KR101502838B1 - 헤드-디스크간 접촉 및/또는 틈을 검출하기 위한 제 1 및 제 2 저항성 센서 바이어스 레벨의 이용 - Google Patents

헤드-디스크간 접촉 및/또는 틈을 검출하기 위한 제 1 및 제 2 저항성 센서 바이어스 레벨의 이용 Download PDF

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Abstract

바이어스 신호가 자기 센서의 자기 매체 판독 표면 부근에 위치되는 저항성 열 센서에 인가된다. 바이어스 신호는 제 1 및 제 2 바이어스 레벨들 사이에서 변조된다. 제 1 및 제 2 바이어스 레벨들에 대응하는 저항성 열 센서의 제 1 및 제 2 저항들이 측정된다. 자기 헤드가 매체에 더 근접하게 됨에 따라 자기 센서와 매체 간의 열 전도율의 증가에 의해 야기되는 제 1 및 제 2 저항들 간의 차이에 기초하여, 자기 센서와 매체 간의 간격 및 접촉 중 적어도 하나가 결정된다.

Description

헤드-디스크간 접촉 및/또는 틈을 검출하기 위한 제 1 및 제 2 저항성 센서 바이어스 레벨의 이용{USING FIRST AND SECOND RESISTIVE SENSOR BIAS LEVELS TO DETECT HEAD-TO-DISK CONTACT AND/OR CLEARANCE}
본 개시는 헤드-디스크간 접촉 및/또는 틈(clearance)을 검출하기 위한 제 1 및 제 2 저항성 센서 바이어스 레벨을 이용하는 것에 관한 것이다. 일 실시예에서, 바이어스 신호가 자기 센서의 자기 매체 판독 표면 부근에 위치되는 저항성 열 센서에 인가된다. 바이어스 신호는 제 1 및 제 2 바이어스 레벨들 사이에서 변조된다. 제 1 및 제 2 바이어스 레벨들에 대응하는 저항성 열 센서의 제 1 및 제 2 저항들이 측정된다. 자기 센서가 매체에 더 근접하게 됨에 따라 자기 센서와 매체 간의 열 전도율의 증가에 의해 야기되는 제 1 및 제 2 저항들 간의 차이에 기초하여 자기 헤드와 매체 간의 간격(spacing) 및 접촉 중 적어도 하나가 결정된다.
다양한 실시예들의 이들 및 다른 특징들 및 양상들은 아래의 상세한 논의 및 첨부 도면들을 고려하여 이해될 수 있다.
아래의 논의는 동일한 참조 번호들이 다수의 도면들에서 유사한/동일한 컴포넌트를 식별하는데 이용될 수 있는 다음의 도면들을 참조하여 이루어진다.
도 1a는 예시적인 실시예에 따른 장치의 하드 드라이브 슬라이더 및 매체들 어레인지먼트의 블록도.
도 1b는 예시적인 실시예에 따라 상이한 히터 전류들에 대한 저항성 센서의 저항 및 바이어스 전류들을 도시하는 그래프.
도 2a 내지 도 2c는 예시적인 실시예에 따른 디바이스의 측정된 응답들을 예시하는 그래프들.
도 3은 예시적인 실시예에 따라 럼핑된 파라미터 모델을 이용한 특정들로부터 결정된 열 전도들을 예시하는 도면.
도 4a 내지 도 4b는 예시적인 실시예에 따라 디바이스의 유한 엘리먼트 모델링 결과들을 예시하는 그래프들.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 프로시저를 예시하는 흐름도.
본 개시는 일반적으로 데이터 저장을 위해 이용되는 자기 레코딩 디바이스들에 관한 것이다. 데이터 저장 시스템들은 정보를 판독하고 자기 레코딩 매체에 정보를 기록하는 하나 이상의 레코딩 헤드들을 포함할 수 있다. 레코딩 헤드와 그의 연관된 매체들 간에 비교적 작은 거리 또는 간격(spacing)을 갖는 것이 종종 바람직하다. 이 거리 또는 간격은 "부양 높이(fly height)" 또는 "헤드-매체들 간격(head-media spacing)"으로서 알려진다. 헤드-매체들 간격을 감소함으로써, 레코딩 헤드는 더 양호하게 매체에 데이터를 기록하고 매체로부터 데이터를 판독할 수 있다. 헤드-매체들 간격을 감소시키는 것은 또한 이를테면, 아스퍼리티들(asperities) 및 레코딩 매체 표면의 다른 특징들을 검출하기 위해 레코딩 매체 토포그래피의 조사(surveying)를 허용한다.
이제 도 1a를 참조하면, 블록도는 예시적인 실시예에 따라 하드 드라이브 슬라이더(102)에서 이용되는 자기 센서의 측면 뷰를 도시한다. 슬라이더(102)는 슬라이더(102)와 암(104) 간의 임의의 상대적 이동을 허용하는 서스펜션(106)에 의해 암(104)에 결합된다. 슬라이더(102)는 슬라이더(102)의 트레일링 에지 근처의 매체 판독 표면(115)의 판독/기록 트랜스듀서들(108)을 포함한다. 트랜스듀서들(108)은 판독하고 매체에 기록할 때, 자기 레코딩 매체, 예를 들어, 자기 디스크(111)의 표면(110) 부근에 고정된다. 슬라이더(102)가 디스크(111)의 표면(110) 위에 위치되면, 부양 높이(112)는 암(104)의 하향 힘(downward force)에 의해 슬라이더(102)와 표면(110) 간에 유지된다. 이 하향 힘은 디스크(111)가 회전할 때 슬라이더(102)의 에어 베어링 표면(air bearing surface)(103)과 표면(110) 간에 존재는 에어 쿠션(air cushion)에 의해 상쇄된다.
꾸준한 성능을 보장하기 위해 판독 및 기록 둘 다의 동작들 동안 정규 범위의 디스크 회전 속도들에 걸쳐서 미리 결정된 슬라이더 부양 높이(112)를 유지하는 것이 바람직하다. 영역(114)은 슬라이더(102)와 자기 레코딩 매체 표면(110) 간의 접촉의 최근접 지점인 것으로 일반적으로 이해되는 슬라이더(102)의 "근접 지점"을 포함한다. 슬라이더 부양 높이(112)에 영향을 미칠 수 있는 정적 및 동적 변동들 둘 다를 참작하기 위해, 슬라이더(102)는, 트랜스듀서들(108) 근처의 슬라이더(102)의 영역(114)이 동작 동안 구성 가능하게 조정될 수 있도록 구성될 수 있다. 이는 영역(114)의 지오메트리의 변화를 표현하는 점선에 의해 도 1a에서 도시된다. 이 예에서, 지오메트리 변화는 영역(114)의 온도의 증가 또는 감소에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 유도될 수 있다.
온도 변화로 인한 영역(114)의 형상을 변경하는 능력은 예를 들어, 슬라이더(102)의 다른 부분들과 상이한 물질로 형성되는 영역(114)에 기인할 수 있다. 이러한 경우에, 온도의 변화들은 각각의 물질들의 상이한 열 팽창 특성들로 인해 이 영역(114)에서 변형을 야기한다. 따라서 슬라이더(102)로의 열의 선택적인 인가는 예를 들어, 트랜스듀서들(108)과 매체 표면(110) 간에 측정되는 바와 같은 트랜스듀서들(108)의 유효 부양 높이(112)를 미세하게 조정하는데 이용될 수 있다.
유효 부양 높이(112)에 관한 이러한 타입의 제어를 제공하기 위해, 슬라이더(102)는 가열 엘리먼트(116)를 포함(또는 그렇지 않으면, 이에 열적으로 결합됨)할 수 있다. 이 가열 엘리먼트(116)(예를 들어, 저항 히터)에는 제어 회로(118)에 의한 선택 가능한 양의 전류가 제공될 수 있다. 가열 엘리먼트(116)는 슬라이더(102)의 공기역학 특성들(aerodynamic properties) 상의 그의 영향을 최소화하는 방식으로 그리고 다양한 위치들에(예를 들어, 영역(114) 근처에) 장착될 수 있다. 슬라이더(102)의 다른 엘리먼트들은 또한 가열 엘리먼트(116) 외에 또는 부가하여 열을 제공할 수 있다. 예를 들어, 판독/기록 트랜스듀서(108)의 기록 코일은 영역(114)의 구성 가능한 변형을 야기하기에 충분한 열을 생성할 수 있다. 또한, 비-열적 디바이스들(예를 들어, 압전기(piezo-electric) 디바이스들)은 또한 가열 엘리먼트(116)에 부가하여 또는 그 대신에 영역(114)의 일부 변형/편향을 야기할 수 있다. 슬라이더(102)는 2개 이상의 독립적인 근접 지점 영역들(114) 및 히터들(116), 예를 들어, 판독 센서와 연관되는 하나의 영역 및 히터와 기록 트랜스듀서와 연관된 다른 영역 및 히터를 포함할 수 있다는 것이 인지될 것이다.
슬라이더(102)는 또한 영역(114)에 또는 그 부근에 위치되는 저항성 온도 센서(120)를 포함한다. 이러한 센서(120)는 영역(114)에서 온도(또는 온도 변화)의 고 정확도 측정들을 가능하게 하는 TCR(temperature coefficient of resistance)을 가지며, 때때로 TCR 센서로서 지칭된다. TCR 센서(120)는 센서(120)와 통신하는 센서/제어 회로(122)에 결합된다. 제어 회로(122)는 (예를 들어, 바이어스 신호를 센서(120)에 인가하기 위한 바이어싱 회로를 갖는)센서와 통신하기 위한 아날로그 회로(123)를 적어도 포함할 수 있다. 아날로그 회로(123)는 증폭기들, 프리증폭기들, 필터들, 전류/전압 제한기들 등을 포함(그러나 이들로 제한되지 않음)할 수 있다. 센서/제어 회로(122)는 또한 여기서 기술된 감지 및 제어 기능들을 수행하도록 구성되는 로직 회로를 포함할 수 있는 제어기(125)를 포함한다. 선택적으로, 슬라이더(102)는 센서 회로(122)에 또한 결합되는 센서(124)에 의해 표현되는 바와 같은 하나 이상의 다른 TCR 센서들을 포함할 수 있다. 센서(124)는 센서(120)로부터 물리적으로 별개의 위치에 배치되고, 센서(120)와 별개로, 또는 센서(120)와 함께(예를 들어, 직렬 또는 병렬로) 유선연결될 수 있다.
에어 베어링 표면 상의 TCR 센서(120)는 센서 회로(122)에 의해 바이어싱되고, 응답은 또한 회로(122)를 통해 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 바이어스는 센서(120)에 인가되는 일정한 전류일 수 있고, 응답은 센서(120) 양단의 결과적인 전압일 수 있다. 이 전압은 옴의 법칙에 따라 센서의 저항에 비례하며, 이에 따라 전압은 저항값으로 변환될 수 있다. 여기서 기술되는 개념들은 또한 다른 바이어싱 신호들 및 응답들, 예를 들어, 센서 저항에 따라 변하는 전류를 발생시키는 일정한 인가 전압(constant applied voltage)에 응용 가능할 수 있다.
센서(120)의 응답은 매체 표면(110)과의 접촉을 감지하고 및/또는 동작 동안 표면(110) 위의 슬라이더(102)의 부양 높이(112)를 검출하는데 이용될 수 있다. 몇몇 기존의 접촉 검출 기법들은 DC 바이어스를 센서(120)에 인가하는 것 및 히터(116)로의 전압이 변동될 때 저항의 상대적 변화들을 검출하도록 시도하는 것을 포함한다. 근접 지점 영역(114)이 매체 표면(110)에 접촉하게 되면, 마찰은 일반적으로 온도의 증가로 인한 센서 저항의 증가를 야기할 수 있고, 이는 센서(120)의 DC 저항 신호에서와 같이 검출될 수 있다. 그러나 DC 저항 측정들이 잡음을 겪고 DC 저항이 추정될 수 있기 이전에 매우 다수의 샘플들을 요구할 수 있다. 이는 시스템의 응답을 수용 불가능하게 느리게 할 수 있다. 또한, 이러한 기법의 민감도는 히터(116)의 작동 효율에 상당히 의존할 수 있다. 이는 에어 베어링 조건들의 변화에 걸쳐서 접촉 임계치를 일정하게 세팅하는 것을 더 어렵게 할 수 있다. 예를 들어, 에어 베어링 설계들 간의 접촉 응답의 차이는 순수하게 히터들 간의 효율성 차이들로부터 발생할 수 있다.
다른 접촉 검출 기법은 센서(120)의 감지된 저항(또는 전압) 판독들의 RMS 전력을 측정하는 것을 포함한다. 기계적 및 열적 섭동들(perturbations)은 슬라이더-디스크 간 접촉으로 인해 영역(114)에서 발생하고, 이들 섭동들은 센서 출력의 RMS 값에서 시그니처(signature)(예를 들어, 증가)의 형태로 검출될 수 있다. 이러한 검출 기법은 변조에 의해 생성되는 틈(clearance) 변동들 및 증가된 마모에 대한 가능성으로 인해 열과 디스크 간의 틈이 얼마나 낮게 세팅될 수 있는지에 관한 경계들을 제한한다. 접촉 신호 또는 히터 효율의 의존도를 감소시키는 접촉 방법이 그러므로 바람직하다.
일 예에서, 하나 이상의 센서들(120, 124)은 미리 결정된 주파수에서 2개의 레벨들 간에 변화하는 시간 가변 신호(time varying signal)에 의해 바이어싱된다. 이 바이어스에 응답하여, 2개의 바이어스 레벨들에 응답하여 제 1 저항 값으로부터 제 2 저항 값으로 저항의 변화가 검출될 수 있다. 저항의 이러한 변화는 히터 효율에 직접적으로 의존하지 않는다. 그 결과, 히터들의 가열 변동들로 인한 저항 변화들이 자동으로 제거된다. 하나 이상의 센서들(120, 124)은 협대역 필터들(또는 로크-인 증폭기(126))가 잡음을 제거하고 신호 대 잡음 비(SNR)를 증가시키는데 이용되도록 허용하는 알려진 변조 주파수로 바이어싱될 수 있다. 센서들(120, 124)은 예를 들어, 시간 도메인 측정들을 주파수 도메인 정보로 변환하는데 이용될 수 있는 디지털 신호 프로세서를 통해 시간 도메인 및/또는 주파수 도메인에서 프로세싱될 수 있다.
여기서 기술된 몇몇 실시예들에서, 고정된 히터 전력에 대해, 변조된 바이어스는 열 전도율 변화들로부터 발생하는 저항의 변화를 센서(120)에서 측정하는데 이용될 수 있다. 본 개시의 목적들을 위해, 이 바이어스는, 바이어스 전류가 시간에 걸쳐서 적어도 크기에서 및 선택적으로는 방향에서 교번하기 때문에 교류 전류(AC) 바이어스로서 지칭될 수 있다. AC 전류 변조 파라미터들은 일정할 수 있는데, 예를 들어, 시간에 걸쳐서 동일한 최소 값, 최대 값, 주파수, 형상 등을 갖는다. 도 1b에서, 그래프들(130, 140)은 예시적인 실시예에 따라 저항성 온도 센서의 AC 바이어스 신호 및 연관된 응답의 예를 각각 도시한다.
그래프(130)는 인가된 바이어스 전류 대 시간의 플롯이다. 전류는 2개의 값들(I0 및 Ih) 사이에서 변동된다. 이 예에서, 전류는 사인곡선 형태로(sinusoidally) 변동되지만, 다른 파형 형상들(예를 들어, 구형파, 톱니)이 가능하다. 전류 파형은 시간에 걸쳐서 I0 및 Ih의 값들을 유지하여서, 극단치(extremum)(또는 연속적인 기간들에 걸쳐서 동일한 시간에 측정되는 임의의 다른 값)는, 전류 그 자체가 사인곡선 형태로 변동되지만 시간에 걸쳐서 일정한 채로 남아있게 된다. 이 예에서, I0는 양(positive)이고, 이에 따라 전류는 AC 파형들과 때때로 연관되기 때문에 방향을 변화시키지 않는다는 것에 주의한다. 따라서 이 실시예에서 신호는 I0 및 Ih의 양의 값들을 갖는 변조된 DC 신호로 간주될 수 있다. 다른 실시예들에서, I0 및 Ih 중 하나 또는 둘 다의 값은 음일 수 있으며, 이 경우에, I0는 최저 크기를 갖는 제 1 극단치로 간주될 수 있고, Ih는 최고 크기의 제 2 극단치로 간주될 수 있다.
양자의 그래프들(130, 140)에 응용 가능한 2개의 시간 기간들은 도 1b에서 P1 및 P2로서 표기된다. 이는 2개의 상이한 전력 레벨들이 슬라이더 및 매체 간의 틈(예를 들어, 도 1a에서 부양 높이(112))을 조정하는데 이용되는 히터(예를 들어, 도 1a에서 히터(116))에 인가되는 기간들을 지칭한다. 히터 전력의 이러한 변화는 센서(120)에서 로컬 온도의 변화를 발생시킬 것이고, 이는 그래프(140)에서 보여지는 바와 같이 저항의 변동을 발생시킨다. P1이 적용될 때, 최소 및 최대 저항 간의 차이는 dR1이다. P2가 적용될 때 최소 및 최대 저항 간의 차이는 dR2이다. 아래에서 설명될 바와 같이, dR1의 크기는 dR2의 크기와 상이하고, 이들 차이는 헤드-디스크 간 접촉은 물론 헤드-디스크 간의 활성 틈(예를 들어, 부양 높이)(1112)을 결정하기 위해 연속적으로 트래킹될 수 있다.
그래프들(130 및 140)에서 파형들은 실질적으로 동일한 주파수(파장들(132, 142)에 의해 추론적으로 표시됨)에 있다는 것이 주의되어야 하며, 이 주파수는 제어 회로(122)로부터 센서(120)에 인가된다. 그래프(140)에서 센서(120)의 출력은 이 주파수(142)에서만 조사될 수 있고, 그에 의해 측정 상의 잡음의 효과들을 감소시킨다. 예를 들어, 센서 회로(122)는 센서(120)에 인가되는 동일한 주파수(132)에 대해 튜닝되는 로크-인 증폭기(126)(또는 위상-민감 검출기(phase-sensitive detector)로서 알려짐)를 활용할 수 있다.
도 1b에서 도시된 예는 센서(120)의 시간-가변 저항을 측정하는 단지 하나의 방식이다. 접촉에서 또는 그 근처에서 열 전달의 변화들은 또한 예를 들어, 상이한 제 1 및 제 2 바이어스 레벨들을 센서들(120, 124)에 각각 인가하고, 센서들(120, 124)로부터 2개의 별개의 저항 측정들을 측정하고 접촉 및/또는 틈을 결정하도록 차이를 획득함으로써 결정될 수 있다. 제 1 및 제 2 바이어스 레벨들은 AC 컴포넌트들을 가질 수 있다. AC 컴포넌트들은 주파수 도메인에서 저항의 분석을 용이하게 하고, 그에 의해 잡음의 효과들을 감소시킨다.
AC 바이어스의 이용은 또한 접촉 검출 레벨에 응답하여 DC 바이어스 레벨의 민감성 측정들을 요구하는 것이 아니라 바이어스 변화들에 대한 응답을 대신 주시한다. 이 기법은 접촉 시그니처를 생성하기 위해 헤드-매체간 인터페이스에서의 접촉 변조에 의존하는 것이 아니라 열 전도율의 변화들을 이용한다는 것에 주의한다. 그 결과, 이들 측정들은 또한 접촉이 관찰되기 이전에 열 전도율 변화들을 모니터링함으로써 접촉에서 벗어나는 틈을 결정하는데 이용될 수 있다.
예시적인 실시예에 따라 디바이스의 측정된 응답들의 세트가 도 2a 내지 도 2c의 그래프들(200, 210 및 220)에서 도시된다. 그래프(200)는 히터 전력에 대한 슬라이더의 RMS AE(acoustic emissions)의 플롯이다. 이 그래프(200)는 대략 85mW의 히터 전력에서 발생하는 헤드-디스크 간 접촉을 표시한다. 그래프(210)는 히터 전력의 함수로서 2개의 상이한 센서 바이어스 전력들(각각 100uW 및 600uW)에 대한 저항 측정들(214, 216)을 도시한다. 곡선(214, 216)을 발생시키는 센서 바이어스 전력들은 대략적으로 도 1b에서 도시된 바와 같이 인가된 전류(I0 및 Ih)의 상이한 레벨들에 대략적으로 대응한다.
양자의 곡선들(214, 216)은 접촉 지점에서 경사의 뚜렷한 변화를 표출하며, 이는 일반적으로 접촉 지점에서 열의 증가에 귀착될 수 있다. 그러나 곡선(216)은 곡선(214)보다 접촉시 변화의 증가가 훨씬 더 적다. 이는 일반적으로 이러한 더 높은 입력 전력에서 센서 그 자체에 의해 야기되는 온도의 증가에 귀착될 수 있다. 접촉 지점으로부터 전도되는 열의 양은 접촉 지점과 그 주변들(예를 들어, 공기, 매체 표면) 간의 더 높은 온도 차이로 인해 증가한다. 그 결과, 주변들이 또한 더 높은 온도에 있기 때문에 곡선(216)에 대해 접촉에서 저항의 변화가 더 적을 것이고, 주변들과 센서 간의 증가된 온도 차이로 인해 곡선(214)에서 저항의 변화가 더 클 것이다. 따라서 열 센서에 인가되는 순(net) 바이어스 전력이 히터 스윕(heater sweep) 전체에 걸쳐서 동일할 지라도, 열 센서의 저항 변화는 열 센서들에 의해 인식되는 열 전도율의 증가로 인해 접촉 동안 그리고 그 이후에 더 작다.
도 2c의 그래프(220)는 도 2b에서 도시된 동일한 범위의 히터 전력에 대해 2개의 바이어스 측정들 간의 저항 차이를 도시한다. 이 그래프(220)는 접촉의 지점(예를 들어, 대략 85mW의 히터 전력)에서 가파른 하락은 물론 예를 들어, 히터 전력의 50mW 내지 85mW 간의 일반 영역에서 접촉에 이르는 값의 꾸준한 감소를 예시한다. 이 그래프에서 예시되는 결과들은 헤드-매체 간격 및/또는 헤드-매체 접촉을 검출하기 위해 디바이스에서 활용될 수 있다.
단순한 럼핑된 파라미터 모델들(lumped parameter models)은, DETCR(dual-ended TCR) 저항 변화의 역(inverse)이 간극에서 열 전도율 변화들을 결정하는데 이용될 수 있다는 것을 도시한다. 온도에 따른 저항 변화는
Figure 112014097300941-pat00001
이고, 열 플럭스(thermal flux)와 온도 간의 관계(
Figure 112014097300941-pat00002
)는 열 플럭스 및 전도(conduction)로부터의 것에 대한 배선의 저항 변화를 결정하기 위해 조합될 수 있다.
Figure 112014097300941-pat00003

수학식 1에서, R는 TCR 센서 저항이고, Ra는 TCR 센서 콜드 저항이고, 알파는 저항의 열 계수이고, h(Ph)는 인터페이스에서 열 전도이고, q(Pbias, Ph)는 TCR 센서에 의해 인식되는 에너지 플럭스이다. 측정들은 센서 바이어스에 비례하는 TCR 센서로부터의 에너지 플럭스를 갖는 것이 합리적이 가정임을 보여준다. 이 측정들은 또한 이 증가가 히터로부터의 것에 더하여 부가될 수 있다는 것을 또한 보여준다. Rbias에 대해 R의 미분을 취하는 것은 다음의 수학식 2에서 알 수 있는 바와 같이 인터페이스에서 열 전도와 바이어스에 따른 R의 변화 간의 관계를 제공한다.
Figure 112014097300941-pat00004
TCR 및 콜드 저항이 정해진 디바이스에 대해 상수들인 것으로 간주되기 때문에, 열 전도의 변화는 0 히터 전력 경우에 대한 것에 대해서 유도될 수 있다. 결과는 센서의 콜드 저항 및 TCR에 독립적인 열 전도성 변화의 결정이다. 이는 접촉을 선언하고 틈을 세팅하는데 이용될 때 열 전도 측정에서 프로세스 변동 효과들을 제거한다. 구현을 더 단순하게 하기 위해 고정된 바이어스 변화(dPbias)를 이용하는 것은 열 전도의 상대적 변화가 아래의 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 저항 변화들 단독으로부터 결정되도록 허용한다:
Figure 112014097300941-pat00005
도 2c에서, 그래프(220)는 고정된 dPbias에 대한 dR의 이러한 측정의 예를 도시한다. 이들 측정들은 도 3에서 도시된 바와 같이 0 히터 전력에서의 것에 대해 열 전도율 및 TCR 센서 저항의 변화를 계산하기 위해 럼핑된 모델과 함께 이용될 수 있다. 도 3에서, 그래프(302)는 럼핑된 파라미터 모델을 이용하여 도 2c에서의 곡선으로부터 결정된 히터 전력에 대해 0 히터 전력에서의 열 전도율에 대한 열 전도율 변화를 도시한다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 이 예에서 85mW에서 접촉되고, 여기서 열 전도율의 7% 증가가 보여진다. 접촉 이전에 더 낮은 전력들에서, 열 전도율은 간극이 좁을 때 인터페이스에서 압력들의 변화로 인해 5%만큼 증가한다. 이는 디스크와의 접촉되지 않는 동안 틈 변화들을 결정하는데 이용될 수 있는 신호를 제공한다.
도 4a 및 도 4b에서, 그래프들(400, 410)은 도 2b 내지 도 2c에서 측정들을 위해 이용된 것과 유사한 구성에서 상이한 바이어스 전력들에 대한 TCR 센서 저항 변화의 유한 엘리먼트(FE) 분석의 결과들을 예시한다. 그래프(400)에서, 곡선들(402 및 404)은 100mW 및 50mW의 바이어스 전력들에 대한 TCR 저항을 각각 나타낸다. 이들 곡선들(402, 404) 간의 차이는 도 4b의 그래프(410)에서 알 수 있다. 이들 결과들은 도 2b 내지 도 2c에서 도시된 측정들과 유사하다. FEM 결과들의 열 전도율은 측정들에 대한 직접 비교를 위해 럼핑된 파라미터를 이용하여 계산될 수 있다. 비접촉 및 접촉 쿨링(cooling) 둘 다를 포함하는 유한 엘리먼트 모델 결과들은 또한 도 2c에서 알 수 있는 바와 같이 유사한 DETCR 저항 변화 대 바이어스를 도시한다. 이는 FE 모델이 설계 성능을 예측하고 민감도 분석이 수행되도록 허용하는 가능성을 도시한다.
이제 도 5를 참조하면, 흐름도는 예시적인 실시예에 따른 프로시저를 예시한다. 이 방법은 자기 헤드의 자기 매체 판독 표면 부근에 위치된 저항성 열 센서에 바이어스 신호를 인가하는 것을 포함한다. 바이어스 신호는 제 1 및 제 2 바이어스 레벨들 사이에서 변조된다(502). 제 1 및 제 2 바이어스 레벨들에 대응하는 저항성 열 센서의 제 1 및 제 2 저항들이 측정된다(504). 제 1 및 제 2 저항들은 주파수 도메인에 있을 수 있고 및/또는 바이어스 신호가 변조되는 주파수에 대응하는 주파수에서 측정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 저항들은 로크-인 증폭기 및/또는 협-대역 필터를 통해 측정될 수 있다.
자기 센서 및 매체 간의 간격은 전력을 헤더에 인가함으로써 선택적으로 조정될 수 있다(506). 자기 헤드와 매체 간의 간격 및 접촉 중 적어도 하나는 제 1 및 제 2 저항들 간의 차이에 기초하여 결정된다(508). 저항의 차이는 자기 헤드가 매체에 더 근접하게 됨에 따라 자기 헤드와 매체 간의 열 전도율의 증가에 의해 야기된다. 간격/접촉은 히터에 인가되는 전력에 대해 제 1 및 제 2 저항들 간의 차이의 변화에 기초하여 결정될 수 있다.
예시적인 실시예의 위의 설명은 예시 및 설명의 목적들을 위해 제시되었다. 이것은 실시예들을 개시된 바로 그 형태로 제한하거나 총망라하는 것으로 의도되지 않는다. 다수의 수정들 및 변동들은 위의 교시의 견지에서 가능하다. 개시된 실시예들의 임의의 또는 모든 특징들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 적용되며 제한하는 것으로 의도되기 보단 순전히 예시적이다. 본 발명의 범위는 이 상세한 설명을 통해 제한되는 것이 아니라 오히려 여기에 첨부된 청구항들에 의해 결정되는 것으로 의도된다.

Claims (23)

  1. 자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 장치로서,
    자기 센서의 매체 판독 표면에 근접하게 배치되는 저항성 열 센서에 변조된 DC 바이어스 신호를 인가하도록 구성된 바이어싱 회로 - 상기 바이어스 신호는 제 1 및 제 2 바이어스 레벨들 사이에서 변조됨 - ; 및
    제어기
    를 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 제 1 및 제 2 바이어스 레벨들에 대응하는 저항성 열 센서의 제 1 및 제 2 저항들을 측정하도록; 그리고
    상기 자기 센서와 매체 간의 간격을 조정하기 위해 사용되는 히터 전력의 함수로서 제 1 및 제 2 저항들 간의 차이에 기초하여 상기 자기 센서와 상기 매체 간의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 결정하도록 구성되며,
    상기 차이는 상기 자기 센서가 상기 매체에 더 근접하게 됨에 따라 상기 자기 센서와 상기 매체 간의 열 전도율의 증가에 의해 야기되는,
    자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 센서와 상기 매체 간의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 결정하는 것은,
    상기 히터 전력에 대한 제 1 및 제 2 저항들 간의 차이의 변화율(rate of change)을 결정하는 것
    을 포함하는,
    자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 저항들은,
    주파수 도메인에서 측정되는,
    자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 저항들은,
    상기 바이어스 신호의 변조 주파수에 대응하는 주파수에서 측정되는,
    자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 저항들을 측정하기 위해 상기 바이어싱 회로 및 상기 제어기 중 하나에 결합되는 로크-인 증폭기(lock-in amplifier)
    를 더 포함하는,
    자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 저항들을 측정하기 위해 상기 바이어싱 회로 및 상기 제어기 중 하나에 결합되는 협-대역 필터(narrow-band filter)
    를 더 포함하는,
    자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 장치.
  8. 자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 방법으로서,
    자기 센서의 자기 매체 판독 표면 부근에 위치된 저항성 열 센서에 변조된 DC 바이어스 신호를 인가하는 단계 - 상기 바이어스 신호는 제 1 및 제 2 바이어스 레벨들 사이에서 변조됨 - ;
    상기 제 1 및 제 2 바이어스 레벨들에 대응하는 저항성 열 센서의 제 1 및 제 2 저항들을 측정하는 단계; 및
    상기 자기 센서와 매체 간의 간격을 조정하기 위해 사용되는 히터 전력의 함수로서 제 1 및 제 2 저항들 간의 차이에 기초하여 상기 자기 센서와 상기 매체 간의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 차이는 상기 자기 센서가 상기 매체에 더 근접하게 됨에 따라 상기 자기 센서와 상기 매체 간의 열 전도율의 증가에 의해 야기되는,
    자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 자기 센서와 상기 매체 간의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 결정하는 단계는,
    상기 히터 전력에 대한 제 1 및 제 2 저항들 간의 차이의 변화율(rate of change)을 결정하는 단계
    를 포함하는,
    자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 방법.
  10. 삭제
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 저항들은,
    주파수 도메인에서 측정되는,
    자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 저항들은,
    상기 바이어스 신호의 변조 주파수에 대응하는 주파수에서 측정되는,
    자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 저항들은,
    로크-인 증폭기(lock-in amplifier)를 통해 측정되는,
    자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 저항들은,
    협-대역 필터(narrow-band filter)를 통해 측정되는,
    자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 방법.
  15. 자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 장치로서,
    자기 센서의 매체 판독 표면에 근접한 저항성 열 센서를 포함하는 자기 센서;
    상기 자기 센서에 결합되고 상기 저항성 열 센서에 상이한 제 1 및 제 2 바이어스 레벨들을 포함하는 변조된 DC 바이어스 신호를 인가하도록 구성된 바이어싱 회로; 및
    상기 자기 센서에 결합되는 제어기
    를 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 제 1 및 제 2 바이어스 레벨들에 대응하는 저항성 열 센서의 제 1 및 제 2 저항들을 측정하도록; 그리고
    상기 자기 센서와 매체 간의 간격을 조정하기 위해 사용되는 히터 전력의 함수로서 제 1 및 제 2 저항들 간의 차이에 기초하여 상기 자기 센서와 상기 매체 간의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 결정하도록 구성되며,
    상기 차이는 상기 자기 센서가 매체에 더 근접하게 됨에 따라 상기 자기 센서와 상기 매체 간의 열 전도율의 증가에 의해 야기되는,
    자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 자기 센서와 상기 매체 간의 간격을 조정하는데 이용되는 히터
    를 더 포함하고,
    상기 자기 센서와 상기 매체 간의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 결정하는 것은,
    상기 히터에 인가되는 전력에 대한 제 1 및 제 2 저항들 간의 차이의 변화율(rate of change)을 결정하는 것
    을 포함하는,
    자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 장치.
  17. 삭제
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 저항들은,
    주파수 도메인에서 측정되는,
    자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 저항들을 측정하기 위해 상기 바이어싱 회로 및 상기 제어기 중 하나에 결합되는 로크-인 증폭기(lock-in amplifier)
    를 더 포함하는,
    자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 저항들을 측정하기 위해 상기 바이어싱 회로 및 상기 제어기 중 하나에 결합되는 협-대역 필터(narrow-band filter)
    를 더 포함하는,
    자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 장치.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터 전력의 함수로서 상기 제 1 및 제 2 저항들 간의 차이는 상기 저항성 열 센서의 콜드 저항 및 열 저항의 열 계수와 독립적으로 상기 저항성 열 센서와 상기 매체 간의 열 전도도 변화(thermal conductance change)를 결정하는,
    자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 장치.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 결정하는 것은 상기 제 1 및 제 2 저항들 간의 차이를 통해 0 히터 전력에서 열 전도도에 대해 상기 히터 전력이 적용되는 경우의 열 전도도 변화를 결정하는 것을 포함하는,
    자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 열 전도도 변화의 결정은 상기 자기 센서 인근의 열 전송의 럼핑된 파라미터 모델을 이용하는,
    자기 센서와 매체 사이의 간격 및 접촉 중 적어도 하나를 검출하기 위한 장치.
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