专利名称：磁性传感的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及到磁性记录及其重放，尤其是磁性材料体装置，磁性材料体提供一个传感区域用来在一个信号使用装置及一个磁性存储介质之间传递以磁表徵的信号。本发明还特别地涉及到在这种磁性材料附加体中传感区域位置的控制。(此处用“传感区域”表示对流入及流出有该区域体的磁通起耦合作用的区域)。以下将描述的本发明所择实施例涉及应用一个电磁传感器的机械传感缝隙，在与一个磁性存储介质的机械路径靠近的磁饱和体中建立一个传感区域。在所选择的几个实施例中传感区域体的位置是变化的。
已经有许多例子描述了在磁性存储介质及信号使用装置之间传递以磁表徵的信号，该信号使用装置则使用一个电磁传感器将以磁状态表徵的信号转换成以电表徵的信号。典型地，一个电磁传感器设有一个高磁导率的磁性材料体，其上设有一个位于两个磁极间的机械缝隙(通称传感缝隙)。该缝隙使传感器中的磁通路径中断，它允许从磁路上流出及流入的磁通的耦合。例如，磁通从传感器的磁路中耦合到一个在缝隙处的磁性材料体边缘上的磁性存储介质上。该缝隙也能使磁头“捡到”(检测)在严格定位的磁性存储介质边缘处的磁通。信号装置用于接收该检出的磁路中流通的磁通，並将该以磁表徵的信号传送到所需的信号使用装置。典型地，该信号装置是一个定好位置的电线圈，它用于检测穿过磁路的磁通的变化並将以磁表徵的信号转换成相应的电信号。(虽然这种检测是在一个方向上传送信息，即从一个磁性介质传送到一个磁性传感器或磁头上，而在另一个方向上传送信息也是可以理解的即信息从磁头传送到相应的一个磁性存储介质上，广义地讲这与前者是十分相似的。利用以电表徵的电信号通过线圈，由线圈在磁头的磁路中感应出相应的磁通，就使信息由一种电信号形式转换成一种磁状态形式。这种技术已经在具有刚性磁盘存储介质的磁盘记录器中应用。这样一种布置的电磁传感器用于在录/放工作时能够“飘起”(即不与介质接触)。在磁头与磁性存储介质之间产生的空间使得众知的取决于空间损耗的波长增加。此外，该产生的空间也对在其中磁通的传送效率产生不利的影响。
在其它的数据记录器中，如磁带或柔性(或软性)磁盘记录器中所使用的是在信号传送工作时磁头直接地与介质接触的技术。虽然在这些记录器中空间损耗不是主要的问题，但是由于磁头及与之接触的介质之间的相对运动形成的磁头及介质的磨损变得严重了。例如在宽带磁信号录/放装置中，为了在录/放高频信号时具有高质量分辨率，传感器相对于存储介质的高速度是必要的。在这样的装置中，磁头及存储介质经常磨损並必须更换。在这方面，磁头表面的磨损尤其有害。
旋转扫描磁带的记录器在增高磁头相对于磁带的速度方面展示了一个重要的发展。在其中与相应低速向前传送的磁带接触的传感器以高速旋转。普遍使用的有两种基本类型的旋转扫描记录器，即通常称为横向的及螺旋线扫描的记录器，两者以其传感器扫描磁带的角度作为区别。在旋转扫描记录器所记录的信号要获得理想的精确度及还原性能方面还存在许多问题，例如在携带旋转传感器的磁鼓、传感器的结构、磁鼓上的传感器的位置之间均需要保持非常小的机械公差;因此同时，相对于磁带传过旋转传感器的速度，还必须精确地保持传感器旋转的速度，精确地保持磁鼓的速度。
在磁性记录器中使用磁控制扫描的传感器，能使机械旋转传感器产生的缺点得以消除。这种传感器能够保持固定，而高的扫描速度是通过穿过传感器的宽度及由此穿过记录介质进行传感区域的磁性扫描来获得的。作为磁控制扫描磁性传感器的一个例子是依靠制作传感器的磁性材料体上一个区域中磁饱和度的选择为基础的，结果使该磁性材料体上所选的区域能够将信号传给记录介质或将信号内记录介质传来。该选择区域的位置受到供给到与磁性材料体一起工作的控制线圈的控制电流的控制。
由以下的描述将会清楚地看到本发明对于传送磁头中的或磁记录介质中的以磁通表徵的信息可广泛地应用在各种各样的装置上。它的应用可以减少传感器及记录介质的磨损，减少取决于空间损耗的波长及/或提高传感器的效率。此外，本发明能在磁控制或机械控制的扫描传感器装置中方便的得以实施，而仍保持其扫描的优点。
本发明出自于几个发现。第一个发现是在磁性材料体中无需机械缝隙就能够产生出传感区域。其次是发现了如果该磁性材料体在磁性上靠近磁性存储介质时，该传感区域即可在磁性材料体及磁存储介质之间起到耦合磁通的作用。再者还发现了该磁性材料体能用来将其中磁路中的磁通耦合到另一个磁性体上，例如一个电磁传感器的磁芯上。还发现了能利用在传统磁头上的机械缝隙建立磁性材料体中的传感区域，对此后面再作描述。(这里使用“磁性上靠近”一词表示该磁性材料体相对于非常靠近的物体或磁场进行定位，致使这两者间的磁通发生耦合，並假定饱和或某些相似的磁效应不能阻止这个耦合)。
通常将软磁材料体放置在一个永久磁体的端部上用以获取及提供磁铁磁极之间的磁路。这种软磁材料被称之为“衔铁”，它用于防止永久磁铁的去磁。用作传感器磁芯的典型磁性材料具有与衔铁相似的特性。本发明所使用的磁性材料体具有与衔铁相同的特性。在本发明的一些实施例中磁性材料体具有衔铁的功能並提供了一个传感区域。该磁性材料体的材料最好具有高的绝对磁导率，低的矫顽力及低的磁饱和密度。与“硬”磁材料形成对照，也即与具有高矫顽力及高磁饱和密度的材料，如磁性存储信息的材料形成对照，通常这种材料称为软磁材料。
应该指出，该传感区域的存在可能是暂时的，也就是仅当存储介质及衔铁间需要磁通耦合时具有一个传感区域才是重要的。例如，如果传感区域是由交流感应的磁通提供时，则用于形成传感区域的非连续的磁通密度将具有周期性的特性。如果信息传输是来自于磁存储介质，则当待检测的被记录磁状态与传感区域形成耦合关系时，实际上，仅仅需要的就是这个传感区域的存在。当要检测彼此在时间上接近分布的磁状态的变化及由交流电流感应的磁通提供的传感区域时，需要作到用于传感区域的由电流感应出的磁通能够非常快速地变化，使其能获得矩形波形而不是一个正弦波形。此外，在某些情况下，需要利用控制在衔铁中存在的传感区域来控制传感器与储存介质之间的磁通耦合。这可以利用关断与接通提供给传感区域的磁通来达到。
在衔铁中传感区域是利用在其中设置一个及多个有效的磁间断，即磁导率根本不同的区域，例如典型的在电磁传感器中利用设置机械缝隙来提供这种区域。磁导率的梯度形成这种间断，並且，极需要在提供传感区域的磁性材料体的区域及相邻近的区域之间具有一个陡的磁导率梯度。这种梯度的性质及获取该梯度的最好办法将在下面作详细描述。这种间断是利用在磁性材料体中设置相邻的磁饱和区及磁不饱和区极简单地获得的。此外，在衔铁中能利用传统电磁传感器中的机械缝隙及偏磁磁通源的协调工作，方便地产生及确立传感区域。这个偏磁磁通源可以与传感器单独地发生联系或单独地以衔铁发生联系，在某些场合可与这二者一起发生联系。而且该偏磁磁通源可利用经过衔铁的记录信号的磁通简单地获得。
衔铁的厚度对于决定衔铁的性能是重要的。衔铁厚度的选择取决于它的用途及它的位置。例如，如果衔铁用来克服取决于空间损耗的不利的波长，则衔铁厚度极需相应的薄。在另外的应用中，例如避免磁头与介质的磨损作为主要时，则要选择较厚的衔铁厚度。此外，传感器-衔铁-磁性存储介质的布置也能对衔铁的厚度产生影响。无论如何，衔铁的厚度应相对于在所需位置上建立传感区域时衔铁中的磁通量加以选取。例如，在衔铁与具有缝隙的磁芯表面耦合形成对缝隙的机械并接的结构中以及在磁头及衔铁中流过的偏磁磁通值占优势时，该衔铁选择得比与缝隙相邻的磁芯要薄，並且与靠近缝隙的偏磁磁通路径相垂直的衔铁铁芯横截面积选择得要大，所以拼接机械缝隙的衔铁部分将具有高的磁通密度，最好是一个使该区域产生饱和的磁通密度。饱和区域的磁导率是低的，也即与非导磁材料的磁导率相似，而周围区域则保持高的磁导率。该区域协调作用以确定在磁性材料体中的一个有效的传感区域。
在要描述的所选的几个实施例中，在衔铁中确定传感区域的偏磁磁通由与装配在传感器的磁头上的信号线圈耦合的直流电流源来产生。该直流电流的数值的选择用于影响包括拼接机械缝隙在内的磁头面的衔铁的选择区域上的磁饱和，而邻近的区域则保持不饱和。这个区域确定了衔铁中具有“假”缝隙特性的区域。这个由电磁形成的假缝隙用于为信号的录及放形成一个传感区域。该传感区域在经过衔铁由磁头与磁性记录介质之间延伸的线确定的方向上延伸着。而且，可以利用机械装置，例如相对于衔铁机械地移动磁头，或是利用磁控制装置，即利用改变衔铁中的磁通密度，做到在衔铁中相应地移动假缝隙，由此该传感区域能够在衔铁中得以定位、移动或者扫描。此外，利用在衔铁中磁导率明显不同的区域中间边界形状及尺寸的适宜控制，例如是在衔铁中的未饱和区及饱和区中间边界形状及尺寸的控制，就能作到在衔铁中传感区域的形状及尺寸的控制。例如，下面描述的及在权利要求中要求的所择实施例中，建立在衔铁中的传感区域的工作尺寸是在由控制在衔铁中的饱和度得以控制的。
可进一步的认识到本发明的方法及装置具有统一的特性，它不仅提供了一个磁结构的传感区域，而且也阻止了不希望产生的磁通从传感器磁头机械缝隙或存储介质上散射出来，否则这种散射会对理想的磁性状态存储或传输磁通带来不利的影响。
已经知道的垂直磁性记录及存储磁介质除去用于存储的硬磁材料层外还有软磁材料层。但是在过去，提供这种软磁材料层的目的在于为装置提供一种信号录放磁通的不确定的、高磁导率的磁通路径。这些材料层既没有提供一个确定的传感区域，又未提供作为确立在这些材料层中形成这样的传感区域必要条件。而且典型地，这些材料层有意识设计得不会饱和，它们相对于所期望的磁通密度有足够的厚度。
本发明的方法及装置特别适用于传感区域位置的磁性扫描，因为其中的一个理由是本发明的传感区域不是机械缝隙元件。在以下描述的所选择的几个实施例中，利用电磁控制装置使衔铁中的传感区域以相对高的速度移动，也就是不需使用任何机械的移动控制装置。以相对低速行进的磁性存储介质，例如是磁带，它在与衔铁磁性靠近的路径上从衔铁体边传过去。但是，下述的另一些实施例中，传感区域是利用相对于衔铁机械地移动磁头来移动的。
以下将要对本发明的方法及装置参照专门的实施例作详细的描述。一般地可以理解成衔铁体可以与信号利用装置及磁性存储介质组合使用，然而本发明並不受到所述实施例的限制。
参照的附图如下
图1A，1B，1C，1D及1E本发明的原理图;
图2本发明所择实施例的透视图;
图3用于驱动图2所示实施例中的传感器的控制电路图;
图4从图3的电路得到的控制电压相对于控制电流的特性曲线;
图5公知的一种磁性材料的磁通密度相对于磁导率的特性曲线;
图6图2中的传感器转过90度后两个对放的前铁芯的正视图;
图7与图5相应的两个叠加的磁通密度相对于磁导率的特性曲线，其中的每一个与图6中的一个前铁芯相对应;
图8A至8C利用本发明的装置可以获得的各个不同的记录方式;
图9及10控制电流与图2中实施例取不同定向时，该实施例的部件分解图;
图11A至11D表示由测量得到的各个磁通的分布特性;
图12本发明的另一个实施例的透视图;
图13图12装置的衔铁的控制电流及在其中产生的磁通路径示意图;
图14本发明的又一个实施例的部分部件分解图;
图15与图12相应的改型的实施例的透视图;
图16利用本发明的一个实施例的，用于在存储介质平行磁道上进行录/放的一个装置示意图;
图17、18A及18B本发明一个实施例的透视图，其中传感器磁芯相对于静止的衔铁作往复运动;
图19本发明的另一实施例的透视图，其中传感器铁芯相对于静止的衔铁作旋转运动;
图20利用本发明的传感器-衔铁组合系统的，用于在介质的横向磁道上进行录/放的装置的透视图;
图21利用本发明的传感器-衔铁组合系统的，用于在介质的螺旋形或纵向磁道上进行录放的装置的透视图。
在下面的描述及附图中，为了方便不同实施例之间的比较，相似的元件将利用相同的标号表示。不止在一个附图中出现的相似元件及电路的描述不再对应于每个附图重复描述。
对本发明的原理可参照图1A至1E作到最佳的理解。除去衔铁材料体相对于电磁传感器磁芯及磁性存储介质的相对机械位置不同外，图1A及图1B基本上是相同的。参照这几个图，电磁传感器通用标号1表示。这个传感器包括一个通常称之为磁芯的磁性材料体2，它上面设立了一对磁极3，在磁极3的中间按照传统的方法设置了传输磁信号用的一种机械缝隙4。
传感磁芯2的定位使得它与标号5所示的磁存储介质相互地作用，以便在其中间传输信息。(例如，这种存储介质可以是一种作成磁带或磁盘的硬磁材料的薄层。应当理解通常存储介质是与非磁性底基组合在一起的，在许多场合还与另一些材料组合在一起。)存储介质5是一个磁性层，它附着在一个底基252上。磁性层5与底基252结合在一起形成一个记录介质253。
根据传统的方法，传感器1包括一个信号线圈，它向磁芯2传送及/或从磁芯2接收电信号形式的信息，这个信息转换成以磁表徵的信息或者从磁表徵的信息转换而成。该信息可以用磁芯2确定的磁通路径259中的磁通来确定，並且信号线圈6相对于磁芯定位，以检测出该部分磁路中的磁通。如果传感器从存储介质5上播放信息，从存储介质上发出的及与磁路259耦合的磁通能够在线圈6中感应出一个电信号或者电信号分量。在另一方面，如果传感器1用于记录信息，则在线圈中的及确定该信息的电信号或电信号分量能够沿着磁芯2中的磁路259中感应出相应的磁通。
在轮廓线框7中所包含的电路提供了在传感器及信号利用装置之间传输电信号的装置的示意图。该装置为线圈6连接在地211及用电容212表示的直流阻塞滤波器之间。电容器212的另一边与开关213相连，经过开关213将记录在存储介质5上的播放信号由电容器耦合到播放用放大器214的输入端上，该放大器214的输出端与信号利用装置216相连接。因此，如果在线圈6中由磁路259中的磁通感应出信号的话，则代表信息的相应的信号就传送到信号利用装置上。如果传感器-衔铁的组合系统被用来记录信息，则开关213打到与记录用放大器217相连接的位置上，就形成了与确定待记录的信息的电流源218的连接。典型地，这些信号是交流信号，它们能通过电容性滤波器212传送到线圈6上。在该线圈上的交流电流将在磁芯2的磁路259中产生相应的磁通变化。
在传统的结构中，磁性存储介质5及传感器1之间的磁耦合是由传感器1的对置磁极对3之间的机械缝隙4提供的。例如在一种饱和型记录装置的播放机构中，在具有确定信息特征的相反方向磁性存储介质中的区域沿着在磁性上贴近缝隙4的路径传送。相反方向的磁通从这些存储区域上发送出来並被缝隙4耦合到传感器的磁芯2上。这个磁通使得与线圈6相互作用的磁通发生变化並由此在线圈中感应出电流来。
遵照本发明，设置了具有衔铁特性的磁性材料体用来作为磁性存储介质5及传感器磁芯2的中间部件。这个材料体描绘在图1中並以标号8表示。材料体8的位置在磁性上贴近磁芯及磁性存储介质5的位置。在这方面，应该注意到在图1B中该中间部件8並不是在机械上位于磁芯2与磁性存储介质5之间的。这个中间部件的机械位置能与许多因素有关。如果它的用途在于阻止由于存储介质5及磁头1之间的相对运动产生的磁头磨损的话，那么它的最理想的位置是放置在磁头与介质的中间，如图1A所示。而且可以利用真空沉积或相似方法在传感器并接缝隙的面上或是在存储介质上涂上一层覆盖层。就是说，就本发明的原理而论磁头或介质並不需要机械上的隔离。事实上，在许多场合为了减少空间损耗，希望作到磁头在机械上靠近存储介质5，最好作到与记录介质253的存储介质5机械上的接触。当时减少空间的损耗有关系时，沉积工艺产生的紧密接触提供了最好的效果。
已经发现可以在衔铁体8中形成一个传感区9以达到磁通耦合进入到该衔铁体中。因此，如前所述地当该衔铁体的位置在磁性上靠近磁传感器的磁芯2及磁性存储介质5的位置，它将起到一个中间媒界物的作用，它将在存储介质中磁通确定的信息传送给磁芯，或者反之。
传感区域9最好由具有磁导率明显不同的衔铁体的不同区域形成的，就需要在这些区域之间具有陡的磁导率梯度。这种明显的磁导率的区别可以最简单的方式，利用衔铁体8中区域的磁饱和来获得。在图1的实施例中是利用对应于机械的传感器缝隙4使衔铁中的区域形成磁饱和得以实施的。这种磁饱和可以利用独立的偏磁磁通，或者在记录工作时利用真实的记录信号磁通获得。
最需要的是提供在衔铁内产生理想的传感区域的偏磁磁通产生装置。而这种偏磁可以用各种方法产生，例如，如下述的使用永久磁体，还发现了这种偏磁能够简单地由向线圈6供给直流或交流电压产生。因此，线圈6及与传感器1相连接的其它电路是用于这个目的的。在图1A的实施例中，直流电压源221与线圈6相连接。在地与电流221之间如图示连接了一个可变电阻器219，以允许由直流电源供给的电流能够调节。通过调节以保证有足够的磁通从磁头1的缝隙4处发出来致使衔铁8中的传感区域9产生饱和。滤波器212最初的目的是使由直流电源221产生的偏磁电流与信号录放电路隔离开来，因此就阻止了对录及/或放信号信息不希望产生的干涉。如果使用了交流偏磁的话，合适的滤波器，如频率滤波器就是在偏磁及信号电路中最需要具备的，它用于使这些电路彼此形成隔离。选择由衔铁8到沿着闭合传感器1的路径的磁通通道产生的磁阻与沿着传感器伸展的磁路上的磁阻相当，以保证理想的信息传输。这个相当的磁阻是由各种特性的适当组合的选择来达到的，例如材料、材料的厚度、传感器极表面222的面积大小、与传感器的面222相垂直的衔铁中饱和的平面区域9的面积大小、衔铁8的厚度、传感器1及记录介质253的衔铁8隔开的距离(如果有的话)、以及空气隙4的长、宽及深度。
在图1A表示的布置中，衔铁8是机械地位于传感器1及存储介质5的中间，由直流电流产生的与线圈6耦合的偏磁磁通路径用实线223表示。该磁通路径通过传感器1的表面222还伸进入衔铁8中。因为前面所述的各种特性，首先是贴近机械缝隙4位置的衔铁部分比在由传感器1、衔铁8及存储介质5构成的磁路先进入磁饱和，其结果是产生了饱和传感区域9。(应当指出存储介质5的材料选择得比衔铁及传感器磁芯有明显高的矫顽力及磁饱和密度，以避免存储介质在偏磁的磁通强度下的磁饱和)。
在磁芯2中由线圈6感应出来的信号磁通的路径在磁性上靠近线圈，因为在记录的时候，需要有信号磁通在磁头1中感应出来，或者在播放时需要在线圈6中感应出电压来。在这方面，从这个实施例中可以清楚的看到线圈6既使用来产生偏磁磁通又用来产生或检测信号磁通，这两个磁通的路径在磁头内部将是同一个，至少在沿着穿过线圈6的这部分上是同样的路径。因此，虽然为了简化描述，将磁路223描述成用于控制磁通的及将磁路224描述成用于信号磁通的，以及在图1A上还描绘了一个公用磁路259，然而基本上磁路还只是同一个。
由于有传感区域，在记录时信号磁通由磁头发出经内磁路224传送到存储介质上。在播放时，由存储介质5发出的磁通，由于传感区域9的存在被传送到磁头中用于信号磁通的磁路224中。
应注意到，在图1的实施例中衔铁8是与记录介质253的磁性存储介质直接接触的。这就保证了传感区域实际上是非常接近存储介质的，空间损耗就减少了。在这方面还应注意到空间损耗是由于磁性存储介质及传感区域间的空间形成的，这里介质与传感区域的耦合是通过散射磁通引起的，在记录工作时，散射磁通是从传感器的机械缝隙发出来的，而在播放工作时则是从磁性存储介质的记录状态发出来的。根据本发明，将高磁导率的衔铁8与存储介质5接触放置，这就为磁通造成了一个低磁阻通路，否则磁通会从磁性上靠近的传感器1的磁芯2上或是磁性存储介质5上散射出来，並且该磁通取沿着传感器与介质之间路径的方向，这样就与波长无关，因此就能够消除在传感器与介质之间任何非磁性隔离造成的不希望有的空间损耗。因此，尽管由于传感器磁芯与记录介质之间的相互运动必须在这两者之间设有某些空间，但本发明的一个优点就是能基本上消除起空间损耗作用的空间。这点在播放工作时是特别重要的，在记录工作时能够利用提高记录功率使空间损耗的作用简便地得以克服。此外，如果在播放时空间损耗不成问题的话，衔铁就可以与介质分开。不管衔铁8是否与存储介质5接触，磁通的路径总是这样的。甚至当衔铁8既不与存储介质又不与磁芯工作机械接触时，或者仅与传感器的磁芯作机械接触时，上述这点也是正确的。最好在下述的例子中将衔铁8放置在磁性存储介质5及磁芯2的中间，即在这些例子中，希望介质及磁芯作机械的隔离，例如需要防止磁头与介质之间的相对运动所产生的磁头和/或介质的磨损时。
图1B表示的一个实施例中，衔铁8被磁性存储介质5在机械上与传感器磁头2分隔离开来。在主要为了减少播放空间损耗，而又需要在传感器磁芯、如磁芯2与磁性存储介质之间设置机械空间时，这种布置是特别需要的。流过偏磁磁通的路径用经过衔铁的实线223表示。信号磁通用虚线224表示。在图1B中所示的衔铁相对于磁性介质的机械位置是与图1A中的相似的，在图1A中传感区域9与存储介质5是直接接触的。以上讨论的减少空间损耗在该实施例中亦能达到，原因是衔铁8能与以上讨论中相似的方法从磁存储介质5吸引与引导磁通並将其传到磁芯2中。
在图1B的实施例中，将衔铁描绘成将磁存储介质5与作介质的衬垫物或底基252隔离开的隔离层。可是从广义的观点出发，衔铁8也可以作为放置在对着传感器1的底基252侧面的一个独立部件。但是由这样的布置产生的衔铁8及磁性存储介质5的分隔是在空间损耗上作出了牺牲的。
图1C及1D表示用永久磁铁264在衔铁8中形成需要的传感区域9。虽然图1C中的实施例与图1A中的是十分相似的，但要注意到在图1A中的用于在线圈6中提供直流偏磁电流並由此用于产生传感区域的电路在图1C中已省去，而采用永久磁铁264。与靠近该磁铁处磁芯2的形状及衔铁的形状相对应的磁铁264的形状、磁场强度、磁铁264及铁芯2之间的空间应满足于由该磁铁产生的磁通将使衔铁8中的一个区域饱和以形成传感区域9。当使用永久磁铁时，选择衔铁材料的准则与上述相同。图1D表示一个部分截面图，它描述磁铁264与传感器磁芯2的极对3分隔放置，以保证这个磁芯不会在磁铁中形成磁短路。描绘图1C及1D的目的在于简单明瞭地澄清本发明並不受这样安排的限制，在这样的安排中，例如利用电感应磁场在衔铁中形成磁饱和区域产生磁导率的区别。
本发明也不受到下述装置的限制在这种布置中偏磁控制磁通的路径穿过磁头1。图1E表示这样一种布置，在其中偏磁控制磁通仅仅在磁芯2中具有最小的路径。在一种布置中传感区域9在衔铁中是由磁芯2中的机械缝隙产生时，决定该区域的磁通仅需要在必须使衔铁饱和的程度上流过机械缝隙邻近的磁芯。这样的磁通流过图1E中的路径223，而信号磁通将流过线圈及磁性存储介质中间的路径224。
由上述可以理解传感区域9可以通过在磁头1中不占主要路径的偏磁控制磁通来产生。该偏磁控制磁通即可能如前面实施例有关描述的形成在磁头中，也可以在衔铁中，还可以在磁头与衔铁之间分开。而且用于形成传感区域的，在衔铁中形成的足够磁间断可以用另外型式的能源来产生、例如是一种热能。
参照以下所述的本发明中实施例的专门实施形式将会对本发明的原理得到更好的理解与鉴识。
现在参照图2，传感器10具有两个磁性材料如铁氧体制作的对置的磁芯11、12。磁芯11及12确定了一个磁头，並且每一个磁芯均具有与交界面22及24相邻的一个前磁芯14、15及一个后磁芯16、17。前磁芯14、15被作成彼此相对于缝隙平面13反向对置的楔形截面形式。这对反向相对放置的楔形截面通过传感器10的宽度W的横截面积是在相反的方向上逐渐增加的。
该相对放置的磁芯14、15的缝隙平面13最好经平滑地打磨抛光，以获得对着放置的磁极面18、19。在一个或两个前磁芯14、15中沿传感器10的宽度W用公知的方式设置了一个线圈窗孔26，用于在其中容纳一个传感器信号线圈21。在图中作为例子线圈21用导线杆形式的单匝线圈表示。然而，传统的多匝线圈也可取代使用。为了使信号磁通损耗保持在最小值，最好将信号线圈对衔铁后面的表面22、24而言放置得更靠近于衔铁28。
用一种合适的非导磁物质放置在磁极面18、19之间，即采用传统的传感缝隙制作技术获得缝隙20。例如用一层二氧化硅或玻璃层沉积在对置的表面18、19上，然后用公知的方法将这些面粘接在一起。以下称缝隙20为“机械”缝隙，以下面详细描述的该实施例衔铁28中由电磁形成的“假”缝隙更好地加以区别。图中机械缝隙20的长度是夸大了的。
在图2所示实施例中，每个槽孔82设置在后磁芯16、17上，在后表面22、24向内的方向上。槽孔82用于容纳每一个后磁芯16、17的偏磁控制线圈38、39，其中控制线圈39分别地描绘在图9及10中。将控制线圈38、39放置在槽孔82提供的凹陷中后，将前磁芯及后磁芯面对着的后表面在22及24处彼此密切地接触在一起。因此，基本上消除了前后磁芯间的空气隙，而且在这些磁芯间获得了低磁阻的紧密耦合。
磁性材料的衔铁28放置在前磁芯14、15的前表面57上，直接地与前磁芯接触並并接机械缝隙20。如前所述，衔铁28最好由具有基本上是矩形磁滞回线的磁性材料制作的，也即具有低矫顽力及高磁导率的数值，所具磁饱和密度基本上少于所使用的磁性存储介质所具有的值。这些材料例如为坡莫合金、铝硅铁粉、铁氧体或非晶性金属。
这个衔铁最好是使用公知的沉积技术，用真空喷溅或直接地镀在前磁芯14、15的表面57上用沉积法制成。图2中介质分界区的前表面43一般是平直的，它是被外形加工过的，如果需要的话可采用公知的成形加工技术加工。可以理解传感器10及衔铁28均采用成型加工的形状。
衔铁28最好在缝隙20的深度方向具有非常小的厚度t，以使得在这个缝隙上具有小的横截面积，利用下述的偏磁磁通能够使其饱和。当其结构用于普通的记录介质，这个厚度最好在0.00025至0.002英吋之间。这个衔铁28的厚度也对传感区域56的长度1有影响。此外，具有较大厚度的衔铁需要较大的偏磁磁通来建立需要的传感区域。在记录工作时，小尺寸1的精确限定的传感区域並没有在播放工作时的要求苛刻，这是因为磁存储介质上的记录首先是由出现在传感区域56后缘上的磁状态决定的，也就是传感区域的后缘能够在传感区域与介质相互运动时影响在介质上的记录。在播放工作时，无论如何最好有一个小尺寸1的精确限定的传感区域。在任何情况下为了取得减少空间损耗的优点，衔铁28的厚度及在传感区域56建立偏置磁场的磁场强度应该这样地选择使传感区域56的长度1不大于依赖于从传感器10的机械缝隙20到磁存储介质耦合的，所容许的有害的散射磁通的波长。至少在传感区域56的长度l变大得足以使传感器10及磁性记录介质与不布置衔铁28时的空气间隔相等时，将会产生这种有害的耦合。这个厚度及使播放损耗得到所要降低需要的偏磁磁通可以利用经验来决定。
在图2的实施例中，衔铁28的平表面各处的尺寸与前磁芯的下表面57相匹配。另一方面，衔铁也取不同的尺寸，只要它能在前磁芯14、15的对置磁极面18、19上提供对机械传感缝隙20的并接即可。为了在图2上更清楚的描述，在衔铁后面的前磁芯面的形状用间断线标出。后磁芯16、17也与前磁芯14、15相似地作成反向对置的楔形截面形状。但是，后磁芯也可作成矩形的或是任何合适的形状，它们适宜用于前磁芯14、15饱和选择提供偏磁磁通。
每一个控制线圈38、39是以一定角度绕在每一个后磁芯16、17上的，这个角度最好相对于传感信号线圈21穿过前磁芯的方向成直角。由上述的信号线圈及控制线圈的布置，在传感器磁芯中就感应出各自的信号(传感)磁通40及路径41、42上的偏磁控磁通来。该偏磁控制磁通在路径41及42上横切(在图2所示的专门实施例中基本上是垂直)于信号磁通40，並且基本上在缝隙20的宽度W上平行地流通。这样就减少了偏磁控制磁通对信号磁通的影响。
前磁芯及后磁芯的磁性材料选取与衔铁一样的材料。而且位于与偏磁控制磁通路径41、42相互垂直的平面中每一个前磁芯14、15及衔铁28的组合横切面面积选择得小于后磁芯16、17的相应的横切面面积，以保证偏磁控制磁通不会使后磁芯饱和。后磁芯材料选择得比前磁芯及衔铁的材料有较大的磁饱和密度，以避免后磁芯的饱和。
再参照图2，在各个控制线圈38、39中供给了各自的偏磁控制电流I1、I2。由电磁感应的理论已经知道在每个后磁芯16、17中感应出一个磁通来，其方向是与控制电流流通的方向垂直。这个偏磁控制磁通从向磁芯16、17中出发各自耦合到与其紧密放置的前磁芯14、15中，並且进入到放置在前磁芯上面的衔铁28中。该偏磁控制电流I1、I2，例如是由各自的直流控制电压源30、31提供它们经过可变电阻器32、33流入各自控制线圈38、39中。该偏磁控制电流I1的幅值这样选择它使得从后磁芯16流入前磁芯14的感应产生的控制磁通41将前磁芯的及覆盖的衔铁层28的一部分44产生饱和，这部分的宽度为W1。偏磁控制电流I2的幅度则这样选择它使得所感应的从后磁芯17流入前磁芯15及覆盖的衔铁层28的控制磁通也将宽度为W2的一部分45产生饱和。这些各自的饱和部分利用斜阴影线的区域表示。在这个专门的传感器-衔铁组合系统的实施例中，前磁芯的最上面及最下面区域中的一个区域将不进入饱和，这个区域是前后磁芯彼此紧密接触的区域。仅在小于整个宽度的一个宽度W′的区域才是饱和的。
衔铁28并接机械缝隙20的在沿宽度W的整个部分上被控制磁通41、42形成饱和，该部分用斜阴影线的区域29表示，这是由于如前所述的在于磁通路径41、42相垂直的方向上它具有非常小的横截面造成的。该饱和区域29代表了一个被定向的偏磁控制磁通形成的在衔铁中的假缝隙。这些饱和的磁芯部分44、45确定了与其相邻的导磁的不饱和部分或区域，这些区域是通过假缝隙29彼此相交的。这个被假缝隙29分隔开的相交的导磁区域确定了一个导磁的、具有宽度W3的导磁传感区域56。更确切地说，传感区域56的上边缘是被饱和区域44确定的，而其下边缘是由饱和区域45确定的。由图2可见，总的缝隙宽度W′＝W1+W2+W3，它为一常量，当供给了控制电流I1、I2时，它中间的一个具有W3的区域才变成一个传感区域56。
当电流值I1、I2保持常数时，例如给定可变电阻器32、33在常数值上，则传感区域呈现为一个固定的位置。这种运用能够使用在沿纵向磁迹的录制上，例如在图8C中37表示的磁道的录制。在增加一个控制电流数值，例如增加I1，而成比例的减少另一个控制电流I2的数值时，则各个宽度W1、W2也成正比例地变化，並且传感区域56将沿缝隙20的宽度W′作可选择性的移动，如果希望传感区域56以高速度沿宽度W′作周期性扫描时，则可利用周期性地作反向线性变化的电流I1、I2，使饱和区域44、45的宽度W1、W2作反向的变化。为了在扫描时保持传感区域56的宽度W3为一常量，必须使变化着的控制电流的总和保持不变，即I1+I2＝一个常数。
当沿纵向或螺线性磁道进行录/放时，传感区域的位置将从一个磁道逐步变化到另一个磁道。在后面将要描述的另外应用中，录制如图8B中所示的螺线形磁道34时，可用利用将这种传感器-衔铁组合系统的传感器10固定安装在一个旋转的或是另外的传感运动件上，例如一个转盘或鼓上，这时衔铁28是与传感器10分离的並固定地放置在与传感器10及记录介质贴近的地方。在这种结构中，传感区域56的位置在衔铁28中通过记录的磁道宽度移动，用以在当传感器10相对于衔铁移动时产生最佳的播放效果。
图3是一个控制电路54的电路图，它可以用于代替图2中的直流电源30、31及电阻器32、33来驱动图2中传感器10的控制线圈，用以沿衔铁28中饱和的假缝隙的宽度W′控制传感区域56的位置。在现在描述的选择的实施例中，传感区域56周期性地沿磁带36的横向磁道35进行扫描，如图8A所示。而且当传感器使用在上面已述的另外录/放应用时，采用控制电路54来获得传感器10的不同的工作模式。
图3的电路利用一个交流控制电压源61来产生变化的控制电压Vc，以产生通过衔铁28，也即通过磁带36的传感区域56的扫描。利用图3的电路将电压Vc如下地转变成差动变化控制电流I1、I2电压Vc经过电阻62传送到第一个运算放大器63的反向输入端，该放大器有一个反馈电阻64，並被用作一个电压跟随器。运算放大器63的输出经过另一个电阻65与第二个运算放大器66的反向输入端相连接，该放大器具有反馈电阻67。运算放大器66将放大器63的输出信号反向。第一个运算放大器63的输出还经过电阻68连接到具有反馈电阻70的第三个运算放大器69的反向输入端上。第二个放大器66的输出端经过电阻71连接到具有反馈电阻73的第四个放大器72的反向输入端上。在负的直流电压源与地之间连接了一个可调节的电位器74，用于获得控制电流偏置值I0。电位器74的输出经过电阻75与第三个运算放大器69的反向输入端相连接，並经过电阻76与第四个运算放大器72的反向输入端相连接。第三个放大器69的输出端与上述的传感器10的第一个控制线圈38相连接，该线圈又通过反馈电阻70反过来连接到放大器69的反向输入端上。与此相似地，第四个放大器72的输出端与上述第二个控制线圈39相连接，该线圈39的第二个端子经过反馈电阻73连接到放大器72的反向输入端。线圈38与电阻70的连接点经电阻77接地。相似地，线圈39与电阻73的连接点经由电阻78接地。如前所述，所有的四个运算放大器63、66、69及72的各个正向输入端均接地。放大器69、72及各个电阻70、77、及73、78分别表示第一及第二电流源。
在工作时，电源61供给的电压Vc经过电压跟随器63、64与第一个电流源69、70、77相连接，该第一个电流源供给第一个控制线圈38一个控制电流I1，它与输入电压Vc成正比例。在放大器63输出端输出的並经反向器66、67反向的电压进一步地传送到第二个电流源72、73、78上，该第二个电流源供给第二控制线圈39一个控制电流I2，它是与输入电压Vc成反比例的。与负直流电压相连接的电位器74提供所需要的控制电流的偏置电流I0，在现在描述的实施例中它位于最大及最小控制电流值的中间(即为I0＝(Imax+Imin)/2)，其理由将在下面参照图4详细地描述。
由上述可知，当电压Vc具有如图4的曲线所示的，在Vcmin及Vcmax中间周期性地变化幅值时，电路54就将这样变化的控制电压转换成基本上线性变化的控制电流I1、I2，它们是由各自的第一及第二电流源输出的。这些控制电流I1、I2这样地差动变化它们彼此在相反方向上、相对于图4中描述的输入电压Vc基本上按线性比例变化，並由下式确定I1＝KVc+I0(1)I2＝-KVc+I0(2)式中K及I0为常量，其值根据图3的电路参数可以推导出来。
如前所述，各个控制磁通41、42很需要在与信号磁通40的方向基本上垂直的路径中流动，以减少这两种磁通间的干扰。但是，对于按照本发明的传感器-衔铁组合系统的完好传感这点並不是必要的条件。为了使本发明的方法及装置获得高质量的性能，必须在用作传感区域的衔铁体内相邻的区域之间获得非常精确的确定边界。在已述的所择实施例中，所关心的边界是饱和区及不饱和区之间的边界，也即，在衔铁28中的假缝隙29与其邻近的不饱和区域之间的边界及衔铁中饱和部分44及45的区域之间的边界。该实施例中通过选择相对放置的前磁芯形状以使得每个磁芯的相邻横截面之间的磁导率在沿传感器宽度W上有最大的变化率，获得非常精确的确定边界。以上就保证当每个前磁芯所选区域被控制电流饱和时使得没有明显的磁通穿过其中，而与其直接相邻的邻接区域对在磁存储介质与传感器10之间传送信息信号保持足够的导磁性能。换言之，传感器-衔铁组合系统的性能取决于在衔铁体内每个前磁芯中相邻的饱和区与不饱和区之间的相对磁通密度的磁导率梯度的陡度。
作为一个例子，图5中表示了一个合适的磁芯材料的，例如由Ampex公司生产的PS52B铁氧体的磁导率m相对于磁通密度B的特性。由该特性可见，在磁通密度B低于B1＝4000高斯时可获得相当高的，大于400的磁导率m，这样高的磁导率对于所需的磁通耦合工作是足够的。该材料的饱和磁通密度大致为B2＝6000高斯，相对于磁导率在100以下。因此为了在传感器前磁芯中的高磁导区域及邻近的饱和区域之间获得急剧的跃变，如图5所示磁导率必须在任何一个方向上从低于100急剧地变化到超过400。图7的例子是表示两个迭加的磁通密度对磁导率的特性53、53a，每一个相对于图5中的特性，並且每一个对应于反向对置的楔型前磁芯14、15中的一个。图6表示对置的前磁芯14、15的前视图，它们相对于图2中的转动了90度，並具有减少了的宽度W′，放置在这些磁芯上的衔铁28图中未示出。可以理解，当衔铁28如图2所示放置在前磁芯14、15上时，所描的控制工作基本保持不便，並且与前磁芯接触的衔铁部分与下面的前磁芯将具有相同的饱和/不饱和特性。斜阴影线部分44、45表示具有磁导率小于100的饱和磁芯部分。图6中的另外磁芯部分表示具有磁导率高于400的不饱和高磁导区域46、47。通过传感缝隙20伸延的区域是由非饱和的高磁导区域46，47交迭形成的。在这个磁芯部分中的该区域可以认为是当衔铁28放置在磁芯上后的衔铁28中的传感区域。传感区域56相对于具有叠加特性53、53a的交迭部分，这部分表示导磁率在100至400之间。由图6及7可见，为了具有非常精确确定的传感区域56，需要各处的磁导率对磁通密度的梯度要尽量的陡。这可以利用具有陡特性曲线的传感器磁芯及衔铁的材料，和使楔形截面设计得在相对于扫描方向的传感区域宽度W′上的邻近的横切面区域之间能产生这样大的磁通密度变化获得。为了继续增加磁导率的梯度，传感磁芯材料最好使用具有各向异性的磁性材料，该磁芯则是以在与机械气隙平面垂直的易磁化轴向进行定向的。
为了使邻近的横截面积之间的磁导率梯度进一步增加到最大数值以获得所需的相对磁通密度的磁导率特性，可以使楔形截面的形状作得接近于图5中曲线所代表的形状，例如，使楔形前磁芯14、15的横型面积在传感器宽度W的方向上作指数地上升。上述可以利用在前磁芯上设置指数增加的侧表面48，49来达到，这些表面如图6中的虚线所示。
为了简化前磁芯中饱和区域的控制，在由各个后磁芯16或17所产生的每个磁路41或42中偏磁控制磁通的主要部分均不能耦合到另一个后磁芯上去。因此，最好在后磁芯16、17之间设置一个缝隙50，它的长度L基本上大于前磁芯14，15之间缝隙20的长度l。最好其比例L∶l选择为10∶1或更大些。附图中的l及L的尺寸是夸张的，其目的在于阐明问题。
由上面公开的内容可以看出，图2传感器的制造是相对简单的，因为只要能得到各种所需要的磁芯形状，使其衔铁在传感器内宽度中的磁导率梯度能够取得最大值。最好将所得到的传感器结构固定在一个非磁性支座(图中未示出)上並将各个传感器磁芯部件粘接在一起，例如用环氧树脂使用公知的粘接技术粘接。但是这种粘接材料均在附图中略去，以有利于本发明实施例的说明。
与图2相似，图9及10是描述工作的，特别是关于衔铁28中偏磁控制磁通路径的传感器-衔铁实施例的部件分解图。在图9的实施例中，在各个控制线圈38、39中的控制电流I1、I2具有相同的方向，结果使穿过前磁芯14、15及衔铁28的偏磁控制磁通有相同的方向。在两个前磁芯14、15的相邻端上的磁极极性相同，並且在缝隙20的上端用北极N表示，在其F端用南极S表示。利用选择各个前磁芯14、15及衔铁28覆盖部分的饱和区44及45，使并接机械缝隙20的衔铁区域29如前所述地变成饱和，並且它构成了一个假缝隙29。控制磁通线41、42基本上以对立磁极N，S之间的直线的形式穿过饱和区域29。图9中的饱和区域44、45及29用斜阴影线部分表示。前磁芯14、15及衔铁中与饱和区域相邻的区域保持导磁，並且它们形成了一个经过假缝隙的传感区域，如在前面参照图2描述过的那样。传感区域56的宽度W3及位置可以利用对控制电流I1、I2幅值的控制沿传感器-衔铁组合系统宽度W进行定位，移动或扫描，如上述一样。
在图10的实施例中，控制电流I1、I2以彼此相反的方向流过控制线圈38、39。因此，在前磁芯14、15中与沿机械缝隙20反向对置的楔型截面的相邻端部上形成了相反磁性的磁极N、S。在该例中，前磁芯的区域44、45及衔铁上的部分29及29″被在相反方向上流过路径41、42的偏磁控制磁通产生饱和。这些相反方向路径中的磁通受到排拆及转移。因为磁通路径的转移，就在各个饱和区域29a及29b之间形成了一个区域60，它具有的磁通密度远低于衔铁28的饱和磁通密度，于是该区域60是磁通相对自由的並且不饱和的，也即是高磁导的。由于这个区域或区域60是由反向磁通的反极性效应形成的，以下的描述中将称其为“反极性区域”。
饱和区域29及29″中的区域29a及29b分别隔离了磁芯件14、15及覆盖的衔铁28的不饱和高磁导区域，並形成了假缝隙29a及29b。因此用于耦合磁通的高磁导传感区域56a、56b就被确定了。而与饱和区域44、45相邻近的那些饱和的衔铁区域29及29″没有形成传感区域。因此，在图10的实施例中，每个传感区域56a、56b的一个边是分别由饱和区域44，45决定的而它的另一边是由反极性区60确定的。每一个区域56a、56b可以用来在一个磁介质上记录信号或从其上播放信。
如果将图10的实施例与图9中的相比较，可以看到与图9的实施例中的一个传感区域56不同的是，在图10中设置了由反极性区域60隔开的两个传感区域56a、56b。如同以下将参照图11A至11D描述的那样，这样取得的区域56a，56b及60，如前面参照图3及4所解释的，可以控制其控制电流I1、I2的幅值，使它们作到定位，移动或扫描。这些图11A至11D表示相应的磁道分布特性，它们是根据上述图10中的实施例的传感器-衔铁组合系统对其播放信号输出的测量得到的。作为一个例子，一个用标号133表示的0.006英吋宽的磁道预先在磁带134的纵向录制好並且将该磁带与衔铁28的表面43相接触。磁道133的长度方向与机械缝隙20的宽度W方向相垂直。利用选择传感器前磁芯14、15及衔铁28的饱和，就获得了各个传感区域56a、56b，它们被一个反极性区60彼此隔开，如前面参照图10所述的那样。
在图11D波形图中的特性曲线135是利用在箭头137的方向上移动磁带134，並对每个变化的位置，测量传感线圈21中的输出信号而获得的。当磁带移动时，其输出信号正比于当磁道133传过传感器-衔铁组合系统时的该组合所检测的磁通值。(当然这时假定传感区域56a、56b及反极性区域60保持静止)。在该例中，波形曲线表示磁道位移为0.005英吋。由图11D可以看出该特性135有两个峰值，每个相对于传图11B中所示的传感区域56a、56b。由特性135的形状也可看到与反极性区域60与传感区域56a及56b之间的过渡相对应的高及低的播放信号输出之间的过渡基本上比区域56a及56b的饱和和不饱和区之间的另一个边的过渡要陡些。上述表明利用设置与传感区域邻近的反极性区域可以改进磁道边缘的精确度。这个改善了的磁道边缘的精确度主要是由于实际上清除区域中磁通的反极性区域60的反向磁通效应引起的。没有反向磁通的，例如接近传感区域56a、56b的区域44、45的边界上具有一个小的，但却是限定的饱和及不饱和区域之间的过渡区域。
图11D中的第二个特性用间断线136表示。它的获得是利用改变控制电流I1、I2的数值，並且将图11B中所示的传感区域56a、56b及反极性区域按箭头138的方向移动到如图11C中所示的新的位置56a′、56b′及60′上。(由图11C可见，在W方向上的各个区域的宽度基本保持不变)。
相应于有关特性135描述中的测量，在移动区域上重复进行的，並用这些测量值作图就得到了特性曲线136。特性曲线135、136是相似的，每个曲线均具有各自的高输出的峰值部分，用标记N，R;P，S表示特性曲线135的峰值部分;用N′、R′;P′、S′表示特性曲线136的峰值部分，这些部分分别与传感区域56a、56b;56a′、56b′相对应。此外，每个特性曲线上具有一个低输出或谓谷部，对于特性曲线135是R、P部分，对于特性曲线136是R′、P′部分，这些部分与反极性区域60;60′相对应。
图12表示本发明的另一个传感器-衔铁组合系统的实施例。图12中的传感器90是由两个对置的磁芯91、92组成的，它们与图2实施例中的磁芯11、12相似，並且每个磁芯中具有从对置的表平面98及100上伸出的前磁芯部分94、95及后磁芯部分96、97。然而磁芯91、92不是楔形形状的而是矩形的。並且，每一个后磁芯96、97均具有三个柱，它们形成两个槽孔用作控制绕组的窗孔102至105，在其中放置各个控制线圈106至109。这些窗户及线组在图13上描绘得最清楚。在该实施例中衔铁28由薄及软的磁性材料制作，该材料具有如前面对于图2有关描述的特性。在图12的实施例中，每个控制线圈106至109各自经过一个可变电阻器114至117与一个独立的控制电压源110至113相连接。该可变电阻器可以用来对控制线圈中的控制电流的幅值进行调节。另一方面，在相反边上对角线布置的两个控制绕组能够互相连接，如图13所示。
图12和图13中的传感器-衔铁组合系统的工作原理基本上是相似的。它们的工作将在以下参照图13进行描述。图13是从箭头123方向所视的衔铁28的前视图。为了方便表达经过前磁芯94、95的，在后磁芯96、97及衔铁28之间延伸的控制磁通路径124至127，后磁芯如图所示地转过90度角使其侧表面128、129延伸在衔铁28的平面上。控制线圈106至109与相应的控制电压源相连接，使得每个后磁芯的两外柱成为相同极性的磁极，而内柱具有不同的磁极性。由它们这种反向极性就获得了在衔铁28的假缝隙区域29穿过的磁通线124至127。
由于磁极问的反向定向，在后磁芯96、97中产生的各个控制磁通的路径仅使并接机械缝隙20的铁芯28上部分29a、29b及29c饱和，如图13所示。在相互反向的控制磁通的一个路径与另一个路径接近的地方，这些磁通相互排拆並改变了方向。而磁通中的主要部分转回到产生它的同一个磁芯中。上述磁通转向的结果是形成了分离相邻饱和区域29a至29c的反极性区域130、131。这些反极极区域是与在图10的实施例中的反极性区域60相似的。如前面参照图10已描述的，在这些反极性区域130、131中的磁通密度远低于衔铁的饱和磁通密度。因此并接缝隙20的衔铁28中的区域29在反极性区域中没有饱和。
从前面的描述可以看出图12和图13所描述的传感器-衔铁的实施例中，衔铁28中提供了三个饱和区域29a至29c，并且由相应地磁通自由区域130、131相互分开。因为在饱和区域周围的衔铁28的其余部分，及前磁芯94、95的底部仍然是未饱和和高导磁率，所以饱和区域29a至29c各自在衔铁中提供一个类似于在前面图2、9和10中所描述的传感区域。
当需要时，通过把前磁芯94、95(在图12中)在衔铁宽度W的两端与衔铁分开一定距离，就可以消除外层传感区域56a和56c。磁芯94、95为后磁芯96、97和衔铁28之间仍将提供一个需要的磁通通路，但是有一个增加的磁阻来防止区域29a和29c的饱和。另一方面，它可以利用减小宽度的介质，例如磁带(没有图示)，它的宽度仅复盖在线151和152之间衔铁宽度的一部分，因此把传感区域56a和56c与相应于这个介质的连接信号隔断。
从图12和13中已经看到控制线圈分别连接到相同极性的两个直流电源上，上述控制线圈相互斜对角地放置在磁芯96、97的对面。因此，沿着衔铁宽度的方向移动传感区29b，当反极性的控制电流I1″、I2′减小时，同一种极性的控制电流，例如I1′、I2″就要增加。这种方法类似于前面对图2的描述。
图14表示了一个本发明的电磁控制扫描传感器-衔铁组合系统的另一个实施例的部分部件分解图，其类似于前述的图12和13的实施例。图14实施例的传感器140有与前磁芯94、95连接的后磁芯96、97，它们是由后磁芯的表面98、100紧靠在相对的前磁芯的侧表面141、142上来连接的。这些连接表面98、141和100、142相对于衔铁28的前表面43延伸出一个角度“C”，以避免和记录介质(如磁带146)相接触。上述结构的变化实质上并没有改变前述如图13的控制磁通通路。控制线圈106至109相应于前述的图12和13那样连接到各自的控制电压电源上。
上面描述的后磁芯与前磁芯的连接方式上允许把一个附加的后磁芯144贴在前磁芯94、95上，供传感信号线卷145使用。这个实施例对于在衔铁宽度W的方向上需要传感区29b有足够小的尺寸D时使用是特别有用的。那么，垂直方向上的尺寸由此变成一个磁道宽度TW。尺寸D和TW在图14中已解释了。上述的附加后磁芯144和传感线卷145起到提供一个传感磁道通路148的作用，这个磁道通路穿过衔铁28的假缝隙29b的边缘，实际上它与长度D相平行。这个实施例特别适合于传感一个记录介质的长的横向磁路，例如象在图14中所示的118。(前磁芯94、95的正面和衔铁28做成微小的弯曲或弧形，以获得一个更好的衔铁和介质的接触。
在图12到14所表示的传感器-衔铁组合结构中，当在相反方向的控制线卷中的控制电流有相同的值和在相反方向的控制磁通通路中的偏磁磁通相等时，这些磁通的相互抵消可以达到这样的程度，也就是在衔铁28中希望的饱和不可能发生。为了克服上述情况，电流值I1、I2由一个恒定的偏压来更好的补偿，以适应控制电流值的所有范围。当其中一个电流增加而另外一个电流为控制传感区的位置而减小时，一个为形成传感区的恒定偏磁补偿将维持在所有的工作范围内。另一方面，提供控制磁通通路可以防止在传感器工作的范围内控制磁通的相互抵消，而上述控制磁通通路在机械缝隙的对边沿着传感器的宽度反方向逐渐地增加磁阻。例如，为获得上述可变深度的布置(未画出)，可在传感器的前磁芯和后磁芯间获得。象楔形这样的布置将沿着传感器的宽度在气隙长度方向上变化。
另一个获得沿着传感器的宽度逐渐地增加磁阻的控制磁通通路的实施例表示在图15中。图15中的传感器-衔铁组合系统是一个可替换上述图12至14的实施例。图15中的传感器90a不同于图12至14中的传感器90，它有相反方向的楔形后磁芯和前磁芯91a、92a、94a、95a，以代替图12至14实施例中的长方形磁芯。因为这些实施例是类似的，所以在这些图中相应的元件用相同的标注号码来表示，而对于楔形磁芯在词尾加一个“a”，以表示图15中实施例的控制磁通通路。这些楔形磁芯91a、92a、94a、95a有这样的横截面，它们沿着传感器的宽度，在气隙20的两边逐渐地向相反的方向增加。因此沿着传感器宽度W的方向改变磁通密度，使得相应于图13中的这些反向控制磁通124a、126a、125a、127a内在地被补偿，不希望的控制磁通的相互抵消由此被防止。
图16是一个记录/播放装置的实施例，这个装置是利用上述图14中的静止电磁控制扫描传感器-衔铁组合系统。在这个记录/播放装置中，有一个记录信号处理机166，它用来处理一个记录在磁带146上的信号，并且还有一播放信号处理机168，它用来处理一个从磁带上播放的信号。图16的装置特别适合于沿着在方向147上纵向移动的磁带146的横向磁道上的高密度记录和播放电视信号，或其它高频、宽频带的信号。例如它可以用来分段记录和播放图像信号，也就是具有附设在电视信号的一场中的信息的电视信号，该电视信号是记录在磁带的一组不连续的磁道上。
开关174用来选择记录或播放的工作方式。记录电流Is借开关174和导线176从记录器的放大器170供给传感线卷145。另一方面，导线176和开关174与播放电压Vs连接，它是从传感线卷145到播放放大器172。因为记录和播放信号处理机(在图中表示为166、168)，以及放大器170、172是公知技术，在这里就不详述了。
利用一个驱动控制电路54来驱动控制线卷106至109，这个驱动控制电路54对应于如前面图3中所描述的电路。一个伺服系统180用来协调由驱动电路54引起的传感区29b的扫描和由主动轴193和电动机194引起的纵向的磁带运动。在记录工作时，伺服系统180的功能是协调传感区29b的扫描频率和磁带146的传输速度，结果使记录磁道118沿着磁带横向相对磁带移动的纵向上以一个恰当的角度均匀的分布着。另外一个控制信号磁道184在磁带146上沿着纵向记录，它是由一个静止的传感器182在传感区29b的扫描和磁带146的传输的协调播放时很方便进行的。在播放时，用现有技术中已知的方式，利用传感器182从磁路184上播放一个控制信号并且使磁带146的传输和传感器29b的扫描相同步。在如图所示的位置，记录工作方式时，一个多极开关186把传感器182的线卷183和伺服电路191与输入导线187连接起来。当在其它指示位置时，开关186把线卷183和伺服电路191连接在一起并与输入导线187断开，因此，它控制从伺服电路和传感器182来的信号。代替控制信号，开关186用一种方式把一个播放信号，或由导线196接收到的放音参考信号与伺服电路191连接起来，所用方式将在下面进一步描述。
在记录时，一个控制信号一般地以垂直电视场速率一半的速率在导线187上被接收，导线187上的信号借开关186和导线188供给传感器182的线卷183。因此，当沿着横向延伸的磁道118记录信息信号时，传感器182同时记录磁带146上沿磁道184方向上的信号。导线187上的控制信号借开关186和导线189供给伺服电路191，依次来控制驱动控制电路54的工作，驱动控制电路54是与导线187上的信号同步的。将控制信号与借导线190从驱动控制电路54收到的信号加以比较，就可以获得同步的条件，该同步条件是表示扫描率和传感区29b的位置的。伺服电路191灵敏地产生一个修正信号，这个修正信号修正传感区29b的实际位置与希望位置间的偏差，这个希望位置由导线187上的控制信号所指示。
在播放时，伺服电路191收到与扫描率和传感区29b有关的信息，扫描率和传感区29b的位置是借导线190从驱动控制电路54上获得的。伺服电路191把由导线190收到信息与由传感器182播放的和通过导线189收到的控制信号加以比较。相应于这个比较，在导线192和199上产生修正信号。导线192把收到的信号耦合到驱动控制电路54上，以引起沿着衔铁28的宽度W方向上传感区29b的扫描的加速或减速。导线199把收到的修正信号连到电动机194上，电动机194控制主动轴193，以调节相应的磁带146的传送。这个主动轴193和驱动控制电路54的控制致使沿着磁带146横向延伸磁道118上扫描传感区29b的保持扫描记录。利用与主动轴193连接在一起工作的高分辩测速仪能提高从传感到磁路的记录控制，测速仪提供一个磁带193的传送速度的高速信号指示。这个测速信号耦合到伺服电路191上，以用来与由导线196来的播放参考信号加以比较。由此产生一个修正信号，这个修正信号由导线199提供给电动机194，以对应于主动轴193的控制。
从上面的描述可看出图16的装置适合于沿着纵向移动的介质的横向磁道方向上信号的记录和播放，利用本发明的传感器-衔铁组合系统，移动的介质与衔铁的外表面相接触。这个介质与机械缝隙不相接触，所以引起衔铁传感区形成的缝隙不容易受磨损或腐蚀。由于使介质相对慢的前进，这个介质与一个静止的、小缝隙(gap-less)的衔铁外表面相接触，传感区-衔铁组合系统的磨损减小。与此同时，衔铁封闭任一部分的控制磁通，这个控制磁通可以加在机械缝隙的边缘，由此实际上减少介质的信号损失。因此，考虑到衔铁和记录介质的磁存储介质的接触，空间损失可以避免。
现描述根据本发明的实施例。它有一个相对于静止的衔铁做机械移动的传感器磁芯，该传感器磁芯在传感区内没有机械缝隙。在这方面，如果由磁芯限定的机械缝隙导致传感区的形成，衔铁内的传感区就跟随着传感器磁芯的运动。更进一步的来参看图17，在这里用图解释了一个具有磁芯520的磁传感器510，磁芯520由适当的磁材料(如铁淦氧)制成，并确定了正面的磁极522、524。一种非磁性材料，如玻璃或二氧化硅，置于在磁极522和524之间，以获得一个机械缝隙526，该缝隙526以特殊形式被使用，并称之为传感缝隙。传感器磁芯520、磁极522、524和缝隙526可用公知的磁头制造方法来制造，因此这里就不细说了。
一个细长的衔铁528安装在与磁极522、524相邻的位置上，以接通缝隙526。衔铁528是一种薄的软磁材料，例如透磁合金，它具有上面描述的特性。在本实施例中，传感器磁芯520和衔铁528间具有小间隙的关系，这两个元件间没有实体的接触，图中可见到间隙529。从下面的描述可以知道当磁芯相对于衔铁528运动时，该间隙能防止传感器510有害的磨损。现在描述的实施例中，缝隙526的宽度方向相对于衔铁528的纵方向562延伸出一个正角，缝隙526的宽度相应于沿磁存储介质556记录的磁道564的宽度W。
象上面描述的其它实施例一样，这里的衔铁528是连续的片或磁性材料层制成，在其传感区也没有机械缝隙。在图17所示的实施例中，衔铁的宽度等于缝隙526的宽度。但是衔铁的宽度可以做得更宽，如图18中所示的实施例那样。衔铁528在缝隙深度的方向上最好有一个非常小的厚度t，如在0.00025-0.002英寸之间。它可以做成薄片的形式，或在真空中喷镀，或在基片上电镀而成，如由Dupont公司制选的聚酯薄膜或Kepton，又如基片可以是在0.0001-0.0005英寸之间的厚度。
在图17所示的实施例中，一个传感信号磁芯530布置在与衔铁528磁耦合的位置上。磁芯530可由通常用做磁传感器磁芯的磁性材料组成。信号磁芯530在相对的两端532、534紧靠在衔铁528的侧表面上，以形成一个闭合的信号磁通通路536。
一个传感信号线圈538绕在信号磁芯530上。利用线圈538把一个由外部信号源提供的电信号变成磁信号，并由传感器-衔铁组合系统把这个信号记录在记录介质上，例如磁带556，上述外部信号源在图中所示为540。另外，利用线圈538也可以把在磁带上记录的信号和由传感器-衔铁组合系统获得的信号变成电信号，这将在下面更详细的描述。为了更好地区分信号磁芯530和传感磁芯520，磁芯520在下文中称之为后磁芯，而磁芯530称之为前磁芯。前磁芯530最好设置成与衔铁528的正表面541成m角度的位置上，它面对着记录介质556，避免与介质相接触。一个偏磁控制线圈542缠绕在后磁芯520上，并且由一个可变电流源提供给线圈一个控制电流Ic。这个可变电流源包括一个可变电阻544和一个直流控制电压源546。另一方面，利用一个可调的交流控制电流源也可以代替这个实施例中的直流电源。
当没有控制电流供给偏磁控制线圈542时，衔铁528由磁通封闭缝隙526，且随着记录介质556移动时没有信号传递。可是，当控制电流Ic从电源546供给控制线圈542时，这个电流Ic在后磁芯520中感应一个控制磁通548。控制磁通548从缝隙526的边缘转到靠近的衔铁528中，由磁通把缝隙526并接。衔铁528为后磁芯520提供了一个返回磁路，以接通偏磁控制磁通548。
由于在垂直于并接缝隙526的控制磁通通路548的方向上，衔铁528有非常小的横截面，因此在缝隙526边缘的磁通使衔铁528在区域550内部饱和，区域550把缝隙526接通，它由阴影区来表示，结果导致一个在饱和区550内相对于相对于一个非导磁材料(如空气)的低导磁率的建立。在饱和区550的周围和延伸在与磁芯520靠近处的衔铁528的其它区域内的磁通密度比饱和区550低得多，因此，这些区域并没有饱和且有高的导磁性。结果，饱和区550被限定在衔铁528的两个相对的高导磁区552、554之间，以提供一个“小缝隙”(gap-less)的传感区。
当衔铁528的区域550如上所述被饱和时，一个延伸在信号磁芯530和衔铁528的导磁部分552、554中的记录信号磁通被衔铁接通，且在紧接衔铁时，信号磁通536贯穿磁存储介质或磁带556。例如在图17所示的实施例中，一个沿着纵向557慢慢前进的磁带经过衔铁528，且与衔铁直接接触。当从信号电流源540来的记录电流Is供给信号线圈538时，在磁通通路536中感应一个记录磁通，这个磁路延伸到传感信号磁芯530和衔铁528中。由于饱和区550的存在，这个磁通被导引至独立的波长的、低磁阻的路径。该磁通通路从衔铁528的未饱和区552和554延伸到磁带556中。另一方面，当在播放工作时，利用图17所示的传感器-衔铁组合系统，从磁带556中来的信号磁通在传感区550贯穿衔铁528，且该信号磁通沿着衔铁528和信号磁芯530中的磁通通路536环绕，贯穿信号线圈538，使得输出导线559上产生一个输出电压Vs。
饱和区550的长度L和宽度W与后磁芯520的机械缝隙526的尺寸相同。上述的其它实施例中，衔铁的磁性特征应这样的选择，使得偏磁控制磁通远低于能导致加在衔铁边缘上的控制磁通影响介质磁性能的不当的数量级，而该偏磁控制磁通对于短接传感缝隙526的区域550的饱和是必要的。偏磁控制磁通是衔铁528的磁性材料和该材料的横截面的基本函数，该横截面是在与偏磁控制磁通通路548相垂直的方向上。另一方面，横截面由衔铁的宽度W和厚度t所限定。如果选定了宽度W，那么衔铁越厚，为了使区域550饱和的需要的磁通就越多。由于上述种种原因，希望使衔铁528的厚度t更小。在图17所示的实施例中为了保持小尺寸的t，一个重要的原因是在t的方向上使传感区的有效深度变小，它能维持穿过饱和传感区550的磁阻高，从而使穿过传感区550的旁路损失减小。然而在宽频带、高密度的记录和播放装置中，该装置中的衔铁528与记录介质556相接触，避免或减小对衔铁寿命的磨损是希望的。因此，衔铁528的厚度t的选择通常是在使旁路损失为最小和使衔铁的寿命为最长二者之间的综合考虑。
上面提到的后磁芯520相对于静止衔铁528的机械运动在图17所示的实施例中已解决。后磁芯520紧固在轴558的一端，轴558的另一端连接在装置560上，以提供一个在箭头562的方向上下直线的运动。例如，装置560可以是如电磁传动装置或其它公知的上下移动装置。为了避免在记录和放音工作时有时变的或非线性的信号传递，获得一个与衔铁528有关的气隙526运动的直线速度是重要的。在工作时，由电压源546提供给控制线圈542一个控制电流Ic，该电流使衔铁528的区域550饱和。如前所述，磁带556与衔铁528相接触并沿着箭头557的方向前进。后磁芯520沿着箭头562的方向由上下运动的装置560所移动，由此，该机械的传感缝隙526沿着衔铁528做相应的机械运动。如上所述，衔铁528上的饱和区550的位置在方向562上跟随着缝隙526沿衔铁528的运动。
在记录工作时，供给信号线圈538的记录信号电流Is在磁路536中引起一个相应的信号磁通536，由传感区550耦合的磁通536沿着磁带556的横向磁道563、564上进行记录。一组平行的磁道，例如563，在后磁芯520沿一个方向运动时被记录，而第二组平行的磁道，例如564，在后磁芯沿相反的方向运动时被记录。在磁芯520沿着一个方向运动时，断开记录电流Is或断开偏磁控制电流Ic，可以清除一组磁道563或另一组磁道564。
利用图17实施例中传感器-衔铁组合系统，可以获得沿着记录介质的横向的平行磁道上记录的信号的播放，它用与记录信号类似的方法，也就是在方向562上使后磁芯520上下移动，而饱和的传感区550则在介质556上的记录磁道上运动。代替供给信号线圈538记录电流的是由传感器-衔铁组合系统检测从介质556上发出的播放信号磁通，该播放信号磁通借未饱和区552、554进入到衔铁528中，其邻近饱和区550。播放信号磁通536贯穿信号线圈538，以一般方式供给输出导线559一个播放电压Vs用于下一步的工作。
从上面的描述中，可以看出图17的实施例中的传感器-衔铁组合系统可以提供一个记录的磁道方式，它以相对慢地前进的磁带556的横向方向，由沿着静止衔铁528迅速扫描传感器的后磁芯520来完成。磁带556直接与静止衔铁528相接触，衔铁528没有一个机械缝隙。正如上述，这接触导致在磁带556和信号线圈538之间建立一个磁通通路，它不依赖于波长，能减少间隙损失的影响。因此，本发明的这个实施例中避免了对施转元件的需要(这个施转元件为了操作传感器，例如在公知的图像记录装置中)，而可以获得一个比较高的从转感器到介质的扫描速度。这样的在传感器和介质间传送信号不需要旋转的变换器或滑环。
在上述实施例中，如果电源540提供一个足够的记录信号电流Is来饱和衔铁528的区域550，那么对于图17实施例中的记录工作，控制电流源546能取消。然而，对于播放工作，区域550的饱和需要一个偏磁通，这个偏磁通在图17所示的实施例中由供给控制线圈542一个电流Ic来获得。
图18A图示了一个类似于图17的本发明的另一个实施例，但是在图18A的实施例中没有前磁芯。在这个实施例中，信号和控制线圈538、542被结合成一个单独的线圈539，它缠绕在后磁芯520上。单个线圈539借电阻544与上述的偏磁控制电流源546相连接，以接收一个上述的控制电流。另外，单个线圈539借导线564也与一个记录或播放放大器相连接(图中没有示出)。一个串联电容器566串联在导线564中，以隔离控制电流电源546和与导线564相接的信号放大器。因此，记录信号磁通536和控制磁通548平行的延伸穿过磁芯和衔铁528。在记录工作时，经由导线564提供一个足够大的记录电流Is来饱和衔铁528的传感区550，而控制电流源546和电阻544可以省略，图中用虚线把电流源和电阻与线圈539相连。在播放工作时，传感区550的饱和需要一个偏磁通，例如从电源546供给单个线圈539一个控制电流Ic而获得偏磁通。在图18A所示的实施例中，可利用一个交流控制信号源来代替直流电源546。在这种情况下，在导线564上连接一个滤波器(没有画出)以代替电容器566是需要的。滤波器是用来把交流控制信号与磁存储介质上正在记录的或播放的信号隔离。
根据上面的描述，不言而喻，图17和18A是相应于本发明结构的图解形式。有许多方式来实现这样的基本结构。例如，衔铁528的宽度可以比后磁芯520的宽度W更大些，正象图18A所示的。衔铁528宽度的延伸超出后磁芯520的一边或两边，饱和区550的长度L和宽度W实际上并没有改变，仍象前面所描述的那样相应于缝隙526的关系。作为另外一个例子，轴558可以装在一个刚性的支撑托架上，且用各种公知支撑系统(没有示出)将后磁芯520安装在轴558上。衔铁528和传感信号磁芯530由这样的托架也可以固定支撑。控制线圈542可缠绕在后磁芯520上且同时运动，如在图17和18A中实施例所描述的那样。另一方面，控制线圈542可以做成静止的，且与托架相连，把后铁芯520安装成不与控制线圈相接触作垂直运动。用这种方法也可以安排单独的信号线圈。如果需要，在一个公用轴上可以安装多个后磁芯520，且由公用的移动装置560来驱动。在这样的安排中，每一个磁芯520可以和一个单独的静止衔铁和信号线圈相联系，而一个公用的控制线圈542可以做成静止的，且与托架相接，而后磁芯520为了垂直运动安装在沿着线圈运动不相接触的位置上。用这种方法也可以布置一个单独的信号线圈。如果需要，在一个公用的轴上可以安装多个后磁芯520，并由一个公用的移动装置560来驱动。在这样的布置中，每个磁芯520可以与一个单独的静止衔铁和信号线圈相联系，而一个公用的静止控制线圈可以穿过所有的磁芯。这样获得的传感器可用于为了同步，或时序的或同时记录和/或播放，这种记录或播放是相对于沿着记录介质上大量的平行磁道而进行的。
图18B图示了一个本发明传感器-衔铁组合系统的另一个实施例。在这个实施中，代替了在图17和18A实施例中穿过机械缝隙526形成一个闭合磁路的后磁芯520，而是在两个分离的磁性磁芯元件520a、520b之间形成一个缝隙526，元件520a，和520b是由低矫顽力的高导磁率磁性材料制成的，正如通常用来制成普通的磁头。从下面的叙述即可以明白，磁芯520a、520b的长度各约等于静止衔铁528在如箭号562所表示的磁芯上下运动的方向上的长度。用一个非磁性材料513把元件520a、520b夹在一起，例如铝，作为一个托架，托架513与棒558相接，这个棒558由前所描述的移动装置560来驱动。参考图17的实施例，用和上面所描述的类似方法，装置560驱动磁芯520a、520b沿着箭头562的方向作上下移动。一个组合的控制和信号线圈539缠绕在前磁芯530上。因此，偏磁控制信号通路548延伸穿过前磁芯530，衔铁528的导磁部分552、554和后磁芯520a、520b。信号磁通通路实际上是和图17中的实施例所描述信号磁通通路一样的，但它不是通过衔铁528的长度延伸，而是如图18B所示通过后磁芯520a、520b随偏磁通延伸。在工作时，由直流电源或交流控制电源供给的控制电流IC所建立的控制磁通548使区域550饱和，可以参看图17和18A实施例中所描述的。由于各个后磁芯520a、520b的长度，由控制电流所建立的偏磁通，除了在实际的缝隙外，仍保留在磁芯中，与沿衔铁528长度方向的实际缝隙的位置无关。所需饱和换能区550就建立实际缝隙526对面的衔铁528中，并因后磁芯被移动装置560上下运动而随该缝隙移动。
参考图19至21来描述本发明的其它实施例。在这些实施例中，后磁芯靠近静止衔铁旋转。把一个或多个这样的后磁芯布置在旋转的磁头轮的边缘上，用它们在轮上的凸出部分来确定其机械缝隙。衔铁形成一个薄的园筒形的扇形片，且装在把旋转轮的周边套起来的位置上。衔铁保持静止且靠近旋转磁芯，但又与其有间隔，以接通由后磁芯限定的旋转缝隙，由此，旋转的缝隙依次在衔铁上扫描。磁带沿纵向传送经过静止的衔铁并且最好与衔铁相接触。在图19和20的实施例中，在每个后磁芯中形成的机械缝隙横向的扫描磁带。而在图21的实施例中，磁带是沿着一个螺线通路传送时被一个运动的传感区扫描。上述的传感区是由一个相对于静止的衔铁旋转的传感器建立的。下面将进一步的描述。
参考图19，图中所示为一个非磁性材料的底座570，例如铝，在这个底座570上安装了一个旋转的传感器-静止衔铁组件572，一磁头轮574固定了一个或更多的后磁芯520，这一点类似于图17中所描述的情况。一个控制线圈542缠绕在每个磁芯520上。如果所使用的磁芯个数大于1，那么在轮的园周上它们之间最好有相等的间隔。
在图19的实施例中，衔铁578是一个被支撑的园筒形的扇形片，它与旋转的磁头轮周线是同心的，因此在旋转的机械缝隙526和衔铁578之间可以获得一个相等的间隙。磁带580按箭头582所示的纵向传送和经过衔铁578且与衔铁的外表面585相接触。缠有一个信号线圈587的前磁芯586紧固在衔铁578上，它是用类似于图17的实施例中的方法安装的。前磁芯586最好有一个U形的开口端，这两端与衔铁578的侧表面有接触，以形成一个闭合磁路，这里用的方法在图17的实施例中已描述了。
滑环组件588包括一个绝缘材料制成的棒593，(例如塑料)，和一组滑环590，为了旋转，这个组件与电动机轴575紧固在一起。每一个滑环590借一个导电体591与安装在一个特定的后磁芯520上的一个特定的控制线圈542相连接。例如滑环590可以是缠绕在绝缘棒593表面上的金片。
电刷或电刷组件包括一组单独的电刷595，它们通常与一个可调的直流控制电压源546相连接。单独的可调的串联电阻544与每个电刷595相连，以允许控制电流的调整。该控制电流是供给单独的控制线圈542的。组件589借一个绝缘托架594紧固在底座570上，例如铝。公知的和市场上买得到的电刷和滑环组件589、590可把控制电流分别接到旋转的控制线圈542上，该控制电流是由电源546供给的。例如电刷部件的零件号码3751-001和滑环组件的零件号码3857-01(由Poly-Scientific，LittonSystemsInc，制造的)这两种组件分别地用作电刷和滑环组件589、590是合适的。信号线圈587与一个记录信号电路相连，或与一个播放信号电路相连，这种连接方式可以参考图17和18的实施例中已经描述的方式。
现在来描述图19中的传感器组件572的工作。在图19中，利用旋转的后磁芯和静止的衔铁来进行记录或播放工作的方法是和上面图17的实施例所描述的方法相同的。然而，代替了前面所描述的上下移动，本实施例中的后磁芯是沿着相对于衔铁和磁带的一个方面旋转的。在记录介质上可获得一个更均匀和更线性的扫描。由后磁芯的旋转运动，也很容易使旋转的速度和磁带纵向的运动同步。
为了沿着纵向移动的磁带580记录信号，利用上述旋转的传感器-静止衔铁组件时，从一个通用的记录电路(没有画出)供给传感线圈587一个记录电流。同时，借电刷和滑环组件588、589供给旋转控制线圈控制电流Ic。当每个机械缝隙526顺序地转过衔铁578时，由此发出的磁通饱和衔铁的一个区域，这个区域把缝隙接通。实际上这个饱和区是缝隙526的一个延伸面，正象前述的各种传感器-衔铁组合系统的实施例一样。从衔铁578的导磁区出来的磁通进入一个相邻的介质，衔铁578包围饱和区。这样，当磁带580经过衔铁578并且与其外表面585相接触时，从衔铁中来的信号磁通在磁带上沿着平行的磁道597记录一个信号。
在图19的实施例中，将看到机械旋转的机械缝隙526与衔铁578和介质580不相接触。由于传感器与介质接触引起的气隙磨损和腐蚀被消除了。另外，因为一个相对慢移动的介质与一个静止衔铁光滑表面相接触，所以衔铁的磨损是极小的。由于衔铁与磁带间的相对速度非常低，所以磁带脱出也被减少，而磁带脱出是传感器与磁带的相对速度高的记录装置所特有的。
在一个传感器磁芯520经过衔铁578时，在磁带上的每个磁道中信号传递存在。后磁芯520最好围绕着轮574有相等间隔，以使在磁带580和传感器线圈587之间可以传送一个连续的信号，也就是一个始终不间断的信号，上述的信号传送是由相邻的后磁芯520绕着静止的衔铁578旋转来进行的。然而，信号传送能够有选择地进行，例如在一个时间间隔内将偏磁控制电流接通和关断(对于记录工作，为了这个目的能够按上述结果控制记录信号电流)，这种信号传送也是在多个旋转的后磁芯扫描衔铁时进行的。
参考图18B实施例的描述，在图19的装置中可以利用图18B实施例中的后磁芯520a、520b与旋转轮574相连接，这是不言而喻的。
图20显示了一个宽频带、高密度的记录和播放装置，这个装置利用了一个类似于图19的实施例中组件572的旋转组件607。在这里，衔铁578与一个非导磁的支撑托架579相连接。在托架579中提供了一个槽581，它允许磁头轮574靠近衔铁578旋转。本实施例中的传感器-衔铁组合系统与图19中的系统区别在于一个单独的信号线圈539缠绕在后磁芯520上，且为接收信号电流和偏磁控电流，线圈539接到相应的电路上。这样，后磁芯520就起到提供控制和信号磁通通路的作用，这在图18A的实施例中已描述过了，但图20的实施例中没有前磁芯。在图20所示的装置中，控制电流Ic及记录电流Is或播放电压Vs借旋转的耦合元件被耦合到旋转的后磁芯520的线圈539上，该耦合元件在图19的实施例中已有描述，如滑环和电刷组件588、589。记录信号电流或播放电压借助于一个旋转的变换器组件与线圈539相连。这个变换器组件有一个初级部分610和次级部分612。初级部分610和磁头轮574一起与旋转电动机的轴575紧固，并随之旋转。每个后磁芯520都有一个旋转的初级变换部分610。每个初级变换器部分610有一个初级线圈614与一个线圈539相接。在线圈539和初级线圈614间串联电容器566，以使信号处理电路与交流偏磁控制电路相隔开。
图20中的装置包括一个记录信号处理机616和一个播放信号处理机618，用于处理一个信号，这个信号优先于在处理机和磁带580之间的传送的信号。图20中的装置可用在高密度的电视信号或其它高频、宽频带信号的记录和播放，上述信号是在纵向移动的磁带上横向延伸的磁道597中进行记录和播放的。为了选择一个记录或播放的工作方式，设置了一个开关624。在记录工作方式时，从记录放大器620中来的记录电流Is借开关624和导线626而接通到变换器的次级线圈628中。在播放工作方式时，导线626和开关624把从次级线圈628输出的播放电压Vs连接到播放放大器622上。在图20的装置中所使用的记录和播放信号处理机616、618和放大器620、622，在有关记录和播放宽频信号(例如电视信号)的文章中已有描述，因此这里就不详细说明了。
对图20所示的装置，可以利用磁带传送机械(没有示出)沿着纵向582传送磁带680，磁带在传送中与衔铁578的外表面585相接触，上述的这种传送机械是利用公知的旋转磁头横向扫描磁带记录和电视信号放音装置中的传送机械装置。因此，公知的磁带的记录和播放装置中的简单的磁带传送机械装置也可以在这里使用。
为了使磁头轮驱动电动机576的旋转与磁带580的纵向传送相协调，设置了一个伺服系统630。除了下面描述的以外，伺服系统630的布置和其所起的作用与在图16的实施例中描述的伺服系统180是一样的。因此，除了图20实施例中的伺服系统630和伺服系统180之间的区别以外，对于图20中的伺服系统630本身或其工作将不予描述。对于图16和20的两个实施例中标有相同号码的组件以及对它们作用的了解，从图16实施例的描述中便能得到。
考虑到图20实施例中伺服系统630的区别，布置了一个伺服电路691，它根据磁头轮的旋转相位和速度的一个测速信号指示，通过磁头轮574来调整后磁芯520的旋转。这个测速信号由一个测速机械装置产生，该装置与工作中的磁头轮电动机576相连接，以测量磁头轮旋转的方向和速度，及后磁芯520的旋转位置，磁芯520由磁头轮装带。导线640把测速信号接到伺服电路691的一个输入端。根据该测速信号，伺服电路691产生一个磁头轮控制信号，经导线692送至磁头轮的电动机576，以使磁头轮574维持在由参考信号决定的旋转速度和希望的相位上。在记录工作方式时，由导线187供给的与控制信号同步的信号和测速信号相比较，以产生磁头轮的控制信号。在播放工作方式时，一个由导线187供给的播放标准同步信号用来决定磁头轮的旋转相位和速度。
通过上面的描述，可以明白图20中的装置适合于在纵向移动的介质上的横向磁道中记录和播放信号，该移动的介质与衔铁的外表面相接触。引起一个小气隙传感区的形成和移动的旋转机械缝隙与衔铁和介质不相接触，因此，该缝隙不容易受到磨损或损坏。传感器-衔铁组合系统的磨损可以减小，这种磨损是由一个相对慢前进的介质与一个静止的、小缝隙、衔铁的光滑外表面相接触所引起的。
图21图解了本发明的另一个宽频带、高密度信号的记录和播放装置的实施例。在图20实施例中的磁头轮沿着一个表面与磁带纵向移动相垂直的方向旋转，而在图21的实施例中的磁头轮是沿着一个表面与磁带纵向移动相平行的方向旋转。当希望在磁带较长磁道上记录时，这种布置是特别有用的，例如螺旋旋转扫描和纵向磁带记录和播放的装置。在普通的螺旋旋转扫描装置中，磁带被引导到一个螺旋通路中，由一个旋转的传感器从引导轮的一边扫描，且磁带缠绕在园轮上，以致另一个位置的一个园轮沿着相对于记录位置上的轮园表面轴向转动，使磁带连续运动。信号被记录在独立的、相互平行的磁道上。该磁道斜着沿磁带延伸，相对于磁带纵向上有一个角度，在磁带上可以获得一个大大超过磁带宽度的磁道长度。对于一个给定的螺旋扫描装置的结构，记录磁道的角方向是磁带引导轮上的磁带传送速度和旋转传感器的转速的一个函数。因此，矢量角的变化取决于旋转传感器和磁带传送二者的速度。在大多数的螺旋扫描装置中，传感器由磁带引导轮来带动，其由两个轴向位移的园筒形部件来完成，其中一个旋转而另一个保持静止。
然而图21所示的装置与普通的旋转螺旋扫描装置的不同之点在于由传感器磁芯提供的机械缝隙不与磁带相接触。磁带是与一个静止的衔铁相接触，在这个实施例中的静止衔铁布置成园形，并且与旋转磁头轮部分隔开，静止衔铁与装在磁头轮上的传感器磁芯的旋转机械缝隙不相接触。
参考图21，一个旋转的磁头轮662与一个静止的上轮660同轴心的安装在一起，这两个轮是由铝或其它非磁性材料制成的。磁头轮662有一个或更多后磁芯520，该磁芯520紧固在磁头磁头轮662上，且磁头轮662安装在一个轴上，该轴由一个驱动电动机699来驱动。在图21中，画出了轴的一部分661。在图21的装置中，磁芯520和磁头轮662的下表面相连接，例如用环氧树脂。然而，它们也可用其它方式安装在磁头轮662上，例如放入在磁头轮提供的槽里和由螺钉或其它固定件安装。一个非磁性材料制成的静止下轮664，例如铝，与上轮660同轴心的安装，且和上轮660有相同的直径。这两个轮彼此轴向的移开，在这两个轮之间为旋转的后磁芯520限定了一个间隔或槽666。一个磁性材料的(例如透磁合金、铁硅铝磁合金和非晶体金属)衔铁667围绕着轮660、664的园周表面部分安装，并且紧固地附着在上面，如用一个螺钉。衔铁的厚度最好选择在图17的实施例中被详细说明的范围之内。衔铁667与旋转的磁芯520隔开，也就是这些磁芯在靠近衔铁处旋转但并不相接触。在图21中所示的磁芯520有一个公用的传感信号和控制线圈668，它类似于在图20中所描述的线圈539。
磁带676在一个纵向677上传送，这个纵向是沿着围绕在静止的轮660、664上延伸的一个螺旋通路，并且磁带与衔铁667相接触。为了保证与衔铁的紧密接触，磁带由旋转的磁带引导轮690、691在一定张力下被引导。
一个旋转的变换器与轮组件同轴心的安装，且它有一个与电动机的轴661相连的旋转的上部分669和一个静止的下部分670。每一个旋转的后磁芯520的绕组668与初级线圈(没有画出)相接，该初级线圈配制在旋转变换器的旋转部分669。连接一个电容器566是为了使信号处理电路与直流偏磁控制电路相隔断，这一点可以参考图18A和20的实施例中的描述。在播放工作方式时，感应信号借助于导线626、开关624和放大器622供给播放信号处理机618，该感应信号是从旋转的初级线圈所加信号感应到设置在变换器的静止部分670的静止次级线圈上的。在记录工作方式时，从记录信号处理机616来的被记录信号借助于放大器620、开关624和导线626供给线圈668。滑环组件588和电刷组件589类似于图20中的描述，因此，对图21的描述中不再重复它们。为了与电动机轴661一起旋转，滑环组件588与电动机轴的延长部分674连接。
从前面关于图18B的实施例的描述中知道当图20或21的装置处于记录工作方式时，一个独立的磁通偏-生控制电流Ic可以省去，所供给的足够的记录电流接通到信号线圈上，以使假气隙或衔铁667内的传感区饱和。
虽然图21的实施例类似于图20的实施例，但也有不同之处磁带676沿着方向677传送并经过旋转的磁头轮662。在图20的实施例中，靠旋转的后磁芯520来确定的缝隙526以一定的角度扫描磁带，这角度实际上是与磁带580的传送方向和纵向相垂直的。可是在图21的实施例中，缝隙526是以一个选定的角度扫描磁带676，这个角度在图中表示为n，它是与纵向和磁带676传送的方向677有关，这角度是根据被记录的磁道675的需要的长度来选择的。在图21中能够看到，本发明的这个实施例展示了记录信号的长磁道675，该磁道实际上是相对于磁带676的长度方向以一个非常小的角度纵向延伸。
为了使磁头轮驱动电动机699的旋转和磁带676的纵向传送相协调，设置了如图20实施例中那样的一个伺服系统630。这种伺服系统630的布置和它所起的作用在图20的实施例中已经描述过了，此处不再赘述。
从上面的描述可以知道象图20的装置一样，图21的实施例适合于沿着这样的磁道记录和播放信号，该磁道是在一个移动磁带的长度方向上延伸的;该移动的磁带与衔铁的外表面相接触;衔铁没有机械缝隙。正如上面已经描述的，这种接触导致了在磁带676和线圈668之间为信号信息建立了一个磁通通路。这个信号信息是不依赖于波长的，也减少了间隙损失的影响。旋转的机械缝隙与衔铁和介质不相接触，该机械缝隙引起一个(gap-less)小缝隙传感区的形成和移动，因此该缝隙不易受到磨损或损坏。传感器-衔铁组合系统的磨损被减少，该磨损是由一个相对慢前进的介质与一个静止的、(gap-less)小缝隙、衔铁的一层光滑外表面相接触而引起的。
虽然本发明对于特殊的各种实施例已经说明和描述了。但是也可以在形式上和细节上做变形和修改，这种变形和修改没有超出本发明的精神和范围，这个保护范围将在附加的权利要求书中给予限定，这一点是可以理解的。
权利要求
1.一种在信号绕组和磁性记录介质之间传送磁性确定的信息的装置，它包括一磁芯，其磁极间限定一非磁性缝隙；一静止磁性材料体，靠近所说磁芯延伸，以在所说信号绕组和所说记录介质之间传送磁性确定的信息时跨接所说非磁性缝隙，所说静止磁性材料体限定在所说材料体和所说信号绕组间延伸的磁路，并在所说信号绕组和所说记录介质间传送磁性确定的信息时被置于磁性上紧靠记录介质；产生控制磁通的装置，该控制磁通在所说磁性材料体和所说磁芯之间流动，以在所说材料体中建立磁导率基本不同的相邻区域，这些相邻区域在所说材料体中确定一信号传送区，以将磁通耦合进或出所说磁路和进或出所说记录介质；以及使所说磁芯相对于所说磁性材料体移动的装置；以改变它在所说材料体中的位置，在该位置处所说控制磁通在所说材料体和所说磁芯之间流动，从而在所说磁性材料体中移动所说信号传送区的位置。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于，所说磁性记录介质相对于磁芯移动，该装置还包括同步装置，用以使所说磁芯随所说记录介质的移动一起移动。
3.根据权利要求1的装置，其特征在于，连接所说移动用的装置，以提供一个使所说磁芯相对于所说磁性材料体作往复的线性移动。
4.根据权利要求1的装置，其特征在于，它还包括移动磁性记录介质用的装置，使磁性记录介质通过磁性材料体并和磁性材料体直接接触。
5.根据权利要求1的装置，其特征在于，所说产生控制磁通的装置含有一个置放在所说磁芯上的绕组，用以接收电流，以在要耦合到所说磁性材料体的所说磁芯中产生所说控制磁通。
6.根据权利要求1的装置，其特征在于，它还包括一个前磁芯与所说磁性材料体并置，并与之形成基本上闭合的磁路，而其中所说产生控制磁通的装置包括一绕组置放在所说前磁芯上。
7.根据权利要求6的装置，其特征在于，所说前磁芯对于所说磁芯是静止的，所说闭合磁路限定所说磁通路径，而所说信号绕组置放在所说前磁芯上。
8.根据权利要求1的装置，其特征在于，所说静止磁性物体是一条形磁性材料，其宽度至少等于所说非磁性缝隙的宽度。
9.根据权利要求1的装置，其特征在于，耦合所说移动装置，使所说磁芯相对于所说磁性材料转动。
10.根据权利要求9的装置，其特征在于，所说移动装置包含一个可转动的构体，其周边装有所说磁芯，磁芯的非磁性缝隙由所说可转动的构体面向外，磁性材料的所说静止体在所说可转动构体的至少一部分周边以极小间隔的方式安装。
11.根据权利要求10的装置，其特征在于，它还包括移动装置，该移动装置将磁性记录介质经以一个与所说可转动构件的转动平面成一角度的方向移经磁性材料的所说静止体。
12.根据权利要求11的装置，其特征在于，它还包括装有一圆柱状鼓件，用以按对可转动构件的所说角度的螺旋路径中导引磁性记录介质。
13.根据权利要求10的装置，其特征在于，它还包括移动装置，用以将磁性记录介质以一个基本上垂直于可转动构件的转动平面的方向移经磁性材料的所说静止体。
全文摘要
一个设有机械缝隙及高磁导率及低矫顽力薄磁体的磁芯与并接缝隙的衔铁布置得相当靠近。由缝隙引导的磁通使并接缝隙区域部分的衔铁饱和，由此造成了一个在衔铁中形成传导区域的假缝隙。磁芯相对于固定的衔铁移动或扫描，由此相应于衔铁中的假缝隙对靠近衔铁近处的磁存储介质的移动或扫描。
文档编号G11B5/00GK1079838SQ93101280
公开日1993年12月22日 申请日期1993年2月2日 优先权日1985年12月13日
发明者贝弗利·R·古奇, 罗杰·W·伍德, 雷克斯·尼德迈耶 申请人:安佩克斯系统公司