PT745992E - Sistema de gravacao de discos e um processo de controlo de rotacao do prato rotativo num tal sistema de gravacao de discos - Google Patents

Description

87 275 ΕΡ Ο 745 992/ΡΤ

DESCRIÇÃO “Sistema de gravação de discos e um processo de controlo de rotação do prato rotativo num tal sistema de gravação de discos” O presente invento refere-se a um sistema de gravação de discos, para a gravação de discos tais como um disco compacto. O presente invento refere-se também a um processo de controlo da rotação de um prato rotativo em relação a uma cabeça de gravação num sistema de gravação de discos. São conhecidos muitos sistemas, nos quais a informação é gravada num meio em forma de disco e pode ser, subsequentemente, reproduzida. Em geral, a informação é disposta quer em anéis substancialmente circulares ou numa pista em espiral contínua sobre o disco. Um exemplo da disposição anterior é o disco flexível magnético ou de disco duro, em que a informação é dividida em sectores, que assentam em pistas concêntricas. Os exemplos destas últimas disposições incluem a gravação de gramofone convencional, que suporta informação de som na forma analógica, numa ranhura em espiral na sua superfície, o disco vídeo de leitura óptica, que suporta informação vídeo na forma analógica, numa série de depressões dispostas em espiral na superfície (ou num limite interfacial) do disco e o disco óptico compacto que suporta informação áudio ou outra informação, na forma digital, numa série de depressões dispostas em espiral. A gravação gramafónica, o disco vídeo e o disco compacto são todos exemplos dos meios disponíveis para o consumidor, os quais normalmente não podem ser gravados pelo consumidor; a gravação é realizada num disco padrão, o qual é, subsequentemente, replicado por vários processos, de tal modo que os discos comprados pelo consumidor são cópias próximas da geometria e do conteúdo de informação do disco padrão. O processo de gravação de informação em qualquer destes meios partilha normalmente em comum o facto de que o disto ou disco padrão é rodado a uma velocidade tipicamente algo entre 16 % rpm (para algumas gravações gramofónicas) 1800 rpm (ou mesmo mais elevadas para alguns discos vídeo), enquanto que o ponto de gravação (o qual pode ser uma cabeça magnética, uma agulha mecânica ou um feixe de luz focado) é transversal entre o bordo exterior e interior do disco a uma velocidade mais lenta. Normalmente é um requisito do sistema de gravação que o movimento de rotação do disco possa variar apenas lentamente, se variar; em geral isto é facilmente assegurado pela inércia do próprio 2 87 275 ΕΡ Ο 745 992/ΡΤ disco, em conjunto com o do mecanismo que roda o mesmo. O movimento radial do ponto de gravação sobre o disco não é, no entanto, tão facilmente controlado, no caso da gravação de discos magnéticos, é normal que a cabeça de gravação se deva mover em passos discretos entre as pistas concêntricas separadas; pelo contrário, nos casos das gravações gramofónicas, dos discos vídeo ou dos discos compactos, a cabeça de gravação deve mover-se continuamente em relação ao disco numa direcção geralmente radial, a fim de dispor a informação numa pista em espiral e é característico destes casos que a suavidade do movimento radial é mais importante que a precisão absoluta do posicionamento radial. Com uma gravação gramofónica, por exemplo, qualquer movimento radial que tenha energia significativa na banda de frequências áudio, mesmo que represente apenas uma pequena fracção do espaçamento de ranhura médio, aparecerá como um movimento lateral correspondente do reprodutor, quando a cópia de gravação final é reproduzida e isto será audível como um ruído sobreposto ao sinal áudio gravado. Com os discos vídeo e os discos compactos não é apenas a possibilidade de que quaisquer movimentos radiais súbitos da cabeça de gravação provocarem que o reprodutor falhe o seguimento da pista no disco final, mas também a probabilidade mais séria que tais movimentos sejam perigosos simplesmente porque resultam em alterações significativas no espaçamento entre as voltas sucessivas da pista em espiral. Uma vez que este espaçamento é, tipicamente, de apenas 1,6 a 1,7 pm, e qualquer redução no espaçamento tem o efeito do aumento da interferência entre as pistas (resultando em interferência da imagem vinda de um disco vídeo, ou numa probalidade aumentada dos erros de bit com um disco compacto), é desejável manter uma tolerância de no máximo ±0,1 pm no espaçamento das pistas e, de preferência, uma tolerância muito mais próxima do que isto.

Para se obter o movimento de seguimento de pista necessário, é normal mover a cabeça de gravação ao longo de uma linha recta, a qual passa através do eixo do disco, por outras palavras radialmente. Quando se gravam os padrões de gravação gramofónicos, isto é normalmente conseguido pela montagem da cabeça de gravação numa base de deslizamento ou de rolamento linear e movendo a mesma por meio de um parafuso de condução e porca rotativos. O rendimento satisfatório é conseguido através de projecto cuidadoso; a rigidez do accionamento de parafuso de condução é suficientemente grande para superar o atrito residual na base. Na realização de padrões para discos vídeo e discos compactos (gravação) pode ser utilizada uma técnica semelhante, na qual as ópticas, as quais produzem o feixe focado são movidas sobre o disco padrão em rotação. Para evitar a desvantagem de parte das ópticas serem assim móveis enquanto que o 3 87 275 ΕΡ Ο 745 992/ΡΤ remanescente (devido à dimensão da fonte de luz, normalmente um laser) tem de ser fixo, é, em alternativa, possível mover todo o prato rotativo (o qual suporta o disco padrão) em conjunto com o sua chumaceira rotativa ao longo de uma linha recta, utilizando um parafuso de condução, enquanto que a cabeça de gravação permanece fixa.

Nos discos vídeo ópticos de longa duração ou nos discos compactos ópticos, utilizados para áudio ou outros dados na forma digital, é normalmente utilizado um modo ou gravação de velocidade linear constante, porque o mesmo determina o tempo de gravação máximo consistente com a operação a uma velocidade linear óptima (a qual determina a largura de banda do sinal que pode ser gravado) através da gravação. A gravação a velocidade linear constante, adiciona, no entanto, complicações ao sistema, porque nem a velocidade de rotação do disco nem a velocidade do movimento radial da cabeça de gravação ou de reprodução em relação ao disco, é constante. Apenas no sistema de reprodução isto pode não ser um grande problema, porque os movimentos tanto rotativo como radial são normalmente controlados por servos, comandados pela informação já disposta no disco. Os sistemas de gravação e reprodução (por exemplo, os sistemas de gravação de dados de leitura e escrita) que utilizam discos previamente ranhurados são também simplesmente implementados por servos deste tipo. No entanto, no caso de um sistema de gravação de padrões para discos vídeo ou discos compactos, em que o disco padrão está à partida desprovido da estrutura de ranhuras, existe um problema na geração dos movimentos requeridos como se fosse os primeiros princípios.

Se a informação é para ser gravada numa pista em espiral de passo P a uma velocidade linear v então, se o raio instantâneo é R e a velocidade de rotação é ω (radianos/s) no tempo t, v

R

Equação 1 e 4 87 275 ΕΡ Ο 745 992/ΡΤ dR Ρω dt 2π

Equação 2 da qual

Equação 3 dR Pv

dt 2nR

Em EP-A-011495 é descrito, no contexto da definição ou do seguimento de uma pluralidade de pistas de informação substancialmente circulares e concêntricas, uma disposição na qual a relação da Equação 1 é obtida pela geração de um sinal dependente do raio R e a geração a partir do mesmo de um sinal de corrente alterna de frequência inversamente proporcional ao raio R. A velocidade de rotação angular ω do prato rotativo é então sincronizada com a do sinal de corrente alterna. O mesmo sinal de corrente alterna é utilizado para controlar a velocidade radial dR/dt, de acordo com a Equação 2, utilizando um accionador de parafuso de condução. Um processo semelhante está descrito em EP-A-011493, em que é gerado um sinal de corrente alterna com uma frequência inversamente proporcional ao raio R, neste caso por um processo de divisão digital.

Deve ser notado que os processos descritos em EP-A-011495 e EP-011493 requerem ambos que seja, em primeiro lugar, gerado um sinal de corrente alterna, ao qual a rotação do prato rotativo tem de ser sincronizada.

Para além disso, EP-A-0013903 descreve um sistema de gravação de discos, no qual é determinado o deslocamento radial da cabeça de gravação em relação ao eixo de rotação do prato rotativo que suporta. A medida do deslocamento radial é então utilizada para controlar a velocidade de rotação do prato rotativo e, portanto, do disco, de modo que a velocidade relativa da cabeça de gravação e do disco seja consistente.

Da Equação 3, se R = 0, no instante T0 então a Equação 4 abaixo fica:

Equação 4 5 87 275 ΕΡ Ο 745 992/ΡΤ A partir disto, segue-se que ω =

Equação 5

Asaim, tanto R como ω são funções não lineares do tempo.

Deve ser possível gerar estas funções do tempo num computador digital e alimentar as funções para os conversores de digital para analógico para se obter tensões representativas dos valores requeridos de R e ω. Deve ser então possível utilizar aquelas tensões para controlar os sistemas servo que comandam os movimentos radiais e rotação. No entanto, uma tal disposição tem a desvantagem dos valores de R e ω assim obtidos se alterarem necessariamente de uma maneira por passo, dependendo a grandeza desses passos da resolução dos conversores de digital para analógico.

Deve ser também possível utilizar um computador digital para gerar um valor da taxa de alteração do raio R, dado pela Equação 6 a seguir:

Equação 6 dR í Pv dt !^47i(t-t0),

Este valor, em conjunto com o valor de ω, derivado pela Equação 5, pode ser utilizado para derivar valores, os quais podem então ser feitos sair através dos conversores de analógico para digital e alimentarem os servos que controlam as velocidades radiais e de rotação. Pode ser utilizado um único conversor de digital para analógico para ambos os valores, uma vez que os mesmos têm a mesma dependência do tempo. Uma tal disposição deve ter a vantagem de que não existem as variações por passo em R, mas apenas na sua taxa de alteração dR/dt e o efeito no disco gravado é muito menos severo. No entanto, a previsão de um sistema de computador apropriado significa que a complexidade é elevada. O presente invento procura, por conseguinte, obter as relações necessárias entre R e ω por meios analógicos. O presente invento, como definido nas reivindicações, propõe que sejam gerados sinais, que correspondem a R e ω; o 6 87 275 ΕΡ Ο 745 992/ΡΤ produto de R e ω, derivado a partir destes dois sinais, é então utilizado para controlar a rotação do prato rotativo na dependência da diferença entre o produto e um valor de referência. É gerado o sinal Vr, que corresponde ao raio R, como é gerado um sinal representativo da velocidade de rotação ω e proporcional à mesma. O anterior é, de preferência, um sinal de frequência. Um tal sinal de frequência pode ser produzido por um disco estroboscópio ranhurado, fixo a um veio do sistema de gravação de discos, o qual pode ser detectado por meios ópticos adequados. O sinal Vr e o sinal de frequência podem ser então combinados num circuito discriminador de multiplicação, o qual gera um sinal adequado proporcional ao produto Κω. Este produto pode ser um sinal de tensão, o qual pode então ser comparado com uma tensão de referência V0, representativa da velocidade linear desejada. A diferença nas tensões pode ser então utilizada para accionar um amplificador servo, o qual, por sua vez, acciona um motor, o qual roda um prato rotativo do sistema de gravação de discos.

Assim, com o segundo aspecto do presente invento, é possível formar um circuito fechado servo, o qual tende a manter o produto Κω constante e igual à velocidade linear desejada. Uma circuito discriminador separado pode ser também utilizado para derivar do sinal de frequência uma tensão Vc, representativa da quantidade Ρω/2π, em que P é o passo de pista desejado. Esta tensão Vc pode ser então comparada com a tensão Vs derivada da tensão Vr, a qual representa a quantidade dR/dt. A diferença entre as tensões Vc e Vs podem então accionar um amplificador servo, cuja saída provoca o movimento radial. Assim, a acção deste segundo circuito fechado servo é tal que tende a manter Vs = Vc e assim a manter a velocidade radial dR/dt igual ao valor desejado Ρω/2π.

De preferência, o sistema de gravação de discos é utilizado para a gravação óptica ou de discos vídeo ou de discos compactos de dados.

Será agora descrita em pormenor uma concretização do presente invento, por meio de exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais: a Fig. 1 é uma vista esquemática de um sistema de gravação de discos, de acordo com uma concretização do presente invento; 7 87 275 ΕΡ Ο 745 992/ΡΤ a Fig. 2 representa um dispositivo de amortecimento e controlo (“dashpot”) linear, o qual pode ser utilizado no presente invento; as Figs. 3a e 3b representam um primeiro dispositivo de amortecimento e controlo, o qual pode ser utilizado no presente invento, sendo a Fig. 3a uma vista em corte e a Fig. 3b um pormenor do mecanismo do dispositivo de amortecimento e controlo; as Figs. 4a e 4b representam um segundo dispositivo de amortecimento e controlo, o qual pode ser utilizado no presente invento, representando a Fig. 4a uma vista em corte e a Fig. 4b um pormenor do mecanismo do dispositivo de amortecimento e controlo; a Fig. 5 representa uma disposição que utiliza uma mola para aplicação de binário ao veio da chumaceira de ar principal numa concretização do presente invento, em conjunto com meios para monitorização da rotação da extremidade da mola afastada do veio; as Figs. 6a e 6b representam uma outra disposição, que utiliza uma mola para aplicação de um binário ao veio da chumaceira de ar principal na concretização do presente invento, em conjunto com meios para monitorização da tensão sobre a mola, sendo a Fig. 6a uma vista em perspectiva da disposição e a Fig. 6b uma vista pormenorizada de parte da disposição da Fig. 6a; a Fig. 7 mostra o circuito fechado servo local para controlo do disposição motora da Fig. 5 ou das Figs. 6a e 6b da primeira concretização do presente invento; as Figs. 8a e 8b representam um dispositivo de detecção eléctrico capacitivo, para utilização na concretização do presente invento, sendo a Fig. 8a uma vista em corte e sendo a Fig. 8b uma vista explodida dos discos da Fig. 8a; a Fig. 9 é um diagrama de blocos de um circuito eléctrico para processamento da saída do dispositivo de detecção das Figs. 8a e 8b; a Fig. 10 mostra a variação da saída Ve do circuito da Fig. 9; 87 275 ΕΡ Ο 745 992/ΡΤ 8

a Fig. 11 mostra um circuito de diferenciação para geração de uma tensão de saída adicional do circuito de saída da Fig. 9; a Fig. 12 mostra um amplificador servo para utilização no presente invento; a Fig. 13 mostra o sistema servo para o sistema de gravação de discos da Fig. 1; e a Fig. 14 mostra um discriminador de multiplicação, o qual pode ser utilizado no sistema servo da Fig. 13. A Fig. 1 representa a estrutura geral de um sistema de gravação de discos, que é uma concretização do presente invento. Um disco padrão 1 é suportado num prato rotativo 2, o qual por sua vez está montado num veio 3. Esse veio é o elemento mais interior da chumaceira de prato rotativo 4 (ou é uma extensão do elemento interior). A chumaceira de prato rotativo 4, a qual suporta um prato rotativo 2, está montada num suporte 5 retido pelos braços 6, 7, estando os braços suportados pelo veio 8 de uma chumaceira principal 9. A chumaceira de prato rotativo 4 e a chumaceira principal 9 são, nesta concretização, chumaceiras de ar rotativas e os seus eixos são verticais.

Para além disso, uma cabeça de gravação 10 está montada de modo a ficar localizada por cima do prato rotativo 2 e, portanto, por cima do disco 1. Nesta concretização, a cabeça de gravação 10 está fixa e o movimento relativo no plano horizontal do disco 1 e da cabeça de gravação 10 é conseguido pela rotação do prato rotativo 2 e pelo movimento dos braços 6, 7. A rotação do prato rotativo 2 no veio 3, é comandada pela chumaceira de prato rotativo 4 e o movimento dos braços 6, 7 no veio 8 é comandado pela chumaceira principal 9. Os braços 6, 7 estão posicionados de modo que a cabeça de gravação 10 seguirá um percurso em forma de arco em relação ao eixo da chumaceira de prato rotativo 4, que se prolonga entre o centro e a periferia desse disco 1. A rotação do prato rotativo 2 no veio 3 é accionada por um primeiro motor 11 e o movimento dos braços 6, 7 no veio 8 é accionado por um segundo motor 12. Nesta concretização, ambos os motores são motores de comutação electrónica 9 87 275 ΕΡ Ο 745 992/ΡΤ com rotores de magneto permanente; os rotores estão montados directamente nos veios 3, 8, de modo que não são requeridas chumaceiras separadas.

Um estroboscópio ranhurado 13 está também montado no veio 3, cuja rotação é detectada por um detector óptico 14. O detector 14 gera duas saídas, as quais são sinais de onda quadrada numa relação em quadratura. Estas saídas são utilizadas num sistema servo para controlo da velocidade de rotação do prato rotativo 2. A chumaceira principal 9 é suportada por um suporte vertical 15, o qual, por sua vez, é suportado, do lado de baixo de uma chapa de montagem horizontal 16, por um suporte 17. Uma unidade de amortecedor 18 está montada no lado superior da chapa de montagem 16, a qual será descrita com mais pormenor mais tarde. Uma unidade de detecção de posição 19 está também montada por cima ou dentro do elemento com topo côncavo 33 a partir de um suporte 19a, a qual será também descrita com mais pormenor mais tarde.

Como foi anteriormente mencionado, o presente invento requer que o movimento relativo da cabeça e da chumaceira de prato rotativo seja amortecido. Numa concretização em que este movimento relativo é linear, isto pode ser conseguido por um dispositivo de amortecimento e controlo linear, tal como o mostrado na Fig. 2.

Um tal dispositivo de amortecimento e controlo pode ser proporcionado no -caso em que existe movimento linear, por exemplo, em que é utilizada uma chumaceira de ar linear, pela utilização de um êmbolo com movimento num cilindro cheio de fluido. É importante no presente invento que todo o atrito seja evitado; por conseguinte, não pode ser utilizado um vedante convencional para evitar fugas em torno do veio do êmbolo e, em vez disso (se o movimento tiver de ser horizontal) uma disposição correspondente à da Fig. 2 é melhor utilizada, incluindo meios de protecção para evitar que a poeira cai dentro do fluido.

Assim, a Fig. 2 mostra que o êmbolo 20 está montado num recipiente 21, recipiente 21 o qual está cheio com um fluido viscoso 22. O êmbolo tem um suporte 23, o qual se prolonga para fora do recipiente 21 e está fixo ao objecto, cujo movimento é para ser amortecido. A tampa de poeira 24 está fixa ao suporte, cobrindo a abertura 25 no recipiente, através do qual se prolonga o suporte 23, para evitar a entrada de poeira.

87 275 ΕΡ Ο 745 992/ΡΤ 10

De preferência, no entanto, o dispositivo de amortecimento e controlo utilizado no presente invento é um dispositivo rotativo e é utilizado em ligação com uma chumaceira de ar rotativa, cujo eixo é vertical. A Fig. 3a mostra a construção de um dispositivo de amortecimento e controlo, o qual consiste num anulo fino intercalado.

Na Fig. 3a, uma base anular 30 suporta um elemento de amortecimento fixo 31. O elemento de amortecimento fixo 31 rodeia um veio 32 (o qual pode, por exemplo, corresponder ao veio 8 da Fig. 1, de modo que o dispositivo de amortecimento e controlo corresponde à unidade de amortecedor 18 da Fig. 1) e um elemento de amortecimento 33 com movimento está fixo a esse veio. O elemento de amortecimento fixo 31 está seguro na base 30 por um elemento de aperto 34, o qual é pressionado para baixo por molas (não mostradas).

Como mostrado com mais pormenor na Fig. 3b, são proporcionadas palhetas estáticas 35 no elemento de amortecimento 33 com movimento. O fluido viscoso 37 enche o dispositivo de amortecimento e controlo resultante.

As Figs. 4a e 4b representam uma disposição alternativa do dispositivo de amortecimento e controlo, que tem secções cilíndricas intercaladas. Os componentes das Figs. 4a e 4b que correspondem aos das Figs. 3a e 3b estão indicados pelos mesmos números de referência. Como pode ser visto a partir da Fig. 4b, no entanto, as secções cilíndricas estáticas 38 são verticais, como o são as palhetas 39 com movimento. De novo, se este dispositivo de amortecimento e controlo é utilizado na concretização da Fig. 1, o veio 32 pode corresponder ao veio 8, de modo que o dispositivo de amortecimento e controlo forma a unidade de amortecedor 18. A geometria cilíndrica das Figs. 4a e 4b é preferida, porque a mesma permite liberdade de ajustamento dos elementos móveis numa direcção vertical e porque a mesma é mais fácil de encher a estrutura com o fluido sem provocar bolhas. As folgas radiais podem ser deixadas com intervalos num conjunto das secções cilíndricas, a fim de permitir ao próprio fluido distribuir-se regularmente. É requerida uma viscosidade muito elevada para controlar as velocidades muito lentas do movimento requerido, por exemplo, na gravação de discos compactos, mas os fluidos adequados podem ser facilmente obtidos, por exemplo, os fluidos vendidos com a marca denominada “Hyvis” da British Petroleum Ltd, e disponível numa 11 87 275 ΕΡ Ο 745 992/ΡΤ gama de viscosidades. A fim de encher a estrutura com fluido, a viscosidade do fluido pode ser reduzida por aquecimento do mesmo. Um aspecto adicional da utilização de uma chumaceira rotativa em conjugação com um dispositivo de amortecimento e controlo rotativo, de acordo com esta concretização do presente invento, é que as alterações rápidas da posição dos elementos móveis podem ser efectuadas elevando o anel de aperto 34, para libertar todo o conjunto do dispositivo de amortecimento e controlo, de modo que o elemento externo 31 do dispositivo de amortecimento e controlo, rode dentro das suas bases 30. A força de accionamento para produzir o movimento relativo das partes com movimento e fixas,-como indicado acima, é gerada por um motor eléctrico de accionamento directo, que utiliza os princípios de bobina móvel, magneto móvel, indução ou histerésis. De acordo com os princípios expressos acima o motor não deve contribuir com qualquer atrito para o movimento relativo; isto é facilmente conseguido se a parte com movimento do motor não tem chumaceiras próprios, mas está montada directamente no veio 8 da chumaceira de ar rotativa. Se é requerida a comunicação da corrente de accionamento (como nos motores DC de bobina móvel convencionais) então a mesma deve ser gerada electronicamente por qualquer de uma variedade de meios conhecidos, em vez de por comutação mecânica.

Em alternativa, verificou-se ser possível exercer o binário necessário sobre o sistema de movimentação por meio de uma mola, por exemplo, uma mola helicoidal cuja extremidade adicional está segura, por exemplo, no veio de saída de uma caixa de engrenagens de redução, cujo veio de entrada é accionado por um motor DC convencional. É evidente que mesmo se o dito veio de saída é mantido numa posição fixa, a mola exercerá um binário, o qual apenas se altera lentamente à medida que as partes com movimento do conjunto de chumaceira de ar e de dispositivo de amortecimento rodam; assim está na natureza desta disposição produzir um movimento relativo substancialmente constante por meios puramente passivos e quaisquer ajustamentos da velocidade do movimento relativo podem ser executados accionando a caixa de engrenagens de uma maneira relativamente grosseira.

Assim, a Fig. 5 mostra que o veio 8 da chumaceira principal 9 na Fig. 1 está ligado a uma mola 40, a qual, por sua vez, está ligada ao veio de saída 41 de uma caixa de engrenagens 42, caixa de engrenagens 42 que liga o veio 41 a um motor 43. Verificou-se ser vantajoso colocar o conjunto de motor/caixa de engrenagens 12 87 275 ΕΡ Ο 745 992/ΡΤ num circuito fechado interior servo, tendo um tempo de resposta relativamente curto. A fim de tornar isto possível, o veio 41 prolonga-se também por um polenciómetro rotativo 44. Assim, o sinal de saída Vp do polenciómetro 44 corresponde à posição do veio 41.

As Figs. 6a e 6b representam uma disposição alternativa, na qual a tensão na própria mola é detectada a fim de accionar o circuito fechado servo interior. Os componentes que correspondem aos da Fig. 5 estão indicados pelos mesmos números de referência. Na Fig. 6a, a mola 45 tem uma secção achatada e um medidor de tensão 46 está montado na mesma. Como está mostrado com mais pormenor na Fig. 6b, o medidor de tensão está ligado através de ligações flexíveis 47 a um amplificador de saída 48, o qual gera um sinal de saída Vp. A Fig. 7 mostra o circuito fechado servo interior, referido acima. Na Fig. 7, o detector de posição do veio da caixa de engrenagens (da Fig. 5) ou o detector de binário da mola (das Figs. 6a e 6b) é mostrado em 50. O sinal de saída Vp é alimentado a partir deste detector para um amplificador diferencial 51. O amplificador diferencial 51 recebe também uma tensão de controlo Vq e gera uma saída 52, a qual acciona o motor de caixa de engrenagens 43. Assim, este circuito servo interior faz com que a saída de detector Vp siga a tensão de controlo Vq. O sinal Vq é gerado por um circuito fechado servo adicional (o qual será explicado com mais pormenor mais tarde), o qual tem uma resposta lenta, de modo que a posição do veio de saída da caixa de engrenagens e, portanto, a torção da mola e, portanto, a velocidade do movimento dos elementos móveis (nomeadamente o rotor de chumaceira de ar principal, a parte móvel do dispositivo de amortecimento e de controlo e todo o conjunto de chumaceira do prato rotativo) é controlado pela comparação de uma tensão de controlo externa Vq com uma tensão V, representativa da velocidade do movimento e obtida a partir dos meios de detecção de posição, por exemplo, como descrito abaixo.

Voltando agora aos meios de detecção da posição das parte móveis , os quais podem formar a unidade de detecção 19, na Fig. 2, é proposto que um dispositivo de detecção eléctrico capacitivo seja proporcionado, como nas Figs. 8a e 8b. Na disposição representada, o veio 8 da chumaceira representado, o veio 8 da chumaceira principal 9 suporta um rotor em forma de disco isolante 60. Este rotor suporta em ambas as suas superfícies sectores de condução 61, que ocupam parte de cada superfície. Este rotor está montado entre as chapas isolantes 62, 63 13 87 275 ΕΡ Ο 745 992/ΡΤ fixas à estrutura fixa, cada uma das quais suporta sobre a sua superfície virada para dentro os sectores de condução (A, B), separados por folgas estreitas. O número de lais seclores depende da gama angular da rotação, a qual é desejada para detectar, mas na disposição representada existem oito sectores, que permitem um movimento máximo de 45°. O rotor 60 suporta em cada face quatro sectores 61, subtendendo cada um 45° no centro e espaçados igualmente entre si, de modo que os espaços entre os mesmos subtendem também 45°. Os sectores de condução 61 sobre as duas faces do rotor 60 estão alinhados em conjunto e estão todos ligados electricamente a um cilindro de condução 65 e a um condutor flexível 64. Os sectores de condução nas duas chapas fixas 62, 63 estão alinhados em pares virados em oposição, os quais estão ligados electricamente e além disso em sectores alternados em cada chapa estão ligados electricamente, de modo que existem dois conjuntos de sectores alternados (A e B), partilhando cada um deles uma ligação eléctrica nas duas chapas fixas 62, 63.

Processos de construção alternativos, mas funcionalmente equivalentes, serão certamente evidentes para os especialistas na técnica, por exemplo, formar ou sectores de condução fixos ou sectores com movimento, ou ambos, a partir de material metálico de modos diferentes do que pela formação dos mesmos numa superfície de um material isolante e, em particular, para todos os sectores com movimento, para formar uma peça auto-portante de metal.

Então, as tensões eléctricas alternas iguais e opostas (VA e VB) são aplicadas a dois conjuntos de sectores fixos. De preferência, estas tensões são ondas quadradas de amplitude, por exemplo, de 30 V pico-a-pico. Como um resultado da capacitância entre os sectores condutores no disco rotativo 60 e os sectores das chapas fixas 62, 63, aparece uma tensão alternativa nos sectores de condução no disco 60 com a forma de onda semelhante à das tensões, aplicadas aos sectores das chapas fixas 62, 63 e de grandeza e fase dependendo da posição azimutal do ditos sectores de condução no disco rotativo 60, em relação aos sectores nas chapas fixas 62, 63. Esta tensão pode ser separada (e opcionalmente amplificada) por, por exemplo, um amplificador operacional de baixo ganho e impedância de entrada alta, ligado por um condutor flexível 64, e forma a entrada para um detector sensível à fase (essencialmente um multiplicador seguido por um filtro passa baixo), cuja entrada de referência é a forma de onda aplicada a um conjunto de sectores fixos, como mostrado na Fig. 9. A partir deste detector sensível à fase é obtida uma saída DC V0, a qual é representativa da orientação (Θ) dos sectores com movimento em relação aos sectores fixos. 14 87 275 ΕΡ Ο 745 992/ΡΤ

Pode ser facilmente mostrado que a tensão DC V0 é substancialmente proporcional a

Ca Cb Ca+Cb’ em que CA e Cb são a capacitância entre os sectores móveis e um ou outro conjunto dos sectores fixos, respectivamente. Se o disco e as chapas fixas são sempre achatados e paralelos então estas capacitâncias são, por sua vez, proporcionais às áreas de sobreposição entre os sectores móveis e os respectivos sectores fixos. Se os sectores têm bordos interiores e exteriores circulares, então estas áreas são funções lineares do ângulo azimutal Θ, e CA + Cb é uma constante. Pode então ser visto que a tensão DC Ve é uma função substancialmente linear de Θ, excepto perto dos pontos (ΘΑ e Θβ), nos quais os sectores rotativos estão alinhados com um ou outro conjunto dos sectores fixos. A Fig. 10 mostra a dependência de Ve de Θ para o caso em que o sector subtende 45° no centro. Devido à sua construção simétrica, o dispositivo de detecção das Figs. 8a e 8b é tolerante às situações em que o rotor 60 não está exactamente equidistante das chapas fixas 62, 63 ou paralelo às mesmas.

Claramente este dispositivo de detecção da rotação pode ser modificado de um certo de maneiras óbvias para os especialista na técnica. Por exemplo, o número de sectores pode ser aumentado de modo a subtender menos do que 45°, a sensibilidade, isto é, a velocidade de alteração de Ve com Θ, é então aumentado mas a gama de trabalho linear (Θβ- Θα) toma-se menor.

Quando estes meios de detecção de rotação são aplicados à concretização do invento, mostrada na Fig. 1, de modo a medir a posição azimutal do conjunto de chumaceiras do prato rotativo oscilante no seu movimento tipo arco, pode ser objectado que, embora a tensão Ve seja uma função substancialmente linear de Θ, não é, desse modo, uma função linear da distância da cabeça de gravação do centro do disco padrão. Esta última distância pode ser expressa como 2Rc sen Γθ-θ01 em que Rc é o raio do movimento do conjunto da chumaceira do prato rotativo no braço oscilante e 0O é o valor de Θ, quando a cabeça de gravação fica sobre o 15 87 275 ΕΡ Ο 745 992/ΡΤ centro do disco padrão (assumindo que o sistema está alinhado de modo que existe uma tal posição) e sen 'θ-θ0'

l 2 J não é uma função linear de Θ. No entanto, pode ser escolhida uma geometria, para a qual a linearidade é adequadamente boa para o presente finalidade. Por exemplo, se Rc = 200 mm e é desejado gravar discos compactos com um raio de 60 mm, então (θ- θ0) = 17° máximo e neste passeio máximo a tensão Ve difere de apenas 0,4% do valor linearmente extrapolado dos valores pequenos de (θ- θ0). Uma correcção para este erro pode ser feita electronicamente se necessário.

Em geral será verificado que é desejável para a posição dos meios de detecção da rotação de tal modo que um valor de zero de Ve não corresponde ao raio gravado zero (isto é, a posição em que a cabeça de gravação fica directamente sobre o eixo do prato rotativo). Uma tensão Vr, a qual faz isso corresponder pode ser obtida pela adição de uma tensão de referência fixa escolhida de modo adequado (V0ffset), como mostrado na Fig. 9.

Foi experimentalmente verificado que pode ser obtida uma boa relação entre o sinal e o ruído com esta disposição e, em particular, que é possível para obter electronicamente uma segunda tensão de saída Vs, a qual é adequadamente representativa da taxa de alteração de V$ (por outras palavras, representativa da taxa do movimento radial dR/dt da cabeça de gravação em relação ao disco padrão) para ser utilizado num circuito fechado servo para controlo do movimento radial. A segunda tensão de saída Vs pode ser obtida por um circuito de diferenciação como mostrado na Fig. 11. Como explicado acima em ligação com V$ existe um pequeno erro dependente do raio em V$ (devido à geometria do braço oscilante na concretização da Fig. 1), o qual pode ser, se necessário, corrigido electronicamente. O comportamento de diferenciação deste circuito é, em primeiro lugar, determinado por Ci e R^ Os componentes opcionais R2 e C2 servem cada um deles para limitar a resposta de alta frequência do circuito, pela introdução de respostas passa baixo de primeira ordem com as constantes de tempo R2Ci e R1C2, reduzindo assim o ruído de alta frequência, o qual aparece na saída. Verificou-se que é possível controlar a dita velocidade do movimento radial num

87 275 ΕΡ Ο 745 992/ΡΤ 16 sistema para gravação de discos compactos da maneira aqui descrita, apesar da dita velocidade ser apenas da ordem de uns poucos micra por segundo. A Fig. 12 mostra a estrutura de um amplificador servo adequado para controlar a velocidade do movimento radial. A tensão Vs representativa da velocidade do movimento radial é comparada com um controlo de velocidade Vc representativo da velocidade desejada e a diferença (Vs-Vc) forma a entrada para um amplificador. A saída Vq deste amplificador controla a velocidade do movimento radial, por exemplo, pelo controlo do binário aplicado a um sistema de chumaceiras rotativas, amortecido por um dispositivo de amortecimento e controlo, por exemplo, por um motor eléctrico de accionamento directo ou, em alternativa, pela rotação de uma extremidade de uma mola helicoidal, cuja outra extremidade está fixa ao elemento móvel. A acção do sistema servo é tal que tende a manter Vs igual a Vc. O amplificador servo mostrado na Fig. 12 tem uma resposta de integração e pelo ajustamento dos valores das resistências r e do condensador C o tempo de resposta geral do sistema servo pode ser estabelecido num valor adequado, por exemplo, de 5 a 10 segundos, sendo verificado que um tal valor é um bom compromisso entre um tempo de resposta longo, que faz com que o sistema seja demasiado lento de estabelecer e um tempo de resposta curto, que permite demasiado ruído vindo do detector de rotação seja imprimido ao movimento radial. A Fig. 13 mostra um sistema servo para controlo do sistema de gravação de discos da Fig. 1. Na Fig. 13, um detector de raio 108 gera tanto uma tensão de raio Vr como uma tensão de velocidade radial Vs. O detector 108 pode operar assim com base na informação vinda da unidade de detecção de posição 19 da Fig. 1, a qual foi explicada em pormenor com referência às Figs. 8, 9, 10 e 11. De uma maneira semelhante, a rotação do prato rotativo 2 na Fig. 1 é monitorizada pelo estroboscópio 13 do prato rotativo e pelo detector 14, o qual gera um sinal de trem de impulsos 102 (idealmente uma onda quadrada) representativo de ω e um sinal de trem de impulsos retardado 104. Estes sinais 102, 104 são ambos feitos passar por dois discriminadores de multiplicação 110, 112. O primeiro discriminador 110 recebe também o sinal de tensão de raio VR do detector de raio 108. A partir de VR e dos sinais 102, 104, o discriminador 110 gera uma tensão Vi, a qual é proporcional a VRw. A tensão Vi é comparada à tensão de referência Vo, representativa da velocidade linear desejada. A comparação é feita por um amplificador servo 110 e isto gera um saída que actua como o accionamento DC para o motor 11, o qual roda o prato rotativo 2. 17 « 87 275 ΕΡ Ο 745 992/ΡΤ

De modo semelhante, ο segundo discriminador 112 recebe os sinais do detector 14 e também uma tensão de referência 113. O discriminador 112 é utilizado para derivar do dito Irem de impulsos uma tensão Vc proporcional somente a ω, a qual é comparada com a tensão Vs, a qual é representativa de dR/dt e substancialmente proporcional a dR/dt. A diferença entre as tensões Vc e Vs acciona um amplificador servo 114, cuja saída provoca o movimento radial. Assim, a acção deste segundo circuito fechado servo é tal que tende a manter Vs igual a Vc. Se a sensibilidade do circuito discriminador é escolhida adequadamente na proporção do passo de pista desejado P, então Vc pode ser feita representativa da quantidade PJ2n, após o que a acção deste segundo circuito fechado servo é tal -que mantém a velocidade radial dR/dt igual ao valor desejado de PJ2n.......

Na disposição da Fig. 13, o ajustamento adequado dos ganhos e das respostas de frequência dos amplificadores servo 111 e 114 será normalmente necessário, de uma maneira conhecida pelos especialistas na técnica, para assegurar uma resposta geral precisa e adequada, consistente com a estabilidade. Em particular o amplificador 114 pode ter a característica explicada acima em ligação com a Fig. 12. A Fig. 14 representa uma estrutura, a qual pode ser utilizada para o discriminador 110. A estrutura do discriminador 112 pode ser semelhante, substituindo a tensão de referência 113 o sinal VR.

Na Fig. 14, um comutador electrónico 101 é controlado pelo trem de impulsos 102 vindo do detector 114. O comutador 101 gera um sinal de tensão 103, o qual alterna entre a tensão de raio VR e a massa, na frequência do trem de impulsos 102. As transições de tensão da forma de onda do sinal 103 provocam o fluxo dos impulsos de corrente através de um condensador 105 para um segundo comutador electrónico 106, o qual é controlado pelo sinal de estroboscópio retardado 104 vindo do estroboscópio do prato rotativo. O retardo deve ser menor do que metade de um ciclo. O sinal de estroboscópio retardado 104 pode ser gerado por um segundo detector óptico, que actua no disco de estroboscópio 13, mas pode ser em alternativa gerado retardando electronicamente o sinal de estroboscópio 102. Como um resultado disso, o sinal de estroboscópio retardado 104 bloqueia os impulsos de corrente que chegam do condensador 105, sendo esse bloqueio alternado entre a massa e a entrada de um amplificador 107. Assim, a tensão média Vi aparece na saída do amplificador 107, a qual é proporcional 18 87 275 ΕΡ Ο 745 992/ΡΤ tanto a VR como à taxa de repetição do sinal de estroboscópio 102. Portanto, V1 é proporcional a VRw. O condensador 115 serve para atenuar as transições na forma de onda da tensão Vi, as quais são devidas aos impulsos de corrente que chegam do condensador 105. O discriminador 112 pode ser o mesmo que o da Fig. 14, excepto que em vez de Vr o mesmo utiliza uma referência de tensão 113, a qual não varia com o raio, mas a qual pode ser estabelecida na proporção do passo de pista desejado P, de modo a obter uma saída de tensão representativa de Ρω/2π.

Lisboa,

Por NIMBUS TECHNOLOGY & ENGINEERING LIMITED

Eng.° ANTÓNIO JOÃO DA CUNHA FERREIRA Ag. Of. Pr. Ind. Rua das Flores, 74--4.° 1200-195 LISBOA

Claims (11)

1. 87 275 ΕΡ Ο 745 992/ΡΤ 1/3 REIVINDICAÇÕES 1 - Processo de controlo da rotação de um prato rotativo (2), em relação a uma cabeça de gravação (10) num sistema de gravação de discos, no qual é gerado um primeiro sinal que corresponde ao deslocamento radial da cabeça de gravação (10) em relação ao eixo do prato rotativo; caracterizado por: ser gerado um segundo sinal, que corresponde à velocidade de rotação do prato rotativo (2), ser gerado um sinal representativo do produto do deslocamento radial e da velocidade de rotação do prato rotativo com base nos primeiro e segundo sinais, e a rotação do prato rotativo (2) ser controlada na dependência da diferença entre o produto e um valor de referência.
2. 2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, em que o primeiro sinal é um sinal de tensão e o segundo sinal é um sinal de frequência.
3. 3 - Processo de acordo com a reivindicação 1 ou a reivindicação 2, em que o produto é um sinal de tensão.
4. 4 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a geração do produto do primeiro e segundo sinais inclui a geração de impulsos proporcionais em grandeza ao primeiro sinal e a uma frequência dependente do segundo sinal.
5. 5 - Processo de acordo com a reivindicação 4, em que, pelo menos, alguns dos impulsos são passados para um amplificador (107), o qual gera a amplitude média daqueles impulsos, representando o produto.
6. 6 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o sinal que corresponde à velocidade radial da cabeça é comparado com o segundo sinal para controlo do movimento radial da cabeça de gravação (10) em relação ao prato rotativo (2).
7. 7 - Sistema de gravação de discos que compreende: 87 275 ΕΡ Ο 745 992/ΡΤ 2/3 uma cabeça de gravação (10), um prato rotativo (2) para suporte de um disco (1), adjacente à cabeça de gravação (10), sendo o prato rotativo rodável em relação à cabeça de gravação (10); meios para movimentação da cabeça de gravação (10) em relação ao eixo do prato rotativo (2), e meios para geração de um primeiro sinal que corresponde ao deslocamento radial da cabeça de gravação do eixo do prato rotativo; caracterizado por: o sistema incluir adicionalmente: meios para geração de um segundo sinal, que corresponde à velocidade de rotação do prato rotativo; meios para geração de um sinal que representa o produto do deslocamento radial e a velocidade de rotação do prato rotativo com base no primeiro e segundo sinais, e meios para controlo da rotação do prato rotativo na dependência da diferença entre esse produto e um valor de referência.
8. 8 - Sistema de gravação de discos de acordo com a reivindicação 7, que tem uma rede de portas que compreende primeira e segunda portas (101, 106), ligadas por um condensador (105), estando a primeira porta (101) e o condensador (105) dispostos para gerarem impulsos de uma grandeza proporcional ao primeiro sinal e com uma frequência proporcional ao segundo sinal, e estando a segunda porta (106) disposta para passar, pelo menos, alguns desses impulsos.
9. 9 - Sistema de gravação de discos de acordo com a reivindicação 8, em que a segunda porta (106) está adaptada para ser controlada com base no segundo sinal, para, desse modo, passar os impulsos de apenas uma polaridade. 87 275 ΕΡ Ο 745 992/ΡΤ 3/3
10. 10 - Sistema de gravação de discos de acordo com a reivindicação 7 ou a reivindicação 8, que tem um amplificador (107), ligado à segunda porta (106) para geração da amplitude média dos impulsos passados pela segunda porta.
11. 11 - Sistema de gravação de discos de acordo com qualquer das reivindicações 7 a 10, que inclui ainda meios para comparação de um sinal, que corresponde à velocidade radial da cabeça, com o segundo sinal e para controlo dos meios de movimentação da cabeça em reposta a essa comparação. Lisboa, Por NIMBUS TECHNOLOGY & ENGINEERING LIMITED -O AGENTE OFICIAL-

    Eng.n ANTÓNIO JOÁO DA CUNHA FERREIRA Ag. Of. Pr. Ind. Rua das Flores, 74-4.° 1200-195 LISBOA