專利名稱：Cd盤片多功能測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多參量測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及對CD盤片的光學(xué)、機(jī)械等多參數(shù)測試設(shè)備的設(shè)計(jì)。
隨著計(jì)算機(jī)的普及，CD光盤的生產(chǎn)產(chǎn)量也在日益增加，其中包括CD-ROM、CD-DA和VCD盤片。特別是VCD小影碟，在其問世到現(xiàn)在短短幾年內(nèi)，便以其價格便宜，圖象質(zhì)量好等特點(diǎn)，得到了消費(fèi)者的普遍青睞。但同時，隨著CD盤片的需求數(shù)量的大幅度增加，部分盤片生產(chǎn)廠商片面的追求生產(chǎn)數(shù)量而忽視了對盤片質(zhì)量的檢測。而且，目前國內(nèi)尚沒有功能齊全，操作方便，價格便宜的CD盤片多功能檢測系統(tǒng)。
國外有先進(jìn)的專業(yè)盤片質(zhì)量檢測系統(tǒng)，其對盤片的光學(xué)、機(jī)械和信號等參數(shù)是通過幾個分離的工序進(jìn)行檢測的，而且，專業(yè)測試儀器在進(jìn)行機(jī)械特性測試時大都使用了價格昂貴的激光干涉測距儀，在進(jìn)行信號質(zhì)量測試時使用了高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因此整機(jī)的成本非常高，其價格大都在數(shù)十萬美金以上。由于設(shè)備昂貴，因此即使是大型的CD盤片生產(chǎn)廠商，也只是對部分盤片進(jìn)行指標(biāo)的抽樣檢測，另外有些廠商甚至盤片出廠前并不做任何檢測。
如此昂貴的設(shè)備，不僅是一般CD盤片的經(jīng)銷部門難以接受的，而且對于政府的質(zhì)量監(jiān)督部門往往也是沒有能力配備的。
本發(fā)明的目的在于為克服已有技術(shù)的不足之外，研制了CD盤片多功能測試儀。具有測量精度高、測試項(xiàng)目全、操作簡便、顯示直觀和制造成本低等特點(diǎn)。
本發(fā)明提出一種CD盤多功能測試系統(tǒng)，其特征在于，包括裝載被測CD盤的CDROM驅(qū)動器，分別接收該驅(qū)動器的力矩器伺服信號和RF信號的信號處理板，該處理板由伺服信號還原單元和盤片光學(xué)信號檢測單元組成，接收該信號處理板的處理后的信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸入PC機(jī)的AD采集卡及對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的PC機(jī)。所說的伺服信號還原單元由α階有源濾波器電路構(gòu)成。所說的盤片光學(xué)信號檢測單元由將RF信號進(jìn)行放大的前置放大器，將放大后的信號進(jìn)行高、低頻分離的頻率分離電路，分別對高、低頻分量進(jìn)行檢測的雙峰值檢波電路組成。
本發(fā)明對盤片的軸向及徑向的跳動誤差情況的測試采用伺服信號還原法測量。其具體工作原理如下圖2為在CDROM驅(qū)動器中廣泛采用的2維力矩器的結(jié)構(gòu)示意圖，2維力矩器由磁性材料1、彈性懸臂2和支撐架5、跟蹤線圈3和聚絲線圈4組成，其作用是支撐主物鏡6，并通過改變流過線圈的電流驅(qū)動主物鏡能沿盤片的軸向和徑向做微小的運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)盤片的聚焦和道跟蹤伺服。因此，測量加載在力矩器線圈上的電流，便可以間接的反映出力矩器的運(yùn)動情況。
理論和實(shí)驗(yàn)證明對于靜態(tài)的情況，當(dāng)聚焦和跟蹤環(huán)節(jié)處于閉環(huán)控制時，閉環(huán)誤差很小，在正常情況下，閉環(huán)誤差僅有0.2μm左右。因此，測量物鏡的位移就能反映盤片的徑向和軸向的誤差。
在一定的位移范圍內(nèi)(約±1mm)，力矩器的位移同外加的電流成正比例的關(guān)系，而且線性誤差小于1％。
但是，對于動態(tài)的情況下，情況變得不再是非常簡單，由于力矩器本身存在運(yùn)動慣性和阻尼，線圈存在直流電阻和電感，因此，通過力矩器的電流與力矩器的實(shí)際運(yùn)動位移情況不是一個簡單的線性關(guān)系，而是頻率的函數(shù)，既力矩器對于不同頻率電流的激勵響應(yīng)不同。
為了恢復(fù)出力矩器實(shí)際的位移情況，本發(fā)明設(shè)計(jì)了力矩器仿真電路，其工作原理如圖3所示。首先測量出力矩器的頻率響應(yīng)傳遞函數(shù)Fact(s)，F(xiàn)act(s)＝D(s)/I(s)。式中D(S)為力矩器位移，I(S)為驅(qū)動電流。然后根據(jù)Fact(s)構(gòu)造仿真電路，仿真電路的傳遞函數(shù)為Fsim(s)，F(xiàn)sim(s)＝U(s)/I(s)，式中U(S)為正比于力矩器位移D(S)的輸出電壓，并且使得Fsim(s)＝K*Fact(s)，其中K為一常數(shù)。因此，采樣伺服驅(qū)動電流，輸入到仿真電路，則在仿真電路的輸出端即可得到正比于力矩器位移的電壓輸出。最后對電壓輸出進(jìn)行標(biāo)定，得出力矩器位移。
根據(jù)圖3所示的2維力矩器結(jié)構(gòu)示意圖，繪制出2維力矩器的物理模型，如圖4所示，可見，其為一個質(zhì)量——彈簧——阻尼系統(tǒng)。M為力矩器運(yùn)動部分的總質(zhì)量，KF和KT分別為力矩器聚焦和道跟蹤尋址方向的彈性系數(shù)；mF和mT分別表示力矩器聚焦和道跟蹤尋址方向的阻尼系數(shù)；CF與CT為聚焦和道跟蹤尋址驅(qū)動線圈；RF、RT、LF、LT、eF和eT為線圈的電阻、等效電感和運(yùn)動反電動勢。
如果暫不考慮兩個方向的交叉干擾，可以對聚焦、道跟蹤兩個方向分別建立運(yùn)動方程，以聚焦方向?yàn)槔?
寫成傳遞函數(shù)，如下G1(s)=x(s)i(s)=B.Lm.s2+u.s+k]]>G2(s)=x(s)i(s)=B.LL.m.s3+(L.u+R.m)s2+(L.k+R.m+B.Lke).s+R.k]]>由此可見，當(dāng)使用電流驅(qū)動力矩器時，力矩器的位移對電流傳遞函數(shù)是2階振蕩環(huán)節(jié)，可以由有源濾波器實(shí)現(xiàn)，如圖5所示。
將流過力矩器的電流信號，變換成電壓后，輸入圖5所示的有源濾波器的Vin輸入端，則濾波器的輸出電壓信號Vout將為正比與力矩器位移的信號。通過對其靈敏度標(biāo)定后，即可實(shí)時的測量出力矩器的位移。
本發(fā)明除了測試盤片的機(jī)械跳動性能以外，還可以實(shí)現(xiàn)對其光學(xué)信號的質(zhì)量進(jìn)行檢測。檢測方法采用RF信號的雙峰值檢測法，即對包含直流分量的不同頻率的RF進(jìn)行雙峰值檢測。圖6為CD盤片RF信號的讀出波形圖，當(dāng)CDROM對盤片進(jìn)行單倍速度讀取信息時，讀出信號時鐘頻率為4.3MHz，此時RF信號所包含的頻率成分為390KHz～1.29MHz。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)定義，由RF信號低頻分量所產(chǎn)生的最大峰值為Itop，低頻分量的峰值為I11，RF信號高頻分量的峰峰值為I3。
實(shí)現(xiàn)以上的測量方法的電路原理框圖如圖7所示，CDROM驅(qū)動器讀取盤片的RF信號首先輸入前置放大器，放大至2Vp-p的幅值范圍；然后信號輸入到頻率分離電路，將高頻和低頻信號分離，分別送到雙峰值檢波電路。雙峰值檢波電路的工作原理是檢測信號的正負(fù)峰值，由減法器計(jì)算出信號的峰峰值。以上電路輸出的測量結(jié)果通過AD采集系統(tǒng)輸入計(jì)算機(jī)，通過運(yùn)算，便可以得出盤片的反射率、I3/Itop、I11/Itop等反映盤片信號記錄質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)。本發(fā)明測試系統(tǒng)的軟件流程圖如圖8所示。系統(tǒng)開啟以后，首先對CDROM驅(qū)動器進(jìn)行初始化工作，啟動伺服控制及RF信號讀取通道，然后程序進(jìn)入測量循環(huán)。在循環(huán)的開始，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，通過AD采集卡，將測量數(shù)據(jù)讀入計(jì)算機(jī)。
計(jì)算機(jī)對所采集的數(shù)據(jù)要進(jìn)行軟件濾波，軟件濾波的作用是去除離散較大的采樣點(diǎn)，因?yàn)檫@些采樣點(diǎn)往往是由于干擾或噪音造成的，并非真實(shí)數(shù)據(jù)。離散點(diǎn)的去除原則是先計(jì)算所有采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)平均值，然后去除與平均值誤差大于5％的數(shù)據(jù)，保留其余數(shù)據(jù)作為測量結(jié)果。
軟件濾波的第二個功能是低通濾波，濾波采用4階有限沖激低通濾波器，截止頻率為1.5Hz。低通濾波器的作用是濾除干擾和噪音信號，使測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定。該軟件具有測量數(shù)據(jù)存儲和報表輸出的功能，用戶可以將測量結(jié)果存入文件或打印。
本發(fā)明是一種基于高質(zhì)量商用光盤驅(qū)動器，并附加特殊的檢測系統(tǒng)和軟件的一種性能穩(wěn)定、操作方便、測試項(xiàng)目完善并且價格相對較低的CD盤片測試設(shè)備。借助該測試系統(tǒng)，可以在很短的時間內(nèi)對CD盤片的多項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)作出測試，并以明顯的方式在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示，同時作出合格圈判斷，如果需要，還可以通過打印機(jī)輸出測試結(jié)果報表。
本發(fā)明特別適用于CD盤片生產(chǎn)廠商對盤片進(jìn)行質(zhì)量檢測和政府產(chǎn)品質(zhì)量管理部門對市場流通的盤片進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督。也可以用于盤片的銷售商家為顧客進(jìn)行盤片質(zhì)量的現(xiàn)場檢驗(yàn)。
附圖簡要說明

圖1為CD盤片多功能測試系統(tǒng)。
圖2為CDROM驅(qū)動器2維力矩器。
圖3為力矩器位移仿真原理框圖。
圖4為2維力矩器物理模型。
圖5為2階有源濾波電路原理圖。
圖6為CD盤片RF信號波形圖。
圖7為盤片光學(xué)信號性能指標(biāo)檢測電路框圖。
圖8為控制軟件流程圖。
圖9為伺服信號還原部分電路原理圖。
本發(fā)明設(shè)計(jì)出一種CD盤片多功能測試系統(tǒng)實(shí)施例，如圖1，圖9所示，結(jié)合各附圖詳細(xì)說明如下本實(shí)施例的組成包括一臺PC計(jì)算機(jī)、一臺商用CDROM驅(qū)動器、AD采集卡和相應(yīng)的信號處理電路板組成，如圖1所示。
其中CDROM驅(qū)動器選用Philips公司生產(chǎn)的SCSI接口的4倍速光盤驅(qū)動器，SCSI接口的CDROM驅(qū)動器相對性能較高，同時便于實(shí)現(xiàn)操作的底層控制，該驅(qū)動器在使用之前必須對其技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測試，保證其本身主軸的跳動量小于2μm。以提高讀出信噪比，以確保儀器測量準(zhǔn)確。使用商用CDROM進(jìn)行盤片質(zhì)量檢測是該系統(tǒng)的一個創(chuàng)新。這種設(shè)計(jì)首先可以降低設(shè)計(jì)和制造成本，而且商用驅(qū)動器的性能比由實(shí)驗(yàn)室構(gòu)造的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)穩(wěn)定，同時對用戶來說，使用也十分方便。
測試時將被測盤片插入驅(qū)動器，和正常使用盤片一樣。驅(qū)動器驅(qū)動盤片旋轉(zhuǎn)，此時由軟件開啟聚焦和道跟蹤伺服控制電路。當(dāng)伺服成功以后，伺服調(diào)整信號被送到伺服信號還原系統(tǒng)，如圖1所示。伺服信號還原系統(tǒng)將伺服調(diào)整信號還原成光學(xué)頭位移信號，該信號由AD采集卡輸入到計(jì)算機(jī)，由專用的控制軟件處理數(shù)據(jù)。
另一方面，盤片的讀出RF信號被送入盤片光學(xué)信號檢測電路，由電路檢測出RF信號的主要品質(zhì)參數(shù)，信號的檢測原理是采用雙峰值檢波的方式。被檢出的信號同樣被AD采集卡輸入到計(jì)算機(jī)，由專用的控制軟件處理數(shù)據(jù)，得出最終的測量結(jié)果。構(gòu)成本實(shí)施例的光學(xué)信號檢測電路的前置放大器，頻率分離電路和雙峰值檢波電路可采用常規(guī)電路。
圖9為伺服信號還原部分電路原理圖，F(xiàn)1、F2、T1和T2分別為聚焦和道跟蹤伺服信號的差動輸入端，U101(A-D)和U102(A-B)及外圍電路構(gòu)成輸入前置和放大通道；U103(A-B)為伺服信號還原2階低通濾波器；U104為專用低通濾波器芯片，濾除系統(tǒng)噪音；U105、U106和U107為檢波電路；FL-DC和TL-DC分別為測試結(jié)果輸出端，至AD變換器。以上指標(biāo)的常規(guī)測試方法是高速數(shù)據(jù)采集法，即對RF信號進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集，然后通過計(jì)算機(jī)分析得到所需的指標(biāo)。和高速數(shù)據(jù)采集法相比，雙峰值檢測法的主要優(yōu)點(diǎn)是成本大幅度降低，測試速度也有相應(yīng)的提高。
AD采集卡選用轉(zhuǎn)換精度為16位，轉(zhuǎn)換時間為25ms，輸入通道數(shù)為16的AD采集卡。
本實(shí)施例的具體技術(shù)指標(biāo)如表1所示
權(quán)利要求
1.一種CD盤多功能測試儀，其特征在于，包括裝載被測CD盤的CDROM驅(qū)動器，分別接收該驅(qū)動器的力矩器伺服信號和RF信號還原單元，和盤片光學(xué)信號檢測單元組成的信號處理板，接收該信號處理板的處理自動信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸入PC機(jī)的AD字集卡及對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的PC機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的測試儀，其特征在于，所說的伺服信號還原單元由2階有源濾波器電路構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的測試儀，其特征在于，所說的盤片光學(xué)信號檢測單元由將RF信號進(jìn)行放大的前置放大器，將放大自動信號進(jìn)行高、低頻分離的頻率分離電路，分別對高、低頻分置進(jìn)行檢測的雙峰值檢波電路組成。
全文摘要
本發(fā)明屬于多參量測試技術(shù)領(lǐng)域,本測試儀包括裝載被測CD盤的CDROM驅(qū)動器,分別接收該驅(qū)動器的力矩器伺服信號和RF信號,該處理板由信號處理板,接收該信號處理板的處理后的信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸入PC機(jī)的AD采集卡及對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的PC機(jī)。本發(fā)明具有測量精度高、測試項(xiàng)目全、操作簡便、顯示直觀和制造成本低等特點(diǎn)。
文檔編號G01D21/02GK1176463SQ9711229
公開日1998年3月18日 申請日期1997年7月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月25日
發(fā)明者徐端頤, 呂悅川, 張海川, 潘龍法 申請人:清華大學(xué)