CC BY
9
ИССЛЕДОВАНИЕ КРИТИЧЕСКИХ ЗОН ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ НА МОДЕЛЯХ
Г.В. Шагрова
THE INVESTIGATION OF CRITICAL ZONES OF INFORMATION RECORD ON MODELS
Shagrova G.V.
The paper presents the investigation of information magnetic carriers and magnetic heads according to the models of critical zones.
В работе исследованы магнитные носители информации и магнитные головни по моделям критических зон.
УДК 004.083.3
При продольной записи поле магнитной головки ориентирует магнитные моменты частиц рабочего слоя магнитного носителя при записи в направлении поля. Так как частицы носителя реально могут иметь различную коэрцитивную силу, то намагниченная под действием поля рассеяния область ограничена некоторой критической зоной. Эта зона зависит от минимального и максимального значения коэрцитивной силы и имеет конечную протяженность. Величина и форма критической зоны зависят от величины тока подмагничивания, свойств рабочего слоя носителя и ширины рабочего слоя магнитной головки.
Так как форма, размеры и расположение критических зон записи определяются не только магнитными свойствами частиц рабочего слоя магнитных носителей записи, но и свойствами магнитных головок, режимом записи, поэтому их исследование позволяет определить влияние того или иного параметра магнитных головок или магнитных лент на процесс записи. Расчеты размеров, формы и расположения критических зон записи относительно рабочего зазора выполненные теоретически по выбранной модели записи [1] являются трудоемкими и дают результаты, которые не всегда адекватно отражают реальные параметры магнитной головки. Поэтому актуальной является разработка экспериментальных методов определения параметров магнитных головок и магнитных лент как по критическим зонам записи, полученным при моделировании
процесса записи, так и по зонам стирания, полученным на реальных сигналограммах различных магнитных носителей информации.
Для моделирования критических зон записи на магнитных носителях, расположенных перпендикулярно рабочей поверхности магнитной головки, использована методика [2], согласно которой запись осуществляется на неподвижный носитель при пропускании через магнитную головку тока высокочастотного подмагничивания и дву-полярных импульсов. Отношение амплитуд полупериодов импульсов различной полярности варьируется в пределах от 1 до 2,5. Магнитный носитель располагается перпендикулярно относительно рабочей поверхности магнитной головки с помощью устройства, обеспечившего микрометрическое перемещение носителя в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Магнитная лента с визуализированной зоной записи располагается на предметном столике микроскопа БМИ - 1Ц, размеры зоны измеряются координатным способом. Точность отсчета составляет 1 мкм.
Исследована зависимость формы критической зоны записи от величины тока высокочастотного подмагничивания при записи однополярных и двуполярных импульсов на магнитных носителях А4206-ЗБ, А4403-6Б, А4З09-6Б, А4212-ЗБ, А421З-3Б,Махе11, МА-ЯС60, МА-ЯС90, А^гот [2,3,4]. Получен обширный экспериментальный материал по свойствам магнитных лент с рабочим слоев из окиси железа у- Ре203, двуокиси хрома Сг02, двухслойного БеСг и порошкового железа.
При моделировании процесса записи на неподвижном магнитном носителе установлено, что полностью намагниченные зоны записи получены на носителе МА-ЯС90 (ТДК) и зоны записи виде дуги, центральная часть которой плохо выявляется при визуализации с помощью магниточувствительной жидкости на других типах носителей, при записи двуполярных импульсов. Полное выявление размеров и формы критических зон записи может быть получено на носителях типа МА-ЯС90, А^гот, А4206-3Б, А4309-
6Б, А4213-3Б при использовании методики записи, по которой через обмотку магнитной головки пропускают одновременно одиночный прямоугольный импульс и ток высокочастотного подмагничивания. Полученные при этом зоны записи полностью намагничены [3].
Исследование критических зон записи может быть проведено также и при стирании ранее записанных на магнитном носителе периодических сигналов с помощью тока убывающей амплитуды. Так как последняя методика является более простой, то для сопоставления размеров и формы критических зон записи с характеристиками магнитных носителей и магнитных головок используются зоны стирания.
Для получения зон стирания в [3] разработана методика, согласно которой магнитная лента с предварительно записанным периодическим сигналом располагается перпендикулярно рабочей поверхности и рабочему зазору магнитной головки.
Согласно [5] для наилучшего размагничивания частиц переменным током частотой 60-80 кГц убывающей амплитуды необходимо, чтобы отношение двух соседних пиков напряженности магнитного поля было не менее 0,9-0,95, поэтому через обмотку магнитной головки медленно пропускают ток, увеличивая его от нуля, до I, затем медленно уменьшают до нуля.
Влияние ориентации оси легкого намагничивания частиц носителя относительно рабочей поверхности магнитной головки изучено на примерах магнитных носителей типа МА-ЯС90, А^гот, А4206-3Б, А4213-3Б. Предполагается, что оси легкого намагничивания частиц направлены вдоль дорожки записи ленточных носителей. На магнитных лентах предварительно записаны периодические сигналы, намагниченные в плоскости магнитной ленты вдоль, перпендикулярно и под углом 450к оси легкого намагничивания частиц. Размагничивание носителей осуществляется переменным полем частотой 65 кГц убывающей амплитуды. Максимальный ток стирания 1= 100 мА. Стирание производится на краю магнитных носителей, расположенных в плоскости,
перпендикулярной рабочей поверхности и рабочему зазору магнитной головки, а также на краю отрезков, срезанных под различными углами у к оси легкого намагничивания частиц носителя. Средняя ширина рабочего зазора магнитной головки составляет 60 мкм. Границы зон стирания, полученные на магнитных носителях типа: А4206-ЗБ; Ап-егот; А421З-ЗБ; МА-ЯС90(ТБК) при стирании продольной записи уровнем 256 нВб/м и длиной волны 7,5 мкм представлены на рисунках 1-4 соответственно. Сплошными линиями на этих рисунках показаны зоны стирания, полученные при у =0°, то есть при продольной ориентации носителя, пунктирными линиями - границы зон стирания, полученные при у = 90°, то есть на отрезках магнитной ленты, срезанных под углом 900 к оси легкого намагничивания частиц. Для визуализации границ размагниченных участков использована магниточувствительная жидкость, позволяющая визуализировать сигналограммы с уровнем записи -20±1дБ. Показанные на рисунках 1-4 границы участков, размагниченных до уровня не выше -20 дБ, определены с погрешностью не более ± 5мкм. По осям Ох и Оу отложены нормированные координаты границ зон стирания как 8 /(25), где 8 - соответствующая координата в мкм, X = З0мкм - полуширина рабочего разора магнитной головки. Начало
координат соответствует середине рабочего зазора, координатная плоскость перпендикулярна рабочей поверхности магнитной головки.
При изменении у от 00 до 90 размеры и форма зон стирания изменяются.
При продольной ориентации носителей и при у=900 зоны стирания симметричны относительно рабочего зазора магнитной головки. На магнитном носителе рисунок 1 максимальная высота зон стирания при у=00 и при у=900 наблюдается в центре зоны.
Для высококоэрцитивных носителей при у=900 глубина области намагничивания уменьшается по сравнению с полученной при у=00, в центре зоны стирания наблюдается провал.
Аналогичные исследования проведены на примере продольной записи с уровнем 256 нВб/м и длиной волны 48 мкм. Характер изменения размеров и формы зон стирания при изменении ориентации носителя такой же, как и при ^=7,5 мкм.
Зоны стирания, полученные на магнитной записи, сделанной в плоскости магнитной ленты под углом 900 к оси легкого намагничивания частиц, в отличие от зон стирания продольной записи провала в центральной части не имеют.
Рис. 1. Границы зон стирания, полученные на магнитном носителе А4206-ЗБ при у=00 (сплошные линии) и при у=900 (пунктирные), Х=7,5 мкм.
Исследования зон стирания сигнало-грамм, вектор остаточной намагниченности которых параллелен, перпендикулярен или ориентирован под углом 450 к оси легкого намагничивания частиц носителя, показали, что:
- при продольной ориентации магнитной ленты, когда при стирании ось легкого намагничивания частиц параллельна рабочей
поверхности магнитной головки, получены симметричные зоны, высота которых максимальна в центре зон. Высота зон стирания на разных сигналограммах отличается не существенно, в пределах погрешности измерения. По-видимому, при параллельной ориентации оси легкого намагничивания частиц и внешнего поля, поля перемагничивания мало зависят от направления остаточной намагниченности частиц;
Рис. 3. Границы зон стирания, полученные на магнитном носителе А^гот при у=0 (сплошные линии) и при у=90° (пунктирные), Х=7,5 мкм
Рис. 4. Границы зон стирания, полученные на
магнитном носителе МА-ЯС 90(Т0К) при у=00 (сплошные линии) и при у=900 (пунктирные), Х=7,5 мкм
- при перпендикулярной ориентации оси легкого намагничивания относительно внешнего поля величина перемагничиваю-щего поля зависит от направления остаточной намагниченности частиц М . Величина поля перемагничивания возрастает, если М параллельна оси легкого намагничивания
г 0 или угол между М и осью составляет 45 по
сравнению с величиной, полученной, когда ось легкого намагничивания параллельна Н . В остальных случаях величина поля перемагничивания не меняется;
- Размеры зон, полученных при стирании различных сигналограмм, зависят от коэрцитивной силы магнитного носителя.
В соответствии с простейшей моделью магнитной головки, поле на расстоянии Я от рабочего зазора магнитной головки равно:
Н = 4п1 / Я (1),
п - число витков обмотки магнитной головки [6], следовательно если Я > X, то для одного же тока можно записать:
Н = Н 0 Я,/ Я (2),
где Я - расстояние от середины рабочего зазора до соответствующей точки на границе зон стирания, а Н0 и @ соответствуют вершине зоны стирания, в которой вертикальная составляющая поля МГ отсутствует, то есть в точке (0, Гтах). Так как расстояние от центра рабочего зазора до границ зон
стирания не одинаково для различных направлений (иначе границы зон имели бы форму полуокружностей), то можно предположить, что в зависимости от взаимной ориентации между осью легкого намагничивания и направлением внешнего магнитного поля, для перемагничивания частиц требуются различные по величине внешние поля. Только для магнитных носителей, содержащих частицы у - Fe203 (А4309-6Б, А4206-ЗБ), получены зоны стирания по форме близкие к полукругу. По-видимому, величина внешнего поля, необходимого для перемагничивания частиц этих носителей, мало зависит от ориентации оси легкого намагничивания частиц, или степень ориентации частиц в этих носителях сравнительно невелика. На рисунке 5 представлены поля перемагничивания носителей типа MA-RC90 (TDK), Angrom, А4206-3Б, А4213-3Б, которые предварительно намагничены перпендикулярно оси легкого намагничивания частиц. Поля перемагничивания, получены следующим образом: по зонам стирания были определены соответствующие значения 7max = R0, затем радиусы зон, измеренные под углами от 00 до 900 к рабочей поверхности магнитной головки с интервалом 50.
Значения радиусов зон Rj определены как расстояния от начала координат до границ зон в точках, соответствующих повороту относительно оси Оу на угол а. Значения Н определены по формуле (2) и отложены на графике под углами аг- к оси абсцисс. Значения Нг- нормированы на H0 - горизонтальное поле перемагничивания носителя А4213-3Б в точке(0,7^).
Сплошными линиями показаны значения полей перемагничивания, полученные при у = 0, когда продольная составляющая поля магнитной головки параллельна оси легкого намагничивания частиц. Пунктирными - у = 90, когда продольная составляющая поля магнитной головки перпендикулярна оси легкого намагничивания частиц.
Hv
но
60°
-I?0 \\ \\ 0 . 30
-----/ /
—^Э^хУ.11 fttstC f1 V \ \
\\ U
¿^ \ 11\ п
Л: н'
Рис. 5. Поля иеремагничивания носителей типа MA-RC90 (TDK) - 1; Angrom - 2; А4206-ЗБ - 3; A4213-3B- 4 предварительно намагниченных перпендикулярно оси легкого намагничивания частиц. Сплошные линии - значения полей иеремагничивания при, пунктирными - у = 90
Для построения кривых перемагничи-вания использованы зоны стирания магнитной записи с длиной волны 48 мкм, чтобы уменьшить эффект саморазмагничивания магнитной сигналограммы. Поля перемаг-ничивания, полученные при изменении тока стирания от 20 до 100мА практически совпадают, и на рисунке 5 показаны одной сплошной кривой при у = 0 и одной пунктирной - при у = 90 .
Таким образом, как видно из рисунка 5 минимальное поле требуется для перемаг-ничивания частиц носителя типа А4206-3Б, а наибольшее для частиц носителя типа MA-RC90 (TDK).
Исследовано влияние ширины рабочего зазора на зоны записи и стирания с помощью модельной магнитной головки с клинообразным рабочим зазором, ширина которого изменяется от 40 до 100 мкм. Стирание сигналограммы производится на уча-
стках рабочего зазора, средняя ширина которых составляет: 45, 60 и 90 мкм.
Зоны стирания, полученные на магнитных носителях типа А4213-3Б, MA-RC90 (TDK), Angrom при стирании синусоидальных сигналограмм с длиной волны 7,5 мкм, представлены на рисунках 6-11.
При токе стирания >50 мА зоны стирания, полученные при различной ширине рабочего зазора, имеют одинаковую высоту, а ширина зон стирания увеличивается при возрастании ширины рабочего зазора магнитной головки. При токе стирания < 40 мА зоны стирания, полученные при различной ширине рабочего зазора, отличаются как по размеру, так и по форме.
На магнитном носителе MA-RC90 (TDK) при токе 30 мА зоны стирания, полученные при ширине рабочего зазора 45 мкм, имеют небольшой провал в центре, а при 60 мкм и при 90 мкм они разделяются на две, локализованные у ребер рабочего зазора.
Y, мкм
Рис. 6. Зоны стирания, полученные на носителе А4213-ЗБ. Ток стирания, мА 70 - кривые 1,2,3; 50мА -4,5,6; 40 - 7,8,9. Ширина рабочего зазора, мкм: 90 - кривые 1,4,7; 60 - 2,5,8; 45 - 3,6,9.
.МКМ
50 . 40 -зо -20 -10 0 10 20 30 40 50 X. мкм
Рис. 7. Зоны стирания, полученные на носителе MA-RC90 (TDK) при токе 50 мА. Ширина рабочего зазора, мкм: 90 - кривая 1; 60 - 2; 45 - 3.
. Y.mkm
20
10 \ ^ V "> > О
-50 -40 -30 -20 -Ю 0 Ю '20 30 40 50 Xjvkm
Рис. 8. Зоны стирания, полученные на носителе MA-RC90 (TDK) при токе 40 мА. Ширина рабочего зазора, мкм: 90 - кривая 1; 60 - 2; 45 - 3.
Рис. 9. Зоны стирания, полученные на носителе MA-RC90 (TDK) при токе 30 мА. Ширина рабочего зазора, мкм: 90 - кривая 1; 60 - 2; 45 - 3.
Х,мкм
Рис. 10. Зоны стирания, полученные на носителе А4213-3Б при токе 20 мА. Ширина рабочего зазора,
мкм: 90 - кривая 1; 60 - 2; 45 - 3.
Рис. 11. Зоны стирания, полученные на носителе Апсгот при токе 20мА. Ширина рабочего зазора, мкм:
90-кривая 1; 60-2; 45-3.
Высота зон стирания минимальна при ширине рабочего зазора 90 мкм и максимальна при ширине - 45 мкм.
На магнитном носителе МА-ЯС90 разделение зон стирания на локализованные у ребер рабочего зазора участки наблюдается при токе 30 мА и ширине зазора 90 и 60 мкм (рисунок 9) , на магнитном носителе типа Апсгот при токе 20 мА и ширине зазора 90 мкм (рис. 11).
Статическое поле магнитной головки, под действием которого происходит
формирование зон записи и стирания на неподвижном носителе, определяется величиной поле внутри зазора В0 и распределением поля над рабочим зазором. Для оценки изменения величины В0 от ширины рабочего зазора использованы экспериментальные результаты (рисунок 7) и формулы Карлкви-ста [6], описывающие убывание поля в зависимости от расстояния от рабочего зазора.
5 + X 5 -
аг^--1- аг^-I, (3)
=- ^ п
i
\
_ = ^ у2 + +X)2
(4)
п У2 + (5 - X )2 ' По экспериментальным значениям высоты зон стирания, полученным при токе стирания 50 мА и 70 мА для носителя А4213 по формуле (3) рассчитаны значения В ,
Вх2, ВХз - полей рабочих зазоров шириной
281=90мкм, 282=60мкм, 283=45мкм. В таблице представлены нормированные значения полей Вх)/ В01 , Вх2/ В02 , Вх3и Воз . В
предположении, что в вершине зон поля, действующие на частицы носителя ВХ), Вх2,
В
хз
одинаковы получены соотношения ме-
жду В01, В02, В03 по формуле (3).
Для определения насыщения сердечников магнитных головок [7] использован экспериментальный метод моделирования критических зон записи, при котором неподвижная магнитная лента с предварительно записанными периодическими сигнало-граммами размещается перпендикулярно рабочей поверхности магнитной головки. При пропускании через обмотку магнитной головки высокочастотного тока убывающей амплитуды (от /тах до 0) вблизи рабочего зазора происходит стирание сигналограмм. Границы стертых участков определены путем визуализации сигналограмм с помощью эмульсии магнитной жидкости в воде и из-
мерены координатным методом с помощью микроскопа БМИ-1Ц. Эмульсия, применяемая для визуализации, содержит капли размером ~ 1 мкм и позволяет определять границы стертых участков с погрешностью ± 5 мкм. В результате проведенных исследований размеров и формы стертых участков полученных на ленточных носителях различного типа установлено, что при увеличении тока стирания /тах размеры зон стирания вначале увеличиваются пропорционально /тах . Затем, вследствие насыщения полюсных наконечников магнитопровода, рост размеров зон стирания замедляется.
Разработана методика определения тока магнитной головки, при котором происходит насыщения полюсных наконечников, по зависимости величины, обратной размеру стертого участка, от тока /тах .Установлено, что при токе стирания
больше 25 - 30 мА высота зон стирания возрастает при увеличении тока незначительно, следовательно, можно сделать вывод о насыщении поля МГ при таких токах. Измеренные значения тока, при котором начинается сказываться насыщение полюсных наконечников, полученных на носителях с различными магнитными характеристиками, совпадают в пределах погрешности эксперимента не превышающей 8%.
Таблица
Соотношения между индукциями поля внутри клинообразного зазора
28, мкм 1= 50 мА I = 70 мА
90 60 45 90 60 45
У / 5 0,82±0,06 0,55±0,05 0,41±0,04 0,54±0,04 0,36±0,02 0,27±0,02
пВх, /(2В0.) 0,69±0,05 0,50±0,04 0,30±0,04 0,50±0,03 0,35±0,02 0,27±0,02
В03 и В02 1,3±0,2 1,3±0,2
В03 и В01 1,8±0,2 1,9±0,2
ЛИТЕРАТУРА
1. Muret P. Optical absortion in polystrystalline thin films of magnetite at room temperature // Solid State Comm. - 1974-V.14+11.-Р. 1119-1122
2. Создание методов дефектоскопии сенда-стоеых деталей магнитопровода магнитных головок с помощью магниточуестеителъных жидкостей // Отчет по НИР / Стаероп. пед. инт; Рук. В.В. Чеканов. - Ине. +SO284.OO89446. -Ставрополь, 1984. - 118 с.
3. Исследование процесса записи на моделях магнитных головок с помощью магнитной жидкости // Отчет по НИР / Стаероп. пед. ин-т; Рук. В.В. Чеканов. - Ине. +O282.OO775O1. -Ставрополь, 1982. - 78 с.
4. Разработка метода измерения магнитной проницаемости сендастоеых деталей магнитопровода магнитных головок и исследование критических зон записи на моделях цифровых магнитных головок // Отчет по НИР/ Стаероп. пед. ин-т; Рук. Ю.Н. Скибин. - Ине. + O286.OO5896O. - Ставрополь, 1985. - 138 с.
5. Бургов В. А. Терия фонограмм. — М.: Искусство, 1984. — 302 с.
6. Карлквист О. Расчет магнитного поля в ферромагнитном слое магнитного барабана // В сб.: Магнитная запись электрических сигналов. — М.: Энергия, 1967. — С. 131—154.
7. Дроздова В.И., Скибин Ю.Н., Шагрова Г.В., Якштас А.А. Применение магнитных жидкостей для исследования процесса магнитной записи // 12 Рижское совещ. по магнитной гидродинамике (тез. докл.). — 4.3. — Саласпилс, 1987. — С. 43 — 46.
Об авторе
Шагрова Галина Вячеславовна, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры ИТОиУ Ставропольского государственного университета. Сфера научных интересов - применение магниточувствительных жидкостей в дефектоскопии, моделирование и исследование структуры и физических свойств магнитных коллоидов, применение инфокоммуникационных технологий в образовании и научных исследованиях.
