Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Информационно-измерительные системы

Диссертационная работа:

Гориш Евгений Анатольевич. Разработка технических и информационно-измерительных средств для повышения динамической точности функционирования стриммерных устройств : диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.16, 05.12.13.- Ижевск, 2003.- 195 с.: ил. РГБ ОД, 61 03-5/3583-8

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение

Глава 1. Анализ принципов построения устройств резервирования

данных и технических средств контроля динамической

точности их функционирования

1.1. Состояние рынка аппаратных средств резервного
копирования и архивирования данных

  1. Нетрадиционные технологии

  2. Магнитные ленты

  1. Сравнение технологий

  2. Некоторые другие технологии

  3. Автоматизация процедуры резервного копирования

  4. Требования к библиотекам и автозагрузчикам

  5. Емкость автозагрузчика

  6. Погрешности работы механизма транспортирования ленты

  7. Анализ возмущений ленточного носителя в МТЛ

  8. Математические модели участков тракта МТЛ

  9. Анализ и оценка состояния средств измерения

и контроля параметров движения ленточных носителей 45

1.10.1. Обзор способов и устройств измерения

перекоса ленточного носителя 46

1.10.2. Обзор способов и устройств измерения

деформаций ленточного носителя 48

1.10.3. Обзор способов и устройств измерения

скорости движения ленточного носителя 50

1.11. Комплексные методы и средства измерения

динамических характеристик ленточных носителей 55

1.12. Выводы, постановка цели и задач исследований 57

Глава 2. Моделирование безконтактного взаимодействия
магнитной головки и ленты с компенсацией
нестабильности скорости движения ленты
60

2.1. Влияние волновых потерь на зависимость ЭДС на выходе
магнитной головки воспроизведения при записи

АМ-сигнала в стриммерных устройствах 60

2.2. Воспроизведение магнитной записи

с вибрирующими магнитными головками 69

  1. Динамические уравнения кинематической пары, образуемой движущейся лентой и поверхностью, совершающей механические колебания в плоскости 73

  2. Исследование уравнений динамики гибкой ленты,

огибающей с небольшим углом вибрирующую поверхность 84

2.5. Полученные результаты и выводы 88
Глава 3. Разработка диагностического контрольно-
измерительного комплекса для исследования
динамической точности функционирования МТЛ 90

  1. Способ измерения деформации ленточного носителя 92

  2. Способ и устройства для измерения

перекоса ленточного носителя 101

  1. Устройства для измерения параметров движения носителя 103

  2. Полученные результаты и выводы 117 Глава 4. Экспериментальные исследования функционирования

тракта магнитных головок с учетом оценки
точности записи-чтения информации
119

4.1. Паразитная амплитудная модуляция и режимы работ МТЛ 122

4.1.1. Экспериментальные исследования 122

4.1.1.1. Зависимость АГАМ

от натяжения магнитной ленты 124

4.1.1.2. Зависимость К^ от углов

огибания магнитных головок лентой

4.1.1.3. Зависимость К^ от удельного

давления ленты на поверхность головок 4.1.2. Теоретические исследования

4.2. Колебания скорости движения ленточного
носителя и режимы работ МТЛ
4.2.1. Экспериментальное исследование

4.2.1.1. Зависимость Ккс от натяжения

магнитной ленты 138

4.2.1.2. Зависимость Ккс от углов огибания

лентой магнитных головок 142

4.3. Статистические оценки стохастических

параметров тракта магнитных головок 150

4.3.1. Статистические оценки стохастических процессов

ПАМ 151

4.3.2. Статистические оценки колебания
скорости ленточного носителя

4.4. Полученные результаты и выводы
Заключение
Литература
Приложение.
Акт об использовании диссертационной работы

Введение к работе:

Актуальность темы. В последнее время наблюдается стремительное развитие технологий систем хранения данных, выбор которой в значительной степени зависит от размеров информационной сети и от необходимой оперативности доступа к файлам. Для резервного копирования файлов из локальных сетей обычно используются стриммеры, представляющие собой высокоинформативные накопители информации на ленточных носителях.

В иерархии массовой памяти - оперативной (on-line), почти оперативной (near on-line), автономной (off-line), удаленной (off-line) - практически везде можно найти магнитные ленты, и только оперативный режим работы оставлен за жесткими дисками. Для хранения информации диски вполне пригодны лишь в некоторых случаях кратковременных отказов, но абсолютно не приспособлены для восстановления данных при катастрофах: крайне неэкономично и непрактично сберегать в сейфе несколько поколений копий на жестких дисках. Напротив, с помощью давно проверенных методов данные можно эффективно и недорого хранить на магнитной ленте. Во-первых, сменные ленты занимают мало места и очень просто перезаписываются. Во-вторых, они обеспечивают достаточно высокую скорость передачи при создании резервных копий и восстановлении утерянных данных. В последнее же время благодаря технологическим достижениям отмечается значительный рост емкостей и скоростей. Уже сейчас имеются ленточные кассеты, способные вместить от 100 до 300 Гбайт, тем временем ведется разработка кассет еще большей емкости. А эффективные программные инструменты позволяют оптимизировать хранение данных.

Тенденция развития идет в направлении больших централизованных ленточных библиотек с автоматической загрузкой кассет. Поэтому администраторы теперь не используют носители с маленькой емкостью локально на каждом отдельном сервере. Количество необходимых для работы накопителей непрерывно падает. Однако объем подлежащих хранению данных растет параллельно с сохраняемым на дисках.

Технологическое разнообразие ленточных устройств настолько велико, что представить в рамках настоящей работы весь спектр применяемых решений не представляется возможным. И все же пока в качестве критерия для классификации можно выбрать ширину ленты. Этот параметр можно сравнить с объемом цилиндров в двигателе при оценке класса автомобиля. По каким-то отдельным параметрам устройства младшего класса могут превосходить более дорогие старшие, но в целом они обладают набором качеств, определяющих их принадлежность к определенному классу. Малый класс - ленты широтой 4 миллиметра, средний - 8-миллиметровые ленты, старший - полудюймовые ленты. Отдельное место занимают элитные продукты класса high-end - IBM 3480/3490, Storage Tec 9840, DTF и Ampex.

Однако на технологии, используемые при создании ленточных накопителей, оказывают влияние несколько обстоятельств. Во-первых, лента - это, по всей видимости, самое механическое, если так можно сказать, устройство из всей компьютерной периферии. Поэтому создателям новых устройств приходится решать целый ряд специфических проблем механического свойства. Им нужно выбрать оптимальную ширину ленты и метод размещения записи на ленте, обеспечить максимальную динамику движения и минимальное число перегибов при перематывании, найти способ минимизации трения ленты с головками записи-чтения (от этого зависят ключевые параметры - долговечность головки и срок жизни кассеты) и т.д. Вторая проблема - собственно способ записи на ленту и метод считывания информации, в том числе и компрессии данных. Но самое главное заключается в том, чтобы найти оптимальное сочетание, обеспечивающее наиболее быстрый доступ к данным, высокую пропускную способность канала передачи и надежность хранения. В поисках оптимума каждый из производителей избирает собственное направление. Разнообразию решений способствует то, что ленты перестали быть средством для обмена данными; они используются сугубо локально, «по месту прописки». Следовательно, нет особой нужды в стандартизации. Каждый производитель и каждый

пользователь волен выбирать то, что ему по вкусу. В результате после развала «Вавилонской башни» полудюймовых лент рынок рассыпался на множество несовместимых форматов, поддерживаемых теми или иными производителями. В сегменте индивидуальных рабочих станций и ПК в основном работают Tandberg и Sony, а лентопротяжки для корпоративных систем производят кроме двух этих компаний еще и Ecrix, Benchmark, Quantum, Exabyte, IBM и Quantum.

Объектом исследования являются устройства хранения информации; инфокоммуникационные системы; механизм транспортирования ленты (МТЛ); динамические модели тракта магнитных головок; модель колебаний магнитной головки, соприкасающейся с движущейся магнитной лентой; вибрирующие магнитные головки; пьезокерамические элементы; контактные потери; диагностический комплекс информационно-измерительных средств для контроля динамической точности отображения информации; частотные характеристики магнитных головок; паразитная амплитудная модуляция; многопараметрическая зависимость колебаний скорости движения ленты; статистические оценки стохастических параметров тракта магнитных головок.

Предметом исследования являются влияние волновых потерь на зависимость ЭДС на выходе магнитной головки воспроизведения; исследование влияния вынужденных механических колебаний магнитной головки и носителя сигналов на точность записываемого и воспроизводимого сигнала; предотвращение износа ленты путем создания постоянного неконтакта между магнитной головкой и носителем магнитной записи, математическая модель колебаний ленты, движущейся на вибрирующей поверхности, которая совершает механические колебания в двух направлениях; динамика магнитной ленты, соприкасающейся с элементами магнитной головки, возбуждаемыми механическими колебаниями ультразвуковой частоты малых амплитуд; разработка технических средств для измерения перекоса, деформации, колебаний и неравномерности скорости движения ленты; экспериментальные исследования работы тракта магнитных головок с учетом оценки точности записи-чтения информации.

Цель работы - разработка и научное обоснование технических и методических решений, направленных на решение проблемы минимизации трения ленты с головками записи-чтения и повышение точности записи-чтения данных за счет стабилизации скорости транспортирования ленты, внедрение которых имеет существенное значение для обеспечения долговечности головки и срока жизни ленты, а также достоверности резервирования информации в стриммер-ных устройствах.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

провести анализ перспективных конструкций ленточных устройств хранения информации (стримеров) различного типа; выявить особенности конструирования МТЛ этих устройств;

составить дифференциальные уравнения кинематической пары, образуемой движущейся лентой и поверхностью, совершающей вынужденные колебания в плоскости, позволяющие определить параметры для создания оптимального неконтакта магнитной головки и ленты с одновременной компенсацией нестабильности скорости передвижения последней;

исследовать влияние вынужденных механических колебаний магнитной головки и носителя сигналов на точность записываемого и воспроизводимого сигнала; выявить особенности способа поддержания магнитной ленты над магнитными головками путем создания вибраций магнитной головки или зоны носителя магнитной записи в непосредственной близости его к рабочему зазору магнитной головки при использовании пьезоэлектрических преобразователей, на электроды которых подается высокочастотное напряжение;

изучить влияние колебаний элементов магнитной головки, соприкасающихся с магнитной лентой на ее параметры продольного движения; установить диапазон частот и амплитуд вынужденных колебаний ленты для уменьшения трения между лентой и огибаемыми поверхностями в МТЛ;

исследовать параметры движения ленточного носителя цифровой информации, сформулировать метрологических требования к устройствам изме-

рения колебаний, неравномерности скорости движения, деформации и перекоса движущегося ленточного носителя в стриммерных устройствах;

изучить динамику тракта магнитных головок по степени точности передачи информации в зависимости от режимов работ МТЛ; разработать методику оценки точности передачи информации по коэффициенту колебания скорости движения сигналоносителя и коэффициенту паразитной амплитудной модуляции;

определить зависимость рабочих режимов МТЛ от статистических характеристик конструктивных и динамических параметров тракта магнитных головок для стохастической оптимизации режимов функционирования МТЛ.

Методы исследования. В работе применялись теоретические и экспериментальные исследования. Структурные схемы измерительных средств созданы с учетом теоретических основ информатики и микропроцессорных вычислительных средств. При проектировании технических средств контроля и диагностики стриммеров, получении оценок погрешностей записи-чтения сигналов использовались теоретические основы радиоэлектроники, теория точной магнитной записи и теоретические основы вычислительной техники. Аналитические исследования динамики тракта МТЛ осуществлялись на основе теории машин и механизмов, теории колебаний и динамики, прочности машин, приборов и аппаратуры.

Для изучения свойств записи-чтения информации применялись методы теории вероятностей, математической статистики и теории случайных функций. Теоретические исследования базируются на основах теории колебаний, математического моделирования дискретно-контитуальных систем, корреляционной теории стационарных случайных процессов.

В целях проверки теоретических положений были спроектированы и изготовлены макет экспериментального устройства для записи-чтения цифровых данных на движущемся ленточном носителе. Экспериментальные исследования базируются на использовании методов кинематического и динамического ана-

10 лиза параметров и характеристик механизмов с учетом метрологических характеристик средств измерений. Использовалась математическая теория эксперимента, обработка полученных результатов проводилась с привлечением аппарата математической статистики.

Разработка информационно-измерительных средств МТЛ проводилась на основе теории измерения электрических и механических величин. Оценка погрешностей измерений основана на теории точности измерительных систем.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов подтверждена результатами системного анализа динамики прецизионных МТЛ, использованием математических моделей колебательных систем МТЛ в виде многомерных систем обыкновенных дифференциальных уравнений с постоянными и переменными коэффициентами. Разработанный автором комплекс контрольно-измерительной аппаратуры обеспечивает возможность одновременного измерения нескольких параметров движения ленточного носителя, при этом устраняя влияние одного параметра на точность измерения другого, что обеспечило повышение его точности, быстродействия и разрешающей способности по сравнению с существующими.

Достоверность экспериментальных результатов обеспечена использованием аттестованных средств измерений динамических характеристик тракта МТЛ, большим объемом экспериментального материала, статистическими методами обработки данных и хорошей воспроизводимостью результатов.

На защиту выносятся результаты исследований по разработке эффективных технических решений, направленных на повышение надежности и динамической точности функционирования тракта магнитных головок МТЛ стриммеров, в том числе:

- исследование влияния вынужденных механических колебаний магнитной головки и носителя сигналов на точность записываемого и воспроизводимого сигнала; выявление особенностей способа поддержания магнитной ленты над магнитными головками; доказательство целесообразности применения виб-

11 рирующих магнитных головок в стриммерных устройствах;

- математическая модель динамики магнитной ленты, движущейся в МТЛ
по вибрирующей поверхности магнитной головки, позволяющая определить
параметры тракта магнитных головок для создания оптимального неконтакта
между вибрирующей магнитной головкой и лентой с одновременной компенса
цией нестабильности скорости перемещения ленты; схема сил, действующих на
элемент ленты, находящейся над вибрирующей поверхностью;

исследования уравнений динамики магнитной ленты, движущейся в МТЛ стриммеров, и соприкасающейся с элементами магнитной головки, возбуждаемыми механическими колебаниями ультразвуковой частоты малых амплитуд; использование теории нити для определения совокупности параметров движения ленты и головки;

способы измерения продольной и поперечной деформации, позволяющие рассчитывать коэффициент Пуассона для движущейся ленты; устройства для определения динамической деформации ленты как функции ее ширины; устройство, обладающее высокой точностью измерения скорости движения ленты за счет учета ее поперечных перемещений; информационно-измерительные средства для определения перекоса, деформации и скорости движения ленточного носителя за один цикл измерения, позволяющие учитывать влияние одних параметров на точность измерения других;

методика экспериментальных исследований динамики тракта магнитных головок по принципу определения оптимальных режимов работы МТЛ по степени точности передачи информации для конструктивных вариантов кинематической схемы МТЛ;

статистические оценки параметров тракта магнитных головок; корреляционные функции паразитной амплитудной модуляции, колебания скорости сигна-лоносителя и пространственных колебаний магнитной ленты аппроксимированные при помощи ортогональных полиномов Чебышева; зависимости паразитной амплитудной модуляций и их энергетические спектры от типа магнитных лент.

12 Научная новизна полученных результатов определяется проведенными комплексными исследованиями, в результате которых, предложен метод, позволяющий повысить долговечность магнитной головки записи-чтения информации и увеличить срок службы магнитной ленты кассет стриммерных устройств, стабилизировать скорость транспортирования самой ленты, и разработан контрольно-измерительный комплекс для исследования динамической точности функционирования МТЛ стриммеров, в ходе которых:

решена задача устранения контакта между головкой записи-чтения и магнитной лентой путем создания вынужденных колебаний магнитной головки, с помощью воздействующих на нее двух рассогласованных по фазе пьезоэлектрических преобразователей;

путем выбора амплитуд возмущающих воздействий пьезоэлектрических преобразователей и угла их фазового рассогласования предложена методика оптимизации неконтакта магнитных головки и ленты с одновременной компенсацией нестабильности скорости ленты;

в результате решения дифференциальных уравнений динамики гибкой ленты, огибающей с небольшим углом вибрирующую поверхность магнитной головки, установлено, что для уменьшения трения между лентой и огибаемыми поверхностями в МТЛ, можно воздействовать на головку вынуждающей силой ультразвуковой частоты с амплитудой до нескольких микрометров;

для оценки динамической точности работы стриммеров разработан комплекс контрольно-измерительной аппаратуры, позволяющий измерять скорость движения носителя, его колебания, угол перекоса, продольную и поперечную деформации ленты, а также обеспечивает возможность одновременного измерения нескольких параметров движения ленточного носителя, при этом устраняя влияние одного параметра на точность измерения другого; достоинствами созданного комплекса является повышенная на 7-33% точность измерений;

- предложена методика экспериментальных исследований динамики
тракта магнитных головок, основанная на определении оптимальных режимов

13 работы МТЛ по степени точности передачи информации для различных конструктивных вариантов кинематической схемы МТЛ;

- разработанная методика использует характеристики режима работы МТЛ, такие как натяжение ленты, угол огибания лентой магнитных головок, скорость перемещения ленты, длина волны воспроизводимого сигнала и условия эксплуатации МТЛ, конструктивные параметры тракта магнитных головок, в качестве которых выбраны радиус и материал магнитных головок, ширина щелей и частотные характеристики головок, тип ленты, а также динамические параметры - пространственные колебания носителя, колебания основания магнитных головок, крутильные колебания основных вращательных узлов тракта головок, в том числе и переменные моменты трения сопротивления, а также контактное давление ленты на головку.

Практическая ценность. Важным для практики результатом теоретических изысканий автора диссертационной работы является то, что применение в стриммерных устройствах вибрирующих магнитных головок позволяет устранить непосредственный контакт между головкой и магнитной лентой, что устраняет трение и, как следствие, износ поверхностного магнитного слоя головки и ленты. Это, в конечном счете, приводит не только к увеличению долговечности тракта магнитных головок, но и к повышению точности и надежности записи-чтения резервируемой цифровой информации.

Разработка новых форм контрольных сигналов и алгоритмов вычисления параметров движения ленты, позволила создать и конструктивно проработать комплекс информационно-измерительных средств для измерений деформаций, перекосов и скорости движения ленточных носителей информации. Отличительными особенностями данных технических решений являются высокая точность и быстродействие за счет возможности измерения нескольких параметров одновременно. Применение разработанных оригинальных технических средств позволяет разработчикам и производителям стриммерных устройств автоматизировать операции регулировки, наладки и контроля стриммерных устройств при их производстве.

Проведенные глубокие экспериментальные исследования позволили определить зависимость между основными статическими и динамическими параметрами тракта магнитных головок и физическими и механическими параметрами применяемых в стриммерных устройствах типов магнитных лент. А также оценить степень влияния конструктивных и физических параметров на точность записи-чтения информации.

Реализация работы в производственных условиях. Разработанные автором работы математические модели динамики тракта вибрирующих магнитных головок и полученные аналитические зависимости в результате решения дифференциальных уравнений в частных производных, отображающих динамику взаимодействия ленты и магнитной головки использованы на ряде предприятий РАКА для проектирования и создания высокоинформативных, быстродействующих и надежных накопителей на магнитной ленте, предназначенных для систем регистрации и телеуправления испытаниями объектов ракетно-космической техники.

Созданный диагностический контрольно-измерительный комплекс информационно-измерительных средств динамической точности функционирования аппаратуры магнитной записи использован на предприятиях, производящих радиотелеметрическую аппаратуру.

Созданные автором математическое и методическое обеспечение, технические средства и полученные экспериментальные результаты целесообразно использовать на предприятиях РАКА и РАСУ для создания высокоточных и многофункциональных аппаратов магнитной записи для создания ленточных библиотек резервирования данных в корпоративных инфокоммуникационных системах.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на 31-33 Научно-технической конференции ИжГТУ (Ижевск, 1999-2001); научно-технической конференции Московской лесотехнической академии (Москва, 2000); Международном Самарском симпозиуме телекоммуникаций (Самара, 2001-2002); VIII

15 Санкт-Петербургской международной конференции «Региональная информатика, 2002» (Санкт-Петербург, 2002); International conference «Vibroingeneering, 2001» (Kaunas, 2001); Международном симпозиуме «Надежность и качество» (Пенза, 2002-2003); Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в инновационных проектах» (Ижевск, 2003).

Публикации. Результаты работы отражены в 20 научных трудах: 11 статей в центральной печати, 3 статьи в научно-технических журналах и сборниках, 2 депонированные рукописи (объемом 58 и 47 страниц) и 4 тезиса докладов на научно-технических конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, 4 главы и заключение, изложенные на 195 с. машинописного текста. В работу включены 57 рис., 6 табл., список литературы из 177 наименований и приложение, в котором представлен акт об использовании результатов работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности темы, формулировку цели и задач работы, основные положения, выносимые на защиту, и определяет содержание и методы выполнения работы.

В первой главе проведен анализ принципов построения устройств резервирования данных и технических средств контроля динамической точности их функционирования. Проведено исследование современных систем и средств резервного копирования и архивирования данных, которые включают в себя нетрадиционные технологии: CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD-RW, DVD-RAM, DVD+RW и МО (магнитооптика), - и традиционные основанные на накопителях на магнитной ленте: DDS, DLT, Mammoth, AIT, QIC и др. Рассмотрены доминирующие погрешности работы МТЛ стриммеров, выполнен анализ возмущений ленточного носителя в МТЛ, математических моделей участков тракта МТЛ. Проведена оценка состояния средств измерения и контроля параметров движения ленточных носителей, обзор способов и устройств измерения пере-

коса ленточного носителя, способов и устройств измерения деформаций ленточного носителя, обзор способов и устройств измерения скорости движения ленточного носителя. Изложены принципы комплексных методов и средств измерения динамических характеристик ленточных носителей.

Во второй главе разработана математическая модель безконтактного взаимодействия магнитной головки и ленты с компенсацией нестабильности скорости движения ленты. Проведено исследование влияния волновых потерь на зависимость ЭДС на выходе магнитной головки воспроизведения при записи АМ-сигнала в стриммерных устройствах. Предложена модель воспроизведения магнитной записи с вибрирующими магнитными головками. Построены динамические уравнения кинематической пары, образуемой движущейся лентой и поверхностью, совершающей механические колебания в плоскости. Выполнено исследование уравнений динамики гибкой ленты, огибающей с небольшим углом вибрирующую поверхность.

В третье главе разработан диагностический контрольно-измерительный комплекс для исследования динамической точности функционирования МТЛ. Предложены способ измерения деформации ленточного носителя, способ и устройства для измерения перекоса ленточного носителя и устройство для измерения параметров движения носителя.

В четвертой главе проведены экспериментальные исследования функционирования тракта магнитных головок с учетом оценки точности записи-чтения информации. Проведено исследование влияния паразитной амплитудной модуляции (ПАМ) и колебания скорости (КС) транспортирования ленточного носителя. Построены статистические оценки стохастических параметров тракта магнитных головок, влияние на них стохастических процессов ПАМ и колебания скорости ленточного носителя.

22 головка неподвижна при движении ленты. Данные на ленте записываются в виде множества параллельных дорожек (серпантина). Головка размещается на специальной подставке, при достижении конца ленты она сдвигается на другую дорожку. Движение ленты при записи/чтении осуществляется в обоих направлениях. На самом деле, таких головок обычно устанавливается несколько, чтобы они обслуживали сразу несколько дорожек (они образуют несколько каналов записи/чтения).

В системах резервного копирования и архивирования наибольшее распространение получили следующие виды лент: 4-миллиметровые DDS (Digital Data Storage), и 8-миллиметровые DLT (Digital Linear Tapes), Mammoth, AIT (Advanced Intelligent Tape) и QIC (Quarter-Inch Cartridge).

Рис. 1.1. Накопитель DDS

По количеству продаваемых устройств на рынке лидерство у 4-миллиметровой технологии DDS (см. рис. 1.1). Первые реализации 4-миллиметровой технологии (точнее, DDS-1) были основаны на использовании цифровых аудиокассет (Digital Audio Таре, DAT), применяемых в цифровых магнитофонах, поэтому иногда данную технологию продолжают называть DAT.

В качестве носителя в технологии DDS используется кассета с магнитной

23 лентой шириной 4 мм. Метод записи — наклонный. Появившаяся в 1999 году реализация DDS-4 способна хранить на кассете 20 Гбайт несжатой информации при производительности 3 Мбайт/с. Предыдущая, пользующаяся не меньшей популярностью версия DDS-3 позволяет записывать 12 Гбайт несжатой информации при производительности 1,2 Мбайт/с. Для DDS характерны очень небольшие размеры и вес: достаточно сказать, что кассета чуть больше спичечной коробки. Еще одно достоинство DDS — самая низкая цена на накопитель и носители. В Москве стриммер DDS-4 можно купить всего за 1000 долларов, что в несколько раз дешевле конкурирующих продуктов. К 2001 году производители разработали технологию DDS-5 с емкостью 40 Гбайт несжатой информации и скоростью передачи данных 6 Мбайт/с.

Рис. 1.2. Накопитель DLT

До недавнего времени технология DLT (Digital Linear Таре) (см. рис. 1.2) считалась самой перспективной. Она обеспечивала беспрецедентную, по сравнению с конкурентами, емкость носителя и скорость передачи данных. Однако сейчас, по иронии судьбы, DLT проигрывает всем, кроме DDS, - и по емкости, и, тем более, по цене. Нельзя сказать, что Quantum, разработчик этой технологии, ничего не делает для ее развития. Так, совсем недавно компанией была

24 анонсирована реализация DLT 8000, позволяющая хранить на одном носителе 40 Гбайт несжатой информации при скорости передачи данных 6 Мбайт/с. Однако это новшество трудно назвать не то что прорывом, а даже значительным достижением, поскольку предыдущая реализация DLT 7000, появившаяся еще три года назад, обеспечивала хранение 35 Гбайт несжатой информации и скорость 5 Мбайт/с. Тем не менее пока, нельзя сбрасывать DLT со счетов. Компания Quantum планирует в ближайшее время выпустить накопители Super DLTtape с емкостью 100 Гбайт несжатой информации при скорости 10 Мбайт/с. В дальнейшем линейка Super DLTtape должна пополниться накопителями вместимостью до 500 Гбайт несжатой информации и производительностью 40 Мбайт/с.

В системах DLT используются картриджи с линейным серпантинным методом записи, благодаря чему они, по заверениям Quantum, обеспечивают самую высокую надежность и производительность. Но, как мы увидим позднее, здесь не все так просто.

Рис. 1.3. Накопитель Mammoth

8-миллиметровая технология когда-то была основной на корпоративном уровне. Но натиск со стороны DLT сильно подорвал ее позиции. И вот, наконец, компании Exabyte удалось очень умелыми действиями не только остановить экспансию DLT, но и начать вновь отвоевывать утраченные позиции. Года

три назад Exabyte выпустила накопитель Mammoth с емкостью 20 Гбайт несжатой информации на одном носителе и скоростью передачи данных 3 Мбайт/с (см. рис. 1.3). Однако Mammoth проигрывал по техническим параметрам DLT 7000, хотя и стоил в два раза дешевле. Но настоящий прорыв был осуществлен в конце 1999 г., когда Exabyte выпустила накопитель Mammoth-2. На данный момент этот накопитель имеет самые высокие функциональные показатели в отрасли (если не считать специальных и очень дорогих решений): объем хранимой информации на одном носителе составляет 60 Гбайт несжатой информации, а скорость обмена данными — 12 Мбайт/с. В настоящее время компания Exabyte занята разработкой технологии Mammoth-З, реализация которой позволит хранить на одном носителе 120 Гбайт несжатых данных и обеспечит производительность 18 Мбайт/с. В накопителях Mammoth используются кассеты с наклонным методом записи.

Рис. 1.4. Накопитель и кассета AIT

Несколько лет назад, видя застой в развитии 8-миллиметровой технологии, компания Sony решила вмешаться в ситуацию и выпустила накопитель AIT (см. рис. 1.4). Хотя в А1Т также используется лента шириной 8 мм, накопители и носители стандарта AIT полностью несовместимы с классическими 8-миллиметровыми устройствами. В качестве носителей в AIT выступают кассеты с наклонной записью информации на ленту.

26 Характерной чертой кассет AIT является наличие в них встроенной памяти (MIC - Memory-In-Cassette). В МЇС хранится информация о месторасположении на ленте пользовательских файлов, а также другая, в том числе системная, информация. В теории это должно давать заметное преимущество AIT по такому показателю, как среднее время доступа к файлу, поскольку в этом случае последовательно просматривать всю ленту, чтобы найти нужный файл, не требуется. Однако в жизни все оказалось не так просто. Первая версия AIT-1 позволяла хранить на одной кассете 25 Гбайт несжатой информации при скорости обмена 3 Мбайт/с. В дальнейшем для AIT-1 стали выпускаться кассеты с большей длиной ленты, что позволило хранить 35 Гбайт несжатой информации. Объем памяти МІС в AIT-1 составляет 16 Кбайт.

Рис. 1.5. Накопитель QIC

Совсем недавно компания Sony выпустила новое поколение накопителей AIT-2, позволяющее хранить на одной кассете 50 Гбайт несжатой информации и обеспечивающее производительность 6 Мбайт/с. Объем памяти MIC увеличен до 64 Кбайт. В ближайших планах компании Sony стоит разработка технологии АЇТ-3 с емкостью хранения 100 Гбайт.

27 Еще пару лет назад технологию QIC (см. рис. 1.5), основанную на использовании четвертьдюймовых лент с линейной записью, считали безнадежно устаревшей и обреченной на вымирание [161]. Но, как это часто бывает, прогнозы оказались ошибочными. Компании Tandberg удалось совершить чудо: своим уровнем технология способна побороть многих конкурентов. В настоящее время Tandberg выпускает целую линейку продуктов SLR (Scalable Linear Recoding), среди которых мне хотелось бы выделить самую последнюю разработку — SLR100. В этой системе носитель вмещает 50 Гбайт несжатой информации, а накопитель обеспечивает скорость передачи данных 5 Мбайт/с. Так же как и в DLT, в системах SLR используется метод линейной серпантинной записи, но в качестве носителя здесь выступает не картридж, а кассета.

1.2. Сравнение технологий

Чтобы сравнивать между собой различные технологии, необходимо представлять себе, какие характеристики важны, а какие нет. Часто производители делают упор на те параметры, которые являются важными только для них самих и не имеют никакого значения для пользователей. Кроме цены наиболее значимыми характеристиками аппаратных средств резервного копирования можно назвать следующие: емкость одного носителя; скорость передачи данных; среднее время доступа к файлу, складывающееся из времени загрузки носителя в накопитель и среднего времени поиска файла.

Таблица 1.2

В табл. 1.2. представлены данные по самым последним версиям систем резервного копирования, причем в ней приведены официальные характеристики. К сожалению, за исключением емкости носителя, на практике они обычно не подтверждаются.

Скорость передачи данных и время доступа к файлам определяют суммарную производительность системы резервного копирования/архивирования и важны не только для стриммеров, но и для библиотек.

На самом деле, показателей работы систем резервирования существует гораздо больше. Среди них можно отметить: наработку накопителя на отказ; предельное количество проходов записи на носителе; среднее время хранения носителя без перемотки ленты для снятия напряжения; вероятность появления ошибки на носителе; допустимые ударные нагрузки на носитель и накопитель и т. д. Однако объективных данных по этим параметрам не существует, а доверять утверждениям производителей, как показывает практика, не следует. Сбор объективного статистического материала о таких параметрах занял бы многие годы. Но как это сделать, если технологии сменяют друг друга каждые несколько месяцев? Верить же объявленным априори параметрам, касающимся времени эксплуатации, может лишь наивный человек.

Справедливости ради, стоит сказать, что эти показатели не являются критичными, как это может показаться на первый взгляд. Например, для некоторых систем объявленная наработка на отказ (MTBF - Mean Time Between Failures) составляет 300 тыс. часов непрерывной работы, что составляет 34 года. Заметьте, непрерывной работы! Неужели кто-то серьезно рассчитывает, что через 10 лет он будет использовать все ту же старую систему?

Вместо того чтобы обращать внимание на эти эфемерные показатели, я советовал бы бережнее относиться к накопителям и носителям. В противном случае, у вас не пройдет и десятая часть эксплуатационного срока до того, как система выйдет из строя.

Следует отметить, что каждый производитель средств резервирования

29 периодически публикует результаты исследования, где демонстрирует преимущества своей технологии над конкурентами. Дело доходит до смешного, когда два прямых конкурента бьют в барабаны, восхваляя свое и ругая чужое.

Читая эти документы, просто диву даешься, на какие уловки идут производители и какими «важными» критериями оперируют. Как вы относитесь к таким параметрам и характеристикам, как «натяжение ленты во время перемотки», «отсутствие крюка на носителе», «длительность работы накопителя без обдува вентилятором» и т. п.?

Некоторые производители как на большое достижение указывают на то, что в их системах не требуется использовать чистящие картриджи/кассеты, поскольку системы сами автоматически производят чистку головок. Не верьте им! Как показывает практика, головки все равно засоряются, правда, не часто.

Еще одним часто вызывающим нарекания параметром является емкость носителя со сжатыми данными. Перечисленные выше системы резервирования обеспечивают аппаратное сжатие данных, обычно с коэффициентом 2:1 (в AIT «поддерживается» сжатие 2,6:1). Более того, сжатые данные записываются и считываются с удвоенной скоростью.

Любой, кто имел дело с резервным копированием, сталкивался со случаями, когда на ленту не помещалось даже 2/3 заявленного объема, что уж говорить о скорости. Именно поэтому мы везде оперируем величинами для несжатых данных.

Размеры и вес накопителя или носителя могут представлять интерес, только когда речь идет о стриммерах, для библиотек в большинстве случаев они не имеют существенного значения, поскольку суммарный размер и вес библиотеки зависят от целого ряда параметров.

Как уже подчеркивалось, заявленные производителями характеристики часто не подтверждаются на практике. Многократно проведенные независимые испытания показывают, что производители нередко в полтора-два раза завышают показатели скорости передачи данных и среднего времени доступа. Так,

зо оказалось, что DLT не имеет преимущества над конкурентами по скорости передачи данных. То же справедливо и в отношении AIT. Несмотря на наличие встроенной памяти MIC, она уступает Mammoth не только по времени загрузки/выгрузки носителя, но, что удивительно, и по времени поиска файла.

Какую же технологию лучше всего использовать? Такой вопрос представляется риторическим и, по большому счету, не имеет ответа. Даже общее знакомство с основными показателями систем позволяет обнаружить, что они весьма близки друг к другу. Каждая система имеет достоинства и недостатки, притом все они имеют дальнейшие перспективы развития. Можно лишь отметить, что производители DDS и SLR самые скромные: они позиционируют свои продукты как системы уровня рабочей группы и отдела предприятия.

Аппетиты производителей DLT, Mammoth и AIT гораздо выше. Они считают, что им по силам завоевать все ниши рынка аппаратных средств резервного копирования и архивирования (кроме систем резервирования отдельных персональных компьютеров (ПК)). Сейчас лучшие технические показатели имеет технология Mammoth-2, но, что будет хотя бы через полгода, не может предсказать никто.

Какую бы технологию вы не выбрали ранее, не стоит отказываться от нее в угоду моде. Тем более что новые разработки каждой конкретной технологии гарантируют обратную совместимость (хотя бы на уровне возможности чтения информации с носителей предыдущих поколений).

1.3. Некоторые другие технологии

Помимо DDS, DLT, Mammoth, AIT и QIC существует и ряд других технологий, некоторые из них обладают уникальными характеристиками или оказывают большое влияние на развитие аппаратных средств резервирования. Ниже приводится их краткий перечень.

Серия накопителей 3480/3490, разработанных компанией IBM, имеет долгую и славную историю. Сейчас они не могут соперничать с конкурентами

по емкости носителей, но имеют высокую надежность и малое время доступа к файлам.

В свое время много шума наделали системы Magstar производства IBM. Magstar 3590 обеспечивает передачу данных со скоростью 9 Мбайт/с, что до сих пор является прекрасным показателем. Емкость картриджа доходит до 10 Гбайт. Весьма оригинальную технологию имеют системы DST производства компании Атрех. Кстати говоря, именно Атрех разработала метод наклонной записи. Накопители DST способны хранить до 330 Гбайт информации и обрабатывать данные со скоростью 20 Мбайт/с. Невероятно высокие параметры и, к сожалению, заоблачные цены.

Самую высокую производительность обеспечивают накопители Metrum, скорость передачи данных в которых доходит до 64 Мбайт/с.

Кроме технологии AIT компания Sony продвигает на корпоративном рынке производительные и достаточно дорогие системы DTF. Емкость накопителя составляет 42 Гбайт, а производительность - 12 Мбайт/с.

Накопители LMS NCTP производства Plasmon обрабатывают данные со скоростью 10 Мбайт/с, а носители имеют емкость 18 Гбайт.

Система Redwood SD-3 компании Storagetek может поспорить по своим показателям со многими популярными продуктами. Она уже давно поддерживает емкость носителей 50 Гбайт и скорость обмена данными 11 Мбайт/с.

Среди новейших решений стоит обратить внимание на технологию LTO, совместную разработку компаний HP, IBM, Seagate и Fujitsu, начальные реализации системы поддерживают носители емкостью 100 Гбайт информации при скорости обработки 20 Мбайт/с.

Помимо высокой цены все альтернативные решения имеют тот недостаток, что их поддерживают очень немногие программные продукты. Характерный пример: весьма неплохой по своим характеристикам продукт Magstar 3590 (на ленте шириной 1,25 см размещено 1536 дорожек) имеет ограниченную поддержку вне систем ЮМ.

32 1.4. Автоматизация процедуры резервного копирования

По количеству продаваемых устройств с большим отрывом лидируют обычные стриммеры. Стриммер представляет собой накопитель, позволяющий обслуживать только один носитель и не имеющий никаких средств автоматизации подачи и смены картриджей/кассет.

Хотя стриммеры стоят относительно недорого, они годятся скорее для резервного копирования и архивирования отдельно стоящего ПК или небольшого сервера [82, 117]. Учитывая стремительный рост объема хранимой на серверах информации и ограниченную емкость носителя (даже самого вместительного, Mamrnoth-2), стриммеры плохо подходят для централизованных систем резервирования, так как такая система должна обслуживать все серверы предприятия (или, во всяком случае, большинство), а также наиболее критичные для нормального функционирования информационной среды рабочие места.

Как известно, резервное копирование и архивирование лучше всего производить ночью и в нерабочие дни. Это позволяет максимально ускорить процесс копирования и не накладывает на пользователей специфических ограничений. Дело в том, что, хотя многие серьезные программы резервирования могут обрабатывать открытые файлы, резервное копирование таких файлов значительно замедляет весь процесс. Кроме того, резервное копирование серьезно загружает процессоры серверов и приводит к заметному снижению производительности сети. Если резервное копирование или архивирование осуществляется в рабочее время, то, как это часто случается, какому-нибудь пользователю может потребоваться в неподходящий момент получить доступ к архиву. Сделать это будет невозможно, во всяком случае, если нет запасного стриммера.

Поэтому-то резервирование рекомендуется проводить в нерабочее время. Но в таком случае кто будет менять картриджи или кассеты ночью или в выходные? Не нанимать же, в самом деле, ради этого сотрудника.

Автоматизировать работу системы резервного копирования или повысить скорость передачи данных в той или иной степени позволяет несколько типов

33 устройств, таких, как стекер (stacker), автозагрузчик (autoloader), массив RAIT и библиотека (library) [118, 122, 126, 130, 131, 134, 141, 151, 155, 164, 171, 174, 175]. Под стекером понимают устройство с одним накопителем и несколькими носителями. Носители помещаются в корпус стекера заранее и подаются в накопитель в строго определенном порядке. Носители устанавливаются в специальных лотках, а подачу носителей в накопитель осуществляет специальный механизм, называемый роботом. Стекеры применяются, главным образом, для резервного копирования, когда вся копируемая информация не помещается на один носитель. Они плохо подходят для архивации, так как для них сложно организовать популярные схемы ротации носителей. Надо заметить, что стекеры пользуются все меньшей популярностью, большинство администраторов предпочитают иметь дело с автозагрузчиками и библиотеками.

Автозагрузчик во многом похож на стекер: он также имеет один накопитель и несколько носителей, установленных в корпус автозагрузчика. Однако носители могут подаваться в накопитель в произвольном порядке, поэтому данное устройство может использоваться как для резервного копирования, так и для архивирования и в системах HSM. В автозагрузчик обычно помещается от 4 до 14 кассет/картриджей.

Библиотекой называют хранилище с большим количеством носителей. Установка (или удаление) носителей в корпус происходит через так называемый «почтовый ящик» (mail box). Библиотеки могут иметь несколько накопителей, вследствие чего производительность резервирования значительно повышается. Загрузка носителей в библиотеках с несколькими накопителями может производиться в соответствии с двумя разными схемами. Согласно одной схеме, любой носитель может быть загружен в любой накопитель, тогда как другая схема предполагает, что за накопителем закрепляется определенная часть общего хранилища носителей. Выпускаемые некоторыми производителями библиотеки можно объединять друг с другом в одно общее устройство (супербиблиотеку). Особенно большие библиотеки, вмещающие многие терабайты дан-

ных, иногда называют «силосными башнями» (silo).

Массив RAIT расшифровывается как массив независимых лент (Redundant Array of Independent Tapes). Он состоит из нескольких накопителей в одном корпусе, причем каждый из них обслуживает один-единственный носитель (т.е., по существу, представляет собой группу обычных стриммеров). Схема работы RAIT аналогична дисковому массиву RAID. RAIT значительно повышает производительность операций резервного копирования и архивирования, поскольку накопители работают параллельно. Кроме того, RAIT обеспечивает повышенную отказоустойчивость, так как он ориентируется на спецификации RAID. Основные недостатки массивов RAIT связаны с невысокой емкостью и невозможностью ротации носителей. Поэтому сейчас массивы RAIT в чистом виде применяются редко. Тем не менее, технология RAIT вызывает повышенный интерес со стороны корпоративных заказчиков, поэтому обычно она поддерживается в библиотеках с двумя и более накопителями. Технологию RAIT можно реализовать и программными методами, за счет группирования нескольких автозагрузчиков или библиотек.

1.5. Требования к библиотекам и автозагрузчикам

Автозагрузчики и библиотеки выпускаются для всех популярных типов магнитных лент. Выбор поистине огромный, на любой вкус. Большие библиотеки (в несколько терабайт) выпускаются даже для DDS и SLR, но они обычно не позиционируются на корпоративном уровне. Цены также весьма разнообразны: от 5000 долларов для автозагрузчика DDS-4 на 200 Гбайт до многих десятков тысяч долларов за вместительные хранилища. Выбор автозагрузчика или библиотеки является непростой задачей, требующей учета самых разных обстоятельств.

В общем случае при приобретении новой системы или модернизации старой администратору необходимо учитывать следующие моменты.

Как уже было сказано, резервное копирование и архивирование лучше

35 проводить в нерабочее время, а это предъявляет жесткие требования к производительности систем резервного копирования. Но даже если резервирование допустимо днем, резервное копирование или архивирование должно быть завершено до следующего момента ротации лент.

Теперь представьте, что это означает на практике. Допустим, для резервирования используется самая популярная на корпоративном уровне система DLT 7000. По заверению компании Quantum, отдельный накопитель (в составе стриммера, автозагрузчика или библиотеки) имеет скорость передачи данных 5 Мбайт/с (на самом деле, тесты показывают только 3-3,5 Мбайт/с). Однако некоторое время уходит также на выгрузку и загрузку картриджей в накопитель. А если вспомнить, что производительность зависит не только от аппаратной, но и от программной части системы архивирования, в частности от работы антивирусной программы и процедуры копирования открытых файлов, то и эти цифры оказываются завышенными. Но, все же, для определенности возьмем цифру в 3 Мбайт/с.

В настоящее время даже в средней по размеру сети хранятся многие десятки и сотни гигабайт информации. Для полного копирования 500 Гбайт понадобится не менее 46 часов! А если разговор идет о терабайтах? Вот и приходится администраторам устанавливать сразу несколько устройств хранения или ограничивать количество узлов сети, информация с которых подвергается резервному копированию. И все же лучшим выбором при большом объеме информации является установка библиотеки с несколькими накопителями, работающими параллельно. Это позволит пропорционально увеличить скорость передачи данных. Правда, не нужно забывать и о сетевой инфраструктуре, она должна выдерживать возросшую нагрузку.

К тому же носитель магнитных лент, как и всякое другое устройство, может выйти из строя. Последствия от подобных случаев позволяет уменьшить применение технологии RAIT. Опять же, легче всего это делать в случае библиотек с несколькими накопителями.

Чтобы автоматизировать не только подачу и смену носителей, но и очистку головок накопителя (там, где того требует технология), вместе с обычными носителями в автозагрузчик или библиотеку можно устанавливать чистящую кассету (картридж). Однако автоматическая очистка головок возможна лишь в том случае, когда она поддерживается программой резервирования. К счастью, в большинстве программ среднего и старшего уровня такая возможность предусмотрена.

Определенные проблемы возникают в момент инициализации и при перезагрузке носителей в автозагрузчиках и библиотеках. В момент включения автозагрузчик или библиотека производит инвентаризацию всех имеющихся в лотках носителей. Эта процедура достаточно долгая, поскольку она требует последовательной загрузки каждого носителя в накопитель и выгрузки его. Лишь после инвентаризации система может работать. Для больших библиотек эта процедура занимает десятки минут. То же происходит и при добавлении носителя в лоток (или при удалении его из лотка), в частности при завершении очередного цикла ротации лент: система заново проводит полную инвентаризацию носителей.

Для уменьшения времени инвентаризации (во всяком случае, при добавлении/удалении носителей) в библиотеках используют «почтовые ящики». В этом случае инвентаризации подвергаются только носители из «почтового ящика».

И еще один совет: приобретать накопители, автозагрузчики или библиотеки стоит, только если они поддерживают технологию «восстановление с помощью кнопки» (One-Button Disaster Recovery, OBDR) компании Hewlett-Packard, т. е. позволяют эмулировать накопители как загрузочные CD-ROM. Это избавит от множества проблем, связанных с восстановлением данных после аварии.

1.6. Емкость автозагрузчика

Как рассчитывается необходимая вместимость автозагрузчика, рассмотрим на конкретном примере. Предположим, мы хотим приобрести автозагрузчик DLT 8000 для полной автоматизации работы по резервированию в пределах месячного цикла ротации лент. В качестве схемы ротации выбрана схема «дед, отец, сын», причем для ежедневного цикла используется инкрементальное копирование. Ежедневное копирование производится по понедельникам, вторникам, средам и четвергам; а еженедельное - по пятницам. Система должна обслуживать 300 Гбайт информации (этот параметр должен учитывать увеличение объема хранимой информации в ближайшем будущем) [112-114].

Сначала необходимо рассчитать, какой размер будет занимать информация в сжатом виде. Многое зависит от типа хранимой информации, но обычно коэффициент сжатия принимается равным 1,3-1,5 (т. е. в сжатом виде емкость носителя составляет 50-60 Гбайт). Для определенности мы будем считать емкость носителя равной 50 Гбайт.

Полная резервная копия потребует 300/50=6 картриджей. Поскольку копирование инкрементальное, то для ежедневного копирования, скорее всего, хватит одного картриджа. Таким образом, для набора ежедневного копирования требуется четыре картриджа. В месяце четыре недели, поэтому количество картриджей для еженедельного копирования равно 6*4=24. Еще 6 картриджей необходимо для ежемесячного копирования.

Следовательно, автозагрузчик должен иметь посадочных мест не менее, чем на 34 картриджа. Если используется технология типа DDS, то еще одно место должно быть предусмотрено для чистящей кассеты.

1.7. Погрешности работы механизма транспортирования ленты

На современном уровне развития цифровой микроэлектроники точность работы электрической части ленточных накопителей значительно превосходит

38 точность работы их механизмов, в частности механизма транспортирования ленты (МТЛ). Поэтому основной причиной, вызывающей появление ошибок регистрации, следует считать нестабильность движения носителя информации относительно органа записи.

В этом разделе рассматриваются возможные погрешности работы МТЛ и основные методы их определения, при этом ради конкретности будем предполагать, что рассматриваемый накопитель информации имеет линейный орган записи, что носителем информации служит движущаяся лента. Именно такими являются ленточные накопители стандартов DLT и QIC.

Пространственное положение ленты определяется шестью степенями свободы, поэтому ошибки регистрации могут быть вызваны колебаниями ленты в направлении каждой из трех координатных осей, а также угловыми ее поворотами вокруг указанных осей. На рис. 1.6 показано взаимное расположение записывающей (или воспроизводящей) головки и носителя информации - ленты.

Рис. 1.6. Взаимное расположение ленты и органа записи

Движение ленты осуществляется в направлении оси Ох. Обычно различают следующие основные погрешности движения ленты и регистрации [92]:

продольные колебания, т.е. колебания ленты в направлении оси Ох;

поперечные колебания, т.е. колебания ленты в направлении оси Оу;

плоскопараллельные колебания, т.е. колебания в направлении оси Oz;

крутильные колебания ленты вокруг оси Ох;

крутильные колебания ленты вокруг оси Оу; во время этих колебаний ось Оу совпадает с линией зазора головки, поэтому эти колебания обычно не вызывают неточностей регистрации;

динамический перекос, т.е. крутильные колебаний ленты вокруг оси Oz;

статический перекос, возникающий в тех случаях, когда линия зазора головки расположена не перпендикулярно оси Ох;

возможные деформации ленты.

Вполне понятно, что в случае конкретных ленточных накопителей можно указать еще на целый ряд других видов ошибок регистрации.

Причинами, вызывающими перечисленные колебания, являются неравномерность скорости вращения ведущего вала, колебания осей вращения, радиальная пульсация (биение) ведущего и направляющих элементов МТЛ, непостоянство силы трения между лентой и головкой, между лентой и направляющими элементами МТЛ, непостоянство толщины рабочего слоя ленты и многие другие различные дефекты самой ленты. Например, одной из причин динамического перекоса ленты является неточность ее резки при производстве. Резка ленты производится при помощи вращающихся дисков, неточность установки которых приводит к периодическим изменениям ширины ленты. Поэтому зазоры для прохождения ленты в направляющих колонках делаются немного шире, чем средняя ширина ленты. В результате периодического изменения ширины ленты динамический перекос имеет ярко выраженные периодические составляющие, частота которых возрастает с увеличением скорости движения ленты.

Непостоянство толщины ленты может вызвать колебания натяжения ленты, а, следовательно, и ее деформации. Инородные частицы, попадающие между лентой и головкой, могут вызвать плоско-параллельные колебания и кру-

40 тильные колебания ленты вокруг оси Ох. Такими инородными частицами могут быть пылинки, попадающие из воздуха, выкрошенные частицы рабочего слоя и основы ленты и пр. Особенно велико влияние пыли при использовании лент на лавсановой основе, поскольку эта основа, обладая высоким удельным сопротивлением, легко электризуется и притягивают из воздуха противоположно заряженные пылинки.

Таким образом, разных погрешностей работы МТЛ очень много. При этом разные погрешности могут как увеличивать общую ошибку регистрации, так и компенсировать одна другую. Например, увеличение натяжения ленты обычно уменьшает амплитуду поперечных и плоскопараллельных колебаний ленты, крутильных колебаний ленты.

Не все погрешности работы МТЛ одинаковым образом влияют на точность регистрации информации. Так, например, продольные колебания и деформация ленты вдоль оси Ох вызывают паразитные фазовую и частотную модуляции, а поперечные колебания - паразитную амплитудную модуляцию. Однако все это, в конечном счете, приводит к потере точности из-за смещения различных каналов при многоканальной цифровой записи.

1.8. Анализ возмущений ленточного носителя в МТЛ

От качества изготовления и технического состояния МТЛ зависит точность и достоверность переработки информации, записанной на ленточный носитель. Одним из решающих факторов при этом является качество функционирования движущихся механизмов, недостаточное совершенство которых не позволяет удовлетворить все возрастающие требования к объемной плотности, оперативности и надежности регистрации информации.

Погрешности конструирования и производства МТЛ, а также воздействие внешних возмущений приводит к возникновению колебаний ленточного носителя, которые сильно влияют на точность записи-воспроизведения информации [89,148,150].

В процессе транспортирования лента может совершать продольные, поперечные и перпендикулярные колебания. Кроме того, возможны крутильные колебания вокруг трех осей в пространстве и динамические перекосы [80, 93, 140]. Причин этому несколько. Одна - сабельность ленты, когда она из-за своей искривленности не может двигаться в одной плоскости, параллельной плите МТЛ; другая - неперпендикулярность элементов тракта направлению движения ленты; причем неперпендикулярность вращающихся элементов МТЛ может быть переменной функцией угла поворота. В качестве такого примера может служить ролик, у которого ось вращения выполнена под углом к образующей цилиндрической поверхности. Сочетания набора такого рода возмущающих факторов могут быть самыми разнообразными.

В неблагоприятных случаях лента приобретает тенденцию прижиматься к какой-либо реборде, наползать на нее и даже деформироваться в точке контакта с ребордой. Реборды эффективно удерживают ленту до тех пор, пока ее упругих свойств хватает для компенсации сил «увода». В нормальном режиме лента имеет тенденцию перемещаться в пределах зазора, предусмотренного конструкцией, вызывая динамический перекос [76, 80,170].

Все вышеуказанные перемещения ленты являются нежелательными, способствуют снижению динамической точности функционирования МТЛ, так как вызывают целый ряд явлений: колебаний мгновенной скорости (детонацию), изменение давления на головку, изменение плотности, записанной на единицу площади носителя информации, изменение качества и достоверности регистрации информации.

Рассмотрим влияние колебаний скорости на сигнал. Если скорость записи постоянна, то длина волны записи также постоянна, и мгновенное значение фазы воспроизводимого сигнала:

о л Если скорость воспроизведения VB отличается от скорости записи V3:

РОССИЙСКАЯ

ГОСУДАРСТВЕННА?

БИБЛИОТЕКА

VB=V3 + bV(t) = V3[l + A(t)], то частота воспроизводимого сигнала

/в = ^|=/зП + 40], (1.1)

2тс ox ot где /з ~~ частота записываемого сигнала; A(t) = AV(t)/V3 - коэффициент колебаний скорости.

Из (1.1) видно, что воспроизведенный сигнал оказывается модулированным по частоте, причем глубина паразитной частотной модуляции равна коэффициенту колебаний скорости, а закон модуляции повторяет закон изменения скорости.

Если колебания скорости происходят при записи и воспроизведении, то фаза воспроизводимого сигнала:

ФзвСО^К1*^^ (1-2)

где со3 ~ круговая частота записываемого сигнала; Ав (t) и А3 (t) - законы изменения колебаний скорости при воспроизведении и записи.

Поскольку коэффициент колебаний скорости всегда существенно меньше единицы, т.е. | A(i) |« 1, выражение (1.2) можно представить иначе:

о откуда

/в=/з[1 + Лв(0-Л3(0]-

Частота воспроизводимого сигнала оказывается модулированной по закону несовпадения скоростей записи и воспроизведения [90].

Кроме паразитной частотной модуляции колебания скорости приводят к появлению в воспроизводимом сигнале временных искажений (ошибок) [90, 91]. Наиболее неприятная динамическая временная ошибка между каналами записи появляется вследствие динамического перекоса ленточного носителя. Это влияет на результаты взаимного анализа сигналов в многоканальной системе,

43 например, на взаимные корреляционные и спектральные функции.

Во многих работах проведены исследования источников возмущений, вызывающих нестабильность скорости транспортирования ленты и ее натяжения [80, 92, 94, 136,139].

К основным источникам возмущений относят следующие: сухое трение, возникающее при трении ленты о головки и неподвижные направляющие, широко применяемые во вращающихся узлах механизма подшипники качения и скольжения, при вращении которых развивается момент сопротивления, содержащий переменную составляющую; прижимной ролик и обрезиненные ролики фрикционных передач, потому что сила сопротивления, возникающая при вальцевании резинок, имеет поперечную составляющую; ведомый лентой эксцентричный подающий рулон, приемный рулон, также любой другой ведомый лентой эксцентричный ролик, обладающий существенной приведенной массой.

Существует еще один механизм возникновения колебаний скорости движения ленточного носителя, не связанный непосредственно с механическими погрешностями узлов и деталей МТЛ. Независимо от материалов основы, ширины и толщины, а также силы натяжения в тракте лента является упругой средой с малым декрементом затухания и характеризуется наличием собственных продольных колебаний, которые могут возникать и поддерживаться внешними воздействиями в каждом свободном участке. Так что сами физико-механические свойства ленты способствуют появлению колебаний скорости [120, 121, 123].

1.9. Математические модели участков тракта МТЛ

В теоретических исследованиях наиболее широкое распространение получил подход, основанный на представлении МТЛ в виде колебательной системы с конечным числом степеней свободы [142, 146, 158]. В них динамическая модель идентифицируется как колебательная система, состоящая из совокупности приведенных к ленте масс инерционных звеньев механизма, соединенными

44 между собой связями, обладающими соответствующими реологическими характеристиками. Составляя дифференциальные уравнения колебаний такой системы в форме Лагранжа второго рода, без учета сил трения, приходят к системе вида [88]:

Ах+Сх = F, где x = (xj(?),...,x„(^)) - вектор обобщенных координат, в качестве которых выбирают обычно смещения отдельных узлов, А - матрица размерности пхп, составленная из величин приведенных моментов инерции, С - матрица жестко-

стей, F - вектор возмущения.

Этот метод применим, в основном, при анализе низкочастотных колебаний, при которых инерционные свойства магнитной ленты как системы с распределенными параметрами не сказываются заметно.

Однако для анализа динамических свойств МТЛ в более широком диапазоне частот необходимо рассматривать МТЛ как систему с распределенными параметрами, при этом ленту можно рассматривать как одномерный, двумерный и трехмерный объект. Без учета распределенности параметров ленты невозможен достаточный для практики анализ и синтез МТЛ, так как необходимость микроминиатюризации влечет увеличение плотности продольной и поперечной записи, и инерционные параметры ленты становятся соизмеримыми с инерционными параметрами других элементов тракта [138].

В [146] проведено исследование деформационного состояния ленты как одномерной гибкой связи на примере МТЛ ротационных печатных автоматов.

В работе [84] предложена модель МТЛ, отражающая поведение свободных участков гибкой связи и взаимодействие ее с валами тракта. Для исследования устойчивости МТЛ в окрестности стационарного режима получена линеаризованная модель и соответствующая ей операторная система с матрицей ленточного типа и элементами чистого запаздывания. Однако массой гибкой связи пренебрегается.

Модель магнитной ленты в виде двумерной среды позволяет описать ди-

намические перекосы - временные рассогласования между различными дорожками, что особенно важно для многоканальной аппаратуры точной магнитной записи.

Исследованию планарных колебаний магнитных лент посвящен ряд работ [83,123,125, 165].

При вынужденных случайных возмущениях в МТЛ возникают случайные колебания. При создании высокоточных узлов и динамических систем МТЛ встает задача изучения колебаний ленточного носителя под действием нагрузки, являющейся стационарным случайным процессом. Возникает необходимость в решении стохастических краевых задач. Ряд работ посвящен этой проблеме [135, 136, 149].

Однако в основном, это экспериментальные работы, направленные на определение вероятностных характеристик случайных колебаний ленты.

В следующих работах [135, 136] определялись характеристики стационарных случайных процессов - колебания натяжения ленты и момента сопротивления вращающегося узла. Определение статических характеристик проводилось по дискретным значениям процесса, образующим стационарные случайные последовательности.

В связи с высокими требованиями, предъявляемыми к работе МТЛ, необходимо также изучение свойств самого носителя.

В работах [121, 124] исследованы механические свойства носителей, однако в них не учтены изменения напряженного состояния носителя во времени.

Следует отметить ограниченное число работ, посвященных выводу уравнений колебаний ленты с учетом реальных реологических свойств материала.

1.10. Анализ и оценка состояния средств измерения и контроля параметров движения ленточных носителей

Широкое применение стриммерных систем обусловило большое развитие различных методов оценки технического состояния МТЛ, так как от качества последнего в большей мере определяется точность и надежность регистрации

46 информации. Погрешности конструирования и производства МТЛ, воздействие внешних и внутренних возмущений приводят к дестабилизации движения ленточного носителя. Естественно, это влияет на точность записи - воспроизведения сигналов.

Транспортируемая лента в МТЛ, как уже отмечалось, имея шесть степеней свободы, может колебаться в трех плоскостях и подвергаться крутильным колебаниям вокруг трех осей в пространстве. Указанные нестабильности движения ленты приводят к появлению перекосов и деформаций носителя, а также к неравномерной скорости ее протяжки. Эти погрешности в движении ленты приводят к ошибкам в записи-воспроизведении информации, и поэтому необходимо производить их измерение или оценку для возможного уменьшения их в дальнейшем.

Рассмотрим конкретные способы и устройства для измерения перекосов, деформаций и неравномерности скорости движения ленточных носителей. Особенно следует отметить работы [80], в которых проведен подробный обзор существующих методов измерения параметров движения носителей.

1.10.1. Обзор способов и устройств измерения перекоса ленточного носителя

К наиболее важному показателю качества МТЛ относятся углы перекоса носителя. По величине этого параметра можно судить о качестве МТЛ [81]. Почти все способы и устройства для измерения перекоса основаны на сравнении двух считанных сигналов с разных дорожек. Например, в способах [7, 35] формируется разностный сигнал, обработанный полосовыми фильтрами. Перекос ленты приводит к тому, что частота считывания с одной дорожки уменьшается, а с другой - увеличивается. Данное рассогласование выделяется после операции на частотном дискриминаторе.

В другом способе [33] производится запись на ленту широкополосного сигнала, который считывается двумя разнесенными магнитными головками. Эти сигналы подаются на вход коррелометра, который находит время т задерж-

47 ки сигнала с одного канала относительно другого по максимуму взаимной корреляционной функции:

о где Y] и Y2 - сигналы с двух дорожек; Т - длина реализации.

Точность измерения первым из двух [7, 35] способов невысока, особенно в динамическом режиме, из-за достаточно большого времени измерения. Теоретически достижимая точность измерения перекоса другим способом [33] хотя и выше, однако он требует применения коррелометра, являющегося сложным устройством и малорентабельным для достижения указанной цели. Поэтому для упрощения измерения перекоса с высокой точностью применяют импульсные сигналы. Примером такого способа служит устройство, описанное в работе [14], в котором происходит определение времени взаимного рассогласования сигналов с двух головок. Гармонический сигнал является для них общим. В качестве моментов сравнения выбраны переходы сигнала через ноль. На основании задержки формируются широтно-импульсные модулированные сигналы, несущие информацию о перекосе.

Однако, в существующей литературе очень мало работ, в которых описаны достаточно простые и точные методы измерения перекоса ленточного носителя одновременно с другими, имеющими на практике место дестабилизирующими параметрами движения. Поэтому для более точной оценки качества МТЛ необходимо разрабатывать именно такие методы.

Примерами бесконтактных методов измерения являются оптические [3, 40] и электронные способы [138]. Оптические методы, хотя и являются достаточно простыми, однако требуют установки дополнительных элементов в МТЛ, и точность измерения ими невысока. Среди электронных способов измерения можно отметить способ [39], в котором на носитель записывают контрольную сигналограмму в виде эквипотенциальных наклонных линий и затем воспроизводят ее путем сканирования поперек носителя лучом ЭЛТ. У формирователя

48 импульсов, подключенного к контрэлектроду, в момент пересечения луча с линией появляются импульсы, амплитуду которых и время от начала сканирования до их появления измеряют. По разности указанных времен каждой соседней пары импульсов судят о перекосе носителя в его плоскости, а по разности обратных значений их амплитуд - о перекосе в перпендикулярной к длине носителя плоскости. Динамическая точность такого метода невысока из-за большого времени между повторными сканированиями и, следовательно, необходимо разработать методы электронного измерения перекоса ленточного носителя, имеющие повышенную точность измерения.

1.10.2. Обзор способов и устройств измерения деформаций ленточного носителя

Другим фактором, вносящим существенные погрешности в движение ленточного носителя, является его деформация.

Первый метод измерения деформации ленточного носителя заключается в записи на носитель контрольного сигнала головкой записи, считывании контрольного сигнала ВГ и по степени изменения параметров считанного сигнала определении величины деформации. Примерами выполнения этого метода могут служить средства измерения [12, 20].

В способе [31] записывают на движущийся носитель сигналы кратной частоты, воспроизводят сигнал, определяют разность фаз искаженных сигналов, по которой судят о деформации ленты.

Второй метод состоит в записи на носитель контрольных меток, воспроизведении последних двумя ВГ и суждении о деформации по разности времен воспроизведения двух соседних меток. В устройстве [38] две магнитные головки установлены под прямым углом друг к другу и под 45 к направлению движения ленты, на последнюю синфазно записывают сигналы. При воспроизведении сигнала первой головкой на счетчик импульсов проходят импульсы, прохождение которых прекращается в момент воспроизведения сигнала второй головкой. Подсчитанное число импульсов соответствует временному интервалу,

49 характеризующему абсолютную продольную деформацию. Используется управляемый блок задержки, время задержки которого больше наибольшего временного рассогласования. Для коррекции времени задержки установлена двухщелевая головка, измеряющая скорость движения ленты.

Существенным признаком третьего метода определения деформации является применение двухщелевой магнитной головки. В устройстве [16] используются две головки, одна из которых имеет один вертикальный зазор, а вторая -два. Рабочие зазоры второй головки расположены симметрично относительно зазора первой головки, находящегося на середине движущейся ленты. Сигналы от зазоров головки управляют работой триггеров, формирующих временной интервал, пропорциональный деформации ленты. Схема работает таким образом, что устраняет влияние перекоса на точность измерения деформации.

Следующий способ основан на записи контрольного сигнала, воспроизведении его, перезаписи, демодуляции воспроизведенного сигнала. Способ [10] осуществляется путем формирования первичной магнитной сигналограммы, последовательной перезаписи этой сигналограммы и ее копий на движущемся носителе между двумя неподвижными точками вдоль направления его движения и частотной демодуляции воспроизведенного сигнала, для повышения точности, формирование первичной сигналограммы производят записью на неподвижном носителе магнитной записи ряда магнитных меток, а при движении носителя измеряют временное запаздывание между двумя неподвижными точками вдоль направления этого движения. Способ [22] осуществляется аналогично.

Устройство [37] является модернизацией устройства [10] и его работа заключается в возможности непрерывного измерения деформации магнитного носителя за счет введения дополнительной головки записи, что уменьшает длительность процесса измерения и повышает его точность, так как измерение проводится непосредственно в работающем МТЛ.

Рассмотренные средства для измерения деформации не позволяют изме-

50 рятъ ее достаточно быстро. Существует устройство [21], работа которого основана на том, что динамическая деформация движущейся магнитной ленты вызывает неодинаковую линейную скорость участков ленты, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Поэтому мгновенное значение деформации носителя определяется как разность мгновенных значений линейных скоростей участков ленты, расположенных на одной дорожке. Скорость измерения деформации а, следовательно, и динамическая точность здесь выше, однако нет высокоточных способов, позволяющих определять распределение деформации по ширине магнитной ленты.

Среди электронных способов измерения деформации ленточных носителей можно отметить устройства [36, 42] для измерения только поперечной и только продольной деформаций. Имеет смысл создать устройство, производящее это одновременно с более высокой точностью по сравнению с существующими.

1.10.3. Обзор способов и устройств измерения скорости движения ленточного носителя

Третьим фактором, влияющим на динамическую точность, является скорость движения носителя.

Анализируя созданные способы и устройства для определения скорости движения ленточного носителя можно разделить их на методы измерения с помощью одной воспроизводящей головки (ВГ) и двух ВГ, контактные и бесконтактные.

Примером первого метода служат следующие средства измерения [23, 25]. В способе [23] изменяют частоту записываемого контрольного сигнала, измеряют амплитуду результата его воспроизведения рабочим зазором ВГ, при минимальном значении амплитуды воспроизводимого контрольного сигнала измеряют его частоту, которую умножают на эффективную ширину рабочего зазора ВГ.

На аналогичном принципе построена работа устройства [25]. На дорожку

51 записи записывается гармонический сигнал. Считанный ВГ сигнал имеет фазовое запаздывание в результате отстояния последнего от головки записи. На выходе перемножающего звена появляется напряжение, пропорциональное разности фаз. Это напряжение изменяет частоту сигнала, генерируемого генератором так, чтобы разность фаз была минимальной. Частота сигнала генератора линейно связана с измеряемой скоростью ленты.

Устройство [29] также анализирует фазу воспроизводимого сигнала. Считанный сигнал подается на вход фазового детектора и фазовращателя. В момент перехода считывающего элемента с конца в начало дорожки происходит скачок фазы сигнала. Значение скачка находится в пределах 0-360. Скачок выделяется фазовым детектором с помощью линии задержки. Многопороговое устройство переключается в момент скачка фазы и сигнал на его выходе соответствует амплитуде выходного сигнала детектора. Уровень многопорогового устройства управляет работой коммутатора. Фазовращатель и формирователь устраняют паразитную амплитудную модуляцию. На выходе демодулятора присутствует сигнал о скорости ленты.

Второй метод измерения скорости ленты рассмотрим на следующих примерах. Устройство [27] построено на способе, осуществляющемся путем измерения времени прохождения метки между двумя ВГ, разнесенными на определенное расстояние. Способ [34] основан на предварительной записи на ленту низкочастотных сигналов, их воспроизведения двумя ВГ и сопоставления фаз сигналов при минимальном значении их напряжений, перемещении одной из головок по направлению движения ленты или против него до момента, когда воспринимаемые сигналы получают сдвиг фаз, соответствующий определяемой скорости, однако перемещения головок вносит дополнительную погрешность измерения. Разновидностью второго метода является измерение скорости ленты с применением головок с двухщелевыми зазорами. В устройстве [11] головка имеет два рабочих зазора и сопряжена с лентой. Зазоры образованы С-образными сердечниками с прокладкой. В дополнительном зазоре головки раз-

52 мещен гальваномагнитнорекомбинационный датчик. Сопротивление датчика меняется под влиянием пронизывающего магнитного потока. Колебание скорости ленты определяется по изменению ВР одного и того же сигнала, воспроизведенного рабочими зазорами. В другом устройстве [15] при движении ленты записанные периодические сигналы воспроизводятся головкой с двумя рабочими зазорами. Первый период намагничивания считывается первым зазором и через время прохождения лентой интервала между зазорами - вторым зазором. Импульсы положительной полярности соответствуют положительному перепаду намагниченности, отрицательной - отрицательному. Сформированные одно-полярные импульсы запускают триггер. Длительность импульсов триггера пропорциональна колебаниям скорости при воспроизведении. Примером комбинации первого и модифицированного второго методов служит работа устройства [18]. По ходу движения ленты расположены двухщелевая и однощелевая головки. Запись меток осуществляют двухщелевой головкой. Однощелевая головка считывает метки, триггер формирует импульсы, а интеграторы вырабатывают сигнал, напряжение которого зависит от длительности интервала. Пиковые детекторы формируют напряжение, соответствующее максимальному значению напряжения, поступающего с интеграторов. Это устройство позволяет измерять скорость ленты при записи, воспроизведении и суммарную.

Разработаны средства измерения скорости движения ленты с применением механизмов. Так, например, в устройстве [17] на ведущем валу установлено колесо с ферромагнитными зубьями. Каждый зуб, проходя мимо рабочего зазора ВГ наводит в ней ЭДС, в результате чего получается всплеск в виде импульса, который посредством головки записи записывается на ленту. Одновременно этот импульс поступает на вход дискриминатора, на второй вход которого поступает импульс со второй ВГ. Этот импульс оказался записанным на ленте в результате взаимодействия с рабочим зазором первой головки записи предыдущего зуба колеса. В случае проскальзывания ленты импульсы с ВГ имеют рассогласование. Колебания скорости прямо пропорциональны расстоянию

53 между метками, создаваемыми импульсами, записанными на ленте.

В некоторых устройствах используются датчики, построенные на различных физических эффектах [4, 152]. В первом из них считывают контрольный сигнал, который подают на вход делителя частоты, на второй вход которого подается сигнал от тахометра. Этот сигнал воздействует на триггер, формирующий импульс с длительностью, пропорциональной номинальной скорости. В устройство [4] при движении ленты с записанным сигналом измеряется искажение воспроизведенного сигнала, которому соответствует неравномерность скорости и перекоса. Получают разностный сигнал, характеризующий неравномерность.

Наконец, рассмотрим примеры бесконтактных измерений скорости движения ленты. Носитель с оптически прозрачной меткой [26], перемещаясь в МТЛ, взаимодействует с первым источником и приемником лучистой энергии, в результате чего формируется импульс, запускающий измеритель временных интервалов. При дальнейшем перемещении вторые источник и приемник формируют второй импульс, останавливающий измеритель, скорость определяется как отношение расстояния между источниками и длительности временного интервала.

В устройстве [44] лазерный луч, отражаясь от зеркала, падает на первую растровую шкалу. Результат преобразования луча шкалой через вторую растровую шкалу и оптическую систему подается на фотоэлемент. Сигнал с выхода последнего поступает на измеритель колебаний скорости вращения вала, на котором установлена первая растровая шкала.

Нестабильность скорости движения ленточного носителя может приводить к временным рассогласованиям блоков ЦМР и к потере информации. Кроме того, появление неравномерности в скорости движения говорит о появившихся продольных колебаниях носителя и возможном отскоке ленты от головки. Требование стабильности движения носителя в системах графического представления информации, очевидно. Рассмотрим существующие методы из-

54 мерения скорости движения ленточного носителя.

В устройствах [92, 153] ленточный носитель огибает измерительный ролик, на котором установлен датчик колебаний угловой скорости, соединенный с стриммером. Устройство [152] позволяет повысить точность определения скорости движения носителя в процессе записи. Для этого формируется широтно-импульсный модулированный сигнал на основе сигналов тахогенератора и считанного контрольного сигнала. Время измерения в этих устройствах достаточно велико, и динамическая точность измерения из-за этого низка.

Скорость движения носителя можно быстро замерять, определяя период считанных импульсов с магнитной головки и беря его обратную величину [28]. Точность такого метода повышается на порядок в сравнении с другими, за счет применения средств вычислительной техники.

Для измерения скорости движения магнитной ленты существуют корреляционные способы [22, 30], в которых находят коэффициент автокорреляции между основным и задержанным сигналом. Постоянная и переменная составляющие сигнала, пропорциональные этому коэффициенту, определяют соответственно среднюю скорость движения магнитной ленты и ее колебания. Как уже отмечалось ранее, коррелометры являются достаточно сложными устройствами, поэтому применение их затруднительно.

Использование принципов автогенерации [19, 41] за счет введения обратной связи с воспроизводящей головки на записывающую через ряд электронных блоков формирования и усиления связано с применением двух головок, которые в современных ЦМР редко устанавливаются.

Существует ряд бесконтактных методов измерения скорости, в которых используется электронный луч, воздействующий на диэлектрический ленточный носитель. Например, в работе [43] на носитель записывают оплошную потенциальную полосу и одновременно снимают сигнал в цепи контрэлектрода ЭЛТ, определяют изменение снятого сигнала от записанного и по этой разности судят о неравномерности скорости движения.

55 Недостатком этого способа является малая точность из-за влияния других погрешностей движения носителя на амплитуду считанного сигнала.

Для устранения этого в способе [45] на носитель наносят разметочный символ в виде замкнутой потенциальной линии-окружности. Этот символ считывают по хордам окружности и производят оценку скорости движения носителя по определенной формуле:

Последнее бывает особенно необходимым для анализа качества прецизионных МТЛ.

1.11. Комплексные методы и средства измерения динамических характеристик ленточных носителей

Общие вопросы работы теории измерения в технике излагаются в работах [74, 137]. Более подробному изучению методов и приборов измерения колебаний магнитных лент посвящена монография [68]. В работе [138] изучаются некоторые вопросы измерения точности уже электростатических регистраторов.

Методы измерения погрешностей электростатической записи, особенно колебаний электростатических лент, по своему существу сходны с некоторыми методами измерения погрешностей движущихся носителей магнитной записи. Поэтому при их анализе естественно проследить и некоторые, интересные с точки зрения электростатической записи, методы измерения погрешностей магнитной записи. Так, например, в работе [24] предложен интересный способ измерения продольных колебаний магнитной ленты, в работах [1, 5, 6, 8, 48, 53-55, 58-60, 63] - поперечных колебаний движущейся магнитной ленты, при этом предложенный в работе [58] способ позволяет одновременно изучать и перекос ленты. В работах [47, 49, 52, 56, 57, 64] предлагаются интересные способы измерения перекоса движущейся магнитной ленты, а в работах [51, 61, 62, 65] - ее деформаций.

В работах [6, 68] предложены фотоэлектрические способы измерения колебаний (в основном, поперечных) движущихся непрозрачных лент более общей природы, чем магнитные, а в работах [2, 9, 13, 16, 87, 138, 147, 177] - попе-

56 речных колебаний лент уже электростатической записи.

На основе проведенного анализа работ [46-65] можно заключить, что существующие методы измерения колебаний ленточного носителя информации могут быть разделены на две группы: бесконтактные и контактные. Бесконтактные методы по своему существу, безусловно, являются более пригодными для исследования прецизионных систем. Однако, поскольку измеряемый параметр часто бывает меньше действующих помех, то приходится сталкиваться с необходимостью подавления помех. Для этого применяются измерители колебаний носителя информации, имеющие не один, а два и более датчиков перемещений, при этом сигналы от датчиков суммируются, вычитаются или суммируются после задержки на время, равное времени перемещения точки носителя от одного датчика к следующему. Такие измерители перемещений могут быть использованы для анализа поперечных перемещений, но мало пригодны для определения перекосов и обычно не используются для измерения продольных колебаний носителя. Таким образом, приходится считать, что бесконтактные измерители не являются универсальными и их использования недостаточно для комплексного анализа динамики носителей информации.

В силу сказанного выше, контактные измерители вполне могут конкурировать с бесконтактными, а в ряде случаев являются единственно возможными. Особенно, если учесть, что блок записи, находящийся в контакте с носителем, часто является чувствительным элементом. К таким блокам относятся, например, магнитная головка, орган электростатической записи и т.п. Поэтому МТЛ часто не нуждается в установке каких-либо дополнительных элементов, а блок записи одновременно служит и для записи измерительной сигналограммы, и для ее считывания. Следует отметить, что метод записи-считывания является универсальным, так как на его основе могут быть построены измерители различных колебаний.

Существуют и другие методы контактного измерения перемещений, основанные, например, на определении колебаний дополнительного тела, пере-

57 мещаемого носителем. Такие методы являются неточными, так как введенное тело влияет на динамику носителя и МТЛ в целом.

Часто нет необходимости знать поведение носителя в точках, отдаленных от органа записи, так как на точность регистрации влияют колебания носителя в зоне записи. Поэтому в таких случаях особенно целесообразно применение контактных методов, основанных на записи и считывании измерительных сиг-налограмм. При этом полезная информация об измеряемых колебаниях может быть получена измерением параметров амплитудной, частотной и фазовой паразитных модуляций считанного сигнала.

1.12. Выводы, постановка цели и задач исследований

Несмотря на заверения производителей аппаратных средств резервного копирования, их системы, в общем-то, имеют схожие характеристики. Однако для резервного копирования в сетях среднего уровня больше подходят технологии DDS и QIC вследствие их невысокой цены. Для систем корпоративного уровня лучше использовать библиотеки, тем более что они доступны для всех распространенных технологий записи на магнитные ленты. В то же время технологии записи на оптические диски еще не доросли для повсеместного использования в системах резервного копирования и архивирования.

Как показывает проведенный обзор, большая часть способов и устройств измерения и контроля динамики ленты основаны на контактном методе, включающем запись и воспроизведение сигналов головками, находящимися в контакте с перемещающейся лентой. Последний факт вносит определенные погрешности в процесс измерения, поскольку касание головкой ленты изменяет эпюры напряжений, натяжение ленты, что модулирует колебания последней в трехмерном пространстве. Кроме того, касание приводит к трению и износу головки и вносит нелинейность в динамическую систему развертки носителя. С развитием новых методов регистрации информации, в частности, электростатического, основанного на использовании электронно-лучевой трубки с металло-

58 волоконным экраном, целесообразно разработать средства бесконтактного измерения вышеуказанных параметров посредством электронного луча.

С учетом сказанного целью работы и задачами исследования является следующее.

Цель работы - разработка и научное обоснование технических и методических решений, направленных на решение проблемы минимизации трения ленты с головками чтения-записи и повышение точности чтения-записи данных за счет стабилизации скорости транспортирования ленты, внедрение которых имеет существенное значение для обеспечение долговечности головки и срока жизни ленты кассеты, а также достоверности резервирования информации в стриммерных устройствах.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

- провести анализ перспективных конструкций ленточных устройств
хранения информации (стримеров) различного типа; выявить особенности кон
струирования МТЛ этих устройств;

составить дифференциальные уравнения кинематической пары, образуемой движущейся лентой и поверхностью, совершающей вынужденные колебания в плоскости, позволяющие определить параметры для создания оптимального неконтакта магнитной головки и ленты с одновременной компенсацией нестабильности скорости передвижения последней;

исследовать влияние вынужденных механических колебаний магнитной головки и носителя сигналов на точность записываемого и воспроизводимого сигнала; выявить особенности способа поддержания магнитной ленты над магнитными головками путем создания вибраций магнитной головки или зоны носителя магнитной записи в непосредственной близости его к рабочему зазору магнитной головки при использовании пьезоэлектрических преобразователей, на электроды которых подается высокочастотное напряжение;

- изучить влияние колебаний элементов магнитной головки, соприка
сающихся с магнитной лентой на ее параметры продольного движения; устано-

59 вить диапазон частот и амплитуд вынужденных колебаний ленты для уменьшения трения между лентой и огибаемыми поверхностями в МТЛ;

исследовать параметры движения ленточного носителя цифровой информации, формулирование метрологических требований к устройствам записи-чтения, измерение колебаний, неравномерности скорости движения, деформации и перекоса движущегося ленточного носителя в стриммерных устройствах;

изучить динамику тракта магнитных головок по степени точности передачи информации в зависимости от режимов работ МТЛ; разработать методику оценки точности передачи информации по коэффициенту колебания скорости движения сигналоносителя и коэффициенту паразитной амплитудной модуляции;

определить зависимость рабочих режимов МТЛ от статистических характеристик конструктивных и динамических параметров тракта магнитных головок для стохастической оптимизации режимов функционирования МТЛ.

Подобные работы
Рудианов Николай Александрович
Разработка алгоритмов и устройств, улучшающих характеристики безвесовых дискретных измерителей угловых координат РЛС
Соловьёв Сергей Юрьевич
Разработка инструментальных средств отработки блоков информационно-измерительных и управляющих систем с использованием оптоэлектронных процессоров
Гарипов Вадим Кадимович
Разработка методов и средств построения распределенных информационно-измерительных систем многосвязных объектов
Филипеня Наталья Сергеевна
Разработка инерциальных методов и средств измерения параметров рельсового пути
Тарасов Сергей Николаевич
Разработка методики метрологического контроля системных средств измерений
Кирьяков Олег Владиленович
Разработка и исследование методов и средств оперативного управления биотропными параметрами в системах комплексной магнитотерапии
Глинкин Евгений Иванович
Разработка и исследование измерительно-вычислительных средств для определения состава и свойств веществ
Стеклова Галина Алексеевна
Разработка и исследование алгоритмов идентификации непрерывных стационарных случайных процессов средствами ИВК
Куликов Денис Александрович
Алгоритмы и средства повышения помехоустойчивости передачи измерительных данных в автоматизированной системе контроля горного давления
Драгина Ольга Геннадьевна
Повышение точности и разрешающей способности растровых измерительных систем на принципах нейросетевой обработки информации

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net