筆記本硬盤保護性能頻域判斷條件研究

摘 要：本文針對目前市場上各家筆記本硬盤廠商的產品規格，通過沖擊響應頻譜（SRS）轉換，對各種不同作用時間和加速度的波形進行分析比較，制定出針對硬盤單體保護性能的頻域判斷條件。

關鍵詞：硬盤；沖擊響應譜；判斷條件

中圖分類號：TP333.35 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 04-0000-01

筆記本電腦的沖擊測試是驗證筆記本電腦機構設計能力的重要測試之一。硬盤作為電腦的核心部件，一直受到機構設計人員的重點關注及保護。由于目前各家筆記本硬盤廠商的規格有較大差異，測試人員在硬盤受到的保護狀況的判斷標準存在較大爭議。因此需要制定一份通用且易操作的判斷標準。

一、市場上硬盤的產品規格

二、實際硬盤在碰撞過程中的受沖擊狀況

在真實硬盤上加裝傳感器，進行沖擊測試，可以發現 硬盤實際承受的是一個復合波形的沖擊，如何將一個復雜的復合波形與理想的沖擊波形進行比較，是一個目前筆記本廠商遇到的非常棘手的問題。

三、沖擊響應譜的原理及推導

（一）沖擊響應譜（Shock Response Spectrum）。沖擊響應譜是一種沖擊響應的譜分解法。該方法在比較沖擊運動，用于承受設備的設計以及作為一種實驗室模擬環境條件的手段，是具有相當價值的分解法[6]。

（二）沖擊響應譜的計算公式。沖擊響應譜是描述振動系統受一定沖擊作用時，響應的最大值與振動系統的固有頻率或固有周期的關系圖線。故此，繪制沖擊響應譜時，一般不考慮阻尼的影響，因為在出現最大變形前，阻尼還來不及發揮消耗能量的作用。其次，忽略阻尼的影響，能簡化計算，提高安全系數。對于沖擊響應譜的研究，一般指的是單自由度系統，對于多自由度系統的研究還十分有限。同時，對于多數線性多自由度系統，可以通過解耦使其轉化為相互獨立的單自由度系統集合，因而對于實際的工程應用，多使用單自由度系統來計算其沖擊響應譜。假設試驗中振動臺輸入函數為xg（t）=f0u（t），舉例以說明沖擊響應譜的計算過程。

四、硬盤沖擊響應譜條件的制定

由上面的推導公式我們可以看出，不同共振頻率的物體對同一沖擊波的最大響應是不同的。由此可以構建一個模型，將一個復雜的系統分解成為n個不同共振頻率的部件。分別計算出各個部件的響應最大值，并將這些響應連成線就形成了沖擊響應頻譜。

對表1中的硬盤運行狀態下的沖擊條件進行匯總，在運行狀態下硬盤能承受的沖擊條件可匯總為225G 1ms，350G 2ms，400G 2ms三個條件。由于350G 2ms和400G 2ms這個兩個半正弦波作用時間相同波形一樣，只需要考慮較低加速度的350G 2ms這個條件即可。

從圖像上看，225G 1ms半正弦波的沖擊響應譜在50～2000HZ頻率段明顯低于350G 2ms的正弦波的沖擊響應譜。根據規則制定原則，會取硬盤能夠承受的上限值作為硬盤工作狀態下的頻域判斷條件。由此得出硬盤工作狀態下能承受的頻域判斷條件用225G 1ms的SRS曲線。

同理可以得到硬盤在非工作狀態頻域判斷條件上限曲線。

在分析復雜的沖擊波沖擊響應的時候，只需要將該沖擊波轉換到頻率域。并和硬盤的頻域判斷條件進行比較即可。如果沖擊波的響應曲線低于上限條件，則說明這樣的沖擊波對硬盤來說是安全的。反之，硬盤設計存在較大風險，需要設計人員對機構設計進行修正。

參考文獻：

[1]Hitachi Travelstar 5K750 hard disk specification.28 February 2011.

[2]Seagate Momentus product manual.Rev.B.October 2010.

[3]WD Scorpio?Black? MX375M.2679-771293-A01.11/17/2011.

[4]Toshiba 2.5inch Disck Drives Product Specification.HD-SETSU1 8/21/2009.

[5]Samsung Spinpoint M8 Product Manual.June 05，2012.Rev 2.3.

[6]曹源.沖擊響應譜理論與應用研究[D].東南大學.

[作者簡介]吳濤（1977.05-），男，湖北黃岡人，就職于聯想（上海）電子科技有限公司，主任工程師，工學學士，研究方向：機械工程。