专利名称：头盘接口(hdi)模式响应监控的制作方法
头盘接口 (HDI)模式响应监控
背景技术：
数据存储装置在各种应用中用来存储和检索用户数据。该数据通常存储于在 数据存储装置外壳内提供的内部存储介质上。
该存储介质可采用各种形式，诸如由可移动致动器支承的数据变换器阵列访 问的一个或多个可转动盘。变换器被配置成在距介质选定距离处流体动力地"飞行" 以形成头盘接口 (HDI)。如所理解的，HDI处诸如变换器与介质之间的间歇或连 续接触的某类扰动可有害地影响存储装置的性能。
发明内容
各个实施方式一般涉及头盘接口 (HDI)模式响应监控的设备和方法。 根据各个实施方式，设置在刚性致动器臂上的感测元件与由致动器臂支承的
头盘接口 (HDI)机械阻抗匹配。该感测元件在响应于与HDI关联的至少一个扰
动的预定频率处共振。
图1示出一示例性数据存储装置。
图2提供图l装置的致动器的正视图。
图3是根据各个实施方式构建的图1的装置多个部分的功能块图。
图4示出附加于致动器的模式诱导应变传感器的示例性机械阻抗函数。
图5是由传感器检测的示例性模式响应的曲线图。
图6是由传感器检测的另一模式响应的曲线图。
图7是由传感器检测的又一模式响应的曲线图。
具体实施例方式
图1示出根据本发明各个实施方式的示例性数据存储装置。该装置被表征为 某种类型的硬盘驱动器，该类型被配置成用主器件存储并转移用户数据，但并不局限于此。
装置100包括由基架102和顶盖104形成的外壳。内置主轴马达106被配置 成在旋转方向109旋转多个存储介质108。介质108可由与该介质相邻设置以形成 头盘接口 (HDI)的相应数据变换器(头)阵列110访问。虽然图1示出使用两(2) 个磁性记录盘和四(4)个相应头，但是也可容易地按需使用其它数量的头和盘以 及其它类型的介质。
头堆组件("HSA"或"致动器")在112示出。致动器112通过向音圈马达 (VCM) U4施加电流而旋转。VCM 114的受控操作导致变换器110与在介质表 面上限定的轨道(未示出)对齐，以向其存储数据或从其检索数据。弯曲电路组件 116在致动器112与外置印刷电路板(PCB) 118上的装置控制电子器件之间设置
电气通信路径。
支承模式应变传感器120的致动器112进一步在图1中示出。如下所述，传 感器120 (也称为"感测元件")通常操作为在操作过程中检测与HDI关联的各种 扰动。
图2提供图1中致动器112的正视图。该示例性致动器112具有主体(E-块) 部分122,三(3)个刚性头支承臂124、 126和128从该主体部分延伸。头悬架组 件(HGA)或弯曲部分分别从臂124、 126、 128的远端延伸以支承变换器112接 近关联介质表面。全部四(4)个HGA被示出并分别标示为130、 132、 134和136。 中间臂126支承两个HGA132、 134，而上臂和下臂124、 128各自支承单个HGA (分别是130或136)。
刚性线圈支承臂138与致动器臂124、 126、 128相反地从主体部分122延伸。 臂138支承VCM114的磁场内的音圈(未单独示出)。向音圈施加电流导致主体部 分122围绕致动器轴140轴向运动。在本文中，分别从致动器轴114延伸的致动器 112的刚性部分被统称为统一 "致动器臂"或"控制臂"。
图2示出传感器120刚性耦合到线圈支承臂138，但是传感器120可刚性耦合 到包括主体部分122的致动器112的其它位置、或者耦合到相应头支承臂124、 126、 128之一上。传感器120被配置成具有与HDI的机械阻抗额定匹配的机械阻抗。这 使得传感器能检测与相关于头盘接口 (HDI)的相关事件对应的某些振动模式，同 时拒绝或忽略其它振动频率。
模式应变传感器120可采用各种形式，并且较佳地设计成与空气轴承(AB) 和/或滑橇模式耦合。传感器和控制臂可确定物理尺寸使得尖锐的共振峰与AB和
滑橇频率额定对齐。
机械阻抗Z是与所施加的驱动力F和从其导出的监控速度V相关的物理量， 诸如
Z=f/V(1)
机械阻抗可从动态系统的任一点导出并且可表示为并联或串联连接的单独元件。测量系统Zeq的等效机械阻抗包括与头盘接口 (HDI)相关的机械阻抗，Zhdj， 且串联连接的模式传感器Z模式的机械阻抗如下
<formula>complex formula see original document page 6</formula>
根据一些实施方式，应变传感器120被配置成使得头悬架组件(HGA)、悬架和E-块的关联机械阻抗基本上可被忽略，从而使传感器120的动态响应能仅通过空气轴承和/或滑橇的激发模式触发。模式诱导应变的机械阻抗以这种方式优化
<formula>complex formula see original document page 6</formula> (3)
其中fAB、 f.,分别是空气轴承和滑橇的模式。
Z模式是通过设计致动器112建立的已知值(或估计值)。ZHm值是未知的并且 通常对应于时域或频域的HDI变化。Zeq可表示成由传感器120响应于通过控制臂接收的输入力输出的电信号。因此，未知值ZHM可以通过从所测量的Zeq信号减去z模式值而导出。
较佳地，多个HDI相互作用可同时由单个传感器120监控。单独的HDI相互 作用可单独识别，并基于与关联HDI与传感器120之间的不同长度的声波路径关 联的不同时间延迟追踪。两个这种示例性路径在图2中分别在142、 144一般地示 出。虽然这些路径在图2中示为经过致动器114外部，但是这只是为了简单示出； 应该理解，路径142、 144全部通过或沿着致动器材料延伸。
第一路径142通常描述振动/声能采取的通过最顶端变换器112与传感器120 之间的致动器结构的路径。该第一路径142主要穿过HGA130、臂124、主体部分 122和臂138。第二路径144相应地描述最底端变换器112与传感器120之间的路 径，并且穿过HGAB6、臂128、主体部分122和臂138。由于传感器120相对于 上臂和下臂124、 128的相对位置，应该理解第二路径144显著比第一路径142长。
通常，两个模式信号之间的时间延迟At可表示如下
<formula>complex formula see original document page 6</formula>(4)
其中L是声波路径的长度且c是声速。例如，不锈钢片/壳结构(弯曲)可具有约 ca5000m/s的值。对于每个臂i，从HDI到安装在驱动器的致动器臂(E-块)的模
式诱导应变传感器的声学路径L是臂和悬架长度L皿.u与臂高度Lann-Hi之和。因此， 具有N个臂的驱动器的声波路径可如下公式化
<formula>complex formula see original document page 7</formula>(5)
作为参考，两个不同臂之间的示例性时间延迟差可在约30毫秒、微秒(30x10—6 s)的数量级上，而同一臂上的两个滑橇(例如图2中臂126上的HGA132、 134) 之间的示例性时间延迟差在约4微秒的数量级上。知道声学路径相关延迟、模式信 号形状和诸如上升时间、固有噪声电平等的特征便于HDI扰动的分度(indexing) 和表征。
HDI动力学可通过监控空气轴承和滑橇模式进行追踪。这些模式的微小变化 与诸如颗粒相互作用、润滑剂耗尽和跳跃写入的HDI现象相关。这些信息可用于 通知智能驱动器控件防止数据丢失。
因为致动器结构用于将HDI扰动传播到传感器120，所以所监控的响应基本 上与盘的半径无关；即，该响应在从介质堆的最里面直径(ID)到最外面直径(OD) 的整个致动器114行程(stroke)中标称一致。
图3提供图1的装置100所选部分的功能块图。图1-2的致动器112的组成部 件在图3中分开表示，包括传感器120、构成头盘接口的选定变换器/介质表面的机 械部分(HDI块150)、以及选定变换器112的包括写入元件152、读取元件154 和加热器156的电操作元件。伺服控制块157通常表示与变换器112的闭环位置控 制相关联的部件，包括上述的VCM线圈(图2)。
写入元件152向关联介质表面磁性地写入数据并且较佳地表征为垂直记录线 圈和芯结构。读取元件154从介质表面读取先前写入的数据并且较佳地表征为磁阻 (MR)元件。
加热器156构成飞行高度控制(FHC)机构，以通过热膨胀选择性地调节HDI 150的滑橇结构部分的飞行高度。然而，也可使用其它类型的FHC配置，诸如压 电变换器、磁致伸縮元件等。
模式诱导应变传感器120与HDI 150机械地阻抗匹配，以在对应于与HDI关 联的至少一个监控扰动事件的预定频率上共振。传感器120通常操作成将HDI块 150的机械阻抗驱动模式响应转换成相应的时间和频率变化电信号。
传感器120可采用任意数目的适当形式，诸如电致伸縮材料、压电材料(诸 如压电陶瓷、石英、单晶等)、磁致伸縮材料或其组合。通常，将传感器120的物 理3D形状和取向选择成定义被优化并与最有效机械阻抗监控的fAB和f M模式对 齐的模式响应。可使用各种结构模式(例如纵向、弯曲和/或扭转)。
继续参照图3，将由传感器120输出的电信号提供给信号处理块158。信号处 理块158可用固件或硬件实现，并且执行电信号(波)捕捉、放大、带通滤波和逻 辑信号微分任务。
信号处理块158进一步区分来自传感器120的信号，以便进行这些信号的多 级阈值处理。在一较佳实施方式中，低级阈值(LT)用于捕捉较弱的HDI相互作 用，诸如粗糙度或颗粒碰撞事件、过度的润滑层和加热器导致的接触读取/写入。
高级阈值(HT)用于捕捉伺服和启动/停止导致的机械阻抗变化。处理块158 的闺值功能包括识别和区分这些不同模式的振幅和上升时间捕捉能力，如下所述。
图3进一步示出判定块160。判定块160响应于信号处理块158提供VCM 114 和变换器152、 154、 156的电气部分的最高级控制。更具体地，判定块160监控该 系统并响应于所解释的HDI扰动确定适当的行动进程(例如重新写入先前写入的 数据、将致动器114重新定位到一新位置以便于I/0操作、忽略扰动事件等)。如 同信号处理块158 —样，判定块160可按需地用固件或硬件实现。
传感器120的示例性机械阻抗响应功能在图4的162处示出。响应功能通常 以诸如切变、弯曲或压縮的选定模式的机械阻抗对频率的形式表示传感器的响应。 如图4所示，相对尖锐的共振响应在约70,000 Hz (70kHz)、 120 kHz、 185 kHz、 245 kHz等频率处示出。这些示例性响应频率在指示相应AB模式在这些频率附近 的经验分析之后确定。注意，由于感兴趣的共振对应于机械阻抗(阻力)的最小值， 因此在图4中它们是向下延伸的(最低)峰。
如上所述，图3的示图被配置成提供各种不同类型操作模式的模式响应监控、 分析和补救行动。第一这样的模式通常相关于在出现由加热器引起的与关联介质 110 (盘)接触导致的相对较弱HDI相互作用时的模式响应监控。
再次参照图3，这在加热器命令信号(例如指定电压)施加到加热器156以将 滑橇的飞行高度调节到期望飞行高度时出现。然而，由于诸如盘的波度等众多因素， 降低的命令飞行高度有可能导致滑橇与介质表面的非期望连续物理接触，而不是滑 橇在选定距离上方飞行。作为参考，读取或写入操作过程中的示例性指定飞p高度 可相对较小，诸如3纳米(3 x 10-9)的量级上。
图5示出一般表示这种情况下传感器120输出的模式响应曲线164。如从图5
中可以看出，传感器输出的振幅在关联滑橇沿关联介质表面拖动的接触间隔166 上显著增大。
作为响应，判定块160 (图3)在调节加热器控制输入以缓和头盘接触状况的 同时可采取适当行动，诸如引导伺服控制块157 (图3)保持致动器112在期望轨 道上的当前位置。这样，可通过从远离R/W元件152、 154的传感器120获得的反 馈而便于积极和适应性的飞行高度控制。取决于装置100的配置，判定块160可进 一步发出写入校验操作的命令以校验在盘接触间隔中所写入数据的记录准确度。
图3图示的另一操作模式通常相关于对数据I/O操作过程中碰到的诸如颗粒、 跳跃写入和粗糙度的随机扰动的检测。这由图6—般地示出，图6提供了表示在滑 橇与介质表面上嵌入或由HDI包埋的颗粒之间出现接触时传感器130输出的响应 曲线168。自标定点170起的时间可被监控以估计与扰动通过致动器结构传播关联 的时间延迟。波形图案通常指示HDI因与特定碰撞事件关联的动能的物理偏转/共 振。
如上所述，判定块160可确定所需要的校正动作，包括读取操作过程中的读 取恢复、如果写入操作过程汉中发生扰动则重新写入数据等等。注意，如果在读取 操作过程中活动变换器112发生扰动，则该扰动可作为由于关联读取元件154的局 部加热或冷却发生的热粗糙度事件在所变换的读回信号中额外呈现。
然而，注意，图3的图示检测涉及任一或所有变换器的扰动，包括当前未活 动(例如实施读取操作)的变换器。这是因为所造成的共振将通过致动器结构传播 到传感器120，而与接触到颗粒的特定传感器是否活动无关。涉及扰动的具体变换 器可基于与致动器结构关联的时间延迟而得以单独识别。因此，判定块120可进一 步确定基于由第二非活动变换器碰到的扰动幅度，数据是否由第一活动变换器重新 写入。
诸如温度、湿度和高度相关的较弱HDI相互作用的其它类型的确定性扰动也 可通过类似方式检测，并因此得到补偿。各种上述类型的HDI相互作用(盘接触 扰动、随机扰动、确定性扰动)可较佳地分类成LT (低阈值)扰动，且判定可基 于关联LT阈值处理和波形特征。
图3电路的另一操作模式与诸如伺服控制工作以及介质起转(spin-up)和停 转(spin-down)过程中对强HDI相互作用的检测相关。图7提供在检测到j^如实 施搜索以将选定变换器110从初始轨道移动到目的轨道的命令的伺服控制事件时 一般地表示传感器120的输出的传感器响应曲线172。该曲线的局部174具有因这
种致动器运动导致的增大振幅。由于判定块160先前知道该伺服动作(已经初始
化)，因此判定块160可只采集将要引用的数据，诸如搜索调整的反馈相关性等。
本文所述的各种操作模式本质上仅为示例性的，并且不能理解为穷尽和排他
的。模式导诱应变传感器120可用于检测除本文给出示例之外的驱动器现象。较佳 地，传感器120将检测多种LT和HT (高阈值)扰动，各个扰动可由判定块160 和装置100的其它硬件和/或软件对其起作用或不起作用。
应该理解，本文公开的各种实施方式提供优于现有技术的优点。期望使读取/ 写入差错与HDI扰动关联的能力可引起装置性能的显著改进。诸如颗粒、跳跃写 入、盘接触状况等的各种不确定性的影响可得到识别并适当解决。声学缺陷指纹法 可在单个装置的基础上实现，进而允许涵盖制造和/或现场服务操作的总缺陷数据 库的发展。
与依赖于来自介质的变换数据和诸如使用基于位置误差信号(PES)系统的伺 服电路操作的其它系统不同，由传感器120提供的反馈进一步在整个介质半径上标 称一致。因此，所公开的传感器120可提供比现有处理高几个数量级的增强传感器 分辨灵敏度，从而大大拓宽了 HDI扰动的特性和分辨率。
虽然各示例性实施方式是在硬盘驱动器数据存储装置的环境中阐述的，但是 应该理解，上述实施方式适用于任何数量的适当环境。
应该理解，尽管在上述描述中已阐述了本发明各实施方式的许多特征和优点， 以及本发明各实施方式的结构和功能的细节，但该细节描述仅仅是说明性的，并且 可对细节进行变化，尤其是对于多个部分的结构和安排，可在所附权利要求借以表 述的术语的宽泛一般意义指示的最大程度上在本发明的原理内进行。
权利要求
1.一种包括设置在刚性致动器臂上的感测元件的设备，所述感测元件与由所述致动器臂支承的头盘接口(HDI)机械阻抗匹配，以在对应于与所述HDI关联的至少一个扰动的预定频率处共振。
2. 如权利要求l所述的设备，其特征在于，所述感测元件包括电致伸縮材料。
3. 如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述感测元件包括磁致伸縮材料。
4. 如权利要求l所述的设备，其特征在于，所述感测元件包括压电材料。
5. 如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述至少一个扰动包括变换器与 介质表面之间的连续接触。
6. 如权利要求l所述的设备，其特征在于，所述HDI包括由所述致动器臂支 承、与介质表面相邻的变换器。
7. 如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述致动器臂围绕枢轴转动，并 且其中所述传感器接触性地设置在所述枢轴的与所述变换器相对的第一侧上。
8. 如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述变换器表征为第一变换器， 并且其中所述HDI还包括与第二介质表面相邻的第二变换器。
9. 如权利要求l所述的设备，其特征在于，还包括处理来自所述传感器的输 出信号以对所述至少一个扰动进行分类的信号处理块。
10. 如权利要求9所述的设备，其特征在于，还包括响应于所述信号处理块的所述分类从而调节所述致动器臂的位置的判定块。
11. 一种存储装置，包括刚性致动器臂，支承与存储表面相邻的变换器以形成头盘接口 (HDI);以及 感测元件，与所述致动器臂刚性耦合，所述感测元件具有选择成与所述HDI 机械阻抗匹配以检测传播通过所述致动器臂、与所述HDI关联的扰动的机械阻抗。
12. 如权利要求11所述的存储装置，其特征在于，还包括处理来自所述感测 元件的输出信号以对所述扰动进行分类的信号处理块。
13. 如权利要求12所述的存储装置，其特征在于，还包括响应于所述信号处 理块的所述分类从而调节所述致动器臂的位置的判定块。
14. 如权利要求12所述的存储装置，其特征在于，所述变换器表征为第一变 换器且所述存储表面表征为第一存储表面，其中所述致动器臂支承与第二存储表面 相邻的第二变换器，并且其中所述信号处理块相对于与所述变换器与所述感测元件 之间的相应声学路径长度来识别与所述第一和第二变换器中的选定之一相关联的 扰动。
15. 如权利要求11所述的存储装置，其特征在于，所述变换器的飞行高度相 关于所检测到的扰动调节。
16. —种方法，包括将感测元件耦合于存储装置的刚性致动器臂，所述感测元件具有选择成与由 所述致动器臂支承的头盘接口 (HDI)的机械阻抗匹配以在相关于与所述HDI关 联的至少一个扰动的预定频率处共振的机械阻抗；以及相对于所述感测元件的输出，检测所述至少一个扰动的选定之一。
17. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述扰动包括由所述致动器臂 支承的变换器与关联介质表面之间的连续接触，且其中所述方法还包括命令所述变 换器飞行高度增加以中断所述连续接触的步骤。
18. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述扰动包括弱HDI相互作用。
19. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述检测步骤包括相对于与由 所述感测元件产生的输出信号关联的时间延迟，从由所述致动器臂支承的多个变换 器中识别与所述扰动关联的选定变换器。
20. 如权利要求16所述的方法，还包括响应于所检测到的扰动调节所述致动 器臂的径向位置的步骤。
全文摘要
一种用于头盘接口(HDI)模式响应监控的设备和方法。设置在刚性致动器臂上的感测元件与由致动器臂支承的头盘接口(HDI)机械阻抗匹配，以在对应于与HDI关联的至少一个扰动的预定频率处共振。
文档编号G11B21/21GK101345057SQ20071013842
公开日2009年1月14日 申请日期2007年7月27日 优先权日2007年7月11日
发明者A·R·莫特左科, A·道格拉, E·J·林德奎斯特, J·S·怀特, J·W·莱登林, N·F·根德森, R·P·弗里曼, S·A·隆斯库, S·纳佳拉贾安, Z·E·博塔格 申请人:希捷科技有限公司