專利名稱：基于讀取頭電阻的現場壓力傳感器及壓力檢測方法
技術領域：
本發明總地涉及存儲裝置，且具體涉及硬盤驅動器內的壓力檢測。
背景技術：
硬盤驅動器為磁性存儲裝置，其包含至少一個可旋轉的磁性盤片，用于讀取數據和/或寫入數據的磁性記錄頭、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記錄頭的定位致動器。在某些傳統磁盤驅動器中，當盤片在其工作速度旋轉時，滑塊懸浮在盤片表面之上的空氣支承上。空氣支承受硬盤驅動器中大氣壓力的影響，并可以根據工作環境條件而變化。例如，膝上型計算機的發展導致計算機被用于更高及更低壓力的地方。硬盤驅動器會在承受壓力、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動器磁頭碰撞的機率，對于硬盤驅動器來說，由于該碰撞會使其無法使用因而是災難性的事件。
已經進行了一些嘗試來補償工作大氣壓力的變化。典型地，單獨的傳感器被用于檢測由硬盤驅動器環境變化產生的不同參數的變化。美國專利6,011,666公開了使用不同的傳感器以檢測不同的環境參數。被檢測到的信息用于調整盤片的轉速和/或控制磁頭進行尋道工作。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硬盤驅動器中工作大氣壓力的專用壓力傳感器，以在大氣壓力到達預先定義的閾值時，控制盤片的轉速成為若干離散盤片轉速之中適宜的一個。
存在多個與用在現有技術所應用的硬盤驅動器中的專用的大氣壓力傳感器相伴的缺點。專用壓力傳感器增加了元件成本、需要安裝所用的內部空間、增大元件失效的風險、以及增加另外的電路。所需要的是具有壓力檢測能力，不存在現有技術的利用傳統壓力傳感器的硬盤驅動器的任何缺陷的硬盤驅動器。
發明內容
本發明通過應用磁頭的溫度特性的變化來確定封閉存儲單元內的工作壓力而克服了現有技術的缺點。在一個具體實施例中，本發明基于磁阻(MR)磁頭的熱阻特性來測量硬盤驅動器的內部壓力。在MR磁頭溫度、內部壓力、以及內部工作溫度之間存在著一定關系，且在給定工作溫度下，壓力反比于磁頭溫度。
圖1是體現壓力測量原理的磁盤存儲系統的簡化示意圖/方塊圖；圖2是體現本發明的系統中的巨磁阻(GMR)磁頭以及盤片的示意性剖視圖；圖3是在三種不同內部壓力下的GMR磁頭溫度相對文件基準溫度的曲線；圖4是示出來自根據本發明的GMR磁頭熱阻特性的測量值和利用壓力傳感器得到的壓力測量值之間的對比曲線。
具體實施例方式
在以下描述中，參照附圖以具體實施例形式對本發明加以描述。雖然本發明是通過實現本發明目的的最佳實施方式來描述，本領域技術人員應理解的是在不背離本發明的精髓或范圍前提下，考慮到這些教導內容可以實現各種變化。
圖1示出實現本發明的磁盤存儲系統的簡化的示意性方塊圖。磁盤存儲系統包括至少一個可轉動磁盤片22和至少一個滑塊24，所述磁盤片被支撐在芯軸26上并被盤片驅動電機旋轉，而滑塊24定位在磁盤片22附近盤片表面36處。數據以同心數據磁道(未示出)的環形圖形形式存儲在每個盤片22上。每個滑塊24包含一個或多個磁頭34，并通過一個整體的懸掛組件28固定到定位器懸臂32上。每個定位器懸臂32被固定到致動器裝置42上。如圖1所示，致動器裝置可以為音圈電機(VCM)。隨著盤片22轉動，滑塊24被致動器42控制以移動過盤片表面36，以便滑塊24可以接近所需數據被記錄或讀取的盤片表面36的不同位置。滑塊24在旋轉的盤片表面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在相對旋轉盤片表面36垂直、以及搖擺和俯仰運動中的微量柔性。導線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，磁頭存儲系統的各種元件在操作上都被控制單元46產生的控制信號控制，該信號諸如導線38的驅動電機信號、導線44上的磁頭定位和尋道控制信號。根據以下所描述的本發明，基于磁頭的熱傳導率，控制單元也確定硬盤驅動器的內部空氣壓力。讀和寫信號通過記錄通道40與磁頭34通信。磁盤存儲系統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磁頭技術由于其較高的靈敏度，而作為當今用在高磁道密度硬盤驅動器中的優選讀/寫頭技術之一。滑塊13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的旋轉表面之間。
MR讀/寫頭21的工作總地類似于名為“具有基于來自熱阻磁頭的熱阻信號檢測振動的磁盤驅動器”的美國專利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上記錄的數據的磁性區域的變化而改變。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生的焦耳熱，該溫度大于硬盤驅動器內部的環境工作溫度(Ta)。溫度Ts由在MR讀取頭60內耗散的電能以及硬盤驅動器中從MR讀取頭60向其四周的熱傳導來確定。在硬盤驅動器84中的壓力影響從MR讀取頭60向四周空氣的熱傳導。當環境工作溫度Ta被保持恒定時，由于空氣熱傳導率的變化，在MR磁頭溫度Ts和驅動器殼體內的內部氣壓84之間存在反比關系。例如，在給定工作溫度Ta下，由于熱傳導率的增加，MR磁頭溫度Ts將隨著內部氣壓84增大而降低。可以對溫度Ts和內部氣壓之間的精確關系加以標定。
溫度Ts的起伏導致MR讀取頭60電阻的波動，這會導致來自恒定偏置電流下的MR讀取頭60的基線信號的調制。不同于由磁阻效應產生的來自MR讀取頭60的回讀數據信號，該基線信號調制是熱阻效應產生。從而，來自MR讀取頭60的信號包括磁阻信號和熱阻信號。
根據本發明，來自MR讀取頭60的熱阻信號被用于檢測硬盤驅動器內的內部氣壓84。來自MR讀取頭60的熱阻信號通過導線50而被提供到控制器46中的操作邏輯函數，如圖1所示。控制單元46基于與Ts或讀取頭熱阻、內部壓力和內部工作溫度相關的預定標定數據確定內部壓力。取決于標定數據被關聯的方式，基于熱阻信號，控制單元46可以在施加標定數據之前首先確定溫度Ts。對于不同的硬盤驅動器可以獲得單獨的標定數據，以計算出不同MR讀取頭60的內部壓力靈敏度的變化。這些單獨的標定值包括在存儲于控制單元46中的各種內部氣壓和工作溫度Ta下相應的檢測器溫度Ts。
圖3示出由標定獲得的MR讀取頭溫度、內部工作溫度和內部壓力之間的關系。內部工作溫度在橫坐標上表示，而MR讀取頭溫度(或者是表示讀取頭溫度的任何信號，如MR讀取頭的熱阻)在縱坐標上表示。MR讀取頭溫度為高于內部工作溫度的溫度。圖中繪出了在三個選定壓力下，MR讀取頭的溫度相對工作溫度的特性。在試驗過程中，硬盤驅動器內部壓力利用壓力計設定，并標示在曲線上、各串數據點的斜率附近。例如，在一組數據點中，內部壓力被設定為0.8aTM，且MR磁頭溫度測量值被記錄，以用于在大約43℃到47℃范圍內的內部工作溫度。通過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0.5aTM和1.0aTM的內部壓力的MR磁頭溫度被繪在曲線上，而這些結果示出與先前內部壓力相似的相關關系。這些結果的外插值可以提供用于超出曲線所示的三個之外的另外的內部壓力值的相關值。于是，內部壓力可以從獲知內部工作溫度以及讀取熱阻信號而推導出。
圖4示出來自壓力計的壓力測量值和MR讀取頭熱阻信號之間的相關關系。熱阻信號被轉化成等價的壓力值，并沿來自壓力計的相應的壓力讀數跟蹤300分鐘，同時保持硬盤驅動器的工作溫度恒定。在MR讀取頭電阻中的相對變化也繪制在圖中，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。來自壓力計的壓力讀數隨著MR讀取頭電阻而始終在約12kPa的范圍內變化。通過已知的工作溫度，可以利用MR讀取頭電阻信號測量硬盤驅動器中的內部壓力。
總之，本發明提供了一種在內部工作溫度已知情況下，由熱阻信號推導內部壓力信息的方法。可以測得硬盤驅動器的內部壓力，而無論MR磁頭是否在磁盤表面上工作或在著陸區停泊。通過具有用停泊的MR磁頭測量內部壓力的能力，諸如空氣支承高度變化的問題可以在MR磁頭與盤片相接觸而有可能導致硬盤毀壞之前予以指出。雖然本發明參照具有MR磁頭的硬盤驅動器加以描述，但本發明也可以應用于其他形式的存儲單元，在該存儲單元中內部壓力可以由能夠測量熱阻的裝置確定。
雖然本發明已經相對根據其的優選實施例加以描述，本領域技術人員應理解的是，在不背離本發明的范圍和精髓前提下，可以對本發明作出各種修改和提高。因而，所公開的本發明僅被認為是說明性的，并被限制在所附權利要求書限定的范圍內。
權利要求
1.一種存儲裝置，包括在內部環境中工作的存儲介質；用于使存儲介質運動的驅動電機；所安裝的換能器，以接近存儲介質；以及被連接的控制單元，以接收來自換能器的表示內部環境壓力的溫度相關信號，存儲裝置在該內部環境中工作，且控制單元被構造成基于所述溫度相關信號確定壓力。
2.如權利要求1所述的存儲裝置，其特征在于，換能器具有熱阻特性，溫度相關信號代表換能器的熱阻，以及控制單元被構造成基于熱阻信號確定壓力。
3.如權利要求2所述的存儲裝置，其特征在于，控制單元被構造成基于標定數據確定壓力，該標定數據與換能器的熱阻、內部環境的溫度、以及內部環境的壓力相關。
4.如權利要求2所述的存儲裝置，其特征在于，控制單元被構造成基于標定數據確定壓力，該標定數據與換能器的溫度、內部環境的溫度、以及內部環境的壓力相關。
5.如權利要求3所述的存儲裝置，其特征在于，換能器的熱阻與存儲裝置內部環境中的熱量消散部分地相關。
6.如權利要求1所述的存儲裝置，其特征在于，控制單元被構造成基于壓力控制一個或多個存儲裝置的工作參數。
7.如權利要求1所述的存儲裝置，其特征在于，存儲裝置為磁盤驅動系統。
8.如權利要求7所述的存儲裝置，其特征在于，換能器為磁阻換能器。
9.如權利要求8所述的存儲裝置，其特征在于，控制單元施加偏置電流到換能器，該偏置電流根據換能器的熱阻而波動。
10.一種磁盤驅動系統，包括殼體；定位在殼體中的磁性存儲介質，其具有同心數據磁道的數據表面；用于轉動磁性存儲介質的驅動電機；滑塊，其包括讀/寫換能器，當磁性存儲介質轉動時，該換能器保持與數據表面成工作關系；致動器組件，其連接到滑塊上，用于相對磁性存儲介質樞轉地定位所述滑塊，以選擇在數據表面上的磁道；以及控制單元，其用于控制電機驅動和致動器組件的工作，并處理從數據表面讀取以及寫入數據表面的數據，所述控制單元被連接以接收表示殼體內壓力的來自換能器的溫度相關信號，并被構造成基于所述溫度相關信號確定壓力。
11.一種確定存儲裝置的內部環境的壓力的方法，用于包括存儲介質和安裝成接近存儲介質的換能器的存儲裝置，該方法包括以下步驟提供表示內部環境壓力的來自換能器的溫度相關信號，所述存儲裝置在該內部環境中工作；以及基于所述溫度相關信號確定壓力。
12.如權利要求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、內部環境的溫度以及內部環境的壓力相關的標定數據，其中確定步驟基于所述標定數據確定壓力。
13.如權利要求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、內部環境的溫度以及內部環境的壓力相關的標定數據，其中確定步驟基于所述標定數據確定壓力。
14.如權利要求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的波動來確定壓力。
全文摘要
本發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動器,該控制單元包括響應在MR讀取頭反饋信號中獲取的熱阻信號的工作壓力邏輯功能。熱驅動器內側空氣的熱傳導率受氣壓影響。硬盤驅動器內側在從MR讀取頭向其四周的熱傳導中的波動影響MR讀取頭的溫度,從而,影響MR讀取頭的熱阻率。基于熱阻信號,可以確定讀取頭的溫度,基于MR讀取頭溫度、內部壓力和內部工作溫度的預定關系,該溫度又被用于確定壓力。
文檔編號G11B5/012GK1351251SQ01137190
公開日2002年5月29日 申請日期2001年10月24日 優先權日2000年11月1日
發明者唐納德·R·吉利斯, 伯恩德·蘭伯茨, 克里斯·V·斯考特登 申請人:國際商業機器公司