各向异性磁阻效应与传感器实验

各向异性磁阻效应与传感器实验【实验目的】了解正常磁电阻效应、各向异性电阻效应的基本知识。了解各向异性磁阻传感器原理并对特性进行测量。测量亥姆霍兹线圈的磁场分布。【实验原理】1.磁电阻…Ap通常磁场会影响电阻率变化，磁电阻表示为MR=-P-。（1） 正常磁电阻效应正常磁电阻效应是由于电子受到洛伦兹力，产生回旋运动，增加了散射几率，导致电阻率增加。在低磁条件下，随着温度的升高，电阻率增加。（2） 各向异性磁电阻效应AMR依赖于磁场方向和电流方向的夹角。电阻率表示为：p（p）=P【+（p-pjcos2平各向异性磁阻传感器各向异性电阻由沉积在硅片上的坡莫合金薄膜形成电阻。沉积时外加磁场，形成易磁化轴方向，通常通电电流与易磁化轴方向成45度角。坡莫合金薄膜易厩化轴方向图19.1备向异性磁电阻下图是由四个各向异性磁阻原件构成的惠斯特电桥。无外磁场时，四个阻值相等，输出电压为0。有外磁场时，合成磁化方向偏转了一个小角度。结果使R2和R3夹角增大，电阻减小AR；相反，R1和R4增加AR，此时输出电压可表示为：AU-――URb式中Ub为电桥工作电压，R为桥臂电阻，故AMR传感器输出电压与磁场强度成正比，可利用磁阻传感器测量磁场。fr成磁化方向一M【实验仪器】磁阻传感器、亥姆霍兹线圈、角度位置调节装置。【实验步骤】测量准备调节线圈电流至0，再通过调节补偿电流使输出电压为0。再把线圈电流调至300mA，调节放大倍数，使输出为1.5V。磁阻传感器特性测量将线圈电流逐渐减小至-300mA，记录相应的输出电压值。电流换向时，必须按复位键消磁。测量各向异性时，线圈电流调至200mA，测量不同夹角时的电压。实验时要注意把传感器盒和整个仪器同时转动角度。亥姆霍兹线圈磁场发布测量改变横轴纵轴位移，每0.05R测量一次。【数据处理】1.计算磁阻传感器的灵敏度线圈电流(mA)300250200150100500磁感应强度(Gs)6543210输出电压(V)1.5101.2791.0350.7830.5250.2620线圈电流(mA)-300-250-200-150-100-50磁感应强度(Gs)-6-5-4-3-2-1输出电压(V)-1.515-1.282-1.039-0.791-0.532-0.269

U-B曲线图Y=-0.00262+0.256114X2.Qr-2.0灵敏度K=U/B=0.25612.各向异性特性夹角a(度)0102030405060708090cosa10.9850.9400.8660.7660.6430.50.3420.1740cos2a10.9700.8830.750.5870.4130.250.1170.0300输出电压(V)1.0351.0260.9870.9330.8350.7210.5750.4120.2500.044不将传感器盒向相反方向旋转时的输出电压：输出电压(V)1.0351.0501.0631.0761.0871.0971.1031.1101.1141.116下图为输出电压与cosa的关系图U-cosa曲线IMB1.2「1.1-I kQ.S-5。•母- /Q.4-0.S-fl.2-0.1Q.Q"_■__I__■__I__■__I__■__I__■__I__■__I__■__I__-__I__■__I——■__IO.CQ.1 Q.2 0-.3 0.4D.S0.6- 0.7Q.S0.B 1.0COSCl0.99903 0.01632 16 <6.0001经线性拟合得R=0.9903，可认为U与cosa成线性关系。下图为输出电压与cos2a的关系图U-COSa2曲线图—1.2「11■/1.Q-TOC\o"1-5"\h\z"I .D.-E->°"-/)0.5-0.4- .03D.2-0.1-0.0_■——I——,——I——■——I——■——I——,——I——,——I——■——I——,——I——,——I——■——I0.0 U.1 0.2 0.3Q.4 0.5 0.6 D.7O.B 0.B 1.1cosot2S.9&842Q.10591 10 <0.0001经线性拟合得R=0.95842,可知U与cos2以不成线性关系。由上可得磁阻传感器的输出电压即磁感应强度与cos口成正比，与cos2以的关系不明朗，而电阻率是与C0S2以成正比，说明磁感应强度的二次方可能是与电阻率成正比的。亥姆霍兹线圈磁场分布特点(B0=4Gs)位置X-0.5R-0.4R-0.3R-0.2R-0.1R0B理论(X)/B00.9460.9750.9920.99811输出电压(V)0.9821.0121.0281.0341.0351.035B测量值(X)3.833.954.014.044.054.05位置X0.5R0.4R0.3R0.2R0.1RB理论(X)/B00.9460.9750.9920.9981输出电压(V)0.9811.0111.0261.0321.035B测量值(X)3.833.954.014.034.04

量值理论值位置X(R)3.7量值理论值位置X(R)3.7| ， | ， | • | ， | 3.EI，I，I，I，I，I-Q.E-0.4 -D.3 -02 -Q.1Q.O-Q.1 0-.2 Q.3 0.4G.E-B-X曲线图可见磁场分布由中心点向两侧逐渐减小，测量值比理论值略大，可能是附近磁场的影响。Y电压X00.05R0.1R0.15R0.2R0.25R0.3R01.0331.0331.0331.0321.0311.0281.0240.05R1.0331.0321.0321.0321.0311.0291.0250.1R1.0341.0341.0331.0331.0321.0301.0270.15R1.0331.0331.0331.0331.0331.0321.0290.2R1.0331.0331.0341.0351.0351.0351.0340.25R1.0321.0331.0351.0361.0371.0391.0400.3R1.0311.0321.0341.0371.0401.0431.045

1.025由图可知,在(0.3R,0)和(0,0.3R)处最低，然后向两侧逐渐增加，(0.3R,0.3R)处最高，最高为1.045V。理论值最高为1.033V(4Gs),所以比理论值高。1.025由图可知,4.北京地区地磁场的测量:磁倾角(度)磁偏角(度)磁感应强度Ui(V)U2(V)u二官申)B=U(Gs)0.25()6080.094-0.1390.1160.464查阅文献可知，北京地区的地磁场为0.55GS，实验测出的地磁场为0.464GS。比理论值小。可能为附近的磁性物体所影响。5.思考题：1.300mA时，电阻率的改变与外加