实验05 磁阻效应法测量磁场（谷风课堂）

1、磁阻效应法测量磁场磁阻效应法测量磁场1青苗C学班背景知识l电磁场无所不在l地球磁场、手机通信、电磁炉、发电机、指南针、硬盘、人体、恒星2青苗C学班磁场测量l磁场看不见摸不着，如何测量磁场？l磁力法-被测磁场与磁化物体（或通电线圈）的机械力（力矩）l电磁感应法-法拉第电磁感应原理l磁饱和法-铁磁材料磁调制l霍尔效应法l磁阻效应法l磁共振法l超导效应法l磁光效应法（a）（b）VEHFEFgACACISEHFEFgACISVAC图 1-1 霍尔效应原理图3青苗C学班磁阻效应-磁阻效应传感器l磁阻效应-物质在磁场中电阻率发生变化l直接测量磁场、磁场变化l弱磁场、地磁场、导航系统的罗盘、硬盘l位移、角度

2、、转速传感器l接近开关、隔离开关l汽车、家电、各类需要自动检测与控制的领域4青苗C学班磁阻效应l半导体磁阻（MR）l各向异性磁阻（AMR）l巨磁阻（GMR） - 硬盘l庞磁阻（CMR）5青苗C学班实验目的lAMR的原理lAMR的磁电特性、角度特性l测量亥姆霍兹线圈的磁场分布l测量地磁场（选做）6青苗C学班实验原理l1、各向异性磁阻各向异性磁阻：沉积在硅片上的坡莫合金（Ni80Fe20）薄膜形成电阻。l沉积时加外磁场，形成易磁化轴M0。l合金通电，电阻VS 电流i与磁化方向M夹角l如何应用AMR测量磁场？铁磁材料2min2maxsincosRRR平行垂直夹角iM7青苗C学班实验原理l2、磁阻电桥

3、磁阻电桥：l消除温度等外界因素-惠斯通电桥l惠斯通电桥：l近似有l成立条件：弱磁场l请推导出上述关系式45RRVUb/B-R-R+RB/cosKBU M0ii45度RB/MBR=0U=0RBcosM0M8青苗C学班实验原理l3、复位复位/反向置位机理（反向置位机理（R/S）l作用：测量前保持l铁磁材料磁畴是沿l易磁化轴方向，消除l前一次测量带来的磁干l扰影响a 磁化前，磁畴排列紊乱b 复位脉冲使磁畴沿易磁轴整齐排列c 反向置位脉冲使磁畴排列方向反转9青苗C学班实验原理l4、磁电转换特性磁电转换特性l桥臂电阻不完全相等l外界干扰磁场l补偿电流10青苗C学班实验原理l5、亥姆赫兹线圈亥姆赫兹线圈l

4、一对彼此平行的共轴圆形线圈组成l公共轴中点的磁感应强度为l公共轴上的磁感应强度为RNIB02/3058)21(1 1)21(1 1165)2( 2)2( 2)(2/322/322/302/322202/32220RxRxBxRRINRxRRINRxB本实验中，线圈电流为1mA时，中点的磁场为0.02Gs11青苗C学班实验仪器 亥姆霍兹线圈、磁阻传感器恒流源、电压表等12青苗C学班实验仪器亥姆霍兹线圈仪器水平调节螺钉信号接口盒线圈水平旋转锁紧螺钉传感器横向移动锁紧螺钉磁阻传感器盒传感器水平旋转锁紧螺钉传感器绕轴旋转锁紧螺钉传感器轴向移动锁紧螺钉13青苗C学班磁阻传感器-核心磁阻传感器芯片-6,+

5、6Gs，1mV/V/Gs易磁化轴方向磁敏感方向14青苗C学班实验仪器（测试仪面板）电压表，显示放大后的电桥电压电压放大放大器校正补偿电流调节恒流源输出到线圈电流电流表，显示线圈电流、补偿电流电流表显示切换复位/反向置位按键，产生脉冲电流传感器信号输入线圈电流大小、方向调节15青苗C学班实验内容l0.测量前仪器状态调整l开机预热20分钟l将磁阻传感器调至线圈中心l传感器磁敏感方向与线圈轴线一致磁敏感反向线圈轴线方向角度调为016青苗C学班实验内容调节到0mA电流切换为线圈电流显示恢复传感器特性电流调至300mA，即线圈中心磁场为6Gs调节放大器校正电压为1.500V调节补偿电流电压为0.000V

6、17青苗C学班实验内容l1、磁阻传感器特性测量（传感器在线圈中心）lA、磁电转换特性（调节线圈电流）l电流换向后，必须按复位键消磁l作图，并确定传感器的线性工作范围和灵敏度（标称值为1mV/V/Gs）线圈电流(mA)300250200150100500-50-100-150-200-250-300磁感应强度(高斯)6543210-1-2-3-4-5-6输出电压(V)18青苗C学班实验内容lB、角度特性l线圈电流调至200mA，即磁场为4Gs。l保持AMR方向不变l作图，横坐标为cos，纵坐标为电压l验证是否符合余弦规律线圈和传感器盒整体转动n度传感器反向转动n度夹角0102030405060708090电压19青苗C学班实验内容l2、亥姆霍兹线圈的磁场分布