光盘偏摆误差测量系统

光盘偏摆误差测量系统l=J磁光盘具有记录密度高、存储容量大、可靠性高、使用寿命长、信息单位价格低等突出优点，特别是它的可擦写和随意卸换特点，使磁光盘向传统磁盘存储器提出了挑战.然而，盘片高速转动时产生的轴向跳动、径向跳动影响了定位的快速性和精度，降低了光盘机的性能.如果盘片的轴径向偏摆和超过了光头跟踪的范围，或者其轴径向加速度超过了光头跟踪的速度，盘片将不能正确读写.因此，磁光盘机械特性的测试是非常重要的。一、轴向偏摆误差测量轴向偏摆(axialdeflection)是指光盘记录层相对于聚焦光点的轴向偏差,而轴向偏摆速度和加速度分别为轴向偏摆对时间的一阶和二阶导数。国内外具有代表性的测量方法按测量原理可分为直接测量和间接测量两类。一种是利用激光多普勒测振仪(LaserDopplerVibrometer，LDV)直接测量光盘介质轴向运动的系统。该方法测量精度高，动态范围大。该方法可以容易地测出基片厚度和倾角引起的光盘轴向偏摆;适当设计光路及激光入射角度可以测得由折射率变化引起的光盘轴向偏摆。轴向加速度通过对位移两次微分得出。为了提高测量的稳定性、降低外界环境的干扰，在实际测量中，在一般LDV工作原理的基础上发展出了双光束LDV。但LDV价格昂贵，维护调整比较复杂，不适于集成到用于生产和开发光盘的测量系统中。一般而言，LDV适于实验室研究。截至目前，尚未有过以LDV为核心的专用光盘测量系统的报道。另一种是间接测试系统一跟踪法。国外推出的盘片机械特性检测系统几乎都采用了这种方法。这种方法利用光盘机的工作原理，通过测量光学头的运动来得到光盘上被测点的运动。这种方法模仿了光盘机的工作状态，因而能较好地反映光盘和光学头的交互。另外基片厚度、折射率及倾角引起的光盘偏摆都可在其测量结果中得到反映。该方法的精度取决于聚焦伺服系统的跟踪精度。基于激光三角法的直接测量方案，测量方案原理图如下图所示：激光器典焦透镜或像透镜激光器典焦透镜或像透镜图1激光三角法示意图本测量方案会损失基片折射率变化引起的偏摆，根据盘片的制作工艺可知，由基片折射率引起的偏摆相当小，可以忽略；光盘为多层结构，如图2所示。

保护层:~10顷反射房；~50nni电嘴层；保护层:~10顷反射房；~50nni电嘴层；〜100顷磁光房：〜30nm基片:~1.2mm图2磁光盘多层结构图其中基片以上各层都是采用镀膜工艺形成的薄膜，各层膜紧密地附着在基片上，其中保护层由透明聚合物构成，可以保证光束透过。参考图2,可知基片厚度变化和光盘倾角可通过测量反射层而得到；考虑到减小入射光斑以提高测量分辨率，选择垂直入射方式。实际测量系统中，选用松下公司的Nais3B的LM300激光传感器。该传感器技术参数为：采样频率50Ksps，响应频率20KHz，分辨率为0.2〃m，量程为±3mm。该传感器测量原理为激光三角法，从其技术参数看，它非常适合光盘的机械特性测量。二、径向偏摆误差测量盘片的径向偏摆是指记录层中光道相对于光学头的径向偏摆，定义为在规定的转速下盘片旋转时任一光道中心相对于盘片旋转中心的最大最小距离差。从参考驱动器光头的角度来度量，它包含以下几个部分：（1）实际旋转中心和参考轴（盘片的几何中心）的距离；（2）参考轴（盘片的几何中心）与光道中心的偏差。径向偏摆来源于盘片中心和盘毂中心的偏差、盘毂中心和驱动器主轴轴心的偏差、盘片内孔的偏心和间隙及盘片安装的对心误差。而且，由于轴承间隙，光盘信道偏移及盘片的翘曲、变形等，都会使信道与旋转轴不同心，引起信道在半径方向上的位移，同时，驱动器主轴旋转时也会产生轴心偏摆。在规定的旋转频率下（50Hz±0.5Hz），在一转之内沿着一个固定的径向线测量，该项参数不得超过50um。光盘径向动态特性的测量方法可分为直接测量和间接测量两类。国际标准推荐的方法是首先检测跟踪伺服误差或位置信号，然后通过误差或位置信号转换成偏摆，是一种间接测量方法。由国际标准规定的光盘信息道分布，可推导出光盘旋转一周时，扫过静止光学头的信息道数目N（即过道信号数目）和光盘径向偏摆P的关系，如式（1）:P二二 （1）2式中：a为光盘的道间距。因此，在光盘的一个旋转周期内对过道信号计数，可得N；由国际标准规定的道间距名义值a,由式（1）即可粗略得到径向偏摆P,这就是过道信号计数法的基本原理。该法使用简单，同时由于测量时光学头在径向保持静止，其精度和径向伺服系统带宽无关。但是，过道数N一般不是整数，故该方法无法测量小数部分偏摆，且该法须利用道间距才能得到径向偏摆，而该法本身不能提供道间距的测量手段（一般使用道间距的名义值），因此，测量精度低，只能作为实验室估测。本文采用基于过道信号的连续检测法（以下简称连续法）进行测量。连续法的主要原理则是利用光盘信息道沿光盘径向的分布与过道信号一一对应的关系，通过测量过道信号所反映的信息道空间分布得到径向偏摆。其测量过程是：首先，光学头在径向保持静止时连续采集动态下（光盘正常旋转时）光盘过道信号TESdyn,如图3。然后，在光学头沿径向移动时，同时采集静态下（光盘静止时）光盘过道信号TESsta和能够反映光学头沿径向移动的光栅信号SIGgrid,可得到过道信号波形、光盘信息道沿径向分布的规律，并据此精确求得道间距a。这样即可精确求得光盘的径向偏摆P。1/2周期2 1 J图3连续的TES波形在连续法中，径向偏摆的峰峰值靠拐点确定。在拐点位置（如图1所示）偏摆值达到最大或最小，而偏摆速度为零。拐点识别的准确性可采用以下判据而提高。频率判据。拐点附近的过道信号频率低于其余部分的频率，且相邻两个拐点之间，频率由拐点附近最低连续增加到相邻两个拐点间中点处的最高频率，且频率的变化是连续的。对称性判据。拐点两侧的波形具有明显的对称性。TESsta测量对拐点附近偏摆的连续测量精度具有决定性的影响。具体实现时,可采用高精度直线光栅。另外，采取细分技术还可进一步提高测量精度。三、结论基于激光三角法的直接测量法具有测量带宽大,测量结果误差对测试转速不敏感的显著优点,该方法能适应今后光盘的发展趋势。基于过道波形信号连续测量法能在径向保持光学头静止的状态下直接测量光盘运动，因而大大提高了仪器的频率响应范围，得到了很好的测量效果。该方法特别适用于高密度光盘径向动态特性的测量。参考文献：［1］ 王海卫，裴先登，谢长生。面向高性能光盘盘片的轴向动态特性测量方法研究［J］。计算机研究与发展，2003（2）。［2］ 章倩，刘