專利名稱：基于讀取頭電阻的現(xiàn)場(chǎng)壓力傳感器及壓力檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及存儲(chǔ)裝置，且具體涉及硬盤驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的壓力檢測(cè)。
背景技術(shù)：
硬盤驅(qū)動(dòng)器為磁性存儲(chǔ)裝置，其包含至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的磁性盤片，用于讀取數(shù)據(jù)和/或?qū)懭霐?shù)據(jù)的磁性記錄頭、用于將磁性記錄頭支撐在盤片附近的滑塊、用于彈性支撐并向盤片偏壓滑塊的懸掛組件、以及連接到記錄頭/滑塊/懸掛組件上，用于在盤片表面上移動(dòng)記錄頭的定位致動(dòng)器。在某些傳統(tǒng)磁盤驅(qū)動(dòng)器中，當(dāng)盤片在其工作速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，滑塊懸浮在盤片表面之上的空氣支承上?？諝庵С惺苡脖P驅(qū)動(dòng)器中大氣壓力的影響，并可以根據(jù)工作環(huán)境條件而變化。例如，膝上型計(jì)算機(jī)的發(fā)展導(dǎo)致計(jì)算機(jī)被用于更高及更低壓力的地方。硬盤驅(qū)動(dòng)器會(huì)在承受壓力、溫度、和濕度變化的地方投入使用。在低壓下，滑塊的提升能力減弱，這就減小了記錄頭和盤片之間的空氣支承的高度。該作用增大了硬盤驅(qū)動(dòng)器磁頭碰撞的機(jī)率，對(duì)于硬盤驅(qū)動(dòng)器來(lái)說(shuō)，由于該碰撞會(huì)使其無(wú)法使用因而是災(zāi)難性的事件。
已經(jīng)進(jìn)行了一些嘗試來(lái)補(bǔ)償工作大氣壓力的變化。典型地，單獨(dú)的傳感器被用于檢測(cè)由硬盤驅(qū)動(dòng)器環(huán)境變化產(chǎn)生的不同參數(shù)的變化。美國(guó)專利6,011,666公開了使用不同的傳感器以檢測(cè)不同的環(huán)境參數(shù)。被檢測(cè)到的信息用于調(diào)整盤片的轉(zhuǎn)速和/或控制磁頭進(jìn)行尋道工作。受讓人的專利6,067,203公開了一種方法，該方法包括利用用于檢測(cè)硬盤驅(qū)動(dòng)器中工作大氣壓力的專用壓力傳感器，以在大氣壓力到達(dá)預(yù)先定義的閾值時(shí)，控制盤片的轉(zhuǎn)速成為若干離散盤片轉(zhuǎn)速之中適宜的一個(gè)。
存在多個(gè)與用在現(xiàn)有技術(shù)所應(yīng)用的硬盤驅(qū)動(dòng)器中的專用的大氣壓力傳感器相伴的缺點(diǎn)。專用壓力傳感器增加了元件成本、需要安裝所用的內(nèi)部空間、增大元件失效的風(fēng)險(xiǎn)、以及增加另外的電路。所需要的是具有壓力檢測(cè)能力，不存在現(xiàn)有技術(shù)的利用傳統(tǒng)壓力傳感器的硬盤驅(qū)動(dòng)器的任何缺陷的硬盤驅(qū)動(dòng)器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過(guò)應(yīng)用磁頭的溫度特性的變化來(lái)確定封閉存儲(chǔ)單元內(nèi)的工作壓力而克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。在一個(gè)具體實(shí)施例中，本發(fā)明基于磁阻(MR)磁頭的熱阻特性來(lái)測(cè)量硬盤驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部壓力。在MR磁頭溫度、內(nèi)部壓力、以及內(nèi)部工作溫度之間存在著一定關(guān)系，且在給定工作溫度下，壓力反比于磁頭溫度。


圖1是體現(xiàn)壓力測(cè)量原理的磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖/方塊圖；圖2是體現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)中的巨磁阻(GMR)磁頭以及盤片的示意性剖視圖；圖3是在三種不同內(nèi)部壓力下的GMR磁頭溫度相對(duì)文件基準(zhǔn)溫度的曲線；圖4是示出來(lái)自根據(jù)本發(fā)明的GMR磁頭熱阻特性的測(cè)量值和利用壓力傳感器得到的壓力測(cè)量值之間的對(duì)比曲線。
具體實(shí)施例方式
在以下描述中，參照附圖以具體實(shí)施例形式對(duì)本發(fā)明加以描述。雖然本發(fā)明是通過(guò)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的最佳實(shí)施方式來(lái)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是在不背離本發(fā)明的精髓或范圍前提下，考慮到這些教導(dǎo)內(nèi)容可以實(shí)現(xiàn)各種變化。
圖1示出實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化的示意性方塊圖。磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)包括至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)磁盤片22和至少一個(gè)滑塊24，所述磁盤片被支撐在芯軸26上并被盤片驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，而滑塊24定位在磁盤片22附近盤片表面36處。數(shù)據(jù)以同心數(shù)據(jù)磁道(未示出)的環(huán)形圖形形式存儲(chǔ)在每個(gè)盤片22上。每個(gè)滑塊24包含一個(gè)或多個(gè)磁頭34，并通過(guò)一個(gè)整體的懸掛組件28固定到定位器懸臂32上。每個(gè)定位器懸臂32被固定到致動(dòng)器裝置42上。如圖1所示，致動(dòng)器裝置可以為音圈電機(jī)(VCM)。隨著盤片22轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊24被致動(dòng)器42控制以移動(dòng)過(guò)盤片表面36，以便滑塊24可以接近所需數(shù)據(jù)被記錄或讀取的盤片表面36的不同位置?；瑝K24在旋轉(zhuǎn)的盤片表面36之上以緊密靠近方式飛行，懸浮在磁頭34和旋轉(zhuǎn)的盤片表面36之間形成的空氣支承48上。所述整體的懸掛組件28提供了向盤片表面36偏壓滑塊24的輕微的彈力，并控制滑塊24在相對(duì)旋轉(zhuǎn)盤片表面36垂直、以及搖擺和俯仰運(yùn)動(dòng)中的微量柔性。導(dǎo)線50將代表磁頭溫度的磁頭34熱阻變化的反饋提供到控制單元46，磁頭存儲(chǔ)系統(tǒng)的各種元件在操作上都被控制單元46產(chǎn)生的控制信號(hào)控制，該信號(hào)諸如導(dǎo)線38的驅(qū)動(dòng)電機(jī)信號(hào)、導(dǎo)線44上的磁頭定位和尋道控制信號(hào)。根據(jù)以下所描述的本發(fā)明，基于磁頭的熱傳導(dǎo)率，控制單元也確定硬盤驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部空氣壓力。讀和寫信號(hào)通過(guò)記錄通道40與磁頭34通信。磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的所有元件被封閉在殼體45中。
圖2示出盤片10、GMR讀/寫頭21、以及滑塊13的一部分的剖視圖。MR磁頭技術(shù)由于其較高的靈敏度，而作為當(dāng)今用在高磁道密度硬盤驅(qū)動(dòng)器中的優(yōu)選讀/寫頭技術(shù)之一?；瑝K13包含被形成為沿屏蔽62的薄膜磁頭的寫入頭70和MR讀取頭60，而該屏蔽62作為用于薄膜淀積的基片。MR讀取頭60一般被稱為磁阻材料的“帶”，且位于淀積屏蔽62和第二屏蔽63之間。寫入頭70具有電感線圈73和記錄間隙75。記錄間隙75由極尖76和屏蔽63形成。MR讀取頭端部61和記錄間隙75朝向盤片表面11取向，以用于讀取和寫入。在工作中，空氣支承存在于MR讀/寫頭21和盤片11的旋轉(zhuǎn)表面之間。
MR讀/寫頭21的工作總地類似于名為“具有基于來(lái)自熱阻磁頭的熱阻信號(hào)檢測(cè)振動(dòng)的磁盤驅(qū)動(dòng)器”的美國(guó)專利5,777,815中所描述的，該專利完全合并于此以作為參考。一般地，MR讀取頭60的阻力隨著在磁盤10上記錄的數(shù)據(jù)的磁性區(qū)域的變化而改變。恒定的偏置電流由控制單元46提供，以用于確定讀取頭60內(nèi)的電阻的變化。
MR讀取頭60的溫度(Ts)為名義溫度，由于由施加到MR讀取頭60上的恒定偏置電流所產(chǎn)生的焦耳熱，該溫度大于硬盤驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的環(huán)境工作溫度(Ta)。溫度Ts由在MR讀取頭60內(nèi)耗散的電能以及硬盤驅(qū)動(dòng)器中從MR讀取頭60向其四周的熱傳導(dǎo)來(lái)確定。在硬盤驅(qū)動(dòng)器84中的壓力影響從MR讀取頭60向四周空氣的熱傳導(dǎo)。當(dāng)環(huán)境工作溫度Ta被保持恒定時(shí)，由于空氣熱傳導(dǎo)率的變化，在MR磁頭溫度Ts和驅(qū)動(dòng)器殼體內(nèi)的內(nèi)部氣壓84之間存在反比關(guān)系。例如，在給定工作溫度Ta下，由于熱傳導(dǎo)率的增加，MR磁頭溫度Ts將隨著內(nèi)部氣壓84增大而降低?？梢詫?duì)溫度Ts和內(nèi)部氣壓之間的精確關(guān)系加以標(biāo)定。
溫度Ts的起伏導(dǎo)致MR讀取頭60電阻的波動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致來(lái)自恒定偏置電流下的MR讀取頭60的基線信號(hào)的調(diào)制。不同于由磁阻效應(yīng)產(chǎn)生的來(lái)自MR讀取頭60的回讀數(shù)據(jù)信號(hào)，該基線信號(hào)調(diào)制是熱阻效應(yīng)產(chǎn)生。從而，來(lái)自MR讀取頭60的信號(hào)包括磁阻信號(hào)和熱阻信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明，來(lái)自MR讀取頭60的熱阻信號(hào)被用于檢測(cè)硬盤驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的內(nèi)部氣壓84。來(lái)自MR讀取頭60的熱阻信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線50而被提供到控制器46中的操作邏輯函數(shù)，如圖1所示?？刂茊卧?6基于與Ts或讀取頭熱阻、內(nèi)部壓力和內(nèi)部工作溫度相關(guān)的預(yù)定標(biāo)定數(shù)據(jù)確定內(nèi)部壓力。取決于標(biāo)定數(shù)據(jù)被關(guān)聯(lián)的方式，基于熱阻信號(hào)，控制單元46可以在施加標(biāo)定數(shù)據(jù)之前首先確定溫度Ts。對(duì)于不同的硬盤驅(qū)動(dòng)器可以獲得單獨(dú)的標(biāo)定數(shù)據(jù)，以計(jì)算出不同MR讀取頭60的內(nèi)部壓力靈敏度的變化。這些單獨(dú)的標(biāo)定值包括在存儲(chǔ)于控制單元46中的各種內(nèi)部氣壓和工作溫度Ta下相應(yīng)的檢測(cè)器溫度Ts。
圖3示出由標(biāo)定獲得的MR讀取頭溫度、內(nèi)部工作溫度和內(nèi)部壓力之間的關(guān)系。內(nèi)部工作溫度在橫坐標(biāo)上表示，而MR讀取頭溫度(或者是表示讀取頭溫度的任何信號(hào)，如MR讀取頭的熱阻)在縱坐標(biāo)上表示。MR讀取頭溫度為高于內(nèi)部工作溫度的溫度。圖中繪出了在三個(gè)選定壓力下，MR讀取頭的溫度相對(duì)工作溫度的特性。在試驗(yàn)過(guò)程中，硬盤驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部壓力利用壓力計(jì)設(shè)定，并標(biāo)示在曲線上、各串?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)的斜率附近。例如，在一組數(shù)據(jù)點(diǎn)中，內(nèi)部壓力被設(shè)定為0.8aTM，且MR磁頭溫度測(cè)量值被記錄，以用于在大約43℃到47℃范圍內(nèi)的內(nèi)部工作溫度。通過(guò)線性回歸確定出最佳擬合線，且該斜率被算出為0.46，如曲線中所示。用于另外兩個(gè)0.5aTM和1.0aTM的內(nèi)部壓力的MR磁頭溫度被繪在曲線上，而這些結(jié)果示出與先前內(nèi)部壓力相似的相關(guān)關(guān)系。這些結(jié)果的外插值可以提供用于超出曲線所示的三個(gè)之外的另外的內(nèi)部壓力值的相關(guān)值。于是，內(nèi)部壓力可以從獲知內(nèi)部工作溫度以及讀取熱阻信號(hào)而推導(dǎo)出。
圖4示出來(lái)自壓力計(jì)的壓力測(cè)量值和MR讀取頭熱阻信號(hào)之間的相關(guān)關(guān)系。熱阻信號(hào)被轉(zhuǎn)化成等價(jià)的壓力值，并沿來(lái)自壓力計(jì)的相應(yīng)的壓力讀數(shù)跟蹤300分鐘，同時(shí)保持硬盤驅(qū)動(dòng)器的工作溫度恒定。在MR讀取頭電阻中的相對(duì)變化也繪制在圖中，并表示為一比值其中ΔMRR為MR讀取頭電阻在MRR讀取頭基本電阻(MRR)上的變化。來(lái)自壓力計(jì)的壓力讀數(shù)隨著MR讀取頭電阻而始終在約12kPa的范圍內(nèi)變化。通過(guò)已知的工作溫度，可以利用MR讀取頭電阻信號(hào)測(cè)量硬盤驅(qū)動(dòng)器中的內(nèi)部壓力。
總之，本發(fā)明提供了一種在內(nèi)部工作溫度已知情況下，由熱阻信號(hào)推導(dǎo)內(nèi)部壓力信息的方法?？梢詼y(cè)得硬盤驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部壓力，而無(wú)論MR磁頭是否在磁盤表面上工作或在著陸區(qū)停泊。通過(guò)具有用停泊的MR磁頭測(cè)量?jī)?nèi)部壓力的能力，諸如空氣支承高度變化的問(wèn)題可以在MR磁頭與盤片相接觸而有可能導(dǎo)致硬盤毀壞之前予以指出。雖然本發(fā)明參照具有MR磁頭的硬盤驅(qū)動(dòng)器加以描述，但本發(fā)明也可以應(yīng)用于其他形式的存儲(chǔ)單元，在該存儲(chǔ)單元中內(nèi)部壓力可以由能夠測(cè)量熱阻的裝置確定。
雖然本發(fā)明已經(jīng)相對(duì)根據(jù)其的優(yōu)選實(shí)施例加以描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，在不背離本發(fā)明的范圍和精髓前提下，可以對(duì)本發(fā)明作出各種修改和提高。因而，所公開的本發(fā)明僅被認(rèn)為是說(shuō)明性的，并被限制在所附權(quán)利要求書限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種存儲(chǔ)裝置，包括在內(nèi)部環(huán)境中工作的存儲(chǔ)介質(zhì)；用于使存儲(chǔ)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)；所安裝的換能器，以接近存儲(chǔ)介質(zhì)；以及被連接的控制單元，以接收來(lái)自換能器的表示內(nèi)部環(huán)境壓力的溫度相關(guān)信號(hào)，存儲(chǔ)裝置在該內(nèi)部環(huán)境中工作，且控制單元被構(gòu)造成基于所述溫度相關(guān)信號(hào)確定壓力。
2.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于，換能器具有熱阻特性，溫度相關(guān)信號(hào)代表?yè)Q能器的熱阻，以及控制單元被構(gòu)造成基于熱阻信號(hào)確定壓力。
3.如權(quán)利要求2所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于，控制單元被構(gòu)造成基于標(biāo)定數(shù)據(jù)確定壓力，該標(biāo)定數(shù)據(jù)與換能器的熱阻、內(nèi)部環(huán)境的溫度、以及內(nèi)部環(huán)境的壓力相關(guān)。
4.如權(quán)利要求2所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于，控制單元被構(gòu)造成基于標(biāo)定數(shù)據(jù)確定壓力，該標(biāo)定數(shù)據(jù)與換能器的溫度、內(nèi)部環(huán)境的溫度、以及內(nèi)部環(huán)境的壓力相關(guān)。
5.如權(quán)利要求3所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于，換能器的熱阻與存儲(chǔ)裝置內(nèi)部環(huán)境中的熱量消散部分地相關(guān)。
6.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于，控制單元被構(gòu)造成基于壓力控制一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置的工作參數(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于，存儲(chǔ)裝置為磁盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
8.如權(quán)利要求7所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于，換能器為磁阻換能器。
9.如權(quán)利要求8所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于，控制單元施加偏置電流到換能器，該偏置電流根據(jù)換能器的熱阻而波動(dòng)。
10.一種磁盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括殼體；定位在殼體中的磁性存儲(chǔ)介質(zhì)，其具有同心數(shù)據(jù)磁道的數(shù)據(jù)表面；用于轉(zhuǎn)動(dòng)磁性存儲(chǔ)介質(zhì)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)；滑塊，其包括讀/寫換能器，當(dāng)磁性存儲(chǔ)介質(zhì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該換能器保持與數(shù)據(jù)表面成工作關(guān)系；致動(dòng)器組件，其連接到滑塊上，用于相對(duì)磁性存儲(chǔ)介質(zhì)樞轉(zhuǎn)地定位所述滑塊，以選擇在數(shù)據(jù)表面上的磁道；以及控制單元，其用于控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)和致動(dòng)器組件的工作，并處理從數(shù)據(jù)表面讀取以及寫入數(shù)據(jù)表面的數(shù)據(jù)，所述控制單元被連接以接收表示殼體內(nèi)壓力的來(lái)自換能器的溫度相關(guān)信號(hào)，并被構(gòu)造成基于所述溫度相關(guān)信號(hào)確定壓力。
11.一種確定存儲(chǔ)裝置的內(nèi)部環(huán)境的壓力的方法，用于包括存儲(chǔ)介質(zhì)和安裝成接近存儲(chǔ)介質(zhì)的換能器的存儲(chǔ)裝置，該方法包括以下步驟提供表示內(nèi)部環(huán)境壓力的來(lái)自換能器的溫度相關(guān)信號(hào)，所述存儲(chǔ)裝置在該內(nèi)部環(huán)境中工作；以及基于所述溫度相關(guān)信號(hào)確定壓力。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于還包括以下步驟提供與換能器的熱阻、內(nèi)部環(huán)境的溫度以及內(nèi)部環(huán)境的壓力相關(guān)的標(biāo)定數(shù)據(jù)，其中確定步驟基于所述標(biāo)定數(shù)據(jù)確定壓力。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于還包括以下步驟提供與換能器的溫度、內(nèi)部環(huán)境的溫度以及內(nèi)部環(huán)境的壓力相關(guān)的標(biāo)定數(shù)據(jù)，其中確定步驟基于所述標(biāo)定數(shù)據(jù)確定壓力。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于還包括以下步驟向換能器施加偏置電流，其中確定步驟基于偏置電流由于被換能器的熱阻影響而出現(xiàn)的波動(dòng)來(lái)確定壓力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有磁阻(MR)讀取頭和控制單元的磁性記錄盤驅(qū)動(dòng)器,該控制單元包括響應(yīng)在MR讀取頭反饋信號(hào)中獲取的熱阻信號(hào)的工作壓力邏輯功能。熱驅(qū)動(dòng)器內(nèi)側(cè)空氣的熱傳導(dǎo)率受氣壓影響。硬盤驅(qū)動(dòng)器內(nèi)側(cè)在從MR讀取頭向其四周的熱傳導(dǎo)中的波動(dòng)影響MR讀取頭的溫度,從而,影響MR讀取頭的熱阻率?；跓嶙栊盘?hào),可以確定讀取頭的溫度,基于MR讀取頭溫度、內(nèi)部壓力和內(nèi)部工作溫度的預(yù)定關(guān)系,該溫度又被用于確定壓力。
文檔編號(hào)G11B5/012GK1351251SQ01137190
公開日2002年5月29日 申請(qǐng)日期2001年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月1日
發(fā)明者唐納德·R·吉利斯, 伯恩德·蘭伯茨, 克里斯·V·斯考特登 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司