引 言
光盘驱动器加固技术是在恶劣环境下保证光盘驱动器能正常工作,以满足军用要求的技术。光盘光学头抗振动、抗冲击是加固技术的重要组成部分,光学头聚焦伺服误差是衡量光盘机正常工作的一个重要指标。在光盘机非振动情况下,光学头聚焦误差已有文章作了分析[3]。
本文在光盘机受振动与冲击情况下进行了聚焦伺服误差理论分析,得出了它的频率响应特性。进行了光盘机隔振防冲击加固设计,研制了一套小型化无谐振峰隔振装置,使光盘机在军用条件下能正常工作。
1 理论分析
1.1 振动对聚焦伺服的影响
光盘机聚焦伺服系统动力学模型如图1所示。聚焦误差信号经过功率放大后输入到音圈电机上产生伺服力F(t)以消除聚焦误差。
设光盘机基座及盘片振动为u(t),聚焦物镜位移为y(t),k为弹簧刚度,c为阻尼,m为聚焦物镜质量,E为聚焦物镜的驱动线圈,t为时间。则音圈上电压平衡方程及物镜动力学方程分别为
式中ωn为固有角频率,ζ为阻尼比,ω为光头聚焦物镜系统垂直振动的角频率。当系统ζ为0.1,k0为1时,如图2所示聚焦伺服反馈系统闭环共振频率为1.5kHz。
1. 2盘片轴向抖动对聚焦伺服的影响(图3)
音圈电fi) L电压平衡方程及物镜动力学方程分别为
2 商用光盘机的耐振性
综合分析图3和图4可以得出民用光盘机耐振曲线。设盘片轴向抖动的幅值为±100μm、频率30Hz,则引起的聚焦误差为
可见在无振动、冲击情况下,聚焦伺服系统足以消除盘片抖动对聚焦误差的影响。光盘聚焦物镜的焦深为±2μm,允许误差δ=0.1μm,根据这个允许值结合图3和上面的结论,得出民用光盘机耐振曲线如图5所示。将光盘机放在振动台上做耐振实验,得到一组实验值(图5),实验值与理论曲线基本吻合。
3 光盘光学头的抗振系统设计
要求的光盘机抗振性是:
振动 3.5g时,为5～2000Hz;
冲击 20g时,为11ms半正弦波。
由光盘机的耐振曲线可知,光盘机在低频域只能承受不到1g振动,在高频域抗振性不到0.5g,要想光盘机在军用恶劣条件下正常工作,必须对其进行加固。
通常,一般的隔振系统在5～2000Hz范围内都有一个令人头痛的共振峰。本文中设计了一套微型化超低固有频率隔振系统,对光盘机进行加固。取得了满意效果,实现了该系统在使用频率范围内无共振峰。
图6为隔振系统动力学模型,其幅频特性为[1]
本文设计的隔振元件力与变形曲线如图7所示。该曲线上在变形量λ1与λ2之间有一段刚度趋于零且承载能力为W的部分,根据固有频率公式因此该系统固有频率非常低,有效地解决了使用频率范围内的共振峰问题。
对光盘机隔振系统进行振动实验,得如图8所示实验曲线。从图上看出:在使用频率范围5～2000Hz内,TA≤0.2,无共振峰。实验结果表明,在上述频率范围内,在给定的振动和冲击条件下,光盘机能正常工作,达到研究目标要求。
4 结 论
光盘光学头聚焦伺服误差受盘片轴向抖动及机座振动的影响,聚焦伺服闭环控制系统使得光盘机具有一定的抗振性。无谐振峰隔振系统对光盘机进行加固,在军用恶劣条件下,振动 3.5g时,为5～2000Hz;冲击 20g时,为11ms半正弦波。光盘机能正常工作。
参考文献
1 丁文镜.减振理论,北京:清华大学出版社,1988
2 Der-Chang Hsieh.Optical Disk servo control system.SPIE,1982,329:81～88
3 Earman A M.Optical focus servo for optical disk massdata storage system application.SPIE,1982,329:89～93
4 王志竣.大容量磁盘机加固技术.电子计算机外部设备,1989,(4):40～43
*国防科工委“八·五”科技预研重点项目下属的子专题。
本文作者：
黄 鹰:男,1962年1月生,1984年毕业于华中工学院机械制造专业,1989年毕业于华中理工大学机械学专业(工学硕士)。讲师,从事精密机械教学与研究。
