實驗05 磁阻效應(yīng)法測量磁場（谷風(fēng)課堂）

1、磁阻效應(yīng)法測量磁場磁阻效應(yīng)法測量磁場1青苗C學(xué)班背景知識l電磁場無所不在l地球磁場、手機通信、電磁爐、發(fā)電機、指南針、硬盤、人體、恒星2青苗C學(xué)班磁場測量l磁場看不見摸不著，如何測量磁場？l磁力法-被測磁場與磁化物體（或通電線圈）的機械力（力矩）l電磁感應(yīng)法-法拉第電磁感應(yīng)原理l磁飽和法-鐵磁材料磁調(diào)制l霍爾效應(yīng)法l磁阻效應(yīng)法l磁共振法l超導(dǎo)效應(yīng)法l磁光效應(yīng)法（a）（b）VEHFEFgACACISEHFEFgACISVAC圖 1-1 霍爾效應(yīng)原理圖3青苗C學(xué)班磁阻效應(yīng)-磁阻效應(yīng)傳感器l磁阻效應(yīng)-物質(zhì)在磁場中電阻率發(fā)生變化l直接測量磁場、磁場變化l弱磁場、地磁場、導(dǎo)航系統(tǒng)的羅盤、硬盤l位移、角度

2、、轉(zhuǎn)速傳感器l接近開關(guān)、隔離開關(guān)l汽車、家電、各類需要自動檢測與控制的領(lǐng)域4青苗C學(xué)班磁阻效應(yīng)l半導(dǎo)體磁阻（MR）l各向異性磁阻（AMR）l巨磁阻（GMR） - 硬盤l龐磁阻（CMR）5青苗C學(xué)班實驗?zāi)康膌AMR的原理lAMR的磁電特性、角度特性l測量亥姆霍茲線圈的磁場分布l測量地磁場（選做）6青苗C學(xué)班實驗原理l1、各向異性磁阻各向異性磁阻：沉積在硅片上的坡莫合金（Ni80Fe20）薄膜形成電阻。l沉積時加外磁場，形成易磁化軸M0。l合金通電，電阻VS 電流i與磁化方向M夾角l如何應(yīng)用AMR測量磁場？鐵磁材料2min2maxsincosRRR平行垂直夾角iM7青苗C學(xué)班實驗原理l2、磁阻電橋

3、磁阻電橋：l消除溫度等外界因素-惠斯通電橋l惠斯通電橋：l近似有l(wèi)成立條件：弱磁場l請推導(dǎo)出上述關(guān)系式45RRVUb/B-R-R+RB/cosKBU M0ii45度RB/MBR=0U=0RBcosM0M8青苗C學(xué)班實驗原理l3、復(fù)位復(fù)位/反向置位機理（反向置位機理（R/S）l作用：測量前保持l鐵磁材料磁疇是沿l易磁化軸方向，消除l前一次測量帶來的磁干l擾影響a 磁化前，磁疇排列紊亂b 復(fù)位脈沖使磁疇沿易磁軸整齊排列c 反向置位脈沖使磁疇排列方向反轉(zhuǎn)9青苗C學(xué)班實驗原理l4、磁電轉(zhuǎn)換特性磁電轉(zhuǎn)換特性l橋臂電阻不完全相等l外界干擾磁場l補償電流10青苗C學(xué)班實驗原理l5、亥姆赫茲線圈亥姆赫茲線圈l

4、一對彼此平行的共軸圓形線圈組成l公共軸中點的磁感應(yīng)強度為l公共軸上的磁感應(yīng)強度為RNIB02/3058)21(1 1)21(1 1165)2( 2)2( 2)(2/322/322/302/322202/32220RxRxBxRRINRxRRINRxB本實驗中，線圈電流為1mA時，中點的磁場為0.02Gs11青苗C學(xué)班實驗儀器 亥姆霍茲線圈、磁阻傳感器恒流源、電壓表等12青苗C學(xué)班實驗儀器亥姆霍茲線圈儀器水平調(diào)節(jié)螺釘信號接口盒線圈水平旋轉(zhuǎn)鎖緊螺釘傳感器橫向移動鎖緊螺釘磁阻傳感器盒傳感器水平旋轉(zhuǎn)鎖緊螺釘傳感器繞軸旋轉(zhuǎn)鎖緊螺釘傳感器軸向移動鎖緊螺釘13青苗C學(xué)班磁阻傳感器-核心磁阻傳感器芯片-6,+

5、6Gs，1mV/V/Gs易磁化軸方向磁敏感方向14青苗C學(xué)班實驗儀器（測試儀面板）電壓表，顯示放大后的電橋電壓電壓放大放大器校正補償電流調(diào)節(jié)恒流源輸出到線圈電流電流表，顯示線圈電流、補償電流電流表顯示切換復(fù)位/反向置位按鍵，產(chǎn)生脈沖電流傳感器信號輸入線圈電流大小、方向調(diào)節(jié)15青苗C學(xué)班實驗內(nèi)容l0.測量前儀器狀態(tài)調(diào)整l開機預(yù)熱20分鐘l將磁阻傳感器調(diào)至線圈中心l傳感器磁敏感方向與線圈軸線一致磁敏感反向線圈軸線方向角度調(diào)為016青苗C學(xué)班實驗內(nèi)容調(diào)節(jié)到0mA電流切換為線圈電流顯示恢復(fù)傳感器特性電流調(diào)至300mA，即線圈中心磁場為6Gs調(diào)節(jié)放大器校正電壓為1.500V調(diào)節(jié)補償電流電壓為0.000V

6、17青苗C學(xué)班實驗內(nèi)容l1、磁阻傳感器特性測量（傳感器在線圈中心）lA、磁電轉(zhuǎn)換特性（調(diào)節(jié)線圈電流）l電流換向后，必須按復(fù)位鍵消磁l作圖，并確定傳感器的線性工作范圍和靈敏度（標(biāo)稱值為1mV/V/Gs）線圈電流(mA)300250200150100500-50-100-150-200-250-300磁感應(yīng)強度(高斯)6543210-1-2-3-4-5-6輸出電壓(V)18青苗C學(xué)班實驗內(nèi)容lB、角度特性l線圈電流調(diào)至200mA，即磁場為4Gs。l保持AMR方向不變l作圖，橫坐標(biāo)為cos，縱坐標(biāo)為電壓l驗證是否符合余弦規(guī)律線圈和傳感器盒整體轉(zhuǎn)動n度傳感器反向轉(zhuǎn)動n度夾角0102030405060708090電壓19青苗C學(xué)班實驗內(nèi)容l2、亥姆霍茲線圈的磁場分布