[科普中国]-磁数据记录

简介

磁记录介质是当今最主要的信息存储介质之一，无论在专业应用领域还是消费电子领域均有着广泛的应用。可反复多次记录、重复使用是磁记录介质最重要的优点之一。在磁记录介质的使用过程中，常常需要将已记录的信息抹除，重新记录新的信息，以实现介质的多次使用。一般来说，磁记录介质中记录的数据信息可以通过重新格式化或直接重写来实现消除。1

对数字磁记录系统的数据恢复能力和性能所进行的理论研究, 目前在很大程度上集中在磁头和记录介质的磁学方面。多年来, 向高记录密度方向的发展是通过改变各种系统的尺寸予以实现。高分辨率磁头信号确保了最佳的数据恢复能力。

位密度曲线特定的磁头和记录介质的综合性能可以用一组性能曲线予以完善地描述。饱和曲线族可以按各种不同记录密度下的标准的磁头读出电压与写人电流大小的关系绘出。另一种同样重要的曲线可以从饱和曲线得到。这一曲线是按特定的写人电流值下的标准的磁头读出电压与记录密度的关系绘出。

该曲线叫做磁头和记录介质的位密度曲线或BPI曲线。有时，特定记录密度下的理想写人电流的点用固定的写人电流代替后绘出。

这就使得在高记录密度时产生了由较大的写人电流引起的磁场扩展效应，因而更要对磁头和介质的潜力加以实际考虑。磁头的分辨能力由饱和曲线决定，它是实际最高位密度时的磁头读出电压的峰一峰值与实际最低位密度时的磁头读出电压的峰一峰值之比：

对于调频制编码(FM):

对于不归零制编码(NRZI):

如图所示，位密度曲线可以分为四个区域。区域1为高分辨率区，区域2为分辨率转变区，区域3为低分辨率区，区域4为极低分辨率区。

信息消除技术使用情况由于磁头产生的磁场较弱，不可能将原始数据彻底抹除，所以经磁头消抹后，其原始数据往往还是可以复原的。因此，为了彻底消除磁记录介质中记录的数据信息，需要用专门的设备对介质进行整体消磁处理。通常在下列几种情况下需要对磁记录介质进行消磁处理:

1)软件复制商、音像作品制造商及数据处理中心等部门，要求所使用的介质必须是无数据介质，因此在使用前往往要对其进行消磁处理，软盘等磁记录介质加工企业为了消除产品加工过程中可能产生的寄生信号，也要对产品进行消磁处理.

2)使用过的磁记录介质重新使用前，通过消磁处理快速消除原有记录信息，可以避免由于重写噪声对记录数据造成的影响;

3)机密数据信息的销密处理。军事、机要、金融等部门存储保密信息的磁记录介质废弃不用时，需要通过消磁处理将机密信息彻底抹除，以免失密。2

信息消除原理磁记录介质包括磁带、软盘和硬盘等多种形式，但无论是那种介质，其记录数据的过程都是通过写人磁头将代表基本数据“0”和“1”的电信号转化为磁记录介质上方向相反的剩磁位来完成的。也就是说，数据信息是通过介质表面不同极性方向的磁性颗粒的有序排列而被存储的。读出数据则是通过这些不同方向的磁化位在读出磁头上感应出的不同方向的电脉冲来识别。因此，信息消除的过程，就是通过磁场的作用，将磁记录介质上代表数据的剩磁位的极性变为无序排列，使它们回复到剩磁为零的磁中性状态或磁化方向相同的剩磁状态，这时就不可能读出任何数据信息，从而达到信息消除的目的。2

信息消除技术消磁方式主要分为交流消磁法和直流消磁法两种形式。

交流消磁一般采用有源方式，即在线圈中通人大电流交流电，产生一个足够强的交流磁场，当待消磁处理的磁记录介质匀速通过该磁场时，记录介质上与记录信号相对应的剩磁位将经历由强到弱的交变磁场的反复作用，剩磁逐渐变小，最后趋于零，整个记录介质回复到接近磁中性状态，原有的数据信息被彻底消除。交流磁场一般是通过带铁心的线圈产生的。其形式有单面线包(消磁介质从线圈和铁心的极面通过)、双面线包(消磁介质从两组极面相对的线包的缝隙通过)和螺旋管式线包(消磁介质从线包中心通过)等多种。该方法的优点是可以取得很高的消磁场强度，消磁比较彻底，能够达到真正意义上的“消磁”;但该方法也存在需要采用大电流，设备庞大，成本高，使用不太方便等缺点，所以比较适合在固定场所使用。直流消磁的磁场源可通过在线圈中通人直流电流或采用永磁材料形成。

近年来，随着高性能永磁材料的发展，永磁直流消磁设备的应用日益广泛。当待消磁的磁记录介质通过一个足够强的直流磁场时，整个记录介质将被单向饱和磁化，这时介质上所有区域的剩磁方向均趋于一致，从而使原有的记录信息完全消失。这种方法虽然不能达到真正意义上的彻底“消磁”，但同样可以达到消除记录信息的目的。

永磁直流消磁法的优点是设备比较简单，体积小，成本较低，使用方便，并且不需要使用电源，特别适合于流动场所使用。但直流消磁的消磁效果一般不及交流消磁，并且容易产生直流噪声。2

消磁设备的设计原则在进行消磁设备的设计时，首先必须保证设备能够提供足够强度的消磁磁场。应根据介质的矫顽力范围，设计相应消磁场强度的消磁设备。对于高矫顽力的高能介质，必须设计超高强度的消磁场。根据经验法则，消磁磁场的场强度应该在消磁介质材料矫顽力的3倍以上。其次，应该根据消磁介质的特性，设计消磁磁场的合理方向。对大部分纵向介质，采用与介质记录平面平行的纵向磁场有利于提高消磁效果，但对于垂直磁记录介质和垂直磁化分量较强的介质(如钡铁氧体颗粒介质)，则采用垂直于记录面的消磁磁场更为有利。在设备体积、制造成本等条件允许的前提下，通过增加消磁场源而增加消磁次数，可以达到提高消磁效果的目的。如果能使各消磁场的方向以一定的角度(最好正交)排列，则有利于取得更好的消磁效果。消磁设备应采用合理的磁路设计和屏蔽措施，降低设备外部磁场，避免对其他设备和介质产生干扰和影响。2

影晌消磁效果的因素消磁磁场的影响消磁磁场强度是影响消磁效果的最主要因素。消磁过程与磁性材料的技术磁化过程相类似。当消磁磁场小于介质的矫顽力时，介质的磁化处于可逆反转状态，不会发生显著变化，记录信息不能被抹除;只有当消磁磁场强度大于介质矫顽力时，介质磁化将发生不可逆反转，记录信息才能被抹除，并随着消磁磁场强度的增大，消磁效果迅速增强;当消磁磁场场强增加到足以克服介质磁性不均匀性所产生的钉扎效应时，不可逆磁化反转趋于饱和，消磁效果随消磁磁场场强增加的速率降低。所以，为了达到理想的消磁效果，消磁磁场必须具有足够的强度。

消磁磁场可以采用直流磁场，也可以采用交流磁场。一般说来，相同峰值的交流消磁磁场的消磁效果优于直流消磁，特别是采用幅度从峰值逐渐降低到零的交流磁场消磁时，可以使介质的磁化状态趋于中性，克服直流噪声的影响，取得最佳的消磁效果。消磁磁场的方向对消磁效果也有显著影响。

对于目前普遍采用的各种纵向磁记录介质，水平磁场的消磁效果优于垂直磁场。在采用交流磁场消磁时，增加消抹次数也可以提高消磁效果。在实用消磁设备的设计中，常常采用增加消磁线圈的方式来增加消抹次数。2

介质类型的影响除了消磁磁场外，消磁介质的类型和它们的性能参数对介质的消磁效果也有显著的影响。一般说来，对于同一幅度的消磁磁场，介质的矫顽力越高，消磁效果越差。所以，对于矫顽力范围不同的各类介质，必须采用不同消磁磁场强度的消磁设备进行消磁处理。此外，介质的矩形比、开关场分布、颗粒取向等都会对消磁效果产生不同的影响。介质类型不同，其消磁效果也会产生显著的差异。

研究表明，矫顽力可比的电镀薄膜硬盘、颗粒涂布硬盘和溅射薄膜硬盘，其可抹性存在明显的差别。其中，电镀盘的信息最容易抹除，颗粒盘次之，而溅射盘最难抹除。

金属蒸镀介质ME也具有不同于一般纵向介质的消磁特性。随着消磁场强度的增加，ME的残留信号首先以和CrO2可比的速率降低，但当消磁场强度增加到约为介质矫顽力的2倍时，残留信号将随着消磁场强的进一步增加而轻微增加，在消磁曲线上形成一个凹坑。之后再以较慢的速率继续降低。这种现象可能是由于残留信号中纵向分量与垂直分量的相互影响造成的，因为ME介质的易磁化轴并不处于介质平面内，而是与介质平面呈一定角度的，也就是说，其残留信号中包含纵向与垂直两种成分。2