Brevet FR2461995A1 — publié le 19810206

La présente invention se rapporte au domaine de l'en- registrement magnétique, et plus précisément aux transducteurs magnéto-électriques qui y sont mis en oeuvre. Dans ce domaine, on fait appel à une base-support non magnétique en forme de bande ou de disque souples, recouverte d'une couche d'un matériau ferro-magnétique qui en constitue la partie active. Ce support d'enregistrement est déplacé en vis-à- vis d'un élément transducteur, comportant un circuit magné- tique en forme d'anneau interrompu par un entrefer très étroit, de longueur comprise typiquement entre 1 et 10 Y, un circuit électrique, constitué par des enroulements en forme de bobines, entourant le circuit magnétique. Deux fonctions peuvent être assumées par un tel trans- ducteur. Si l'on applique une tension électrique alternative aux bornes des enroulements,un flux magnétique est créé dans le circuit magnétique, déterminant un épanouissement dans l'air des lignes de force d'un champ magnétique au niveau de l'entrefer; le support mobile, qui défile devant celui-ci, est ainsi magnétisé, de façon permanente, suivant une loi de variations identique à celle de la tension appliquée au transducteur. Celui-ci assume ainsi la fonction de transduc- teur ou "tête" d'enregistrement, et cela quelle que soit la vitesse du support magnétique. Mais dans beaucoup d'applications, il peut assumer une seconde fonction: si l'on fait repasser la bande magnétisée une deuxième fois devant l'entrefer, elle crée un flux magné- tique variable dans le circuit magnétique, par un phénomène symétrique du précédent, suivant une loi de variations iden- tique à celle de la tension appliquée au transducteur dans la phase d'enregistrement; le transducteur assume ainsi la fonction de "tète" de lecture, après que les variations de flux aient été converties en variations de tension par un moyen convenable. Plusieurs phénomènes physiques ont déjà été mis à con- tribution pour réaliser cette conversion. Le plus simple consiste à utiliser les mêmes enroulements qu'à l'enregistrement, et à recueillir les tensions développées à leurs bornes, suivant les lois de l'électromagnétisme. Un grave inconvénient s'attache cependant à une telle exploitation, lié au fait que les tensions obtenues e. ne sont pas proportion- nelles au flux magnétique i.lui-même, mais à la dérivée pre- mière de celui-ci par rapport au temps d + e =-k o k est une constante. d t La tension recueillie e dépend donc de la vitesse de défilement du support magnétique; elle diminue avec elle et s'annule lorsque le support s'arrête. C'est pourquoi on a fait appel à un autre phénomène physique, celui connu sous le nom d'effet Hall et qui est l'apparition d'une résistance variable de certains matériaux, comportant notamment Arsenic, Indium, et/ou phosphore, tels que l'In As P, en fonction d'un champ magnétique qui leur est appli- qué; la lbi de variation de cette magnétorésistance est en effet linéaire en fonction de ce champ magnétique. le signal de lecture obtenu a alors un niveau de sortie indépendant de la vitesse de défilement de la bande ou du disque support de l'enregistrement, y compris l'arrêt complet de ce support. Une limitation de base s'attache cependant à une exploi- tation de l'effet Hall dans le domaine des "têtes": c'est le fait que, comme tous les phénomènes mettant en oeuvre une résis- tance, cet effet n'est pas réversible, et que, par conséquent le transducteur à effet Hall ne permet pas l'enregistrement, mais seulement la lecture. Il résulte de ces limitations que les enregistreurs magnétiques devant fonctionner, dans le domaine de l'instru- - 3 3 2461995 mentation par exemple, doivent être munis de deux têtes dis-' tinctes, l'une servant à l'enregistrement, du type électromagné- tique à enroulements.bobinés,l'autre à la-lecture, avec une magnéto-résistance se présentant sous le forme d'un bloc dis- posé dans le flux du circuit magnétique, habituellement dans un entrefer de ce circuit, ménagé à cet effet. Cette nécessité de deux transducteurs distincts cons- titue un grave inconvénient dans les utilisations; c'est un des buts de la présente invention que de proposer une tète magnétique unique assumant les deux fonctions, par association, dans un circuit magnétique unique, d'un enroulement pour l'en- registrement et d'une magnéto-résistance pour la lecture. Il est à noter que l'originalité de l'invention réside non seulement dans la réunion des deux moyens respectifs décrits, mais aussi dans leur combinaison avec le circuit magné- tique, permettant, ainsi, qu'on le montre ci-après, d'atteindre les buts communs recherchés,par une adaptation et une locali- sation particulière de ces moyens dans ce circuit. En effet, comme on le décrit et l'explique plus loin, la mise en oeuvre d'une magnéto-résistance n'y est pas faite dans le flux magnétique qui circule dans le circuit magnétique, comme dans l'art connu, disposition qui exige une interruption dans ce circuit, avec introduction d'une réluctance néfaste au contraire, selon l'invention, la magnéto-résistance y est placée dans le flux magnétique de fuite de l'entrefer, ce qui conserve les conditions optimales de conception et de fonction- nement de la tête magnétique. D'autres avantages attachés à cette localisation particulière en découlent, qui sont décrits et expliqués plus loin. Une autre limitation existe, lors de la phase d'enre- gistrement,dans les têtes magnétiques à enroulements du type connu, à savoir le comportement non contrôlable du circuit magnétique,en fonction d'une part de la valeur de l'induction qui y est créée par les enroulements, et d'autre part de la 246 1995 fréquence du signal électrique qui leur est appliquée. La valeur de l'induction y gouverne la notion de linéa- rité et de saturation aux grands niveaux, et celle de la fréquence gouverne la notion de pertes, soit par hystérésis t et courants de Foucault dans le matériau magnétique du circuit, soit par les variations de forme géométrique des lignes de force du champ magnétique au voisinage de l'entrefer utile. Or l'utilisation, possible, d'un enroulement supplé- mentaire autour du circuit magnétique ne permettrait pas de connaître, pour les raisons déjà données plus haut, l'état magnétique du circuit, ni en valeur absolue, ni en valeur relative. De plus l'enroulement de contrôle se comporterait com- me le secondaire d'un transformateur dont le primaire serait - constitué par l'enroulement d'enregistrement, et les informa- tions recueillies sur l'état magnétique du circuit seraient totalement erronées. Au contraire, la magnéto-résistance présente dans le transducteur de l'invention permet, pendant la phase d'enre- gistrement, de connaître directement cet état magnétique en valeur absolue. C'est un autre but de la présente invention que de pro- curer un transducteur magnéto-électrique pour enregistrement magnétique comportant un élément de contrôle permanent, à magnéto-résistance,de l'état magnétique du circuit de la tête d'enregistrement, en particulier pour surveiller le déroulement correct de l'enregistrement. Par ailleurs, dans un certain nombre d'utilisations pratiques, une proportionnalité ou "linéarité", aussi bonne que possible, est recherchée entre le signal appliqué, à l'en- registrement, aux enroulements de la tête magnétique, et le champ magnétique régnant dans l'entrefer utile, dont, comme on l'a indiqué plus haut, une partie seulement des lignes de force s'épanouit dans l'air pour magnétiser le support magné- tique qui défile à son contact, devant la face active de la tête. Or ce champ magnétique utile est impossible à mesurer par un moyen magnétométrique, la présence du support magnéti- que et des organes mécaniques assurant son bon défilement s'y opposant totalement. En revanche, le c8té interne de l'anneau constituant le circuit magnétique se prête à la mise en place d'un élé- ment de mesure magnétômétrique, et, selon l'invention, on y fait appel à un élément magnétorésistant à effet Hall pour connaître ainsi, avec précision, la valeur du champ magnéti- que utile délivré par l'entrefer, celui du côté interne lui étant proportionnel. Le signal fourni par l'élément de mesure peut alors être avantageusement exploité pour linéariser le champ utile, par exemple en mettant en oeuvre un circuit de contre-réaction en boucle commandé par l'élément magnéto-résistant. C'est encore un autre but de l'invention que de propo- ser un système d'enregistrement magnétique à haute linéarité, comportant un amplificateur et une tête magnétique selon l'invention, l'amplificateur recevant à ses bornes d'entrée le signal à enregistrer, ses bornes de sortie étant reliées aux enroulements de la tête magnétique, une boucle de contre- réaction de valeur ajustable, étant établie entre les bornes de la magnéto-résistance de la tête magnétique et l'entrée de l'amplificateur, en assurant ainsi la linéarisation du champ magnétique de l'entrefer de la tête magnétique en fonction du signal appliqué aux enroulements. Ainsi l'invention concerne un transducteur magnéto-élec- trique pour système d'enregistrement magnétique, sur un support aimantable, comportant d'une part un circuit magnétique en forme d'anneau plan, avec des surfaces latérales externe et interne 2461995. cylindriques, de génératrices perpendiculaires au plan de l'anneau, cet anneau présentant un entrefer débouchant sur lesdites surfaces, et d'autre part un enroulement électrique en forme de bobinage entourant l'anneau, caractérisé en ce qu'il comporte un élément magnéto-sensible disposé en vis- à-vis de l'entrefer sur la surface latérale interne du cir- cuit magnétique, cet élément délivrant un signal électrique proportionnel au champ magnétique qui lui est appliqué. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la des- cription ci-après, en s'appuyant sur les figures annexées, o - La figure 1 représente un premier mode de réalisa- tion du transducteur magnéto-électrique de l'invention; - La figure 2 représente une variante avantageuse de ce transducteur; - La figure 3 représente un système d'enregistrement et de lecture mettant en oeuvre le transducteur de l'inven- tion; - La figure 4 représente un autre mode de réalisation du système d'enregistrement et de lecture, comportant une boucle de contre-réaction de linéarisation. La figure 1 représente un premier mode de réalisation du transducteur magnéto-électrique de l'invention. Il comporte un circuit magnétique 1, de forme générale en anneau à section rectangulaire, dont les surfaces latérales, externe 2, et interne 3, sont des portions de cylindre dont les génératrices sont perpendiculaires au plan de l'anneau. Ce circuit présente un entrefer 4, dans lequel une cale 5, en matériau non-magnétique, est présente pour défi- nir avec précision la longueur de cet entrefer, qui est une donnée fondamentale dans les applications. Le circuit peut être réalisé dans tout matériau de caractéristiques magnéti- ques bien adaptées, tel qu'un alliage métallique ferro-magné- 246 1995 tique doux, ou un ferrite. Le transducteur comporte, par ailleurs, des moyens électriques, et, selon l'invention, de deux types. le premier moyen est un enroulement 6, en forme de bobine, comportant deux bornes 7 et 8, disposé autour du circuit magnétique 1; le second moyen est un élément magné- to-résistant 9, du type dit "à effet Hall", disposé au voi- sinage immédiat de l'entrefer utile 4, sur la face interne 3, de l'anneau. Un tel transducteur fonctionne de la façon suivante, suivant deux phases correspondant respectivement à l'enregis- trement et à la lecture. Un support d'enregistrement magnétisable 11, représenté sur la figure en forme de bande, défile dans le sens de la flèche 10 devant l'entrefer utile 4, en vis-à-vis de la face externe 2 de l'anneau. Cette bande se compose d'une base mécanique souple 12, et d'une couche active ferro-magnétique aimantable 13. Un courant électrique étant appliqué aux bornes 7 et 8 de l'enroulement 6, crée un flux magnétique dans le circuit 1, dont une partie des lignes de force s'épanouit en 14 et 15 sur les deux faces externe 2 et interne 3 de ce circuit. Ce champ magnétique de fuite externe aimante la couche 13 de la bande- support d'enregistrement 11. le second moyen électrique 9, constitué par une magnéto- résistance comportant deux bornes 16 et 17 pour l'introduction du courant d'excitation nécessaire, est soumis au champ de fuite interne, par les lignes de force 15, qui détermine l'apparition d'un signal électrique aux bornes 18 et 19 de la magnéto-résistance. Ce signal de lecture est linéairement lié à la valeur du champ magnétique, et permet par conséquent, même aux faibles vitesses de défilement de la bande, de connaître celui-ci avec précision, soit pour contrôle instantané et permanent du bon déroulement de l'enregistrement, pendant ou après l'enregis- trement lui-même, soit, comme on le montre plus loin, dans un but d'amélioration du signal enregistré. - La figure 2 représente une variante avantageuse du transducteur de l'invention. Elle vise à rendre identiques les deux flux de fuite ex- terne 14 et interne 15 existant dans la région de l'entrefer 4, l'influence de la présence éventuelle d'une bande étant négligeable. Or la répartition des lignes de force au voisinage d'un entrefer dépend de la forme des surfaces du circuit magné- tique dans cette région, et en particulier des rayons de courbure. Suivant l'invention, on confère aux faces externe et interne de l'anneau, dans la région de l'entrefer, des rayons de-courbure 21 et 22 identiques pour les deux portions de cylindre qui y définissent les surfaces externe et interne de cette région. Il y a alors des grandeurs et des répartitions géométriques identiques du champ magnétique sur les deux sur- faces, et la magnéto-résistance 9 rend compte ainsi avec précision de celles qui existent dans la région occupée par la bande magnétique. La figurez3 représente, suivant une vue schématique, un système d'enregistrement et de lecture d'une bande magné- tique, fournissant un exemple de mise en oeuvre d'un trans- ducteur magnéto-électrique selon l'invention. Il comporte un amplificateur d'enregistrement 31, avec des bornes d'entrée 32 pour le signal à enregistrer, et des bornes de sortie appliquant ce signal à un enroulement 33 du transducteur; suivant une disposition connue, un oscil- lateur 34 applique simultanément à cet enroulement un signal alternatif dit de polarisation haute fréquence. Le système comporte, ensuite, un amplificateur de lecture 35, avec des bornes d'entrée connectées à la magnéto- résistance 36, qui recueille les variations de flux existant dans le circuit magnétique 1; cet amplificateur fournit ainsi, à ses bornes de sortie, un signal amplifié, soit à l'enregis- trement, soit à la lecture,pour les diverses applications pratiquées. La figure 4 représente, suivant une vue schématique, un système d'enregistrement et de lecture d'une bande magné- tique, comportant une boucle de contre-réaction de linéarisa- tion. Ce système comprend les mêmes éléments que le système de la figure 3, mais leur mise en oeuvre est rendue plus avantageuse par une coopération entre les circuits électriques d'enregistrement et de lecture. On a indiqué plus haut que, pendant la phase d'enregistrement, les limitations à la bonne proportionnalité, ou linéarité, entre le signal électrique appliqué à l'enroulement et le champ magnétique utile régnant dans la région de l'entrefer, étaient dues essentiellement à des phénomène de saturation du matériau magnétique, et de la répartition des lignes de force autour de l'entrefer en fonc- tion de la fréquence. Selon l'invention, on exploite, pendant la phase d'enre- gistrement, le signal fourni par la magnéto-résistance, qui rend compte de l'état magnétique réel de la région de l'en- trefer, pour l'opposer, en contre-réaction, au signal appliqué à l'enroulement 33. Pour cela, la borne de sortie de l'amplificateur de lecture 35 est reliée, à travers un pont de résistances ajus- table 40, en parallèle,suivant 41, sur la borne d'entrée de l'amplificateur d'enregistrement 31. Suivant les lois connues régissant le mécanisme de la contre-réaction, il y a alors linéarisation de l'ensemble du processus d'enregistrement, et, en conséquence, amélioration de la courbe de transfert finale de la bande magnétique, par utilisation du transducteur électro- * magnétique de l'invention. On doit remarquer que, dans tout ce qui précédé, l'élé- ment magnétosensible mis en oeuvre est une magnéto-résistance du type dit "à effet Hall"; mais l'utilisation de tout autre élément magnéto-sensible dont le signal de sortie est linéai- rement lié au champ magnétique appliqué est comprise dans le domaine de l'invention. il R E V E N D I 0 A T I 0 N S 1. Transducteur magnéto-électrique pour système d'enre- gistrement magnétique, sur un support aimantable(11), compor- tant d'une part un circuit magnétique (1) en forme d'anneau plan, avec des surfaces latérales externe (2) et interne (3) cylindriques, de génératrices perpendiculaires au plan de l'anneau, cet anneau présentant un entrefer (5) débouchant sur lesdites surfaces, et d'autre part un enroulement élec- trique (6) en forme de bobinage entourant l'anneau, caracté- risé en ce qu'il comporte un élément magnéto-sensible (9) disposé en visà-vis de l'entrefer sur la surface latérale interne du circuit magnétique, cet élément délivrant un signal électrique proportionnel au champ magnétique qui lui est appliqué. 2 Transducteur magnéto-électrique suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce que les portions des surfaces cylindriques externe et interne sur lesquelles débouche l'en- trefer sont respectivement convexe et concave. 3. Transducteur magnéto-électrique suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce que les portions des surfaces cylindriques externe et interne sur lesquelles débouche l'entrefer sont convexes. 4. Transducteur magnéto-électrique suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce que ledit élément magnéto-sensible est du type " à effet Hall". 5. Système d'enregistrement magnétique, caractérisé en ce qu'il comporte untransductéur magnéto-électrique suivant l'une des revendications précédentes, l'enroulement électrique étant connecté à la sortie d'un amplificateur dont les bornes d'entrée reçoivent le signal à enregistrer, et l'élément magnéto- sensible étant connecté à l'entrée d'un amplificateur dont les bornes de sortie délivrent le signal de lecture. 6. Système d'enregistrement magnétique selon la reven- dication 5, caractérisé en ce qu'une connexion relie, à travers un pont diviseur de rapport ajustable, lesdites bornes d'en- trée et de sortie, constituant une boucle de contre-réaction comprenant l'élément magnéto-sensible et son amplificateur.