用于无接触式带记录的主动间距控制的制作方法

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用于无接触式带记录的主动间距控制
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年7月7日提交的美国临时专利申请63/049,085的优先权的权益，其公开内容通过引用并入本文。
3.发明的背景
技术领域
4.本公开总体上涉及在带上记录计算机数据。更具体地，本公开涉及控制带驱动器中的记录头与磁带之间的间距。

背景技术：

5.几十年来，磁带一直被用来存储信息。早期，磁带主要被开发并用于存储音频信息，例如人声和音乐。后来，磁带被改装为记录计算机数据。多年来，带记录技术不断改进以便每单位面积的带可以存储越来越多的信息。经过几十年的发展，已经开发出许多不同形式的记录磁头和记录介质。时至今日，带仍是为未来存档计算机数据的最具成本效益的方式。公司还必须依法为未来存储数据。正因为如此，在可预见的未来，对磁带的需求将持续存在，以将数据存储在档案中。
6.带驱动器制造商不断面临生产具有更大存储容量的带驱动器以满足市场需求的挑战。实现这一目标的一种方法是通过改进带的磁性层来增加存储密度。通过增加存储密度，对于给定的宽度，带可以有更多的磁道，并且每个磁道的每单位长度可以有更多的位。被称为记录换能器、磁头或磁性元件的设备的改进也有助于增加每单位长度可记录的数据位数和带每单位宽度的数据磁道数量。
7.影响读/写过程准确性的一个重要因素是磁间距。带上记录信息的磁性层与写入数据和读取数据的换能器之间的距离称为磁间距或磁头到介质间距(head-to-media spacing，hms)。磁间距是一个关键参数，因为回放信号的幅度随着磁间距的增加呈指数下降。由增加的磁间距引起的振幅减小可称为华莱士(wallace)间距损耗。增加磁间距会增加读回脉冲的宽度，从而导致数据密度降低。记录或写入信息的质量也随间距而变化，减小的磁间距提高了写入操作的质量。减小的磁间距要求磁头在操作期间更靠近带的主要表面区域。
8.带驱动器的磁间距当前在工厂中设置并且在长期操作期间不断变化。经过足够长的时间后，会形成稳态磁间距。如今，磁间距通常被设计在20～50纳米(nm)之间的范围内，这取决于产品要求和材料。通常，对于给定的读/写精度，更小的磁间距能够支持更高的数据密度，而对于给定的读/写精度，更大的磁间距能够支持更低的数据密度。如果系统设计为以高数据密度运行，但磁间距太大，读/写精度将出现不可接受的下降。增加的磁间距也会导致错误率增加和信噪比降低。
9.现今，读写磁头具有称为“极尖(pole tip)”的特征，并且当带介质与它们磨擦时，这些极尖通常会发生损耗。这些极尖的磨损是由带介质与读或写磁头极尖的摩擦或磨擦引
起的。这通常称为极尖衰退(pole tip recession，ptr)。ptr会随着时间的推移而发生，这种磨损会导致极尖损耗并逐渐远离带。随着时间的推移，这个过程也会导致磁头损耗。因此，ptr增加了带磁性层中的磁场与磁头中的换能器之间的磁间距。带驱动器中的每个换能器都有一个唯一的磁间距。此外，不同的换能器以不同的速率磨损。此外，换能器的位置可能导致不同的极尖衰退率。
10.自从60多年前磁记录带的发明以来，带头与包括磁性材料的带的顶部完全接触地进行操作。事实上，在大多数带传输系统中，至少部分磁头会对带施加一些压力，以使其保持在精确的张力下。正因为如此，磁头磨损和极尖衰退成为了现代带记录系统设计的一部分。
11.更复杂的带头几何形状在带流过磁头上方时在带的两侧之间产生气压差。在某些情况下，当带流过一个表面上方时，会形成空气轴承，从而防止带与磁头“紧密”接触或“摩擦”接触。此外，现代磁头还使用各种涂层和/或多层涂层来增加带记录表面与磁头极尖之间的间距。结果，最小的带到磁头的距离无法达到纳米范围。
12.有助于最小化带到磁头距离(即磁头到介质的间距)的一种方法涉及使用锋利的边缘在磁头附近产生低压。在磁头附近产生这种低压区的现象被称为刮削，用于产生这种低压的锋利边缘被称为刮削(即，锋利的)边缘以刮掉(刮削掉)空气。如上所述，当带移动经过刮削边缘时，这些成形边缘直接在刮削边缘之后形成低压区域。由于带相对(后表面)侧的气压较高，这种低压会将带拉入与带头紧密接触的状态。
13.这种类型的刮削解决方案的优点是带磁头间距小并且在宽范围的带速度上稳定。这种刮削的缺点是由于磁头和带之间的直接接触会增加摩擦和磨损。为防止过度摩擦，可以有意地将带制作得粗糙(即带表面有零星的凸起)，以便只有一小部分带表面与磁头的带承载表面实际接触。实际上，这些凸起增加了带到磁头的间距。
14.替代地，为了增加线性记录密度，可以通过使用更光滑的带来寻求减小带到磁头的间距。然而，这导致摩擦增加和/或磁头磨擦带表面的表面积增加。这种摩擦或磨擦会降低带的记录表面和磁头的性能，进而降低带和带驱动器的回读性能。在极端情况下，摩擦甚至会导致带驱动马达失速并导致带断裂，这可能发生在磁头表面粘附在带表面时——这种粘附现象通常被称为“静摩擦”。
15.因此，可以最小化或消除带与磁头之间的接触同时保持它们可操作地接近的带传输系统和带头悬架系统是非常需要的，因为它们允许更近的磁头与介质间距而不降低带介质或带头的性能。
16.由于上述所有理由，带驱动器通常被设计为适应极尖衰退和由此导致的性能下降。针对极尖衰退进行设计的需要导致设计的数据存储密度低于在可以防止退化的情况下可以支持的数据存储密度。按照惯例，带驱动器的设计必须为换能器磨损率和位置的差异提供足够的余量。这需要设计具有理论上可能的较低数据存储容量的带驱动器。原因之一是，带读写磁头通常制造有许多涂层，这些涂层增加了磁头与介质的间距。因此，带驱动器可以通过减小换能器的极尖和带之间的间距来增加记录密度。如果有一种可靠有效的方法来消除或大大减少极尖磨损，也可以实现更大的存储容量。
17.总结如下的申请人的发明解决了这些和其他问题。此外，为了最大化存储在带上的数据量并提高可靠性，需要的是减少带驱动器的磁头到介质间距的方法，同时最小化两
者之间的接触。

技术实现要素：

18.当前要求保护的发明涉及以新颖的方式控制带驱动器中的磁头到介质间距的装置、方法和非瞬态计算机可读存储介质。在一个实施例中，一种装置包括磁性元件组(例如一个或多个带驱动器读取或写入磁头)、感测磁头到介质间距(hms)数据的传感器、接触带后表面的带导向器，以及当与磁性元件相关联的hms被控制为期望距离时使该磁性元件移动的致动器。该装置还包括控制器，当带移动经过该磁性元件组时，该控制器控制致动器的移动从而调整hms对应于期望距离。
19.在另一个实施例中，本发明的方法通过控制器从传感器接收传感器数据，该控制器监测与带和磁性元件组相关联的磁头介质间距(hms)。这里控制器可以对从传感器接收的数据进行评估，基于该评估识别hms，识别hms应该被调整为对应于期望的距离，并且当带移动经过该磁性元件组时，控制致动器的移动从而调整hms对应于期望的距离。
20.在又一个实施例中，非瞬态计算机可读存储介质可以实施本发明的方法。这里处理器可以执行程序的指令来控制磁间距。该处理器在执行这些指令时可以从传感器接收传感器数据，执行对于从传感器接收的数据的评估，基于该评估识别hms，识别hms应该被调整为对应于期望距离，并且当带移动经过磁性元件组时，控制hms的移动从而调整hms对应于期望距离。
附图说明
21.图1示出用于包括耦合到致动器以将磁头到介质间距(hms)控制到以前不可能的程度的磁头的带驱动器。
22.图2示出了图1中所示的几个元件的特写视图。
23.图3示出了与图2中所示的元件类似的几个元件。
24.图4示出了当带上的数据被读取或写入时包括在带表面处或附近的部分的截面图。
25.图5示出了本公开的实施例，其包括改变带表面附近空气的相对压力的特征。
26.图6示出了可以包括磁读取元件、传感器元件和写入器元件的一系列元件。
27.图7示出了在磁头到介质间距校准过程期间以及当从带读取数据或向带写入数据时控制磁头的移动时可以执行的一系列步骤。
28.图8示出了可用于与带驱动器通信或控制带驱动器的操作的电子部件。
具体实施方式
29.本发明涉及带驱动器、带传输器、带头和带头悬架领域。更具体地，本发明涉及磁带数据存储和带记录器，其包括设计为最小化或消除磁头与带接触以减少或消除带驱动器磁头的磨损和污染的部件。本发明的方法和装置可以通过移动磁头相对于带的位置来动态地控制磁头到介质的间距。符合本公开的设备包括设计为最小化磁间距的部件。这可以使用移动磁头、移动带或移动磁头和带两者的致动器来实现。这可能包括支撑带的后表面。替代地或附加地，可以使用接触并驱动带后表面的机构来执行带经过磁头的移动。例如，带的
后表面可以接触旋转的辊，当该辊旋转时，它可以在数据被读取和/或写入带的顶部时迫使带向前或向后移动。通过减少或消除磁头与带之间的接触，可以降低带粗糙度和磁头涂层厚度，从而实现更小的磁头与介质间距和更高的空气密度。在某些情况下，基于磁头/介质接触被减少或消除，可以去除包括在常规磁头的表面上的特定涂层。
30.为了以现代带系统使用的高面密度写入和读取，磁带必须非常靠近带读/写头上的磁性读/写元件。研究工作致力于寻一种可行的解决方案，以减小带的磁记录层与磁头的读写元件之间的距离。这通常称为磁间距或磁头到介质间距(hms)。由于减小此间距可以增加线性记录密度(ld，通常以千比特/英寸为单位)，因此减小的hms会增加记录密度。事实上，带读写系统的ld对磁间距非常敏感。在硬盘驱动器的相关领域中，众所周知的事实是，面密度容量(adc，以千比特每平方英寸为单位)是线密度乘以磁道密度(以千磁道每平方英寸为单位)的乘积，与hms的平方成反比。因此，例如，将hms减半可能会使adc翻两番。当今带记录中常用的磁性元件包括现代形式的磁阻(mr)磁头，通常称为隧道磁阻(tmr)磁头。磁头通常还包括能够产生强大且快速变化的磁场的感应元件。包括tmr磁头在内的各种形式的mr磁头包括通过使带头中的读取元件发生磁偏置来提高灵敏度的换能器。带写磁头或读磁头中包括的各种电感或磁阻元件中的任何一个都意味着这些磁头中的任何一个本质上都是“磁性元件”，因为它们对电磁场敏感、响应、接收或生成电磁场。
31.当前的带系统具有几十纳米的磁间距。随着带驱动器长时间运行，由于磁头上的沉积物以及读写元件相对于磁头的带承载表面的其余部分的不同磨损，该磁间距变得更大。此类沉积物可能由从带本身刮下的介质组成。这些沉积物还可能包括进入带驱动器的污染物，这些污染物随后通过落在带或磁头表面上而沉积在磁头上，然后通过与带在磁头上磨擦相关的摩擦力将其打磨到磁头表面。
32.传统带驱动器中的大部分间距由磁头和带上的涂层组成。这些涂层是保护磁头的读写元件免受带磨损所必需的。磁带记录系统的艺术和科学在于寻具有适当耐磨性能的材料组合，从而实现合理的磁头使用寿命。为了进一步保护磁头的读写元件，这些元件通常远离带凹陷，以防止它们在带中出现突出缺陷。这些凹进的元件进一步有助于增加磁头到介质的间距(hms)。
33.因此，如果带驱动器可以消除或显著减少带与磁头之间的接触，那么磁头上的涂层、读取器和写入器的凹进以及带的粗糙度都可以显著降低，从而显著降低对hms的贡献。这种涂层减少，减去必要的气隙，将导致hms显著降低，ld和adc显著增加。由于间距较小，ld增加50％或更多是很容易实现的。
34.消除磁头与带的接触可以增加面记录密度的另一种方式是允许更高的磁道密度。磁道密度是指可以记录在单个带上的并行数据磁道的数量。更高的磁道密度自然需要更窄的磁道，并对磁头悬架部分施加严格的磁道跟随能力。事实上，当带流过磁头时，带有相当大的横向移动(沿带宽度的移动)。这种横向带移动(ltm)是由于带传输机构中的未对准和振动造成的，但也是由于磁头和带之间的摩擦造成的。这种摩擦直接导致线性带压缩(沿带长度的压缩)，这是由于带与磁头刮削边缘之间的接触点处带张力的不连续性。这种线性带压缩导致压缩波以声速沿带传播并从带辊反射。共振模式因此产生并导致高频线性带压缩与来自带传输的较低频率ltm耦合。这种频率组合使得磁头悬架很难跟踪磁道，因此需要更宽的磁道并限制磁道密度。
35.消除带和磁头之间的接触，将消除高频线性带压缩的主要来源(即与刮削边缘的接触)，从而减少ltm的高频分量，使跟踪工作更容易进而允许更窄的磁道、更高的磁道密度和更高的带存储容量。
36.许多其他优点源于限制或消除磁头与带的接触和摩擦。磁头磨损和磁头污染是磁头和带之间接触和摩擦的主要结果。磁头污染目前需要定期使用“清洁带”来清除磁头上的沉积物。仅运行几千小时后，磁头磨损最终会导致磁头故障。带本身也会受到与磁头摩擦的影响，从而导致有限的使用寿命和偶尔发生的灾难性带断裂事件。
37.历史上，带的所有这些缺点(磁头磨损、磁头清洁和带破损)被认为是该技术特有的，并且已经成为带数据存储实践中的“生活事实”。非接触式带记录系统的发明旨在改变这一切。
38.如上所述，根据本发明的设备和方法可以在磁头以减轻或防止接触的方式小心地定位在带上方的同时向带的后表面施加力。这些后表面通常不包括磁性涂层，并且可能包括粗糙表面、图案化表面、凹坑表面，或使带后表面移动的辊或机械组件。此外，带后面的表面和驱动机构的表面可以以防止滑动的方式接合，类似于齿轮齿啮合链条中的孔或凹陷的方式。
39.通过各种方式获得的压力梯度也可以用于保持带的后表面和机械驱动机构之间的相对位置。这种压力梯度可以通过独特形式的刮削设计、通过加压气体或通过真空压力产生。这些压力梯度可以将带推、拉或同时推和拉到所需位置。钝化边缘或图案化表面还可以帮助保持带相对于带驱动器的其他特征的相对位置，或者防止在不需要的地方形成刮削作用。
40.图1示出了带驱动器，其适合于包括耦合到致动器以将磁头到介质间距(hms)控制到先前不可能程度的磁头。图1的带驱动器100的磁头可以被控制为减轻或消除磁头和磁带110之间的物理接触。图1包括磁带110、带卷轴120a/120b、导带辊(130a、130b、140a和140b)、带头辊150和磁头承载组件160。带卷轴120a和120b允许带以层状围绕每个带卷轴120a和120b卷绕，就像传统的带驱动器。这些卷轴中的每一个都可以耦合到允许带110被拉到或推到或离开相应的带卷轴的相应马达。如同在常规带驱动器中一样，数据可以在带110沿不同方向(从右到左或从左到右)移动经过带驱动器的磁头时被写入。带卷轴120a/120b也可以帮助保持带110中的张力。带卷轴120a/120b可以通过作为马达驱动器来保持带张力，例如通过直流(dc)无刷电机。直流无刷电机普遍用于各种形式的数据存储设备中，例如带驱动器的主轴和磁盘驱动器的介质堆栈都使用直流无刷电机。本领域的普通技术人员将理解，直流无刷电机包括紧邻磁铁的线圈，其中的磁铁耦合到旋转的主轴。基于在一系列脉冲中通电的各种不同线圈，主轴被迫旋转，这些脉冲产生磁场，而磁场又与转子磁铁的磁场相互作用。在这里，磁场(由这些电脉冲产生的磁场和转子永磁体固有的磁场)的相互作用迫使主轴旋转。直流无刷电机使用磁场来产生运动，而无需定子线和磁铁之间的任何物理接触，因此，直流无刷电机不会从它们产生的运动中产生颗粒，这不同于直流有刷电机，直流有刷电机在电刷在表面上磨擦时通过那些电刷传输电力。虽然步进电机是可用于带驱动器以移动磁带的另一种形式的电机，但直流无刷电机可能是首选，因为直流无刷电机往往旋转更平稳，没有与步进电机相关的齿槽效应。
41.带辊130a、130b、140a和140b在带110移动时帮助引导带110，并且这些带辊还可以
帮助保持带110的张力。带头辊150也可以用于引导带110并且还可以通过在保持带的张力的情况下向带110的后表面施加旋转力来使带110(从图1的右到左或从左到右的方向)移动。带110的后表面或带头辊150的边缘表面上的表面可以被图案化或包括粗糙表面以帮助允许带头辊150移动带110。带头辊150可以由本领域已知的任何电机驱动。例如，耦合到带头辊150的电机可以是直流无刷电机或步进电机。带头辊150、带辊140a和140b的相对定位可以用于控制带110围绕带头辊150的磁头包角。这可以帮助优化带110和带头辊150之间的物理接触量。带辊130a/130b、140a/140b和带卷轴120a/120b的定位可以帮助优化或控制带110的张力量。带辊130a、130b、140a或140b中的任一个可以包括主动或被动张紧机构，其中带张力由施加到带110的力控制。使用的示例性包角包括但不限于接近90度的角。通常，带辊130a、130b、140a和140b可以自由旋转或允许带110在几乎没有或没有摩擦力的情况下移动。
42.虽然带头辊150可以耦合到可用作移动带110的主要驱动器的马达，但辊150可替代地不直接耦合到马达。当辊150不直接连接到马达时，耦合到带卷轴120a/120b的马达可以像在常规带驱动器中那样移动带110。在这种情况下，带头辊可以自由旋转或允许带110在几乎没有或没有摩擦力的情况下移动。
43.虽然未在图1中示出，带头辊150可以耦合到一个或多个致动器(主动或被动)，该致动器允许辊150朝向或远离(在图1的上下方向上)带驱动器100的磁头移动。使带头辊150移动的致动器可以提供相对较大或粗略的运动，从而允许将新带馈送到带驱动器100中。这种相对较大的运动可以包括旋转运动或增加带头辊150和图1的带110上方的磁头之间的间隙的线性运动。移动辊150的致动器或致动系统可以包括一个与第二致动器相比提供相对较大(粗略)移动的致动器，第二致动器的移动可以允许辊150以相对较小的(精细的)运动进行移动。示例性的较大运动可以是几毫米(1/10英寸左右)或一厘米(1/2英寸左右)的量级，而示例性的较小运动可以小于一纳米、几纳米、到数百纳米左右。
44.在某些情况下，带头辊150可以与磁头承载组件160耦合或互锁。这种耦合机构可以允许带头辊150在处于操作位置时与磁头表面的距离或与磁头承载组件160的其他元件的相对距离在给定公差或阈值距离内。一旦带头辊150被锁定到操作位置，hms就可以在精细定位致动器的移动能力内被调节。例如，在带头辊将带定位在磁头表面的1000纳米范围内的情况下，耦合到该磁头的致动器可以具有至少1000或2000纳米的行程。然后可以使用致动器来控制1纳米或更小的磁头到介质的间距。
45.图2图示了图1中所示的几个元件的特写视图。图2包括带210、带头辊220和磁头承载组件230。图2的辊220可以是与图1的带头辊150相同类型的辊。图2的磁头承载组件230包括磁头承载器240、致动器250和磁头组件260。磁头承载器240本身可以包括致动器250和磁头组件260。此外，磁头承载组件230或磁头承载器240还可以包括致动装置(被动的或主动的)，其总体上调整磁头承载器240的位置。致动器250可用于精细地控制磁头组件260的位置。如关于图1所讨论的，示例性的粗略(或较大)运动和精细(或较小)动作。这种较大的运动可能对应于几毫米(1/10英寸左右)或一厘米(1/2英寸左右)的数量级，而较小的运动可能对应于小于一纳米到数百纳米以上的运动。示例性精细定位致动器包括压电致动器和热致动器。在某些情况下，压电致动器可以用于进行非常精细的位置调整，而热致动器可用于进行中等精细的位置调整，反之亦然。致动器的运动可以通过向致动器施加电压来控制，并
且这些致动器的运动可以被控制在例如30hz至10千赫兹(khz)范围内的频率以维持期望的hms。
46.如关于图1的带头辊150所讨论的，带头辊220可以是马达驱动的或者可以耦合到提供带头辊220的粗略(或较大)运动和精细(或较小)运动的致动器或致动装置。
47.图3图示了与图2中图示的元件类似的几个元件。图3包括带310、带头辊320、磁头承载组件330、磁头承载器340、磁头致动器350和磁头组件360。然而，这里示出了三个不同的磁头组件360，每个磁头组件360都包括相应的磁头致动器350。请注意，如果在图3的不同磁头组件360之间画一条线，该线将具有与磁头承载组件330的线330c的凹形非常相似的凹形。磁头组件360的这种相对定位意味着一组不同组件中的每一个对于给定的致动行程距离可以具有相对于带310c的类似hms。因此，当带围绕带头辊320移动时，图3的三个不同磁头组件中的每一个的标称位置与带310的距离大致相同。在此，示例性精细定位致动器包括压电致动器和/或热致动器。
48.带310沿其移动的带头辊320的边缘表面可以具有凸形。这同样适用于图1的带头辊150或图2的带头辊220的边缘表面。图3还包括带头辊320的截面侧视图(320侧视图)。该侧视图包括带头辊320的安装孔320h和凸形外表面320cv。图3的每个磁头组件360或图2的每个磁头组件260也可以耦合到致动器，该致动器使这些磁头组件在垂直于带310或210的方向(横跨带的宽度)上移动，如图3的双箭头线x所示。因此，与本公开一致的带驱动器中包括的精细致动器可以能够使磁头组件在第一方向上(朝向和远离带表面)以及在第二方向上(沿着带头辊的横截面)、即垂直于第一方向移动。孔320h可以用于将带头辊320安装到轴或一组轴承上。
49.带头辊320的示例性半径可为约10毫米至约13毫米。可以选择该半径以调整带头辊旋转的每分钟转数(rpm)。较低的rpm值可能会对带产生较低频率的干扰，但可能对应于较高的惯性，从而使带运动的启动和停止速度变慢。而图3中的辊320的凸部320cv的曲率则看起来很大，这个曲率可能很小，例如这个曲率可能只有几个微米。这种略微凸起的表面可能导致抵消安装在辊320上方或附近的磁头组件的凹定位的影响。这可能允许磁头组件的读取和写入元件保持更佳的相对定位。
50.带驱动器中磁头的定位和带驱动器中干扰的补偿包括进行各种测量。传感器可用于发送磁头/磁头组件和带之间的距离。与测量磁头到介质间距(hms)相关联的传感器包括但不限于电容传感器、激光传感器或激光二极管传感器。hms值也可以从根据华莱士间距损耗方程校准的回读信号的强度中推断出来。
51.在不直接测量hms的情况下，可以使用传感器的组合间接测量它。该过程可以包括进行不止一次测量和执行减法。例如，第一传感器可以用来当带在带导向器上移动时测量带的厚度，并且第二传感器可以用来测量从磁头到带导向器的距离。然后可以通过从磁头和带导向器之间的距离减去带厚度来计算hms。测量磁头和带导向器之间距离的传感器也可以是电容传感器或另一种类型的传感器。测量带厚度的传感器也可以是电容式传感器，它包括多个板，板之间的距离是固定的。该电容传感器的第一板可以放置在带的顶表面，并且该电容传感器的第二板可以放置在带的底表面。传感器电容的任何变化都可归因于电容器板之间带厚度的变化。
52.一旦确定了面向带的表面与辊或带导向器之间的距离(dl)和带厚度(th)，就可以
在带移动时使用现代电子电路和/或处理元件，几乎瞬时地通过公式hms＝dl－th计算hms。然后可以调整hms以考虑带厚度的变化。
53.在控制hms的同时，读取元件可用于感测伺服数据，这些伺服数据通常与带上的数据轨道相邻或与其内嵌地写入。该伺服数据可用于在特定数据轨道上精确定位读取和/或写入磁头。数字滤波技术可用于帮助滤除与带驱动器的机械部件相关的共振，或者可帮助滤除带振动的影响或与带本身相关的共振。
54.图4示出了当带上的数据被读取或写入时包括在带表面处或附近的部分的截面图。图4包括支撑带470后表面的带悬架或带头辊460。项目450是带470的表面与磁头或带头悬架的“面向带的表面”455之间的磁头到介质的间隔距离。术语“面向带的表面”指的是通常被称为“带承载表面”的表面，因为该表面通常承受带运动的摩擦力。由于与本公开一致的方法和设备避免使带接触这样的表面，所以本文使用术语“面向带的表面”。虽然可以使用这个术语，但它可以与旧术语“带承载表面”互换使用，因为这个“面向带的表面”有时可能会接触带，例如在校准过程中。在其他情况下，即使使用精确的hms控制，“面向带的表面”也可能偶尔意外或偶然地接触带，例如当带速度或方向改变时。
55.图4还包括磁头承载装置410、第一级致动器420、第二级致动器430和磁头或传感器440。在某些情况下，第一级致动器420可以是压电致动器，第二级致动器430可以是压电致动器或热致动器。磁头或传感器440可以是磁读头元件、磁写头元件或用于测量距离的传感器(例如电容/其他)传感器。第一级致动器420可以作用于包括多个磁头的整个磁头条，并且第二级致动器430可以作用于相邻磁头的子集(例如，一个、两个或一些其他数量的磁头)。
56.项目480和490是可以将带悬架/辊460互锁到带驱动器的磁头承载装置410的结构的一部分。图4中包括的项目，与本公开的其他附图一样，并不旨在按比例绘制。
57.图5示出了本公开的实施例，其包括改变带表面附近空气的相对压力的特征。图5包括磁头承载组件510、致动器a1、磁头组件520、读/写或感测元件530，以及面向带550的磁性表面定位的空气通道540。图5还包括带导向器580、致动器a2和位于带550的后表面上或附近的块570。带550的该后表面是不记录数据并且可能不包括任何磁性介质的表面。
58.块570边缘上的边缘表面570e形成低压区域，该低压区域倾向于将带550拉或吸到接触块570。这些表面570e可称为在区域560处产生低压的位于带550后表面的刮削边缘。在点560处，由带的后表面接触或磨擦块570引起的低压。例如，由该低压在位置560处产生的角度可以在1到5度的数量级。由刮削边缘570e产生的低压将带550拉离读/写元件530。这不同于传统的带驱动器，传统的带驱动器依赖带被拖过或被拉向读或写头的表面。
59.空气通道540可用于提供加压空气或处于高于图5的位置560处的空气压力的环境压力的空气。因此，图5的装置可以在远离元件530的方向上拉和推带550。然后可以使用致动器a1和a2来控制图5的元件530的hms。空气通道540可以通过图5中未示出的过滤器耦合到外部环境。由于刮削边缘570e和/或由于空气通道540，带550前(或记录)表面上的磁性介质在向带550写入数据或从带550读取数据时可能永远不会接触。
60.图6示出了一系列元件的组件，这些元件可以包括磁性读取元件、传感器元件和写入器元件。图6的元件条带610是包括写入元件620、传感器元件630和读取元件640。注意，这些元件中的每一个都以不同的形状示出，写入元件620包括位于较大矩形框内部的两个较
小矩形框，传感器630包括位于较大圆圈内部的较小圆圈，并且读取元件640被示为矩形框内的一组线(或3个相同大小的矩形框彼此堆叠)。
61.注意，当带在图6的向上箭头线指示的方向上移动时，各个元件中的每一个都位于接近带650的相对位置中面向带的表面处。注意图6标明元素条带610的部分，其中两个写入元件由读取元件分开——如文本wrw所示。图6还标识传感器元件(sense)，其包括与读取元件、写入元件或两者相邻的传感器。注意当带向上移动时，每组读/写元件可用于写入不同的数据磁道，并在写入后立即读回该数据。这些元件还能够读取轨道定位数据，这些数据可用于跟随也可写入带上的伺服数据。图6并非按真实比例绘制。
62.元件条带包括一个中间的读头条带和两个不同的写头条带，在读头条带的任一侧，使得当带在第一方向上(例如，如图6所示的向上)移动时写入的数据或者当带沿第二方向(例如向下)移动时，可以在写入后立即进行读取验证。来自传感器630的数据可用于调整磁头介质间距，如关于图1～图5所讨论的。如上所述，带驱动器中的致动器也可以在磁道跟随或从一个磁道寻到另一磁道时跨过带的宽度移动。因此，当轨道跟随或寻跨越带650的宽度w的部分时，元件条带610可以从左向右移动。
63.图7示出了在磁头到介质间距校准过程期间以及当从带读取数据或向带写入数据时控制磁头的运动时可以执行的一系列步骤。图7开始于识别是否应该执行磁头到介质(hms)间距的校准的确定步骤705，当否时，程序流移动到步骤740，在该步骤可以启动正常或标称操作模式。当确定步骤705识别出应该校准hms间距时，程序流可以移动到步骤710，其中带被定位到带的未使用区域并且然后在步骤715中带以低速移动。步骤720、725、730和735是可以在校准过程中重复的步骤。这些步骤包括接收hms传感器数据(720)、评估hms传感器数据(725)和调整hms(730)。确定步骤735识别校准过程是否已经完成。该校准过程可以包括将磁头承载组件移向带，直到当带以低速移动时承载组件的面向磁头的表面接触带。可以基于带张力的变化、检测到的由摩擦产生的读取元件的运动、检测到由于与带的摩擦导致的磁头温度升高或检测到磁头和带之间的电接触、或者通过与接触带的面向磁头的表面相关联的其他物理属性来检测碰触。一旦检测到碰触，可以在接收到传感器数据的同时将磁头承载组件从带移开。
64.虽然未在图7中示出，但是校准过程可以包括粗略校准和随后的微调校准。微调校准可以包括在带上方略微不同的高度执行一系列读取和写入操作。当带在标称条件下移动时，可能会发生这些读取和写入。在此微调过程中收集的数据可以识别最佳hms，并且可以用于识别在给定hms的指令变化的情况下磁读/写性能有多少变化。因此，可以基于与实际hms的绝对知识分离的最佳磁性能来调整校准。
65.当确定步骤735识别出校准未完成时，程序流可以移回到步骤720。如上所述，可迭代地执行步骤720、725、730和735直到校准过程完成。当校准完成时，程序流可以从确定步骤735移动到步骤740，在步骤740中可以启动带驱动器的正常或标称操作。
66.只要带驱动器在正常模式下操作，程序流就可以迭代地执行步骤745、750、755、760、765和770。步骤745可以接收hms传感器数据，步骤750可以评估接收到的hms传感器数据，并且步骤755可以调整hms。可以评估接收到的hms传感器数据以识别当前hms间距，从而可以在带厚度变化时对其进行控制或对观察到的飞行高度变化做出反应。如上所述，hms可以直接测量或者可以根据不同的测量值来计算(例如，面向磁头的表面与带辊或带导向器
之间的距离减去带厚度测量值)。
67.在步骤755之后，可以在步骤760中接收轨道跟随(例如伺服)数据，可以在步骤765中评估该轨道跟随数据，并且可以在步骤770中调整对轨道跟随致动器的调整。在步骤745之后，程序流可以返回到步骤745。虽然在图7中未示出，程序流可以结束，使得带可以从带驱动器中移除。
68.图7的步骤可以由本领域已知的任何类型的处理器或多处理器来执行。这样的处理器可以专用于如上所述移动磁头承载器的任务。替代地，图7的步骤可以由还执行与带驱动器的操作相关联的其他功能的处理器来执行。在某些情况下，图7的程序代码可以在低级机器代码或固件中实现。某些步骤或动作可以由电子电路或计算机逻辑的任何组合来执行。一些功能可以使用现场可编程门阵列、专用集成电路、处理器或其组合来执行。尽管图7说明了特定的事件序列，但本发明的实施例可通过改变这些步骤的顺序或通过消除某些步骤或与某些步骤序列分离来执行。
69.图8示出了可用于与带驱动器通信或控制带驱动器的操作的电子组件。图8的装置800包括一个或多个处理器810、存储器820、读/写通道830、输入840、输出850和通信接口860。图8中所示的各种不同的组件可以经由总线870彼此通信耦合。在操作中，一个或多个处理器810可以执行存储器820外的指令以执行如在此讨论的控制带操作、控制读取和写入操作以及控制致动器运动的操作。一个或多个处理器810可以是本领域已知的任何处理器，但通常可以是从存储器820外部执行指令的微控制器。存储器820可以是本领域已知的任何存储器，通常存储器820将是或包括随机存取存储器(ram)的形式。存储器820还可以包括存储固件程序代码的非易失性存储器(例如闪速存储器)。存储在闪速存储器中的操作指令可以移动到ram作为初始化过程的一部分。
70.读/写通道830可以包括模拟和数字电子设备的组合，例如前置放大器、模拟滤波器电子设备、数字化电路和锁相环/数据分离器。从带读取和写入带的数据将通过读/写通道830的电路。输入840可以耦合到感测磁头到介质的间距、带张力、带速度或其他参数数据的传感器。输入840还可以包括或耦合到将模拟传感器数据转换为数字数据的模数转换器。在某些情况下，输入840可以直接从传感器接收数字数据。
71.输出850可以包括马达驱动电路或致动器驱动电路。输出850可以控制带速度或可用于驱动影响磁头到介质间距的致动器，如本文所讨论的。因此，输出850可以耦合到dc无刷电机或耦合到致动器(例如压电或热致动器)。通信接口860可以是本领域已知的任何形式的通信接口。例如，通信接口可以与小型计算机系统接口(scsi)或串行小型计算机系统接口(sas)兼容。替代地，通信接口860可以是网络接口，例如以太网接口。图8的装置可以从其他计算机接收命令和数据，并可以通过通信接口820向计算机提供数据。
72.一个或多个处理器810可以基于从其他计算机接收的命令来控制带驱动器的操作。一个或多个处理器810可以从输入840接收传感器数据、通过读/写通道830传输的控制数据，并且可以通过经由输出850发送信号来控制马达或致动器的操作。一个或多个处理器也可以将数据缓存在存储器820，直到数据可以写入带或提供给其他计算机。
73.虽然上面提供和描述的各种流程图可以显示由本发明的某些实施例执行的特定操作顺序，但是应该理解这样的顺序是示例性的(例如，替代实施例可以以不同的顺序执行操作，组合某些操作，重叠某些操作，或与其他操作分离等)。

技术特征：

1.一种用于控制磁间距的装置，所述装置包括：磁性元件组，所述磁性元件组包括面向带的表面；一个或多个传感器，所述一个或多个传感器感测与所述磁性元件组和磁性地存储数据的带的前表面之间的磁头到介质间距(hms)相关联的数据；带导向器，所述带导向器与所述带的后表面接触；致动器，所述致动器移动所述磁性元件组，以控制所述磁性元件组和所述带的前表面之间的hms，其中通过所述致动器的移动，所述hms被控制为对应于将所述带的前表面和所述磁性元件组的所述面向带的表面分开的期望距离；控制器，当数据在所述磁性元件组和所述带的前表面之间传输时，所述控制器基于所述带移动经过所述磁性元件组时从所述一个或多个传感器接收所述传感器数据，控制所述致动器的移动以调整所述hms对应于所述期望距离。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述带导向器的形状为圆形。3.根据权利要求2所述的装置，还包括旋转所述带导向器的马达。4.根据权利要求1所述的装置，还包括与所述带导向器相关联的块，所述块包括边缘，当所述带被所述块的所述边缘移动时产生较低的压力。5.根据权利要求4所述的装置，其中，当所述带移动时，所述带的后表面接触所述块。6.根据权利要求4所述的装置，还包括位于所述带导向器或所述带的后表面中的至少一个上的粗糙表面或图案化表面中的至少一个。7.根据权利要求1所述的装置，还包括第二致动器。8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第二致动器移动所述带导向器或所述磁性元件组中的至少一个。9.一种控制磁间距的方法，所述方法包括：由控制器从一个或多个传感器接收传感器数据，所述控制器监测与带和磁性元件组相关联的磁头到介质间距(hms)；对从所述传感器接收到的感测数据进行评估；由所述控制器基于对于所述感测数据的评估来识别hms；识别所述hms应该被调整为对应于所述带的前表面和所述磁性元件组的面向带的表面分开的期望距离；并且当数据在所述磁性元件组与所述带的前表面之间传输时，基于所述带移动经过所述磁性元件组时从所述一个或多个传感器接收到的所述传感器数据，控制致动器的移动，以调整所述hms对应于所述期望距离。10.根据权利要求9所述的方法，还包括基于滚动元件的旋转来移动所述带。11.根据权利要求9所述的方法，还包括使所述带移动经过包括边缘的块，其中基于所述带移动经过所述块的边缘而在所述带的后表面产生低压。12.根据权利要求9所述的方法，还包括控制第二致动器的移动。13.根据权利要求9所述的方法，还包括当所述hms被控制为对应于所述期望距离时，在所述带的正面写入数据。14.根据权利要求9所述的方法，还包括当所述hms被控制为对应于所述期望距离时，从所述带的正面读取数据。
15.一种非瞬态计算机可读存储介质，其上包含能够由处理器执行以实现控制磁间距的方法的程序，所述方法包括：由处理器从一个或多个传感器接收传感器数据，所述处理器监视与带和磁性元件组相关联的磁头到介质的间距(hms)；对从所述传感器接收到的感测数据进行评估；由所述处理器基于所述感测数据的评估来识别hms；识别所述hms应该被调整为对应于所述带的前表面和所述磁性元件组的面向带的表面分开的期望距离；并且当数据在所述磁性元件组与所述带的前表面之间传输时，基于所述带移动经过所述磁性元件组时从所述一个或多个传感器接收到的所述传感器数据，控制致动器的移动以调整所述hms对应于所述期望距离。16.根据权利要求15所述的非瞬态计算机可读存储介质，所述程序还能够执行以控制第二致动器的移动，其中至少部分地基于所述第二致动器的移动来保持所述带的后表面和带导向器之间的接触。17.根据权利要求15所述的非瞬态计算机可读存储介质，所述程序还能够执行以控制第二致动器的移动，其中至少部分地基于所述第二致动器的所述移动和由所述带移动经过刮削边缘而产生的低压区来维持所述带的后表面和块之间的接触。18.根据权利要求15所述的非瞬态计算机可读存储介质，所述程序还能够执行，以控制第二致动器的移动。19.根据权利要求18所述的非瞬态计算机可读存储介质，其中所述第二致动器移动带导向器或所述磁性元件组中的至少一个。20.根据权利要求15所述的非瞬态计算机可读存储介质，所述程序还能够执行，以在所述hms被控制为对应于所述期望距离时启动在所述带的正面写入数据或读取数据中的至少一个。

技术总结

本发明涉及带驱动器、带传输器、带头和带头悬架领域。更具体地，本发明涉及磁带数据存储和带记录器，其包括设计为最小化或消除磁头与带接触以减少或消除带驱动器磁头的磨损和污染的部件。本发明的方法和装置可以通过移动磁头相对于带的位置来动态地控制磁头到介质的间距。这样的装置可以包括被设计为最小化磁间距的部件。这可以使用移动磁头、移动带或同时移动磁头和带的致动器来实现。这可以包括支撑带的后表面。替代地或附加地，可以使用接触并驱动带后表面的机构来执行带经过磁头的移动。动。动。