用于含低密度气体的磁盘驱动器的早期泄漏探测系统 相关申请
本申请要求美国临时申请序号60/304093，2001和提交于2001年11月2日的美国临时申请序号60/337635的优先权。
【发明领域】
本申请一般涉及磁盘驱动器，尤其涉及用于含空气之外的低密度气体的磁盘驱动器的磁盘驱动器泄漏检测系统。
【发明背景】
磁盘驱动器通常包括一基部，磁盘驱动器的各种部件都安装其上。上盖和基部配合来形成限定磁盘驱动器的内部、密封环境的外壳。部件包括以恒定地高速旋转一个或多个磁盘的主轴马达。通过使用致动器组件将信息写入磁盘上的磁轨或从其读取。致动器组件包括向磁盘延伸的致动器臂，它具有从每个致动器臂延伸的一个或多个弯曲件。置于每个弯曲件的末端处的是磁头，它包括空气轴承滑动器使得磁头以接近相关磁盘的相应表面上方飞行。
用空气之外的低密度气体(即相同压强下密度比空气密度低的气体)填充磁盘驱动器可以提升其性能。例如，诸如氦的低密度惰性气体相比在空气中的操作可以以约5比1的因数降低磁盘和其相关的读取/写入磁头之间的气动阻力。该降低的阻力使得主轴马达的所需功率降低。因此，填充驱动器的氦使用的电能比空气环境中工作的可比的磁盘驱动器的少。同时，氦气比空气更有效地传导走磁盘驱动器工作期间产生的热。
尽管氦填充的驱动器具有优点，但这种驱动器在商业上还不是很成功。这主要是由于和随着时间产生的磁盘驱动器的氦泄漏有关的问题。当氦泄漏时，空气泄漏入导致磁盘驱动器操作中不希望的效果并可能使得磁盘驱动器故障。例如，由于驱动器内的湍流气流，空气浓度的增加会增加读取/写入磁头上的力，且它会引起噪声和/或磁头在磁盘上过高的距离处飞行。由于不适当的氦量产生的不可预期的故障的风险是氦磁盘驱动器相当的缺点，特别是因为如果磁盘驱动器故障，可能将磁盘驱动器内存储的数据不可挽回地丢失。
因此，需要一种改进的驱动器，它能有效地使用氦而没有由于低的氦浓度而产生的磁盘驱动器不可预料的破坏的危险。本发明提供了这种和气体问题的解决方法，并提供了优于现有技术的其它优点。
发明概述
针对这个背景开发了本发明。根据本发明的一个实施例，一种方法检测磁盘驱动器内低密度气体(诸如氦)的浓度具有达到不可接受的水平的危险。该方法包括监控随磁盘驱动器内的气体浓度的变化而变化的信号并根据所监控的信号确定一标准。所述标准被选择来表示由于磁盘驱动器内气体的低浓度磁盘驱动器是否具有不能良好工作的危险。该浓度本身不必是不可接受的，但它表示该浓度具有达到不可接受的水平的危险。所述方法还包括在满足所述标准时设定一标记。该标记可以触发警告用户或可以触发磁盘驱动器内其它的功能，诸如从磁盘驱动器自动备份数据。
本发明的另一个实施例是包含诸如氦的低密度气体并包含气体泄漏检测系统的磁盘驱动器。该检测系统包括驱动器内的传感器，它现有磁盘驱动器内气体浓度的变化而产生信号。该传感器可以是读取/写入变换器而信号可以是表示变换器飞行高度的读取信号的幅度或表示不可重复的偏转的位置误差信号。该信号还可以表示主轴马达的运行电流或位于磁盘驱动器上或内的各加速度计的测量的磁盘模式变化。
本发明还可以实现成包括包含空气之外的其它低密度气体的外壳的磁盘驱动器。该磁盘驱动器包括一装置，它用于检测由于磁盘驱动器内气体的低浓度磁盘驱动器是否具有不能良好工作的危险。较佳地，检测装置包括用于接受响应磁盘驱动器内低密度气体的浓度变化而变化的信号的装置和用于检测是否满足基于所述信号的标准的进一步的装置。
通过阅读以下详细的描述和参考附图，本发明的这些或各种其它特点以及优点将变得明显。
附图概述
图1是示出主要内部部件的结合了本发明较佳实施例的磁盘驱动器的平面图。
图2是根据本发明较佳实施例的一般泄漏检测方法的流程图。
图3是图2方法的特殊较佳实施例的流程图。
图4是理想磁轨轨迹的平面图，磁轨轨迹只包括可重复的偏转，且磁轨轨迹包括可重复的和不可重复的偏转。
图5是比较具有氦环境的磁盘驱动器和具有空气环境的磁盘驱动器的不可重复的偏转位置误差信号的图表。
图6是图1所示的磁盘驱动器下侧的平面图，示出加速度计位于磁盘驱动器的主轴马达的基部。
图7是图2方法的特殊的可供选择的实施例的流程图。
【具体实施方式】
图1示出根据本发明较佳实施例构成的磁盘驱动器100。磁盘驱动器100包括基部102，磁盘驱动器100的各种部件安装其上。示出成部分切掉的上盖104和基部102配合以常规方式形成限定磁盘驱动器的内部、密封的环境的外壳。将磁盘驱动器100的密封环境填充氦以提升磁盘驱动器100的性能。部件包括主轴马达106，它以恒定的高速旋转一个或多个磁盘108。通过使用致动器组件110将信息写入磁盘108上的磁道或从其读出，该组件110在寻道操作期间绕邻近磁盘108的支撑轴组件112旋转。致动器组件110包括向磁盘108延伸的多个致动器臂114，具有从每个致动器臂114延伸的一个或多个弯曲件(flexure)116。安装在每个弯曲件116的末端上的是磁头118，它包括使得磁头118在接近相关磁盘108的相应表面上飞行的空气轴承滑动器。
在寻道操作期间，通过使用音圈马达124控制磁头118的磁道位置，该音圈马达通常包括贴附到致动器组件110上的线圈126，以及一个或多个永磁体128，它建立沉浸有线圈126的磁场。对线圈126受控施加电流造成永磁体128和线圈126之间的磁相互作用，从而线圈126根据公知的洛伦茨关系移动。在线圈126移动时，致动器组件110绕支撑轴组件112旋转，且使得磁头118移动越过磁盘108的表面。 在长期不使用磁盘驱动器100时，通常将主轴马达106的电源断开。在将驱动马达断电时，磁头118被移动到靠近磁盘108的内径的停驻区120上。通过使用致动器锁扣结构将磁头118固定在该停驻区120上，以防止在磁头停驻时致动器组件110的疏忽造成的旋转。
操作期间，弯曲组件130向致动器组件110提供必需的电连接通路而允许致动器组件110的旋转移动(pivotal movement)。弯曲组件130包括和磁头导线(未示出)连接的印刷电路板132；磁头导线沿致动器臂114和弯曲件116行进到磁头118。印刷电路板132通常包括用于在写入操作期间控制施加到磁头118的写入电流的电路和在读取操作期间用于放大磁头118产生的读取信号的前置放大器。弯曲组件终止于弯曲托架134以通过基部面板(base deck)102和置于磁盘驱动器100的下侧上的磁盘驱动器印刷电路板(未示出)通信。
现在参考图1-2，将描述检测磁盘驱动器100中空气之外的低密度气体(例如，氦)的浓度有下降到不能接受的水平的方法200。在操作202中，根据信号确定一标准。较佳地，该信号表示根据磁盘驱动器100中的气体浓度的变化而变化的特征。根据该信号的标准表示出磁盘驱动器100中的气体浓度有降入不可接受的水平的危险，且该标准较佳地表示出浓度将在预定的时间段内降入不可接受的水平之下。
在操作204中，监视信号来确定在询问操作206中是否已满足了所述标准。如果未满足标准，则表示磁盘驱动器100中的氦浓度将在预定时间段内降入不可接受的水平之下，随后在操作208中设定一标记。较佳地，该标记是警告用户氦浓度将在预定时间内降入不可接受的水平的警告标记。还将指示用户在预定的时间段内将任何有价值的数据从磁盘驱动器100中移出。例如，如果预定的时间段是一个月，则将指示用户在下一个月内将所有有价值的数据从磁盘驱动器100移出。可供选择地，标记可以是引发磁盘驱动器100之内或之外的某些其它操作的标记。例如，标记可引发存储于磁盘驱动器100内的数据的自动备份。
通过警告用户由于磁盘驱动器100内氦的较低浓度将可能造成磁盘驱动器100内的故障，方法200降低了由于磁盘驱动器100的故障而丢失用户的数据的可能性。由此，方法200增加了用户对氦填充磁盘驱动器100的信心并使这种磁盘驱动器100更吸引用户。
现在参考图3，方法220是上述方法200的更具体的实施例。在操作222中，在将给出警告和磁盘驱动器100内的氦浓度将达到不可接受的水平的时间之间确定一时间段。应选择该时间段以使用户具有足够时间在氦浓度达到不可接受的水平之前从磁盘驱动器100取回任何有价值的数据。作为一实例，该时间段可以选作一个月。
在操作224中，在合适地用可接受的氦浓度填充磁盘驱动器100时测试特征值。应对特定的磁盘驱动器100确定可接受的氦浓度。较佳地，这可以通过确定在填充特定水平的氦时磁盘驱动器100中产生的读取和/或写入误差的数量来进行。例如，磁盘驱动器100中的合适的氦填充浓度可以是磁盘驱动器100中95％的氦。因此，当氦的浓度处于或高于95％时，驱动器将适当地工作且读取和/或写入误差的数量是可接受的，但当氦的浓度低于95％时，驱动器将具有不可接受的读取和/或写入误差的数量。可接受的读取和/或写入误差的数量将根据驱动器且尤其是可以补偿读取和/或写入误差的驱动器的特点而变化。但是，本技术领域内熟练的技术人员已知用于确定读取和/或写入误差的可接受数量的技术。
特征可以是表示磁盘驱动器100中氦浓度的大量特征中的任一个。此外，特征可以包括在驱动器工作期间常规测量的特征，或可以为了检测氦泄漏而特别测量的特征。例如，特征可以是磁盘108上磁头的飞行高度(即，在磁盘驱动器100工作期间磁头118和相应的磁盘表面之间的距离)。当更多的空气泄漏进入磁盘驱动器100中且磁盘驱动器100内的氦浓度将因此降低时该飞行高度将增加。当飞行高度增加时，磁头118产生的读取信号的振幅将降低。因此，读取信号的振幅的下降表示磁盘驱动器中氦浓度也下降。磁头118的读取/写入变换器用作读取信号产生的飞行高度特征的传感器。可以使用结合现有监控技术的磁盘驱动器中现有的处理器监控读取信号。
在磁盘驱动器100内随氦浓度变化的特征的另一个实例是不可重复的偏转。图4示出不可重复的偏转意味着什么。部分理想的圆形磁轨示作230。参考图1和4，磁轨轨迹232示出如果只出现可重复的偏转磁头118将遵循的轨迹。因为主轴马达106上的磁盘组内的容许误差，该轨迹232不严格地沿理想的圆形轨迹230，从而主轴马达106不以理想的圆形轨迹旋转磁盘108。但是，轨迹232是可重复的，因为对于磁盘旋转的每个角度，离中心的位移是相同的且当磁头之后尝试追踪理想的轨迹230时磁头将沿该轨迹。因此，如果仅出现可重复的偏转，则在将信息写入磁盘108时和在从磁盘108读取信息时磁头118将基本沿同一轨迹232。
但是，实际上，在尝试追踪理想的轨迹230时由于不可重复的偏转，磁头将实际上沿着轨迹234。因为不可重复的偏转，轨迹234偏离可重复的偏转轨迹232。因此，不可重复的偏转可以被量化成磁头的实际轨迹234离可重复偏转轨迹232的变量。磁头118的读取/写入变换器产生的位置误差信号表示实际磁头轨迹234和理想磁轨轨迹230之间的距离。通过根据已知技术将可重复的偏转因数析出(factoring out)，该位置误差信号可以用来量化不可重复的偏转。用于监控不可重复的偏转的位置误差信号的传感器和处理器已是磁盘驱动器上较普遍的且对于本技术领域内的熟练的技术人员是已知的。
图5示出填充了氦的磁盘驱动器100和填充空气的磁盘驱动器之间不可重复的偏转位置误差信号中的不同。垂直轴235表示轨迹变化的百分比，或由于不可重复的偏转磁头118偏离的磁轨宽度的百分比。因此，如果磁轨变化是100％，则由于不可重复的偏转，磁头118偏离了整个磁轨宽度。水平轴237表示位置误差信号中的频率。线236表示空气环境中的位置误差信号。线238表示氦环境中的位置误差信号。如所示的，在几个不同的频率处，空气环境中的位置误差信号236明显地高于氦环境中的位置误差信号238。这些高量值被认为是由于磁盘驱动器100中的特定部件(例如，磁盘108)在其共振频率处振动引起的。这些共振频率的振动幅度(也称作“磁盘模式”)在氦环境中相当的小，因为减少了湍流气流。
因此，在氦环境中的同一磁轨上的不可重复的偏转位置误差信号显著地少于空气环境中的。这是氦填充磁盘驱动器的优点。但是，除了显示出了氦填充的磁盘驱动器100的有效性，不可重复的偏转位置误差信号中的变化可以用来表示特殊磁盘驱动器100中氦的浓度。即，不可重复的偏转位置误差信号值的增加表示磁盘驱动器100中氦浓度的相应的减少。
虽然不可重复的偏转位置误差信号和读取信号是优选用作监控的信号，但是也可以使用几种其它的特征和表示信号，只要它们指示磁盘驱动器100中氦的浓度。例如，旋转时磁盘108的阻力是表示磁盘驱动器100中氦浓度的另一个特征。该特征的表示信号可以是主轴马达106的运行电流。当磁盘驱动器100中的氦浓度降低时，磁盘108上的阻力增加，由此需要提供主轴马达106更多的运行电流。
虽然上述表示信号都是从现有磁盘驱动器电路产生的(例如，不可重复的偏转位置误差信号和读取误差信号)，但本发明也在磁盘驱动器内使用专用电路，它仅关注磁盘驱动器内氦(或其它低密度气体)泄漏的检测。例如，图6示出磁盘驱动器基部102的下表面，它包括一开口以便允许主轴马达116的基部150在磁盘驱动器102之下延伸。主轴马达基部150上的插件152适于接触和安装在磁盘驱动器基部102的下表面上的印刷电路板(未示出)上的类似的插头。在本发明的一个实施例中，加速度计154也置于主轴马达150的下表面156上。较佳地，加速度计154连接到印刷电路板(未示出)上的附加电路，该附加电路监控加速度计154经受的变化幅度。可以将已知的数学算法应用于被测量的加速度信号，从而确定在各种频率时变化的幅度，类似于图5所示的位置误差信号的图表。即，通过常规(填充空气)驱动器和填充氦的驱动器中的加速度计154测量的变化的曲线将呈现得非常类似图5，其中空气中的已知“磁盘模式”的幅度大大高于氦中的。磁盘模式的振幅的该变化被用来设定一标准以便确定氦(或其它低密度其它)的浓度何时降到不可接受的水平。
应注意，加速度计154的位置不限于图6所示的主轴马达的基部150。事实上，假如加速度计154能精确地测量已知磁盘模式处的变化幅度，加速度计154可以位于驱动器基部102的另一位置或可以位于磁盘驱动器100的内部体积内。此外，本发明使用专用的泄漏检测传感器，诸如加速度计154，较佳地，在驱动器中使用现有的“测量特征”(诸如不可重复的偏转位置误差信号)来提供精确的泄漏检测系统而不用增加磁盘驱动器100的成本和复杂性。
重新参考图3，在操作240处的时间推移之后，在步骤242中测试特征的值。较佳地，时间推移短到足够防止操作242的测试之间的氦浓度的显著下降，但长到足够操作242中的测试对于系统不是太过繁重。例如，时间推移可以是24小时。该测试包括如上所述的监控表示特性的信号。此外，当表示信号和读取/写入误差或位置误差信号相关时，测试较佳地包括在用来在操作224中获得测试值的同一磁轨(即测试磁轨)上运行磁头118。希望在几个测试磁轨上运行磁头118以便确保特征和表示的氦浓度的精确估计。
在操作244中，将在操作240的时间推移之后在操作242中获得的特征的值和以合适的氦填充在操作244中获得的特征的值比较。在询问操作246中，确定特征是否表示氦浓度低于预定的警告水平。该警告水平是以上描述的标准，它较佳地表示在预定时间段内氦浓度将达到不可接受的水平。可以通过首先确定应该提示系统警告用户的氦浓度来确定对应于预定警告水平的该特征或表示信号的值。可以由本技术领域内熟练的技术人员利用对特定驱动器的测试的或估计的氦泄漏比率并确定在到达不可接受的氦浓度水平之前预定时间段期间允许的泄漏率的氦填充量来方便地进行该确定。
如果被测试的特征值表示氦浓度处于或低于确定的警告水平，则在操作248中设定警告标记以警告用户在预定时间段之后磁盘驱动器100将出现故障。如上所述在方法200中，较佳地，还将指示用户在预定时间段内从磁盘驱动器100移出任何重要的数据。如果特征的值表示氦浓度大于预定的警告水平，则在操作240中将允许时间推移。在时间推移之后，方法220将进行到操作242。将重复操作240、242、244和246直到氦浓度降到预定的警告水平。
现在参考图7，将描述一般方法200的特殊的可供选择的实施例。在方法250中，时间推移和不可接受的氦浓度在操作252中确定，如同图3所示的方法220的操作222中。如同方法220的操作224，操作254中用氦的适当填充来测试磁盘驱动器100中氦浓度的特征决定因数的测试值。如同使用方法220，所述特征可以是表示磁盘驱动器100中氦浓度的任何特征。
在操作255中的时间推移之后，在操作256中测试特征的值，如同方法220中的操作242。在操作258中，记录时间推延之后的特征值。这可以通过简单地记录表示信号的值来实现。作为一实例，该值可以记录于磁盘驱动器100的磁盘108的指定区域上。在询问操作260中，确定特征值的趋势是否表示将在预定时间段内达到不可接受的氦浓度。在该实施例中，该趋势是较佳地表示将在预定时间段内达到不可接受的氦水平的标准。例如，询问操作260可以根据之前记录的特征值首先确定特征的变化率，随后使用该比率和最近记录的特征值一起确定是否将在预定时间段内达到磁盘驱动器100内不可接受的的氦浓度。如果出现这种趋势，则在操作262中设定警告标记来警告用户并指示用户在预定时间内将任何重要的数据从磁盘驱动器100移出。如果该趋势不表示将在预定的时间段内达到不可接受的氦浓度，则方法250返回到操作255且出现时间推移。重复操作255、256、258和260直到趋势表示将在预定的时间段内达到不可接受的氦浓度。
优选方法220因为它比方法250更简单。但是，方法250在适当的时候将更精确地设定警告标记，因为它考虑来自特定磁盘驱动器100的变化的氦泄漏率。
以另一种方式描述，根据本发明示例性较佳实施例的方法(诸如200)检测磁盘驱动器(诸如100)的低密度气体的浓度有达到不可接受的水平的危险。该方法包括监控一信号(诸如在操作204中)，它响应磁盘驱动器中气体浓度的变化而变化；并根据所监控的信号确定(诸如在操作202中)一标准，其中选择该标准来指示磁盘驱动器是否由于磁盘驱动器中的低气体浓度而有不能满意地工作的危险。该方法还包括在确定已满足标准(诸如在操作206中)时设定一标记(诸如在操作208中)。
所述信号可以是位置误差信号，表示和磁盘(诸如108)上相对于数据轨道的磁头(诸如118)的位置。位置误差信号较佳地表示不可重复的偏转。该信号可以是读取信号，表示磁盘(诸如108)的表面上方磁头(诸如118)的飞行高度。磁盘驱动器(诸如100)可以包括将磁盘(诸如108)旋转的主轴马达(诸如106)而信号可以表示主轴马达的运行电流。此外，磁盘驱动器(诸如100)可以包括加速度计(诸如154)而信号可以表示该加速度计(诸如154)测量的磁盘模式振动的幅度。
标准可以对应于所选择的信号值。可供选择地，标准可以表示信号值的趋势。较佳地，标准表示磁盘驱动器中气体的水平将在预定时间段内达到不可接受的水平。
较佳地，监控所述信号包括周期性地监控所述信号，且它较佳地包括旋转磁盘驱动器的磁盘时接受信号，其中磁盘驱动器的磁头位于磁盘的测试磁道上。
本发明的另一个实施例可以描述成一磁盘驱动器(诸如100)，它包括诸如氦的低密度气体并包括气体泄漏检测系统。该检测系统包括驱动器内的传感器(诸如118或154)，它响应磁盘驱动器内气体的浓度变化产生信号。该检测系统还包括处理器，它监控信号且如果满足了预定标准它能设定标记。
较佳地，磁盘驱动器(诸如100)包括磁盘(诸如108)和在磁盘(诸如100)的表面上以预定高度飞行的磁头(诸如118)。在一个实施例中，传感器是磁头(诸如118)上的变换器，它读取并将数据写入磁盘(诸如108)的表面，且在位于旋转磁盘的磁轨上时变换器产生信号。该信号可以是表示变换器的飞行高度的读取信号或表示不可重复的偏转的位置误差信号。磁盘驱动器(诸如100)可以包括旋转磁盘(诸如108)的主轴马达(诸如106)而信号可以表示主轴马达的运行电流。此外，磁盘驱动器(诸如100)可以包括加速度计(诸如154)而信号可以表示加速度计(诸如154)测量的磁盘模式变化的幅度。
本发明的又一个实施例可以描述成磁盘驱动器(诸如100)，它包括包含空气之外的低密度气体的外壳(诸如102和104)。该磁盘驱动器还包括一装置，用于检测磁盘驱动器是否具有由于磁盘驱动器中气体的低浓度而不能良好地工作的危险。
较佳地，用于检测的装置包括用于接受信号的装置，该信号响应磁盘驱动器内低密度气体的浓度变化而变化。在较佳的实施例中，用于检测的装置还包括一装置，它用于通过监控信号来确定是否满足了基于该信号的标准。
清楚的是，本发明很适于获得所描述以及这里内在的目的和优点。虽然为了揭示的目的描述了实施例，但可以进行本发明的范围内的各种变化和修改。例如，可以同时监控多个特征以确保磁盘驱动器内的氦密度的精确表示。此外，可以将不同的数学算法应用到被测量的信号(诸如信号的积分)，从而与信号的预定值或信号的可辨识的趋势相比，标准可以基于一段时间上测量的特征总值。可以进行大量的其它变化，它们易于为本技术领域内熟练的技术人员理解且它们在所附的权利要求书中所限定的所揭示的本发明的范围之内。