NL8401116A

NL8401116A - Magnetische leeskop met een meervoudige spleet.

Info

Publication number: NL8401116A
Application number: NL8401116A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1984-04-09
Filing date: 1984-04-09
Publication date: 1985-11-01
Also published as: JPS60229212A; EP0159086B1; US4669015A; EP0159086A1; ATE42008T1; JPH0518165B2; DE3569306D1

Description

0- * fc - «

Hffiï 11.006 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven . - "Magnetische leeskpp net een meervoudige spleet" -

De uitvinding heeft betrekking op een magnetische___ overdrachtskop voor het aftasten van een magnetisch registratiemedium dat een magnetiseerbaar oppervlak bezit voor het vasthouden van informatie in de vorm van een vooraf bepaald magnetisatiepatroon dat 5 gekenmerkt wordt door een beperkte golflengteband, bevattende: een paar kerndelen van een magnetiseerbaar materiaal met een relatief hoge magnetische permeabiliteit, welke kerndelen een overdrachtsspleet definiëren tussen een paar tegenover elkaar geplaatste kemvlakken? waarbij electromagnetische middelen met tenminste één van de kem-10 delen gekoppeld zijn voor het produceren van een electrisch signaal als een veranderende magnetische flux door de kerndelen vloeit.

Magnetische leeskoppen werden gebruikt om magnetische signalen in electrische signalen om te zetten. Bepaalde typen lees-koppen bestaan uit een electromagnetisch koppelingsmiddel, zoals 15 een spoel, dat gekoppeld is met een lusvormige kern van magnetiseerbaar materiaal, die een door een paar tegenover elkaar liggende kemvlakken gedefinieerde spleet heeft. Een magnetiseerbaar opslagmedium zoals een van een magnetiseerbaar oppervlak voorziene band of schijf wordt op een zodanige afstand van de leeskep geplaatst dat een koppeling 20 van magnetische flux met het spleetgabied mogelijk is. In een magnetische koppeling tussen de kep en het medium wordt voorzien door magnetische strooiflux van het medium. Bij de conventionele leeskoppen is er één overdrachtsspleet die gevuld is net één niet-magnetisch afstand-stuk: de spleet heeft een hoge magnetische reluctantie. De aanwezigheid 25 hiervan maakt dat de strooiflux van het medium een weg met lagere magnetische reluctantie door de kern volgt. Fluxveranderingen in de kern warden door het electrcmagnetische koppelmiddel (de spoel) omgezet in electrische signalen die de magnetische signalen die op het medium zijn opgeslagen representeren.

30 Bij de moderne (digitale) systemen voor het opslaan en weergeven van informatie kan het voordelen bieden om de informatie zodanig te coderen dat slechts een beperkte frequentieband wordt benut.

De informatie op het medium heeft dan de vorm van een beperkte __________________ 8401116 ' " * , - EHN 11.006 2 golflengteband. I.h.b. zal deze golflengteband in het gebied van zeer korte golflengtes liggen ( <10,5^um). Tot nu toe was een beletsel om dergelijke systemen toe te pasen de omstandigheid dat om deze - informatie te kunnen lezen een leeskop met een zeer korte spleet 5 nodig is. Leeskoppen met een zeer korte spleet hebben echter het nadeel van een laag rendement, en een hoge impedantie.

Het is het doel van de uitvinding een magnetische leeskop aan te geven die geschikt is om zeer kortgolvige signalen met een beperkte, vooraf bepaalde golflengteband te lezen en toch 10 een goed rendement en lage impedantie heeft.

Volgens de uitvinding heeft een magnetische leeskop van de in de eerste alinea vermelde soort het kenmerk, dat de over-drachtsspleet wordt gevuld door een spacer die bestaat uit n zich evenwijdig aan de kemvlakken uitstrekkende, subspleten vormende, lagen 15 van een materiaal met een lage magnetische permeabiliteit, waarbij tussen elke twee opeenvolgende lagen met lage permeabilitèit een laag met hogere permeabiliteit is gevoegd enn^4.

De uitvinding berust op het inzicht, dat door het gedefinieerd opbouwen van de spleet van een leeskop uit een aantal 20 magnetische lagen, onderling en van de kemvlakken gescheiden door magnetische isolatoren (resp. de slechte magnetische overgang tussen twee magnetische lagen, of tussen een magnetische laag en een kem-vlak) een van een meervoudige spleet voorziene leeskop ontstaat met een van te voren te bepalen gewenste amplitude en fasekarakteristiék.

25 Het verrassende daarbij is dat het rendement toeneemt met het aantal spleten. Tevens bepaalt de breedte van de totale spletenconf iguratie de scherpte van de bandf ilterkarakteristiek. De interferentie die optreedt tussen de signalen die door de afzonderlijke subspleten worden gelezen is essentieel. De spleetafstanden (en eventueel-lengtes) 30 worden bij een eenvoudige uitvoeringsvorm van de leeskop volgens de uitvinding allen gelijk gekozen en zodanig ingesteld dat voor een signaal met een golflengte gelijk aan de centrale golflengte in de gewenste golflengteband z.g...constructieve interferentie optreedt. Bij een gecompliceerdere uitvoeringsvorm worden de afstanden tussen 35 de subspleten in geringe mate gevarieerd teneinde een leeskop te realiseren die een bredere golflengteband doorlaat dan de leeskop in het vorige geval. Dit gaat weliswaar ten koste van een wat geringere gevoeligheid bij de centrale golflengte, doch het rendement blijft 84 0 1 1 ie t i EHN 11.006 3 gelijk (bij een gelijk aantal spleten).

De leeskop volgens de uitvinding is zowel geschikt voer het uitlezen van registratiemedia waar het informatiesignaal in de longitudinale mode als in de loodrechte mode op is opgetekend.

5 Een magnetische overdrachtssystem waarin een aantal leeskoppen volgens de uitvinding achter elkaar is geplaatst, waarbij elke kop is "afge-stemd" op een andere golflengte, zal als voordeel hebben dat, met behoud, van het hoge rendement en de lage impedantie - dus zeer lage signaal/ruisverhouding - een bredere ffequentieband overgedragen kan 10 werden. Zeer goede resultaten blijken te worden verkregen wanneer de leeskop volgens de uitvinding voldoet aan de relatie: ±y Ss. y 3 « Λ ge ^ 4 ' waarin ^~g is de son van de diktes van de lagen materiaal met IS lage magnetische permeabiliteit; g_ is de effectieve breedte van de subspleten configuratie zoals ge-definieerd in de beschrijving.

De uitvinding wordt bij wijze van voorbeeld nader toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening, waarvan 20 figuur 1-3 verschillende uitvoeringsvormen van magnetische leeskoppen met een vijf-voudige spleet voorstellen; figuur 4 een experimenteel gemeten frequentie-karakteristiek van een magnetische leeskop net een drievoudige spleet vocrstelt; 25 figuur 5 berekende frequentiekarakteristieken van magnetische leeskoppen met een n-voudige spleet (n is resp. 1, 3, 5, 9 en 19) voorstelt; figuur 6 de berekende frequentiekarakteristieken van twee verschillende leeskoppen met een 19-voudige spleet voor stelt ; 30 en figuur 7 drie verschillende sub-spleet configuraties in diagramvorm verstelt.

Figuur 1 toont (in doorsnede) een magnetische leeskop 1 met een magneetkem die wordt gevormd door twee kerndelen 2 en 3, 35 b.v. van ferriet. Kerndeel 2 is van een wikkelopening 4 voorzien waar doorheen een spoel 5 is gewikkeld. Aan weerszijden van de wikkel-epening 4 bevinden zich tegenover., elkaar liggende kemvlakken.6, 7 resp. 8, 9. Tussen de kernvlakken (6,7) is een overdrachtsspleet 10 8401116 EHN 11.006 4 gedefinieerd. Overdrachtsspleet 1Q- is gevuld net een spacer die in het getekende geval uit vijf lagen 11 van een materiaal met relatief lage magnetische permeabiliteit bestaat, welke lagen van elkaar gescheiden zijn door lagen 12 van een materiaal met een 5 relatief hoge magnetische permeabiliteit. Tussen de kemvlakken 8 en 9 is een achterspleet 13 ("rear gap") gedefinieerd. Achterspleet T3' is gevuld met een spacer die dezelfde lagenstructuur heeft als de spacer van de overdrachtsspleet 10. De spacer in achterspleët 13 kan op alternatieve wijze uit één enkele laag bestaan. Deze laag kan van een.

10 materiaal zijn met een relatief lage magnetische permeabiliteit (hoge magnetische reluctantie), waardoor het rendement van de kop 1 iets af neemt, of van een materiaal met een relatief hoge magnetische permeabiliteit (lage magnetische reluctantie). In het laatste geval zal het rendement van de kop 1 iets toenemen.

15 De lagen 12 kunnen bijv. uit een - opgesputterde -

Fe-Al-Si legering, "Sendust" genoemd, bestaan met 83,2% Fe, 6,2% Al en 10,6%. Si. (gew. procenten) of uit legeringen op basis van NiFe,

CoFe, CoMh, AlFe.

De lagen 11 kunnen bijv. uit glas of uit een niet-20 magnetisch metaal bestaan.. De lagen 11 die aan de kemvlakken 6 en 7 grenzen kunnén ook gevormd worden door aan de kemvlakken grenzende overgangsgebieden van de kerndelen 2 en 3 die een verminderde magnetische permeabiliteit vertonen. In het geval van een kop met een drievoudige spleet waarbij de buitenste subspleten een lengte hadden van 0,07 ^um, 25 de middelste spleet een lengte van 0,2 ^um en de twee hoog permeabele laagjes tussen de aspleten diktes van 2,03 resp. 2,16 ^uirt is de fre-quentiekarakteristiek experimenteel gemeten. Daarbij, werd de kop in kwestie, gebruikt om- een signaal uit te lezen dat m.b.v. een conventionele (éênspleets) schrijfkop ep een medium zoals de magnetische 30 band 14,, bestaande uit een drager 15 en een magnetische coating 16, geschreven was. De band 14 werd met een. snelheid van 3,14 ir/sec in de richting v langs de kop bewogen. De resulterende frequentie-karakteristiek. is in figuur 4 weergegeven.Verticaal is de uitgangs-· spanning V van de kop 1 uitgezet, waarbij de hoogste gemeten uitgangs-35 spanning met 100% is aangegeven. Horizontaal is de frequentie f in MHz uitgezet. Duidelijk is te zien dat in de uitgangsspanning er dips optreden die hoogstens 10% van de piekwaarden bedragen. Een leeskop met een meervoudige spleet is dus gevoelig voor signalen die in beperkte, 840)116 * 0= § «

Hffiï 11.006 5 vooraf te bepalen, frequentiebanden liggen. In de doorgelaten frequentie-(golflengte) band is het -rendement van de kop. in kwestie, die een 3-voudige spleet heeft, hoger dan het rendement van een enkelspleets-kop met één enkele spleet van zodanig (zeer korte) spleetlengte 5 dat hij geschikt is cm de signalen met zeer korte golflengtes in kwestie te lezen. Een leeskcp met een drievoudige overdrachtsspleet dient in deze slechts als voorbeeld van de effecten die zijn te bereiken.

Voor in de praktijk praktisch bruikbare effecten blijkt het aantal subspleten vier of hoger te moeten zijn. Naarmate het aantal sub-10 spleten toeneemt neemt het rendement toe. B.v. is het rendement van een leeskcp met een 9-voudige overdrachtsspleet (som lengtes over-drachtsspleten 0,5 yum) bij het lezen van kortgolvige signalen met een golflengte van 0,2 y.um ongeveer vier keer zo hoog als het rendement van een leeskop met een enkelvoudige overdrachtsspleet met een lengte 15 van 0,08 ^um.

Figuur 2 toont (in doorsnede) een alternatieve uitvoeringsvorm van eenmagnetische leeskop volgens de uitvinding. Het gaat hier cm een dunne film kop 21 die op dezelfde wijze als leeskop I van fig. 1 van een overdrachtsspleet 10 is voorzien die uit een 20 aantil door magnetische lagen 12 van elkaar gescheiden subspleten II is opgebouwd. De dunne film kop 21 bestaat verder uit een eerste en een tweede laag (22 en 23) van magnetiseerbaar materiaal die op een plaats verwijderd van de overdrachtsspleet 10 met elkaar verbonden zijn. De lagenstructuur wordt gecompleteerd door een 25 spoel 25 die als electromagnetisch koppelmiddel fungeert. Een alternatief electrcmagnetisch koppelmiddel is een magnetoweerstand element.

Figuur 3 toont een uitvoeringsvorm van een magnetische leeskop volgens de uitvinding die voorzien is van een magnetoweerstandelement 35.

De in fig. 3 getoonde (dunne film) kop wordt gevormd door een eerste 30 en een tweede laag (32 en 33) van magnetiseerbaar materiaal waartussen een overdrachtsspleet-10, opgebauwd, uit door magnetische lagen 12 van elkaar gescheiden subspleten 11 is gedefinieerd. In laag 33 is een opening 40 aangebracht. Magnetoweerstandelement 35 is zodanig t.o.v. de opening 40 gepositioneerd dat het. een weg van lagere 35 magnetische reluctantie dan opening. 40 biedt voor door de dunne film kop 31 vloeiende magnetische flux. Magnetoweerstandelement 35 is voorzien van electrische contacten 41 en 42 voor verbinding ervan met een electrische uitleesschakeling.

84 0 1 1 1 δ ( PUN 11.006 6 ‘ ύ' c (

Voor elk van de koppen 1, 21 en 31 geldt dat hij een hoger rendement heeft dan een leeskop met een enkelvoudige spleet met een spleetlengte gQ die zo kort is dat de kop gevoelig is voor dezelfde golflengtes als de koppen 1, 21 en 31. Hoe neer subspleten 5 de spleten 10. tellen hoe hoger het rendement wordt. Indien de spleet-lengtes gelijk zijn geldt in goede benadering de volgende relatie: n __D..,!3:.i______;_ ln 1 + il‘(n-1)/rt ' (int 10 waarin: n het rendement van een leeskop met een n-voudige spleet is, en int het interne rendement is.

Dit is het eindige rendement (0,7 ^ 0,9) van een kop met een zeer grote spleetlengte en wordt veroorzaakt door de magnetische 15 potentiaalval in de kop t.g.v. de erdoor vloeiende lekflux.

Bij ongelijke lengtes van de subspleten geldt de algemenere relaties n J-igLt p__ 20 % + tot waarin: het rendement van een leeskop met een totale lengte vande-subspleten 2iZ g is.

0 het rendement van een leeskop met de spleetlengte gQ is. 25 Een rekenvoorbeeld aan leeskqppen met resp. 1, 3, 5, 9 en. 19-voudige overdrachtsspleten geven de in fig. 5 getoonde frequentiékarakteristieken. Slechts het relevante deel van elke frequentiekarakteristiek is weergegeven.

Het. bandfilter karakter wordt duidelijker naarmate 30 het aantal subsplétèn toeneemt.

Voor de berekeningen gebruikte parameters: 1 8401116 EHN 11.006 7

TABEL I

lokaties spleetlengten in f,um3 j^unf| voor aantal spleten η = ϊ Γ~3 Γ~5 9 ΓΪ9 5 -1.8 0.01 -1.6 0.02 -1.4 0.03 -1.2 0.04 -1.0 0.05 10 -0.8 0.02 0.06 -0.6 0.04 0.07 -0.4 0.033 0.06 0.08 -0.2 0.05 0.066 0.08 0.09 0.0 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 15 0.2 0.05 0.066 0.08 0.09 0.4 0.33 0.06 0.08 0.6 0.04 0.07 0.8 0.02 0.06 1.0 0.05 20 1.2 0.04 1.4 0.03 1.6 0.02 1.8 0.01 25 ^-g £,umj °*10 °*20 °*30 °*50 1·00 ^ Ferrite * 0.133 0.23 0.30 0.40 0.53

Verbetering Ferrifce t.o.v. Ferrite- ^ 8e7 „ ^

kop met gQ = 0.08^ in, jj3BJ

3(J ' — ...... I I. I .... I. -- ---- - ------- + 0.038 0.07 0.100 0.150 0.24

Vertetering^ t.o v TEH met ~ gQ - 0.08 v ^ jaBj 1 8401116

Opmerkingent * Bij de rendementsberekeningen is ervan uitgegaan dat de ferritëkop bij 15 MHz nog slechts een rendement ^ef = 0.3 heeft als de spleetlengte gref = 0.3 ^um is, en een intern rendement van 0,8 heeft.

Ό- t ΡΗΝ 11.006 8 + Voor de dunne f ilmkqp (TFH) uitvoering is van een lager rendement, uitgegaan bij 15 MHz. Daar is = 0.1 gesteld als gre^ = 0.3yUm en ós |int ~ 0.6.gesteld.

5 In fig. 5 komt -80 dB op de verticale as overeen met 100 ^uV.

In het rekenmodel is verder van de volgende gegevens uitgegaan:

Schrijfkop van sendust,of van ferriet met spleet-10 vlakken die met senddst bekleed zijn, schrijfspleetlengte 0,15 ^,um.

Kop-bandafstand zowel bij schrijven als. bij lezen 0,02 yum..

Registratiemedium: opgedampte metaalband met Hc = 66 KA/m' Bg = 0,38 T, yUr - 1,75 en coating dikte is 0,16 yum.

15 Het model waarmee de bandfilterkarakteristieken . van fig.. 5 berekend zijn levert voor n = 3 een curve qp die althans nagenoeg samenvalt met de experimenteel gemeten curve van fig. 4.

Zoals hiervoor al werd· aangegeven is de vorm van de bandfilter karakteristiek naar wens in te stellen.

20 I.h.b. is de afval In de amplitude karakteristiek t.g.v. kop-band afstandsverliezen tijdens lezen én schrijven en t.g.v. spleetverliezen te compenseren.

In figuur 6 is d.m.v. een geschikte keuze van spleet-lengte variaties en spleetafstandsvariaties bij een leeskop met 25 19-voudige spleet een filterwerking verkregen met een rechthoekiger ^ doorlaatband dan in de voorbeelden van fig. 5, waarbij tevens de ca. 1.5 dB/MHz afval t.g.v. spleet- en afstandsverliezen is gecompenseerd. Ter vergelijking is met een gestippelde lijn de frequentie-karakteristiek weergegeven van een leeskop met 19-voudige spleet 30 met vaste spleetafstanden. Deze karakteristiek is in fig. 5 terug te vinden. De afplatting is verkregen door het "filter" qp te bouwen uit, in wezen, 3 filters met centrale frequenties qp 13.9, 14.7 en 15.7 MHz. Dit is bereikt door de afstanden tussen de spleten van de afzonderlijke filters 0.68, 0.64 respéktievelijk 0.60 ^um te kiezen.

35 De parameters zijn zoals in de tabel bij figuur 5 aangegeven. De spleten-configuratie is aangegeven in de volgende tabel: 8401116 * EHN 11.006 9

TABEL II

Spleetlengte j^,um] Lokatie Qum J

5 0.010 -1.800 0.012 -1.813 0.027 -1.493 0.040 -1.200 10 0.030 -1.333 0.054 -0.853 0.070 -0.600 0.048 -0.453 0.081 -0.213 lg 0.100 ‘ 0.000 (mi«3denspleet) 0.054 0.227 0.072 0.427 0,070 0.600 0.036 0.907 20 0.045 1.067 0.040 1.200 0.018 1.587 0.018 1.707 0.010 1.800 25

In figuur 7 is de spletenccaifiguratie van de zo samengestelde bandfilterkcp in de 3 afzonderlijke filters gesplitst. De hoogten van de lijnen geven de spleetlengten aan. De frequenties van 13.9/ 14.7 en 15.7 MHz komen overeen met de derde "harmonischen" 30 van de afzonderlijke filters.

Zo zal bij een bandfilterkcp bestaande uit in wezen n zulke afzonderlijke filters de doorlaatband bij voorkeur op de nae "harmonische" van de afzonderlijke filters staan afgestemd, «overeenkomend met de eerste "harmonische" van het samengestelde filter.

35 In figuur 6 is met een stippellijn de niet afgeplatte curve aangegeven van een 19-voudige spletenconfiguratie met spleten qp onderling gelijk afstanden a = 0.213 yum.

De rendementen van beide kappen zijn nagenoeg gelijk 8401116 ΡΗΝ 11.006 10 ·% ν·

Ferrite ^ 0,5; ?Ι TEH ^ °*2) ^ zi3n dus 111 dezelfde mate verbeterd. als het rendement van de 19-voudige spleetkcp in f iguur 5, die nagenoeg overeenstemt met de hier gestippeld getekende curve.

De afvalccmpensatie van ca. 1.,5 dB/MHz is verkregen door het hoogst 5 afgestemde filter (met a^ = 0.60 ^um) zowel het grootste aantal spleten (7 i.p.v. 6) als. de grootste spleetlengtes te geven, zie figuur 7.

Het middelste filter heeft ook wat grotere spleetlengtes.

In dit voorbeeld is voor een rechte fasekarakteristiek gekozen, welke verkregen is door de kop, zoals figuur 7 duidelijk 10 toont, een symmetrische spletenconfiguratie te geven. Asymmetrische spletenconfiguraties leiden tot niet-lineaire fase-karakteristieken.

Een ander aspekt is dat de scherpte van de band-filter karakteristiek, bij een constante afstand a tussen de sub-spleten, in belangrijke mate wordt bepaald door de effektieve lengte 15 g van de spletenconfiguratie. Deze wordt gedefinieerd als a de afstand tussen de subspleten, 20 lE-g de som van de spleetlengtes, en gü de grootste spleetlengte voorstelt.

Het blijkt dat magnetische leeskeppen volgens de uitvinding een bijzonder bruikbare filterwerking vertonen indien de spleetlengtes in een bepaald gebied gekozen worden. Dit gebied kan 25 worden aangegeven als _L <4 JE=_£_ < -1.

4 - ge ^ 4 30 1 8401116

Claims

55- -ê> » EBN 11.006 11 CCNCHJSIES

1. Magnetische overdrachtskop voor het aftasten van een magnetisch registratiemedium dat een magnetiseerbaar oppervlak bezit voor het vasthouden van informatie in de vorm van een voorafbepaald informatiepatroon dat gekenmerkt wordt door een beperkte 5 golflengteband, bevattende: een paar kerndelen van een magnetiseerbaar materiaal met een relatief hoge permeabiliteit, welke kerndelen een overdrachtsspleet definiëren tussen een paar tegenover elkaar geplaatste kemvlakken; waarbij electronagnetische middelen met tenminste één van de kerndelen ge-10 kcppeld zijn voor het produceren van een electrisch signaal als een veranderende magnetische flux door de kerndelen vloeit, met het kenmerk, dat de overdrachtsspleet wordt gevuld door een spacer die bestaat uit n zich evenwijdig aan de kemvlakken uitstrekkende, subspleten vormende, lagen van een materiaal met een lage magnetische 15 permeabiliteit, waarbij tussen elke twee opeenvolgende lagen met lage permeabiliteit een laag net hogere permeabiliteit is gevoegd en n ^ 4.

2. Magnetische overdrachtskop volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat geldt 20 4- < ^ 4- 4. ge ^ 4 3e waarin g is de son van de diktes van de lagen materiaal met lage magnetische permeabiliteit? 25 g0 is de effectieve breedte van de subspleten configuratie zoals gedefinieerd in de beschrijving. 30 1 840 1 1 1 §