勘察仪器与原理第五章第一节第二节ok

勘查仪器原理教师：王旭Email：hfli@

第五章数据的记录与显示第四章学习了数据的传输,知道了采集数据通过网络传输到主机,接下来就该记录这些数据.地震数据记录系统的作用是将野外采集到的地震数据进行适当的格式编排,然后送往数字磁带机进行记录。为了监视每张地震记录的记录质量,及时发现和纠正影响记录质量的因素,地震仪有一个将磁带记录回放显示的电路系统-----监视系统,也就是显示系统。另外,数据记录系统既是数据采集系统的重要组成部分,也是计算机的重要外设。随着数据量的增大,现代计算机系统中的存储器都采用了分级结构:速度快,容量小的内存储器；容量大,速度慢的外存储器。内存储器存储材料为半导体材料,一般为双极型,MOS型；外存储器就是就是我们常见的磁盘、磁带、活动硬盘、U盘、光盘等,它们的读写速度较低,但存储容量大,造价低,可脱机存储。本章我们主要学习磁记录原理,磁记录方式,记录格式及数据回放。第一节磁记录原理实验表明，任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同。根据物质在外磁场中表现出的特性，物质可粗略地分为三类：

顺磁性物质抗磁性物质铁磁性物质铁磁性材料

及其特性：B磁滞回线剩磁矫顽磁力磁滞回线是磁场强度（H）与磁感应强度（B）平面上的一条闭合曲线，如左图所示，它的存在使H和B失去单值对应关系，B的大小不仅与H的即时值有关，而且与H的变化历程和历史有关。起始磁化曲线当外加磁场H由零增加时，铁磁性物质的磁感应强度B随H增加而增加，按0→Bs（图中蓝线）曲线上升。当H增加到Hm时，B达到绝对值Bs。此后，即使H再增加，B值也基本不再增加，因此称Bs为绝对磁感。如果这时减小外加磁场H，B并不沿着原路变化，而沿着另一曲线Bs→Br变化。0Hm

铁磁性物质具有良好的导磁性能，在外加磁场的作用下能产生很强的与外加磁场同向的磁感应强度；当外加磁场除去后，仍保留磁性——剩磁。

当外加磁场H减小到零时，铁磁体的磁化状态并不恢复到零，而是保留一个剩余磁感应强度Br值，这种现象称为磁滞现象。

当B值降到零时的外加磁场强度（Hc）称为矫顽磁场强度。（简称矫顽磁力)硬磁性材料：剩磁和矫顽力都比较大，磁滞回线所围的面积大。如钨钢，碳钢，铝镍钴合金等。适合作磁带、磁盘等磁记录和永久磁铁。软磁性材料：易磁化、易退磁。如纯铁，硅钢坡莫合金，铁氧体等。适宜制造电磁铁、变压器、交流发电机、继电器、电机、以及各种高频电磁元件的磁芯、磁棒、磁头等。BHoBHo如果规定用+Br状态表示代码1，-Br状态表示代码0，那么要使磁性材料记忆1，就要加正向脉冲电流，使磁性材料正向磁化；要使磁性材料记忆0，则要加负向脉冲电流，使磁性材料反向磁化。磁性材料上呈现剩磁状态的地方形成了一个磁化元或存储元，它是记录一个二进制信息位的最小单位。

5.1.1磁记录原理1、记录介质在磁表面存储器中，信息是记录在一薄层磁性材料的表面上，这个薄层称为磁层。磁层与所附着的载体被称为记录介质或记录媒体。2、磁头磁头是磁记录设备的关键部件之一，它是一种电磁转换元件，能把电脉冲表示的二进制代码转换成磁记录介质上的磁化状态，即电－磁转换；反过来，能把磁记录介质上的磁化状态转换成电脉冲，即磁－电转换。磁头缝隙通常用玻璃等非磁性材料填充,新研制的磁头尺寸在30～50nm范围,是人发丝宽度的1/2000。前间隙后间隙铁氧体线圈电流磁记录介质磁头，软磁材料导磁率高，饱和磁感应强度大矫顽力小，剩余磁感应强度小磁记录材料，硬磁材料记录密度高，记录信息时间长输出信号幅度大，噪声低表面组织紧密、光滑、无麻点、薄厚均匀，温度、湿度影响小3、写入过程在写磁头线圈中通以一定方向的写电流，于是在磁头下方的一个局部区域被磁化，形成一个磁化单元或称记录单元。当这部分介质移出磁头作用区后，仍将留下足够强的剩磁。在写磁头中通以正、负两个不同方向的写电流，就会产生两种不同的剩磁状态，正好对应二进制信息的“1”和“0”。写入：局部磁化单元载磁体写线圈SNI局部磁化单元写线圈SN铁芯磁通磁层写入“0”写入“1”I

4、读出过程读出时，读出线圈不外加电流。当某一磁化单元运动到读磁头下方时，使得磁头中流过的磁通有很大的变化，于是在读出线圈两端产生感应电动势E。感应电动势E经放大、检波、限幅、整形和选通后，获得符合要求的信号。N读线圈S读线圈SN铁芯磁通磁层运动方向运动方向ssttffee读出“0”读出“1”读出：写线圈读线圈载磁体磁层运动方向S-NN-S局部磁化单元在读写过程中，记录介质与磁头之间相对运动，一般是记录介质运动而磁头不动。工作缝隙磁头铁芯磁带介绍:磁带存储信息采用的是离线硬拷贝方式,其存储信息可靠性高,实践证明,一盒磁带上的数据可以保存30年以上,容量极大,如428XL所用3592磁带机,单盒磁带记录容量60G,若进行数据压缩,可记录180G,甚至有的磁带机达到900G.且,磁带存储信息成本最低,标准化程度最高,易于保存，是地震勘探野外常用的存储介质。5.1.2评价磁表面存储器的主要指标1、记录密度记录密度是指磁表面存储器单位长度或单位面积磁层表面所能存储的二进制信息量。通常以道密度和位密度表示，也可用两者的乘积面密度来表示。⑴道密度道密度又叫横向密度，是指垂直于磁道方向上单位长度中的磁道数目，道密度的单位是道/英寸（TPI）或道/毫米（TPM）。磁道指的是磁头写入磁场在记录介质表面上形成的磁化轨迹。⑵位密度位密度又叫纵向密度，是指沿磁道方向上单位长度中所能记录的二进制信息的位数，位密度的单位为位/英寸（bpi）或位/毫米（bpm）。2、存储容量存储容量是指整个磁表面存储器所能存储的二进制信息的总量，一般用位或字节为单位表示，它与存储介质尺寸和记录密度直接相关。磁表面存储器的存储容量有非格式化容量和格式化容量两种指标。非格式化容量是指磁记录表面上可全部利用的磁化单元数；格式化容量是指用户实际可以使用的存储容量。格式化容量一般约为非格式化容量的60～70％左右。3、平均存取时间当磁头接到读/写命令，从原来的位置移动到指定位置，并完成读/写操作的时间叫存取时间。对于磁盘存储器来说，存取时间主要包括两部分：一部分是指磁头从原先位置移动到目的磁道所需要的时间，称为定位时间或找道时间；另一部分是指在到达目的磁道以后，等待被访问的记录区旋转到磁头下方所等待的时间。平均存取时间还应当包括信息的读/写操作时间，但这一时间相对平均找道时间和平均等待时间来说可以忽略不计。所以磁盘的平均存取时间Ta，由平均找道时间Ts和平均等待时间Tw组成：

4、数据传送率磁表面存储器在单位时间内向主机传送数据的位数或字节数，称为数据传送率Dr，单位为位/秒或字节/秒。5、误码率误码率是衡量磁表面存储器出错概率的参数，它等于读出的出错信息位数和读出总的信息位数之比。Ta=Ts+Tw=Tsmax+Tsmin2Twmax+Twmin2+6、编码效率指一次磁化状态翻转所能存储的数据位的个数。可用百分比来表示,即

编码效率η=记录1位/最大磁化翻转次数编码效率越高,说明存储相同数据位时磁化状态翻转的次数越少。7、自同步能力是指从单个磁道读出脉冲序列中提取同步时钟的难易程度。它是衡量编码性能的重要指标。8、带宽带宽越窄的码型抗干扰能力越强,越易于滤波处理,电路易于实现。9、读出分辨率是读出可靠性的指标。10、信息独立性读出时,某一位数据出现误码不会影响后续的其它位数据的正确性,即误码传输受限,检读时当前信息位与前、后状态无关。1）非破坏性读出。2）记录信息永久性存储。3）可多次重写。4）数据的存储方式可为顺序存储（磁带），也可为直接存储方式（磁盘）。5）在机械运动中读写，速度较慢。6）记录密度高、容量大、价格低。5.1.3磁表面存储器的特点第二节

磁记录方式

全称是数字磁记录编码方式，简称磁记录方式。它是一种编码方式，指的是按照某种规律将一连串二进制数字信息变换成存储介质磁层中的相应磁化翻转形式，并经读写控制电路实现这种转换。为什么要进行编码？是为了提高记录密度和增加记录的可靠性。在磁表面存储器中，由于写入电流的幅度、相位、频率变化不同，从而形成了不同的记录方式。5.2.1直接记录方式当记录密度较低时，可以不编码，直接按记录信息的“0”、“1”排序记录。这类方式有：1、归零制（RZ）特点：正脉冲电流表示“1”，负脉冲电流表示“0”；不论记录“0”或“1”，在记录下一个信息前，记录电流恢复到零电流；简单易行，记录密度低，改写磁层上的记录比较困难，一般是先去磁后写入；具有自同步能力（能从磁头读出信号中分离并获得同步信号）。位周期T数据序列RZ011100010零电流2、不归零制（NRZ）在记录信息时，磁头线圈里如果没有正向电流就必有反向电流，而没有无电流的状态，为不归零制。特点是磁头线圈中始终有电流，不是正向电流(代表1)就是反向电流(代表0)，因此不归零制记录方式的抗干扰性能较好。对连续记录的“1”和“0”，写电流的方向是不改变的。无自同步能力。

011100010NRZ的优点简单带宽利用率高NRZ的缺点存有直流分量缺少同步能力零电流3、见“1”就翻的不归零制(NRZI)和不归零制一样，记录信息时，磁头线圈中始终有电流通过。不同之处在于，流过磁头的电流只有在记录“1”时变化方向，使磁层磁化方向翻转；记录“0”时，电流方向不变，磁层保持原来的磁化方向。数据序列01001100011

以上各种记录方式，目前已很少应用，但不归零制是编码方式的基础，无论哪一种编码方式，只要数据序列变换成记录序列之后，均按照NRZ-I制规则记录到磁层上。数据序列000011111RZNRZNRZ-IT05.2.2按位编码记录方式这种记录方式常用于磁带机中。1、调相制(PM)调相制又称相位编码(PE)，它是利用两个相位相差180°的磁化翻转方向代表数据“0”和“1”。位周期TPM111110000记录数据“0”时，规定磁化翻转的方向由负变为正；记录数据“1”时从正变为负，且每个数据位的写入是在它的中间位置上。当连续出现两个或两个以上“1”或“0”时，为了维持上述原则，在位周期起始处也要翻转一次。数据序列2、调频制(FM)调频制的记录规则是，记录“1”时，不仅在位周期的中心产生磁化翻转，而且在位与位之间也必须翻转。记录“0”时，位周期中心不产生磁化翻转，但位与位之间的边界处要翻转一次。由于记录数据“1”时磁化翻转的频率为记录数据“0”时的两倍，因此又称“倍频制”。位周期T数据序列FM1011110003、改进调频制(MFM)这种记录方式基本上与调频制相同，即记录数据“1”时在位周期中心磁化翻转一次，记录数据“0”时不翻转。区别在于只有连续记录两个或两个以上“0”时，才在位周期的起始位置翻转一次，而不是在每个位周期的起始处都翻转。数据序列位周期TMFM1111100004、改进的改进型调频制（M2FM）M2FM制的编码规则为：记录“1”时，写电流在位周期中间改变方向，产生磁化翻转；记录独立的一个“0”，写电流不改变方向，不产生磁化翻转；记录连续的两个“0”，写电流在位周期边界处改变方向，产生磁化翻转；记录连续两个以上的“0”，写电流在前两个“0”的位周期边界处改变方向，产生磁化翻转，以后每隔两个“0”的位周期边界处，写电流再改变一次方向，产生翻转翻转。改进的改进型调频制的磁化翻转间距有四种：T0、1.5T0、2T0、2.5T0，对应于四种不同的频率，所以又称为四频制。数据序列000011111FMMFMM2FMT0PE常用磁记录方式波形图NRZNRZ1PMFMMFM位信息101110001位周期RZ无电流、空白，密度低见变就翻见1就翻在每一位的起点电流都反转只有在连续多个“0”时，起点电流才反转，密度高。5.2.3成组编码方式GCR(4/5制)成组编码的原理是把数据序列按几位编成一组，对应每一种组成就有一种记录序列。GCR(4/5)编码是把数据按4位编成一组，与之对应，再变换成5位的记录序列，一组一组对应，每组以及各组记录连接后的序列中不允许出现两个以上的连续0。100000000010000111010110011001011011GCR(4/5)编码数据序列写入电