facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip
Перевод страницы
 

Движущие дисковые механизмы в технике регистрации информации

Движущие дисковые механизмы в технике регистрации информации
Евгений Травников, , гранд-конструктор впк ссср, кандидат технических наук, доцент

Борис Третьяков, капитан первого ранга вмф ссср, кандидат технических наук

Крючкова Лариса, кандидат технических наук, доцент

Государственный Университет Телекоммуникаций, Украина

Участник конференции

В статье рассмотрены конструкции и кинематические схемы движущих  дисковых механизмов для техники регистрации информации, их достоинства и недостатки, перспективы развития.

Ключевыеслова: Дисковые носители и механизмы привода их.

The article describes the design and kinematic scheme of driving disk mechanisms for registration of information technology, their advantages and disadvantages, development prospects.

Keywords: disk, drives and actuators of them.

 

  • Механизм - это носителя и элементов записи люкс движение,
  • И заданных параметров регистрации информации достижение.
  •                                                                           ЕНИТ, ХХ1 век

 

В технике регистрации информации значительную область занимают механизмы, использующиедисковые накопители, которые по физико-механическому состоянию могут быть гибкими или жесткими. Диск- это плоское физическое тело, имеющее форму окружности, толщина дисков состав ляет от 0,1 мм (гибких) до 2 мм.(жесткие). Диски могут применяться для электромагнитной записи информации (магнитные), магнитооптической и оптической (лазерно-оптической), могут быть выполнены в виде отдельного диска, набора (пакета) их или в виде кассеты (рис.1).

Рис.1.Примеры дисковых накопителей информации.

 

Кроме того в них может применяться контактная или бесконтактная запись-воспроизведение информации. Самыми простейшими механизмами являются устройства с гибкими двухсторонними магнитными дисками, которые размещаются в специальных кассетах (дискетах) для устранения механических повреждений рабочих слоев. В нерабочем положение магнитные диски прекрываются шторками, которые при установке дискеты в механизм прямолинейно передвигаются и открывают доступ к магнитным подпружиненным головкам, обеспечивающим нормальную контактную запись-воспроизведение информации. Диск приводится во вращение через специальную шайбу, надежно соединяющую тонкий диск (0,1 5мм) с приводным шпинделем электродвигателя с частотой 330 об/мин. Большая частота вращения диска диаметром 89мм. может повредить его тонкую поверхность и поэтому не приме-няется. Внутри пластмассового корпуса дискеты на двух половинах наклеены диски из нетканого материала диски. Которые предотвращают царапания магнитного слоя  магнитного диска и снижают трение при вращении его (рис.1,а). Нетканный материал не создает ворсинок и обеспечивает отличную работу диска в ме-ханизмах. Дискета с гибким магнитным диском часто именуется как ГМД. В настоящее время ГМД применяется ограниченно, уступая более совершенным жестким магнитным дискам (рис.1,б), которые устанавливаются постоянно в механизме в виде одиночных или пакетных наборах (до 10 шт.). Магнитное покрытие наносится в двух сторон гальваническим способом (коричневое из ферромагнетика железа, блестящее- из никеля-кобальта) на алюминиевый диск толщиной  1 мм и диаметром 95 мм. Обычно применяется листовой алюминиевый высокопрочный сплав В95 и соответствующей термообработкой. Запись-воспроизведение инфор-мации выполяется бесконтактным способом пла- вающими магнитными головками с зазором 0,2-0,3 мкм. по концентрическим дорожкам как в ГМД с двух сторон диска. Частота жесткого магнитного диска (ЖМД) обычно составляет 7000 об/мин., выше может из-за больших центробежных сил про-изойти разрыв диска. ЖМД на основе стеклокерамики допускают частоты вращения до 10000 об/мин. Наиболее распространенными в настоящее время являются оптические дисковые накопителя (рис.2, а, б) диметром 120мм,представляющие собой двухслойные устройства из прозрачной пластмассы.

Рис.2.Продолжение примеров дисковых накопителей информации.

 

Более подробно они будут рассмотрены дальше на рис.8. Альтернативой  оптическим дискам могут стать магнитооптические диски (рис.2,в), конструкции механизмов для них будут рассмотрены далее на рис.9.

Рис.2в. Внутренне строение гибкого магнитного диска 3,5

 

 Конструкции простейших механизмов на гибких магнитных дисках приведены на рис.3, где на тонколистовом стальном корпусе размещаются все узлы и детали устройства: электродвигатель привода диска, механизм продольного позиционирования магнитных головок со своим электродвигателем и  вставляемая дискета с диском.

 

Рис.3. Конструкция простейших механизмов на гибких дисках.

 

Когда вставляется дискета специальный механизм её опускает на шпиндель привода диска во вращения, шторки отодвигаются  и  магнитные головки плотно прижимаются к поверхности вращающегося гибкого магнитного диска. Изредка несущий корпус дискового механизма изготовляют литьем под давлением из алюминиевого сплава.  Более сложную конструкцию имеют механизмы для жестких магнитных дисков (рис.4), где все узлы и детали размещаются на жестком литом под давлением алюминиевом  несущем корпусе, который сверху имеет герметичную алюминиевую крышку. Прежде чем рассматривать различные конструк-ции дисковых механизмов необходимо дать понятия основных функциональных узлов этих механизмов: привод дискового носителя- это обычно электродвигатель постоянного тока бесколлекторный, который обеспечивает вращательное движение с заданной частотой любого диска, механизм позиционирования-это привод элементов записи-воспроизведения  информации (магнитные головки, лазерно-оптические головки) при поворотном или прямолинейном возвратно-поступательном движении их относительно вращающегося диска (дисков). Для механизмов с ЖМД преимуществен-но магнитные головки имеют поворотное возвратно-поступательное движение (рис.4,б) и реже- прямолинейное возвратно-поступательное (рис.4,а).

Рис.4.Конструкция механизмов на жестких магнитных дисках.

 

Запись-воспроизведение информации только бесконтактная, т.е. с воздушным зазором. Дорожки записи- концентрические окружности.Механизмы позиционирования головок (рис.5) могут быть построены по двум основным схемам: магнитоэлектрический привод или от шагового (рис.4,а) или коллекторного  электродвигателя посто- янного тока (рис.7).

Рис.5.Магнитоэлектрический привод поворотных рычагов с плавающими магнитными головками (ПМГ) в механизмах позиционирования ДМД магнитных.

 

Для механизмов с гибкими магнитными дисками применяют малогабаритные электродвигатели коллекторные постоянного тока, для механизмов с ЖМД- применяют в основном магнитоэлектрический привод, реже с шаговым электродвигателем, для механизмов с оптическими дисками- электродвигатели постоянного тока в сочетании с различными зубчатыми и винтовыми ме- ханическими передачами. Магнитоэлектрический привод заключается в том, что многовитковая об-мотка на конце поворотного рычага размещается между полюсам постоянных магнитов  N  и  Sи при  подаче постоянного тока поворачивается на определенный угол, поворачивая и магнитные головки (как известно из курса физики- во всех магнитоэлектрических измерительных приборах-вольтметрах, амперметрах и др.). Наиболее сложными устройствами являются рычаги с магнитными головками поворотных позиционеров (рис.6), которые представляют собой шарикоподшипниковый узел с жестким алюминиевым рычагом, на конец которого укрепляется плоская пружинная самоустанавливающаяся подвеска магнитной плавающей головки.

 

Рис.6. Магнитные головки дисковых устройств электромагнитной  записи информации.

 

Самоустановка по равномерности воздушного зазора обеспечивается двумя прямоугольными контурами с креплением друг относительно друга через 900  в двух точках. Подача сигналов на магнитные головки выполняется через тонкие изолированные электропроводники, которые потом плоским кабелем поступают на предварительные усилители воспроизведения (ПУВ), находящиеся тоже на поворотных рычага. В ряде механизмов

ПУВ размещаются вблизи поворотных рычагов. Самую сложную конструкцию имеют поворотныерычаги для больших пакетов ЖМД (рис.6, правая сторона). Наибольшее распространение из съемных жестких дисков имеют механизмы для лазерно-оптической записи информации (рис.7), которые имеют только прямолинейное движение к центру враще-ния дисков лазерно-оптических головок.

 

Рис.7. Механизмы лазерно-оптической записи информации.

 

Дорожки записи располагаются непрерывно по спирали Архимеда с определенным небольшим шагом на дисках диаметром 120 мм. Лазерный сфокусиро-ванный луч от полупроводникового лазера через коллиматор попадает на расщепитель и зеркало на объектив и после него на алюминиевую или позолоченную поверхность вращающегося диска, где осуществляется запись путем создания продольных углублений ,точек и перемычек между ними не- большой величины (нескольких микрон  (Рис. 8).

Рис.8. Конструкция оптико-механического блока привода CD-ROM.

 

При воспроизведении лазерный лучь, отраженный от углублений и перемычек поступает на объектив, отражающее зеркало и отражается от наклонной поверхности расщепителя, идет через объектив на фотоприемник. Механизм позиционирования обычно имеет продольное по отношению к боковым стенкам расположение, несколько наклонное или расположен под 450 в портативных переносных проигрывателях. Интересная особенность оптических дисков, что на системе их CDи CD-ROMможет выполняться только однократная запись информации, а на дисках  CD-RWи DVDзапись информации может быть многократной. В дисковых механизмах распространено применение портативных переносных аккумуляторного питания конструкции, где платформа с механизмом позиционирования ЛОГ размещена под углом 450 к конструкции плеера (рис.8, правый вид). Интересны и сложнее механизмы магнитооптической записи информации (рис.9), в которых добавляется еще электромагнитная система.

Рис.9. Структурная схема устройства магнитооптической записи информации.

 

Магнитооптическая система записи сочетает в себе оптическую и электромагнитную, работающую на дисках диаметром 90мм. Запись на магнитооптический диск осуществляется по следующей технологии: излучение лазера разогревает участок дорожки записи выше температуры точки Кюри (примерно 1500 С для используемых материалов), после чего магнитная головка, расположенная с обратной стороны диска, создает электромагнитный импульс, который изменяет намагниченность. Эти изменения создают отпечатки, эквивалентные пиитам на оптических дисках. Считывание (воспроизведение) осуществляется тем же лазером, но при меньшей мощности, поляризованный лазерный луч проходит сквозь материал диска, отражается от подложки, проходит сквозь оптическую систему и попадает на датчики. При этом в зависимости от намагниченности изменяется плоскость поляризации луча лазера, что определяется датчиком. Преимущества магнитооптической записи- значительное число циклов стирания-записи –порядкамилли- она, высокое качество записи, время хранения данных- до 50 лет, а на дисках CD-RW  оно не превы-шает 20 лет, к недостаткам относится  малая распространенность, высокая цена дисков, более высокоеэнергопотребление.Революционным в области дисковых механизмовбыло решение фирмы ТЕАС (Токио электроакус-тик компани) (рис.10), которая создала механизмы, способные нормально работать в условиях вы-ких ударов и  вибраций.

Рис.10. Создание противовибрационных дисковых механизмов оптико-лазерной информации (фирма ТЕАС-Япония).

 

Для этого опорный диск выполнили с небольшой сферической частью, к которой прижимается оптический диск с прогибом приводным шпинделем (2-3 мм). Это создает высочайшую жесткость оптического диска в области ударов-вибраций, перпендикулярных поверхности  оптического диска (ОД), особенно по краям диска. Кроме того, направляющие для механизма позиционирования  (перемещения) лазерно-оптической головки (ЛОГ) были выполнены с тоже соответствующим прогибом, чтобы оставить равномерное по зазору расстояние между плавающей ЛОГ и оптическим диском. Причем революционное  решение было очень простым в исполнении  и красивым. Ударо-виброустойчивость  важное условие для всех аппаратов, размещаемых на самолетах, автотранспорте и других подвижных объектах. Кроме того интересное решение в механизмах оптической записи является установка  от трех до пя- ти ОД на поворотной платформе (рис.11), где время воспроизведения резко увеличивается. Требуе-мый ОД поворачивается автоматикой к единой ЛОГ и выполняется воспроизведение как в обычных аппаратах компьютерной техники.

Рис.11.Многодисковая оптическая запись информации а – внешний вид аппарата, б – вид на механизм.

 

Выводы:

1. Дисковые механизмы являют собой более высокую ступень техники регистрации любой информации (звука и изображения, решения вычислительных и других задач) по отношению к ленточным механизмам, без которых тоже не возможно нормальное развитие  человека в среде его обитания.

2. В дисковых механизмах также появляются революционные решения такие как фирмы ТЕАС и это  не рассматривая как в способах регистрации дисковой информации, т.е. техника не стоит на месте.

 

Литература:

1. Справочник по технике магнитной записи. Под ред. О.В. Порицкого и Травникова Е.Н.»Техника», К. 1981г.437с.

2.Николин В.А. Компакт-диски и CDустройства. Санкт-Петербург. 1997г. Лань, 12с.

3.Коженевсккий С.Р. взгляд на жесткий диск изнутри. К.,ООО «ЭПОС», 2005, 192с.

4.Котов Е.П., Руденко М.И. Носители магнитной записи. Справочник. М. Радио и связь, 1990г.

5. Материалы из интернета.Первая ред. от 22.Х1.14.

Комментарии: 1

Трещалин Михаил Юрьевич

Уважаемые коллеги! Очень интересный обзор. Причем, даны и преимущества и недостатки. Работа полезна не только студентам и специалистам, но и широкому кругу читателей. С уважением д.т.н., профессор М.Ю. Трещалин
Комментарии: 1

Трещалин Михаил Юрьевич

Уважаемые коллеги! Очень интересный обзор. Причем, даны и преимущества и недостатки. Работа полезна не только студентам и специалистам, но и широкому кругу читателей. С уважением д.т.н., профессор М.Ю. Трещалин
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.