Cabeza magnética

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Cabeza magnética  : un dispositivo para escribir, borrar y leer información de un medio magnético: cinta o disco ( duro o flexible ).

Variedades

El cabezal magnético puede funcionar tanto con una pista como con varias, desde dos ( estéreo ) hasta 16 (ver. Grabación multipista ) o más. Por ejemplo, para el almacenamiento de datos en mainframes , el estándar de grabación de 9 pistas fue común hasta finales de los años 80 . La grabación de 9 pistas también se usa en algunos streamers modernos .

Para diferentes procesos, se utilizan cabezales diferentes, ligeramente diferentes en diseño [1] : cabezales de reproducción ( GV ), de grabación ( GZ ), universales ( GU ) [2] y de borrado ( GS ).

A veces se utilizan cabezas combinadas, combinando estructuralmente, por ejemplo, GU y HS. Además, a veces se usa un cabezal de polarización separado , grabación y reproducción de señales auxiliares, etc.. Su número varía de uno o dos (GU + GS, la opción más común en una grabadora doméstica) a cuatro o más.

En el caso de utilizar varios parches en una construcción común (tambor, base), se habla de un bloque de parches magnéticos ( BMG ). Para la grabación de líneas cruzadas y líneas oblicuas , los cabezales se pueden montar en un tambor giratorio. Además, el cabezal puede moverse en relación con los medios a lo largo de la pista grabada: en unidades de disco magnético, así como en grabadoras de cinta de marcha atrás y de varias pistas (por ejemplo, formato estéreo 8 ).

Construcción y principio de funcionamiento

Los cabezales de grabación, universales y muchos reproductores tienen un diseño similar, y en el caso más simple es un inductor que tiene un núcleo con un espacio magnético , que es un espacio en el circuito magnético lleno de material no magnético. Al rodear el espacio magnético, las líneas del campo magnético atraviesan la superficie del portador moviéndose cerca de la cabeza magnética. Puede haber contacto directo entre la portadora y el núcleo (a una baja velocidad de la portadora en relación con la cabeza, en grabadoras de audio analógicas, unidades de disquete y lectores de tarjetas magnéticas ), y un espacio de aire (en grabadoras de video , R-DAT y discos duros ). unidades). Cuando el portador se mueve a lo largo de la superficie de trabajo del cabezal magnético más allá del espacio magnético , la magnetización residual afecta el campo magnético del circuito magnético e induce un EMF en el devanado del cabezal, con la ayuda de la cual se realiza la lectura del portador magnético. Si pasa una corriente alterna a través del devanado del cabezal magnético , el campo magnético en el espacio del cabezal cambia la magnetización del área del medio magnético cerca del espacio de trabajo, lo que hace posible borrar y escribir información en el medio.

Además, el efecto de magnetorresistencia se puede utilizar en cabezas lectoras . Las cabezas de lectura de los discos duros pueden utilizar magnetorresistencia gigante y de túnel .

El diseño de GV y GU contiene necesariamente una pantalla que protege contra campos electromagnéticos externos. También requieren protección contra campos magnéticos permanentes causados ​​por remanencia parásita en las partes circundantes de la unidad de cinta, de lo contrario, la vibración mecánica que actúa sobre la cabeza en un campo magnético constante conduce al efecto de micrófono .

En el proceso de operación, el espacio y la superficie de los cabezales magnéticos se obstruyen con una capa magnética que se desprende de la cinta y, por lo tanto, están sujetos a una limpieza periódica.

Para garantizar la compatibilidad de las grabaciones realizadas en diferentes grabadoras de cinta, es importante la alineación correcta de los cabezales magnéticos (su disposición espacial en altura e inclinación con respecto a la cinta) de acuerdo con los estándares aceptados. La coincidencia de los acimutes de los cabezales magnéticos (el ángulo entre el espacio magnético del cabezal y el borde de la cinta) durante la grabación y la reproducción tiene un efecto particularmente fuerte en la compatibilidad de las grabaciones. El desajuste de los acimutes por sólo unos pocos minutos de arco conduce a un deterioro notable en la reproducción de altas frecuencias [3] . En las grabadoras de cinta baratas, a menudo se proporciona un orificio especial en el panel frontal o posterior para ajustar la cabeza "de oído", al máximo de frecuencias altas reproducibles.

Ancho del espacio magnético

El ancho del espacio magnético puede variar desde unos pocos nanómetros (en las cabezas de los discos duros) hasta 100 micrones ( HS de las grabadoras de cinta domésticas).

El ancho del espacio magnético determina un parámetro tan importante como la longitud de onda mínima de registro (es igual al doble del ancho del espacio magnético). La eficiencia de reproducción de ondas más pequeñas que el mínimo disminuye drásticamente debido al hecho de que las secciones magnetizadas, al pasar por el espacio GW, crean campos de diferentes signos, compensándose parcialmente entre sí. Si el ancho del espacio magnético es igual o múltiplo de la longitud de onda de registro, la salida del cabezal magnético reproductor cae a cero. [4] De manera similar, cuando intenta grabar una señal que, a la velocidad de la portadora seleccionada, forma ondas cuya longitud [5] es inferior al doble del ancho del espacio magnético del cabezal de grabación, se desmagnetizan parcialmente y el nivel de la señal grabada disminuye bruscamente.

En combinación con la velocidad del portador magnético, el ancho del espacio magnético determina el límite superior de las frecuencias grabadas y reproducibles de la ruta de grabación magnética, por encima del cual el nivel de grabación y reproducción cae bruscamente. Se puede evaluar como:

donde  es la frecuencia máxima en Hz,  es la velocidad de la portadora en m/s,  es el ancho del espacio magnético en µm.

Materiales utilizados

Los primeros modelos de grabadoras de casete utilizaban cabezales con núcleo de permalloy blando , que servían unas 2000 horas.

A mediados de la década de 1970, fueron reemplazados por cabezas de ferrita de vidrio resistentes al desgaste (cabezas FX, vida útil de hasta 10 años) y un poco más tarde, de sendust (cabezas DX, vida útil de 6 a 8 años). Los cabezales sendustovye tecnológicamente más avanzados y más baratos se usan ampliamente como universal (grabación y reproducción de una señal) y como grabadora en grabadoras de cinta del grupo de precio medio. Las cabezas de ferrita de vidrio se utilizaron principalmente como modelos emblemáticos universales o de reproducción.

A principios de la década de 1980 , se desarrollaron y produjeron cabezas magnéticas a partir de un metal amorfo (cabeza A) prácticamente sin estructura cristalina y con excelentes propiedades magnéticas. En términos de resistencia al desgaste, los cabezales A son aproximadamente 4 veces inferiores a los de ferrita de vidrio.

A mediados de la década de 1990 , se crearon cabezales magnetorresistivos (Z-heads) utilizando la tecnología de microcircuitos de película delgada , que cambiaban su resistencia según la intensidad del flujo magnético de la cinta. La señal de salida de estos cabezales, incluidos en la diagonal del puente de medida , podía alcanzar varios milivoltios . En consecuencia, el ruido intrínseco de la grabadora de casetes disminuyó al nivel de -62-68 dB y se acercó al nivel de ruido de una grabadora de cinta de carrete a carrete de alta calidad .

Se utilizó una combinación de estos dos tipos de cabezales en la sección de reproducción del BMG en dispositivos AZ de tres cabezales con un "canal pasante" de Technics (RS-AZ6, RS-AZ7).

Cabezas de borrador

Los cabezales de borrado ( GS ) difieren de los cabezales universales en una brecha más amplia y estándares de fabricación más bajos (no se requiere alta precisión para este proceso). Un voltaje alterno de alta frecuencia (del orden de 100 kHz) se suministra al HS desde un generador de borrado y polarización (GSP), como resultado, cada sección de la cinta magnética, pasando por el amplio espacio magnético del HS, tiene tiempo de remagnetizarse varias veces hasta la saturación y, a medida que se aleja del espacio magnético, la cinta de magnetización cae gradualmente a cero.

Para que la cancelación sea efectiva, se debe cumplir la siguiente condición:

donde está el ancho del espacio de trabajo del HS, es la frecuencia actual de borrado, es la velocidad de la cinta.

Además, la intensidad del campo magnético en el espacio de trabajo debe ser al menos 3...4 veces mayor que la fuerza coercitiva de la cinta magnética. El núcleo magnético del cabezal debe cubrir la pista de grabación con cierto margen. Los HS con dos espacios magnéticos ubicados a una distancia de 1...3 mm entre sí tienen una mayor eficiencia de borrado [6] .


Además, en los modelos más baratos de grabadoras de cinta (portátiles, grabadoras de voz, etc.), se utiliza un HS en forma de un imán permanente de una forma especial, que se lleva mecánicamente a la cinta al borrar. Esto le permite usar un generador de potencia mucho menor para la polarización , o incluso abandonarlo por completo (usando la polarización de CC). El nivel de ruido durante el borrado con un campo magnético constante es mayor que durante el borrado con un campo magnético alterno de alta frecuencia, pero esto no es crítico para grabaciones de baja calidad.

Cabezas reversibles

En las grabadoras de cinta más caras, se utilizan dos cabezales GV / GU separados para esto. Los cabezales especializados para la función "reverse" (para grabadoras de cassette) pueden ser de dos tipos:

También se puede usar un GU / GV inusual de altura reducida, y la grabadora tiene un mecanismo especial para cambiar su altura.

Bloque de cabezales giratorios

Para implementar la grabación de líneas cruzadas y líneas oblicuas que se utilizan en VCR y dispositivos de grabación de datos digitales (transmisores , casetes DAT , etc.), se montan uno o más cabezales en un tambor giratorio, que se denomina unidad de cabezal giratorio ( RHU ). La frecuencia y la fase de rotación del BVG deben mantenerse constantes mediante un sistema de control automático. La velocidad lineal de los cabezales con respecto a la cinta es de unidades de m/s, lo que permite grabar señales con una frecuencia del orden de unidades de MHz. Este método de grabación le permite aumentar la densidad de grabación. La señal de los cabezales se toma sin contacto mediante un transformador giratorio , uno de los cuales con la mitad del circuito magnético está ubicado en el tambor, el otro en la base fija del BVG.

En informática y ordenadores

Cabezas de disco

Por unidades de disco, en este caso, nos referimos a unidades utilizadas como dispositivos de almacenamiento principalmente en computadoras y sistemas informáticos similares, como un disco duro , dispositivos para leer/escribir datos en disquetes magnéticos .

El diseño de los cabezales de las unidades de disco depende del método de grabación.

Los cabezales de los discos duros modernos funcionan sin contacto con la superficie del disco y se mantienen a corta distancia debido a las fuerzas aerodinámicas. Durante el funcionamiento, el eje del disco duro gira a una velocidad de varios miles de revoluciones por minuto (de 3600 a 15 000). A esta velocidad, se crea un poderoso flujo de aire cerca de la superficie de la placa, que levanta las cabezas y las hace flotar sobre la superficie de la placa. La forma de las cabezas se calcula de tal manera que garantice la distancia óptima desde el inserto durante la operación. Hasta que los discos hayan acelerado a la velocidad necesaria para el “despegue” de las cabezas, el dispositivo de estacionamiento mantiene las cabezas en la zona de estacionamiento . Esto evita daños en los cabezales y en la superficie de trabajo de los insertos.

Dispositivo de posicionamiento de la cabeza

El dispositivo de posicionamiento del cabezal ( Jarg.  Actuator ) es un motor solenoide de baja inercia [7] . Consiste en un par fijo de potentes imanes permanentes de neodimio , así como una bobina (solenoide) en un soporte de bloque de cabeza móvil. Bloque de cabeza: un paquete de soportes (palancas) hechos de aleaciones a base de aluminio, que combinan bajo peso y alta rigidez (generalmente un par para cada disco). En un extremo se fijan en el eje cerca del borde del disco. Las cabezas se fijan en los otros extremos (sobre los discos).

El motor, junto con el sistema de lectura y procesamiento de la información del servo registrado en el disco y el controlador (controlador VCM) forman un servoaccionamiento . [8] [9]

El sistema de posicionamiento de la cabeza también puede ser de doble accionamiento. En este caso, el accionamiento electromagnético principal mueve el bloque con la precisión habitual y un mecanismo piezoeléctrico adicional combina los cabezales con la pista magnética con mayor precisión [10] .

Cabezales de cinta

Véase también

Notas

  1. ↑ Estructuralmente, GZ y GV difieren en el ancho del espacio de trabajo, la inductancia, las propiedades magnéticas (material) del núcleo.
  2. ↑ Se aplica tanto a la grabación como a la reproducción. Proporciona parámetros ligeramente peores que un par de GV - GZ.
  3. ↑ Revista Radio, 1982, No. 3, pp. 39 - 40.
  4. ↑ Revista de radio, 1982, No. 3, p.39
  5. ↑ Calculado como la distancia que la portadora tiene tiempo de recorrer en un tiempo igual al periodo de la señal grabada.
  6. ↑ Revista de radio, 1982, No. 5, p.34
  7. ↑ Desmontaje con un disco duro (profundizamos en la esencia de los discos duros), partes 1-3 / Publicaciones / hi-Tech . Consultado el 25 de mayo de 2016. Archivado desde el original el 8 de julio de 2014.
  8. ↑ Unidad de disco duro: Mecatrónica y control - CRC Press, 2006, ISBN 9780849372537  - Capítulo 2 "Servomecanismo de posicionamiento del cabezal"
  9. ↑ Unidad de disco duro y sistema de posicionamiento (enlace inaccesible) . Consultado el 25 de mayo de 2016. Archivado desde el original el 4 de marzo de 2016. 
  10. ↑ Computex 2013: WD presenta la unidad de disco duro de 1 TB más delgada . Consultado el 25 de mayo de 2016. Archivado desde el original el 23 de agosto de 2016.

Enlaces

Literatura