌우되기 때문에, 평균 비행 높이에 대한 행정 거리 dl은 알 필요가 없다는 점에 유의하여야 한다.
3.2 테스트 결과
제11도는 센서를 조정하기 위한 압전 현상을 이용한 시스템(piezo-based system)을 예시한 것으로 센서 (16)은 디스크 표면 (12) 상에서 움직이는 동안 기계적으로 여기된다. 최종 실제 열 응답은 데이터 획득/처리 시스템을 사용하여 수집된 후 본 명세서에서 논의한 기술에 따라 센서를 조정하는데 사용될 수 있다. 제11도에 도시된 모든 시스템 구성 요소 또는 이들의 모든 서브셋은 전체 저장 시스템 자체내에 위치될 수 있다는 점에 유의하여야 한다. 나머지 구성 요소들은 시스템 밖에(예를 들어, 조정 전용 시스템 내에) 위치될 수 있다.
열 응답은 갭 간격을 갖는 비선형일 수 있으며, 따라서 센서는 사인 함수적인 응답을 나타내기 보다는 오히려 제12도 및 제14도에 도시된 바와 같이 비선형 의존도(a varying degree of non-linear dependence)가 변하는 것을 보여주고 있다. 모델 열 응답 대 거리에 대한 데이터를 비교하면, 진동의 진폭이 근사 파라메터(fitting parameter)로서 얻어질 수 있다. 이것은 제12도 및 제14도의 모델 곡선과 제13도 및 제15도에 도시된 선형화된 그래프(linearized plot)에 모두 도시되어 있다. 제13도 및 제15도에서, 데이터는 열 출력이 갭 간격과 반비례하여 변하는 모델에 근사되고, 또한 디스크 상의 헤드 높이에 대해 사인 함수적인 변화가 유도되는 것으로 추가적으로 가정한 것이다. 헤드의 평균 비행 높이를 정하는 월레스 스페이싱법(Wallace Spacing Law)을 사용하면 조정에 대한 확인이 이루어진다.
공진 주파수 근처에서 사용될 수 있는 다른 몇 개의 주파수들이 존재하지만, 약 60 kHz의 공진 주파수에서 공기 베어링 헤드가 진동하도록 유도될 때에 얻어지는 데이터들이 제12도 내지 제15도에 도시되어 있다. 상기 양자의 경우에 있어서, 디스크는 약 12.9 m/s(27 mm 반경에서 rpm이 4500회)로 실행된다. 바이어스 전류는 8 mA였다. 출력은 1000배의 이득을 갖는 헤드의 전치 증폭기(preamp)로부터 나온다. 통상적인 변화는 보통 수십 내지 수백 마이크로볼트 범위에서 일어나는데, 이것은 1000분의 몇 정도의 매우 작은 저항 변화에 해당한다. 진동은 서스펜션 장치에 단단히 접착된 압전형 바이모프(piezo bimorph)에 의해 유도된다. 공진 주파수는 오디오 영역 내에 있으므로 압전형 바이모프를 약 100 kHz 이상에서 진동시키기 위해 사용하는 것은 실질적으로 불가능하다.
약 100 V p-p(제12도 및 제13도)와 약 7 V p-p(제14도 및 제15도)에 대한 2개의 압전 구동 레벨에서의 데이터가 얻어졌다. 낮은 바이어스를 갖는 경우의 자취(trace)는 기대했던대로 사인 함수이다. 헤드가 디스크 쪽으로 힘을 받으므로, 높은 바이어스를 갖는 경우의 자취는 첨두가 더욱 뾰족해진다. 데이터는 열 신호가 1/d(d는 갭간격임)로 변하는 상술한 모델에 근사된다. 구동 전압의 주파수는 미리 알고 있으며, 비행 높이에 대한 측정값이 얻어졌다.
실제 열 응답 대 기대한 사인 함수 형태를 그래프로 그리면 선형 근사(linearfit)가 얻어진다. 이러한 방법으로 얻어진 조정은 낮은 두자리 수에 해당하는 % 범위 내에서는 모순되지 않는다(self-consistent). 행정 거리가 큰 실험의 히스테리시스 곡선의 결과는 데이터 대 시간의 그래프에서 명백히 볼 수 있는 바와 같이 비대칭이다.
제13도의 그래프로부터 조정값 C0및 행정 거리 dl이 다음과 같이 구해진다.
Figure kpo00052
제15도의 그래프로부터 조정값 C0및 행정 거리 dl은 다음과 같이 구해진다.
Figure kpo00053
상기 논의한 바와 같이, 정밀도 S는 C0및/또는 d0또는 b(절편)에 의해 다음과 같이 직접 결정된다.
Figure kpo00054
이들 테스트들은 (1) TPS가 미분 또는 기타 설명되지 않은 것이 아니라 변위를 직접 측정하는 것에 해당하며, (2) TPS가 갭 간격의 측정을 가능하게 한다는 점을 입증한다.
TPS가 갭 간격에 대해 비선형으로 의존한다는 사실은 센서와 디스크 표면간의 거리의 함수가 될 것이 기대된다. 이 경우, 자기 측정(magnetic measurements)으로 얻어지는 상대적 변위와는 달리, 간격이 절대값(absolute sense)으로 정해지도록 한다. 자기 측정의 경우, 헤드와 디스크의 상대적인 간격이 디스크 속도의 함수로 관측되는 테이크오프(take-off) 곡선이 얻어진다. 디스크가 느려짐에 따라, 약간의 비행 고도 변화로 인해 헤드는 강하한다. 그러나, 헤드가 디스크와 충돌하면, 자기신호(magnetic singal) 대 디스크 속도로부터 계산된 헤드의 변위에 대한 그래프는 방향에 따라 변하며, 또한 최소 변위에 해당하는 점은 접촉점(point of contact)으로 해석된다. TPS의 경우, 신호 변화는 비선형이며, 따라서 표면은 접촉하지 않을 것으로 기대될 수 있으면, 또한 제로-간격 조건(zero-spacing condition)은 센서와 관계가 있다. 따라서, 이것은 본질적으로 상대적인 변위에 해당하는 자기 측정과는 물리적으로 서로 다른 측정이다
주의 사항(caveat)으로, 비정상적으로 큰 형태 변화(large anomalous topographic variations)를 나타내지 않는 디스크 영역 상에 대한 조정은 주의깊게 이루어져야 하는데, 그 이유는 이러한 경우 평균 TPS 신호가 일정한 평균 헤드/디스크 간격을 반영하는 단순한 함수 형태를 따르지 않기 때문이다. 본 발명의 방법이 사용될 수 있는 것으로 예측되는 하나의 특정한 영역은 헤드의 리세스를 측정하는 것이다. 이러한 영역에서, 원하는 정보는 열 접촉(d)와 기계적 접촉(g) 간의 차이 측정치이다. (제16도 참조). 상기에서 논의한 바와 같이, 이것은 자기 변위(magnetic displacement)와 열‘제로’변위 간의 위치 상의 차이에 해당된다.
본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명을 특정하여 도시하고 기술하였지만, 당업자라면 본 발명의 정신 및 범위를 벗어남이 없이 형태 및 상세한 내용에 있어서 다양한 변경이 이루어질 수 있다는 점을 이해할 수 있다.
본 발명은 열 근접 센서 조정 기술들을 제공하며, 본 발명의 하나의 특징은 센서와 그 센서가 상대적으로 움직이게 될 표면 간의 거리에 대한 센서의 열 정밀도를 결정하기 위해 기본적으로 전기적 측정이 사용되는 조정 기술(방법 및 시스템)을 사용하여 열 근접 센서를 조정한다.

Claims (70)

  1. 센서의 열 정밀도를 결정하는 방법에 있어서, a) 제1전기적 자극(electrical stimulus)으로부터 제1전기적 응답이 발생하도록 센서에 제1전기적 자극을 인가하는 단계; b) 제1전기적 응답을 측정하는 단계; 및 c) 제1전기적 자극 및 제1전기적 응답의 함수로서 열 조정값(thermal calibration value)을 결정하는 단계를 포함하고, 센서와 그 센서가 상대적으로 움직이게 될 표면 간의 거리에 대한 센서의 열정밀도(thermal sensitivity)를 열 조정값이 실질적으로 결정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제1전기적 자극 및 제1전기적 응답은 아래의 관계식
    Figure kpo00055
    여기서 V는 센서 양단에 걸리는 전압, I는 센서를 통해 흐르는 전류, Cl은 V와 I를 관련시키는 선형 계수, C3는 열 조정값임에 의해 정해지는 곡선 상의 점을 포함하고; 열 조정값 C3는 상기 관계식을 사용하여 결정되고, 제1전기적 자극 및 제1전기적 응답은 각각 V, I, 및 Cl중 어느 하나를 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 제2전기적 자극으로부터 제2전기적 응답이 발생하도록 센서에 제2전기적 자극을 인가하는 단계; 및 제2전기적 응답을 측정하는 단계를 포함하고, 상기 열 조정값(thermal calibration value)을 결정하는 단계가 제1 및 제2전기적 자극과 제1및 제2응답의 함수로서 열 조정값을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, a) 제1전기적 자극 및 제1전기적 응답이 곡선 상의 제1점을 포함하고, 제2전기적 자극 및 제2전기적 응답이 곡선 상의 제2점을 포함하며, 상기 곡선은 아래의 관계식
    Figure kpo00056
    여기서 V는 센서 양단에 걸리는 전압, I는 센서를 통해 흐르는 전류, Cl은 V와 I를 관련시키는 선형 계수, C3는 열 조정값임으로 정의되고; b) 열 조정값 C3는 상기 관계식을 사용하여 결정되고, 제1전기적 자극, 제1전기적 응답, 제2전기적 자극, 및 제2전기적 응답은 각각 V, I, 및 Cl중의 어느 하나인 방법.
  5. 제3항에 있어서, a) 제1전기적 자극 및 제1전기적 응답은 제1전기적 자극/응답 쌍(stimulus/response pair)을 포함하고, 제2전기적 자극 및 제2전기적 응답은 제2전기적 자극/응답 쌍을 포함하며; b) 상기 조정값을 결정하는 단계는 아래의 관계식
    Figure kpo00057
    여기서 C3는 열 조정값, Il및 Vl은 제1전기적 자극/응답 쌍, I2및 V2는 제2전기적 자극/응답 쌍임에 따라 열 조정값을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제3항에 있어서, a) 제1전기적 자극 및 제1전기적 응답은 제1전기적 자극/응답 쌍(stimulus/response pair)을 포함하고, 제2전기적 자극 및 제2전기적 응답은 제2전기적 자극/응답 쌍을 포함하며; b) 상기 조정값을 결정하는 단계는 아래의 관계식
    Figure kpo00058
    여기서 C3는 열 조정값, Il 및 R1은 제1전기적 자극/응답 쌍이고, Rl은 센서의 측정된 저항값, I2및 R2는 제2전기적 자극/응답 쌍이고, R2는 센서의 측정된 저항값임에 따라 열 조정값을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 센서가 액세스 소자(access element)를 포함하고, 저장 매체가 액세스 소자에 의해 액세스될 표면을 구비하며, 액세스 소자에 바이어스 전류를 인가하면 액세스 소자와 표면 간의 거리에 대한 액세스 소자의 열 정밀도가 열 조정값과 바이어스 전류의 3제곱을 곱한 값에 비례하는 정밀도값에 의해 정해지는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 센서가 액세스 소자를 포함하고, 저장 매체가 액세스 소자에 의해 액세스될 표면을 구비하며, 액세스 소자에 바이어스 전류를 인가하면 액세스 소자와 표면 간의 거리에 대한 액세스 소자의 열 정밀도가 열 조정값과 바이어스 전류의 3제곱을 곱한 값에 비례하는 정밀도값에 의해 정해지는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 센서가 액세스 소자를 포함하고, 저장 매체가 액세스 소자에 의해 액세스될 표면을 구비하며, 액세스 소자가 표면과 동작 관계에 있지 않는 동안 상기 인가 단계 및 측정 단계가 수행되는 방법.
  10. 표면을 구비하는 저장 매체 상의 형태 변화(topographical variations)의 높이를 열적으로 측정하기 위한 방법에 있어서, a) 제1항의 방법에 따라 센서의 열 정밀도를 결정하는 단계; b) 표면으로부터 실질적으로 일정한 거리에서 센서를 표면과 상대적으로 움직이는 단계; 및 c) 센서와 표면 간의 순간 거리(instantaneous distance) 및 그에 따른 저장 매체 상의 형태 변화의 높이를 측정하기 위해 열 정밀도를 사용하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 열 조정값을 결정하는 단계 전에, 상기 센서를 포함하는 센서들의 패밀리에 대한 패밀리 조정값(family calibration value)을 측정하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 조정 방법(calibration method)에 있어서, 센서에 대한 열 조정값-여기서 열 조정값은 센서와 그 센서가 상대적으로 움직이게 될 표면 간의 거리에 대한 센서의 열 정밀도를 실질적으로 결정함-을 전기적으로 결정하는 단계를 포함하고, 상기 전기적으로 결정하는 단계가 적어도 하나의 전기적 응답에 인가되는 적어도 하나의 전기적 자극 각각에 대해 센서의 적어도 하나의 전기적 응답을 측정하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 전기적으로 결정하는 단계가 아래의 관계식
    Figure kpo00059
    여기서 V는 센서 양단에 걸리는 전압, I는 센서를 통해 흐르는 전류, Cl은 V와 I를 관련시키는 선형 계수, C3는 열 조정값임을 사용하여 열 조정값을 적어도 하나의 전기적 자극 및 적어도 하나의 전기적 응답과 관련시키는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 적어도 하나의 전기적 응답을 측정하는 단계가 2개의 전기적 자극 각각에 대해 2개의 전기적 응답을 측정하는 단계를 포함하고, 전기적 자극은 각각 V 및 I 중의 하나이고, 전기적 응답은 각각 V, I, 및 Cl중의 어느 하나인 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 센서가 액세스 소자를 포함하고, 저장 매체가 액세스 소자에 의해 액세스될 표면을 구비하며, 액세스 소자에 바이어스 전류를 인가하면 액세스 소자와 표면 간의 거리에 대한 액세스 소자의 열 정밀도가 열 조정값과 바이어스 전류의 3제곱을 곱한 값에 비례하는 정밀도간에 의해 정해지는 방법.
  16. 조정 방법(calibration method)에 있어서, 센서와 그 센서가 상대적으로 움직이게 될 표면 간의 거리에 대한 센서의 열 정밀도를 결정하기 위해 기본적으로 전기적 측정을 사용하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 전기적 측정이
    Figure kpo00060
    의 관계식-이 관계식에서 C3는 실질적으로 열 정밀도를 결정함-에 의해 정의되는 곡선 상의 V, I 또는 Cl점들을 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 센서가 액세스 소자를 포함하고, 저장 매체가 액세스 소자에 의해 액세스될 표면을 구비하며, 액세스 소자에 바이어스 전류를 인가하면 액세스 소자와 표면 간의 거리에 대한 액세스 소자의 열 정밀도가 C3와 바이어스 전류의 3제곱을 곱한 값에 비례하는 정밀도값에 의해 정해지는 방법.
  19. 센서의 열 정밀도를 결정하는 시스템에 있어서, a) 제1전기적 자극(electrical stimulus)으로부터 제1전기적 응답이 발생하도록 센서에 제1전기적 자극을 인가하기 위한 제1회로; b) 제1전기적 응답을 측정하기 위한 제2회로; 및 c) 제1전기적 자극 및 제1전기적 응답의 함수로서 열 조정값(thermal calibration value)을 결정하기 위한 수단을 포함하고, 열 조정값이 센서와 그 센서가 상대적으로 움직이게 될 표면 간의 거리에 대한 센서의 열 정밀도(thermal sensitivity)를 실질적으로 결정하는 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 제1전기적 자극 및 제1전기적 응답은 다음의 관계식
    Figure kpo00061
    여기서 V는 센서 양단에 걸리는 전압, I는 센서를 통해 흐르는 전류, Cl은 V와 I를 관련시키는 선형 계수, C3는 열 조정값임에 의해 정해지는 곡선 상의 점을 포함하고; 열 조정값 C3는 상기 관계식을 사용하는 결정 수단에 의해 결정되고, 제1전기적 자극 및 제1전기적 응답은 각각 V, I, 및 Cl중의 어느 하나인 시스템.
  21. 제19항에 있어서, 제2전기적 자극으로부터 제2전기적 응답이 발생하도록 센서에 제2전기적 자극을 인가하기 위한 제3회로; 및 제2전기적 응답을 측정하기 위한 제4회로를 포함하고, 상기 열 조정값(thermal calibration value)을 결정하는 수단이 제1 및 제2전기적 자극과 제1 및 제2응답의 함수로서 열 조정값을 결정하기 위한 수단을 포함하는 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 제1전기적 자극 및 제1전기적 응답이 곡선 상의 제1점을 포함하고 제2전기적 자극 및 제2전기적 응답이 곡선 상의 제2점을 포함하며, 상기 곡선은 다음의 관계식
    Figure kpo00062
    여기서 V는 센서 양단에 걸리는 전압, I는 센서를 통해 흐르는 전류, Cl은 V와 I를 관련시키는 선형 계수, C3는 열 조정값임으로 정의되고; 열 조정값 C3는 상기 관계식을 사용하는 결정 수단에 의해 결정되고, 제1전기적 자극, 제1전기적 응답, 제2전기적 자극, 및 제2전기적 응답은 각각 V, I, 및 Cl중의 어느 하나인 시스템.
  23. 제21항에 있어서, a) 제1전기적 자극 및 제1전기적 응답은 제1전기적 자극/응답 쌍(stimulus/response pair)을 포함하고, 제2전기적 자극 및 제2전기적 응답은 제2전기적 자극/응답 쌍을 포함하며; b) 상기 조정값을 결정하는 수단은 아래의 관계식
    Figure kpo00063
    여기서 C3는 열 조정값, Il및 Vl은 제1전기적 자극/응답 쌍, I2및 V2는 제2전기적 자극/응답 쌍임에 따라 열 조정값을 결정하는 수단을 포함하는 시스템.
  24. 제21항에 있어서, a) 제1전기적 자극 및 제1전기적 응답은 제1전기적 자극/응답 쌍(stimulus/response pair)을 포함하고, 제2전기적 자극 및 제2전기적 응답은 제2전기적 자극/응답 쌍을 포함하며; b) 상기 조정값을 결정하는 수단은 아래의 관계식
    Figure kpo00064
    여기서 C3는 열 조정값, Il및 Rl은 제1전기적 자극/응답 쌍이고, Rl은 센서의 측정된 저항값, I2및 R2는 제2전기적 자극/응답 쌍이고, R2는 센서의 측정된 저항값임에 따라 열 조정값을 결정하는 수단을 포함하는 시스템.
  25. 제20항에 있어서, 상기 센서가 액세스 소자(access element)를 포함하고, 저장 매체가 액세스 소자에 의해 액세스될 표면을 구비하며, 액세스 소자에 바이어스 전류를 인가하면 액세스 소자와 표면 간의 거리에 대한 액세스 소자의 열 정밀도가 열 조정값과 바이어스 전류의 3제곱을 곱한 값에 비례하는 정밀도값에 의해 정해지는 시스템.
  26. 제19항에 있어서, 상기 센서가 액세스 소자를 포함하고, 저장 매체가 액세스 소자에 의해 액세스될 표면을 구비하며, 액세스 소자에 바이어스 전류를 인가하면 액세스 소자와 표면 간의 거리에 대한 액세스 소자의 열 정밀도가 열 조정값과 바이어스 전류의 3제곱을 곱한 값에 비례하는 정밀도값에 의해 정해지는 시스템.
  27. 제19항에 있어서, 상기 센서가 액세스 소자를 포함하고, 저장 매체가 액세스 소자에 의해 액세스될 표면을 구비하며, 액세스 소자가 표면과 동작 관계에 있지 않는 동안 제1회로 및 제2회로가 동작하는 시스템.
  28. 표면을 구비하는 저장 매체 상의 형태 변화(topographical variations)의 높이를 열적으로 측정하기 위한 시스템에 있어서, a) 제19항의 시스템을 포함하는 센서의 열 정밀도를 결정하기 위한 수단; b) 표면으로부터 실질적으로 일정한 거리에서 센서를 표면과 상대적으로 움직이기 위한 수단; 및 c) 센서와 표면 간의 순간 거리(instantaneous distance) 및 그에 따른 저장 매체 상의 형태 변화의 높이를 측정하기 위해 열 정밀도를 사용하는 수단을 포함하는 시스템.
  29. 제19항에 있어서, 상기 센서를 포함하는 센서들의 패밀리에 대한 패밀리 조정값(family calibration value)을 측정하기 위한 수단을 포함하는 시스템.
  30. 조정 시스템에 있어서, 센서에 대한 열 조정값-여기서 열 조정값은 센서와 그 센서가 상대적으로 움직이게 될 표면 간의 거리에 대한 센서의 열 정밀도를 실질적으로 결정함-을 전기적으로 결정하기 위한 수단을 포함하고, 상기 전기적으로 결정하기 위한 수단이 적어도 하나의 전기적 응답에 인가되는 적어도 하나의 전기적 자극 각각에 대해 센서의 적어도 하나의 전기적 응답을 측정하기 위한 수단을 포함하는 시스템.
  31. 제30항에 있어서, 상기 전기적으로 결정하기 위한 수단이 다음의 관계식
    Figure kpo00065
    여기서 V는 센서 양단에 걸리는 전압, I는 센서를 통해 흐르는 전류, Cl은 V와 I를 관련시키는 선형 계수, C3는 열 조정값임을 사용하여 열 조정값을 적어도 하나의 전기적 자극 및 적어도 하나의 전기적 응답과 관련시키기 위한 수단을 포함하는 시스템.
  32. 제31항에 있어서, 적어도 하나의 전기적 응답을 측정하기 위한 수단이 2개의 전기적 자극 각각에 대해 2개의 전기적 응답을 측정하기 위한 수단을 포함하고, 전기적 자극은 각각 V 및 I 중의 하나이고, 전기적 응답은 각각 V, I, 및 Cl 중의 어느 하나인 시스템.
  33. 제30항에 있어서, 상기 센서가 액세스 소자를 포함하고, 저장 매체가 액세스 소자에 의해 액세스될 표면을 구비하며, 액세스 소자에 바이어스 전류를 인가하면 액세스 소자와 표면 간의 거리에 대한 액세스 소자의 열 정밀도가 열 조정값과 바이어스 전류의 3제곱을 곱한 값에 비례하는 정밀도값에 의해 정해지는 시스템.
  34. 조정 시스템에 있어서, 센서와 그 센서가 상대적으로 움직이게 될 표면 간의 거리에 대한 센서의 열 정밀도를 결정하기 위해 기본적으로 전기적 측정을 사용하기 위한 수단을 포함하는 시스템.
  35. 제34항에 있어서, 전기적 측정이
    Figure kpo00066
    의 관계식-이 관계식에서 C3는 실질적으로 열 정밀도를 결정함-에 의해 정의되는 곡선 상의 V, I 또는 Cl점들을 포함하는 시스템.
  36. 제35항에 있어서, 상기 센서가 액세스 소자를 포함하고, 저장 매체가 액세스 소자에 의해 액세스될 표면을 구비하며, 액세스 소자에 바이어스 전류를 인가하면 액세스 소자와 표면 간의 거리에 대한 액세스 소자의 열 정밀도가 C3와 바이어스 전류의 3제곱을 곱한 값에 비례하는 정밀도값에 의해 정해지는 시스템.
  37. 조정 방법(calibration method)에 있어서, a) 센서와 그 센서가 상대적으로 움직이게 될 표면 간의 순간 거리(instantaneous distance) d를 변화시키는 단계; b) 상기 변화시키는 단계 동안 복수의 실제 시각에서 센서의 복수의 실제 열 응답을 측정하는 단계; 및 c) 복수의 실제 열 응답을 사용하여 센서와 표면 간의 순간 거리 d에 대한 센서의 열 정밀도를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  38. 제37항에 있어서, 순간 거리를 변화시키는 단계가
    Figure kpo00067
    의 운동 함수(movement function)-여기서 ω는 운동 주파수이고, t는 시각임-에 따라 평균 거리 d0에 대해 센서를 행정 거리(excursion distance) dl만큼 사인 함수적으로 이동시키는 단계를 포함하는 방법.
  39. 제38항에 있어서, 열 정밀도를 결정하는 단계가
    Figure kpo00068
    의 관계식-이 관계식에서 C0는 조정값이고, air(t)는 시각 t에서의 실제 열 응답(actual thermal response)임-에 따라 실질적으로 조정값을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  40. 제39항에 있어서, 조정값을 결정하는 단계가 제1값 및 제2값-여기서 제1값은 복수의 실제 열 응답 중 하나의 실제 열 응답의 역수와 관련되고, 제2값은 복수의 시각 중 각각의 시각 t′에서 sin(ωt′)와 관련됨-을 포함하는 복수의 데이터 점들 각각에 선형적으로 근사되는 곡선의 절편(intercept point)을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  41. 제40항에 있어서, 조정값 C0가 평균 거리 d0와 절편의 역수를 곱한 값에 비례하고, 그에 따라 행정 거리(excursion distance) dl과는 관계없이 결정되는 방법.
  42. 제41항에 있어서, 열 정밀도를 결정하는 단계가 정밀도값을 결정하는 단계를 포함하고, 센서의 열 정밀도값이 그 정밀도값에 따른 순간 거리 d와 관련되며, 정밀도값이 조정값과 평균 거리 d0의 제곱의 역수를 곱한 값에 비례하는 방법.
  43. 제42항에 있어서, 상기 센서가 액세스 소자를 포함하고, 저장 매체가 액세스 소자에 의해 액세스될 표면을 포함하는 방법.
  44. 제37항에 있어서, 상기 센서가 액세스 소자를 포함하고, 저장 매체가 액세스 소자에 의해 액세스될 표면을 포함하는 방법.
  45. 제38항에 있어서, 열 정밀도를 결정하는 단계가 제1값 및 제2값-여기서 제1값은 복수의 실제 열 응답 중 하나의 실제 열 응답의 역수와 관련되고, 제2값은 복수의 시각 중 각각의 시각 t′에서 sin(ωt′)와 관련됨-을 포함하는 복수의 데이터 점들 각각에 선형적으로 근사되는 곡선의 절편(intercept point)을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  46. 제45항에 있어서, 열 정밀도를 결정하는 단계가 정밀도값을 결정하는 단계를 포함하고, 센서의 열 정밀도값이 그 정밀도값에 따른 순간 거리 d와 관련되며, 정밀도값이 절편의 역수와 평균 거리 d0의 역수를 곱한 값에 비례하는 방법
  47. 제46항에 있어서, 상기 센서가 액세스 소자를 포함하고, 저장 매체가 액세스 소자에 의해 액세스될 표면을 포함하는 방법.
  48. 표면을 구비하는 저장 매체 상의 형태 변화(topographical variations)의 높이를 열적으로 측정하기 위한 방법에 있어서, a) 제37항의 조정 방법에 따라 센서의 열 정밀도를 결정하는 단계; b) 표면으로부터 실질적으로 일정한 거리에서 센서를 표면과 상대적으로 움직이는 단계; 및 c) 센서와 표면 간의 순간 거리(instantaneous distance) 및 그에 따른 저장 매체 상의 형태 변화의 높이를 측정하기 위해 열 정밀도를 사용하는 단계를 포함하는 방법.
  49. 제37항에 있어서, 순간 거리 d를 변화시키는 단계는 운동 함수에 따라 센서를 움직이는 단계를 포함하고; 열 정밀도를 결정하는 단계는 운동 함수에 대응하는 복수의 모델 열 응답과 복수의 실제 열 응답 간의 차이를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  50. 제49항에 있어서, 상기 차이가 순간 거리 d를 복수의 실제 열 응답과 관련 시키는 비선형 함수(non-linear function)인 방법.
  51. 제37항에 있어서, 센서와 표면 간의 순간 거리 d가 변함에 따라 센서의 위치를 모니터링하는 단계-여기서 모니터링 단계는 모니터된 위치 함수를 생성하는 단계를 포함함-를 포함하고; 결정하는 단계가 복수의 실제 열 응답을 모니터된 위치 함수와 비교하는 단계를 포함하는 방법.
  52. 제51항에 있어서, 상기 센서가 액세스 소자를 포함하고, 저장 매체가 액세스 소자에 의해 액세스될 표면을 포함하는 방법.
  53. 제37항에 있어서, 센서와 표면 간의 순간 거리 d를 변화시키는 단계가 센서를 표면에 대해 상대적으로 움직이도록 위치시키는 단계를 포함하고, 표면은 그 표면 상에 미리 정해진 특징(predetermined nature)을 갖는 형태 변화(topographical variations)를 가지며, 순간 거리는 형태 변화가 센서를 지나도록 움직임에 따라 변하는 방법.
  54. 조정 시스템에 있어서, a) 센서와 그 센서가 상대적으로 움직이게 될 표면 간의 순간 거리(instantaneous distance) d를 변화시키기 위한 수단; b) 상기 변화가 수행되는 동안 복수의 실제 시각에서 센서의 복수의 실제 열 응답을 측정하기 위한 수단; 및 c) 복수의 실제 열 응답을 사용하여 센서와 표면 간의 순간 거리 d에 대한 센서의 열 정밀도를 결정하기 위한 수단을 포함하는 시스템.
  55. 제54항에 있어서, 순간 거리를 변화시키기 위한 수단이
    Figure kpo00069
    의 운동 함수(movement funtion)-여기서 ω는 운동 주파수이고, t는 시각임-에 따라 평균 거리 do에 대해 센서를 행정 거리(excursion distance) dl만큼 사인 함수적으로 이동시키기 위한 수단을 포함하는 시스템.
  56. 제55항에 있어서, 열 정밀도를 결정하기 위한 수단이
    Figure kpo00070
    의 관계식-이 관계식에서 C0는 조정값이고, atr(t)는 시각 t에서의 실제 열 응답임-에 따라 실질적으로 조정값을 결정하기 위한 수단을 포함하는 시스템.
  57. 제56항에 있어서, 조정값을 결정하기 위한 수단이 제1값 및 제2값-여기서 제1값은 복수의 실제 열 응답 중 하나의 실제 열 응답의 역수와 관련되고, 제2값은 복수의 시각 중 각각의 시각 t′에서 sin(ωt′)와 관련됨-을 포함하는 복수의 데이터 점들 각각에 선형적으로 근사되는 곡선의 절편(intercept point)을 결정하기 위한 수단을 포함하는 시스템.
  58. 제57항에 있어서, 조정값 C0가 평균 거리 d0와 절편의 역수를 곱한 값에 비례하고, 그에 따라 행정 거리(excursion distance) dl과는 관계없이 결정되는 시스템.
  59. 제58항에 있어서, 열 정밀도를 결정하기 위한 수단이 정밀도값을 결정하기 위한 수단을 포함하고, 센서의 열 정밀도값이 그 정밀도값에 따른 순간 거리 d와 관련되며, 정밀도값이 조정값과 평균 거리 do의 제곱의 역수를 곱한 값에 비례하는 시스템.
  60. 제59항에 있어서, 상기 센서가 액세스 소자를 포함하고, 저장 매체가 액세스 소자에 의해 액세스될 표면을 포함하는 시스템.
  61. 제54항에 있어서, 상기 센서가 액세스 소자를 포함하고, 저장 매체가 액세스 소자에 의해 액세스될 표면을 포함하는 시스템.
  62. 제55항에 있어서, 열 정밀도를 결정하기 위한 수단이 제1값 및 제2값-여기서 제1값은 복수의 실제 열 응답 중 하나의 실제 열 응답의 역수와 관련되고, 제2값은 복수의 시각 중 각각의 시각 t′에서 sin(ωt′)와 관련됨-을 포함하는 복수의 데이터 점들 각각에 선형적으로 근사되는 곡선의 절편(intercept point)을 결정하기 위한 수단을 포함하는 시스템.
  63. 제62항에 있어서, 열 정밀도를 결정하기 위한 수단이 정밀도값을 결정하기 위한 수단을 포함하고, 센서의 열 정밀도가 정밀도값에 따른 순간 d와 관련되며, 정밀도값이 절편의 역수와 평균 거리 d0의 역수를 곱한 값에 비례하는 시스템.
  64. 제63항에 있어서, 상기 센서가 액세스 소자를 포함하고, 저장 매체가 액세스 소자에 의해 액세스될 표면을 포함하는 시스템.
  65. 표면을 구비하는 저장 매체 상의 형태 변화(topographical variations)의 높이를 열적으로 측정하기 위한 시스템에 있어서, a) 제54항의 조정 시스템을 포함하는 센서의 열 정밀도를 결정하기 위한 수단; b) 표면으로부터 실질적으로 일정한 거리에서 센서를 표면과 상대적으로 움직이기 위한 수단; 및 c) 센서와 표면 간의 순간 거리(instantaneous distance) 및 그에 따른 저장 매체 상의 형태 변화의 높이를 측정하기 위해 열 정밀도를 사용하기 위한 수단을 포함하는 시스템.
  66. 제54항에 있어서, 순간 거리 d를 변화시키기 위한 수단이 운동 함수에 따라 센서를 움직이기 위한 수단을 포함하고; 열 정밀도를 결정하기 위한 수단이 운동 함수에 대응하는 복수의 모델 열 응답과 복수의 실제 열 응답 간의 차이를 결정하기 위한 수단을 포함하는 시스템.
  67. 제66항에 있어서, 상기 차이가 순간 거리 d를 복수의 실제 열 응답과 관련시키는 비선형 함수(non-linear function)인 시스템.
  68. 제54항에 있어서, 센서와 표면 간의 순간 거리 d가 변함에 따라 센서의 위치를 모니터링하기 위한 수단-여기서 모니터링 수단은 모니터된 위치 함수를 생성하기 위한 수단을 포함함-을 포함하고; 결정하기 위한 수단이 복수의 실제 열 응답을 모니터된 위치 함수와 비교하기 위한 수단을 포함하는 시스템.
  69. 제68항에 있어서, 상기 센서가 액세스 소자를 포함하고, 저장 매체가 액세스 소자에 의해 액세스될 표면을 포함하는 시스템.
  70. 제54항에 있어서, 센서와 표면 간의 순간 거리 d를 변화시키기 위한 수단이 표면 상에 미리 정해진 특징(predetermined nature)을 갖는 형태 변화(topographical variations)를 가지며, 순간 거리는 형태 변화가 센서를 지나도록 움직임에 따라 변하는 시스템.
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