各向異性磁阻傳感器

1、北航研究型實(shí)驗(yàn)報(bào)告 各向異性磁阻傳感器與地磁場(chǎng)的測(cè)量 物理研究性實(shí)驗(yàn)報(bào)告各向異性磁阻傳感器（AMR）與地磁場(chǎng)測(cè)量第一作者: 學(xué)號(hào)： 第二作者： 學(xué)號(hào)：2013年5月17日星期五目錄一、摘要3二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?三、實(shí)驗(yàn)原理3四、實(shí)驗(yàn)儀器介紹4五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容61、測(cè)量前的準(zhǔn)備工作62、磁阻傳感器特性測(cè)量6a.測(cè)量磁阻傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性6b.測(cè)量磁阻傳感器的各向異性特性63、赫姆霍茲線圈的磁場(chǎng)分布測(cè)量7a. 赫姆霍茲線圈軸線上的磁場(chǎng)分布測(cè)量7b赫姆霍茲線圈空間磁場(chǎng)分布測(cè)量84、地磁場(chǎng)測(cè)量8六、原始數(shù)據(jù)記錄和處理9（1） 、原始數(shù)據(jù)記錄及初步處理91）AMR磁電轉(zhuǎn)換特性的測(cè)量92）ARM方向特性的測(cè)量93

2、）赫姆霍茲線圈軸向磁場(chǎng)分布測(cè)量94）赫姆霍茲線圈空間磁場(chǎng)分布測(cè)量105）地磁場(chǎng)的測(cè)量10（2）、數(shù)據(jù)處理101）AMR磁電轉(zhuǎn)換特性的測(cè)量102）ARM方向特性的測(cè)量113）赫姆霍茲線圈軸向磁場(chǎng)分布測(cè)量114）赫姆霍茲線圈空間磁場(chǎng)分布測(cè)量115）地磁場(chǎng)的測(cè)量12七、誤差分析與思考題121、誤差分析122、推導(dǎo)公式（1）133、通過(guò)網(wǎng)上或圖書(shū)館查閱文獻(xiàn)，列舉某個(gè)AMR傳感器在有關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例，簡(jiǎn)要介紹其測(cè)量原理和方法13八、討論141實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題142 對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的一個(gè)小改進(jìn)14九、總結(jié)與收獲14十、附錄(原始數(shù)據(jù))15 2 / 15一、摘要物質(zhì)在磁場(chǎng)中電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)，磁阻

3、傳感器利用磁阻效應(yīng)制成。磁場(chǎng)的測(cè)量可利用電磁感應(yīng)，霍耳效應(yīng)，磁阻效應(yīng)等各種效應(yīng)。其中磁阻效應(yīng)法發(fā)展最快，測(cè)量靈敏度最高。磁阻傳感器可用于直接測(cè)量磁場(chǎng)或磁場(chǎng)變化，如弱磁場(chǎng)測(cè)量，地磁場(chǎng)測(cè)量，各種導(dǎo)航系統(tǒng)中的羅盤(pán)，計(jì)算機(jī)中的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，各種磁卡機(jī)等等。也可通過(guò)磁場(chǎng)變化測(cè)量其它物理量，如利用磁阻效應(yīng)已制成各種位移、角度、轉(zhuǎn)速傳感器，各種接近開(kāi)關(guān)，隔離開(kāi)關(guān)，廣泛用于汽車，家電及各類需要自動(dòng)檢測(cè)與控制的領(lǐng)域。磁阻元件的發(fā)展經(jīng)歷了半導(dǎo)體磁阻（MR），各向異性磁阻（AMR），巨磁阻（GMR），龐磁阻（CMR）等階段。本實(shí)驗(yàn)研究AMR的特性并利用它對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 熟悉和了解AMR的原理2 測(cè)量磁

4、阻傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性和各向異性特性3 測(cè)量赫姆霍茲線圈的磁場(chǎng)分布4 測(cè)量地磁場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度，磁傾角，磁偏角三、實(shí)驗(yàn)原理各向異性磁阻傳感器AMR（Anisotropic Magneto-Resistive sensors）由沉積在硅片上的坡莫合金（Ni80 Fe20）薄膜形成電阻。沉積時(shí)外加磁場(chǎng)，形成易磁化軸方向。鐵磁材料的電阻與電流和磁化方向的夾角有關(guān)，電流與磁化方向平行時(shí)電阻Rmax最大，電流與磁化方向垂直時(shí)電阻Rmin最小，電流與磁化方向成角時(shí)，電阻可表示為：R = Rmin(RmaxRmin)cos2在磁阻傳感器中，為了消除溫度等外界因素對(duì)輸出的影響，由4個(gè)相同的磁阻元件構(gòu)成惠斯通電橋，結(jié)

5、構(gòu)如圖1所示。圖1中，易磁化軸方向與電流方向的夾角為45度。理論分析與實(shí)驗(yàn)表明，采用45度偏置磁場(chǎng)，當(dāng)沿與易磁化軸垂直的方向施加外磁場(chǎng)，且外磁場(chǎng)強(qiáng)度不太大時(shí)，電橋輸出與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度成線性關(guān)系。無(wú)外加磁場(chǎng)或外加磁場(chǎng)方向與易磁化軸方向平行時(shí)，磁化方向即易磁化軸方向，電橋的4個(gè)橋臂電阻阻值相同，輸出為零。當(dāng)在磁敏感方向施加如圖1所示方向的磁場(chǎng)時(shí)，合成磁化方向?qū)⒃谝状呕较虻幕A(chǔ)上逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。結(jié)果使左上和右下橋臂電流與磁化方向的夾角增大，電阻減小R；右上與左下橋臂電流與磁化方向的夾角減小，電阻增大R。通過(guò)對(duì)電橋的分析可知，此時(shí)輸出電壓可表示為：UVb×R/R （1）圖1 磁阻電橋式中Vb為電

6、橋工作電壓，R為橋臂電阻，R/R為磁阻阻值的相對(duì)變化率，與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比，故AMR磁阻傳感器輸出電壓與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比，可利用磁阻傳感器測(cè)量磁場(chǎng)。商品磁阻傳感器已制成集成電路，除圖1所示的電源輸入端和信號(hào)輸出端外，還有復(fù)位/反向置位端、補(bǔ)償端兩個(gè)功能性輸入端口，以確保磁阻傳感器的正常工作。復(fù)位/反向置位端的作用是：當(dāng)AMR置于超過(guò)其線性工作范圍的磁場(chǎng)中時(shí)，磁干擾可能導(dǎo)致磁疇排列紊亂，改變傳感器的輸出特性。此時(shí)按下復(fù)位/反向置位端，通過(guò)內(nèi)部電路沿易磁化軸方向產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，使磁疇重新沿易磁化軸方向整齊排列，恢復(fù)傳感器的使用特性。補(bǔ)償端的作用是：當(dāng)4個(gè)橋臂電阻不嚴(yán)格相等，或是外界磁場(chǎng)干擾，使得被測(cè)磁

7、場(chǎng)為零而輸出電壓不為零時(shí)，此時(shí)可調(diào)節(jié)補(bǔ)償電流，通過(guò)內(nèi)部電路在磁敏感方向產(chǎn)生磁場(chǎng)，用人為的磁場(chǎng)偏置補(bǔ)償傳感器的偏離。四、實(shí)驗(yàn)儀器介紹 磁阻傳感器盒傳感器軸向移動(dòng)鎖緊螺釘傳感器繞軸旋轉(zhuǎn)鎖緊螺釘傳感器水平旋轉(zhuǎn)鎖緊螺釘赫姆霍茲線圈傳感器橫向移動(dòng)鎖緊螺釘線圈水平旋轉(zhuǎn)鎖緊螺釘信號(hào)接口盒儀器水平調(diào)節(jié)螺釘圖2 磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)如圖2所示，核心部分是磁阻傳感器，輔以磁阻傳感器的角度、位置調(diào)節(jié)及讀數(shù)機(jī)構(gòu)，赫姆霍茲線圈等組成。本儀器所用磁阻傳感器的工作范圍為±6高斯，靈敏度為1mV/V/Guass。當(dāng)磁阻電橋的工作電壓為1V，被測(cè)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為1高斯時(shí)，輸出信號(hào)為1mV。磁阻傳感器的輸出信號(hào)通常須經(jīng)

8、放大電路放大后，再接顯示電路，故由顯示電壓計(jì)算磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)還需考慮放大器的放大倍數(shù)。本實(shí)驗(yàn)儀電橋工作電壓5V，放大器放大倍數(shù)50，磁感應(yīng)強(qiáng)度為1高斯時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出電壓為0.25伏。赫姆霍茲線圈是由一對(duì)彼此平行的共軸圓形線圈組成。兩線圈內(nèi)的電流方向一致，大小相同，線圈之間的距離d正好等于圓形線圈的半徑R。這種線圈的特點(diǎn)是能在公共軸線中點(diǎn)附近產(chǎn)生較廣泛的均勻磁場(chǎng)，根據(jù)畢奧薩伐爾定律，可以計(jì)算出赫姆霍茲線圈公共軸線中點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：式中N為線圈匝數(shù)，I為流經(jīng)線圈的電流強(qiáng)度，R為赫姆霍茲線圈的平均半徑，為真空中的磁導(dǎo)率。采用國(guó)際單位制時(shí)，由上式計(jì)算出的磁感應(yīng)強(qiáng)度單位為特斯拉（1特斯拉10000高斯）。

9、本實(shí)驗(yàn)儀N310，R0.14m，線圈電流為1mA時(shí)，赫姆霍茲線圈中部的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.02高斯。實(shí)驗(yàn)儀的前面板示意圖如圖3所示。圖3 儀器前面板示意圖恒流源為赫姆霍茲線圈提供電流，電流的大小可以通過(guò)旋鈕調(diào)節(jié)，電流值由電流表指示。電流換向按鈕可以改變電流的方向。補(bǔ)償(OFFSET)電流調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)補(bǔ)償電流的方向和大小。電流切換按鈕使電流表顯示赫姆霍茲線圈電流或補(bǔ)償電流。傳感器采集到的信號(hào)經(jīng)放大后，由電壓表指示電壓值。放大器校正旋鈕在標(biāo)準(zhǔn)磁場(chǎng)中校準(zhǔn)放大器放大倍數(shù)。復(fù)位（R/S）按鈕每按下一次，向復(fù)位端輸入一次復(fù)位脈沖電流，僅在需要時(shí)使用。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)量前的準(zhǔn)備工作連接實(shí)驗(yàn)儀與電源，開(kāi)機(jī)預(yù)熱2

10、0分鐘。將磁阻傳感器位置調(diào)節(jié)至赫姆霍茲線圈中心，傳感器磁敏感方向與線圈軸線一致。調(diào)節(jié)赫姆霍茲線圈電流為零，按復(fù)位鍵恢復(fù)傳感器特性，調(diào)節(jié)補(bǔ)償電流以補(bǔ)償?shù)卮艌?chǎng)等因素產(chǎn)生的偏離，使傳感器輸出為零。調(diào)節(jié)赫姆霍茲線圈電流至300mA（線圈產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度6高斯），調(diào)節(jié)放大器校準(zhǔn)旋鈕，使輸出電壓為1 .500伏。2、磁阻傳感器特性測(cè)量a.測(cè)量磁阻傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性磁電轉(zhuǎn)換特性是磁阻傳感器最基本的特性。磁電轉(zhuǎn)換特性曲線的直線部分對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，即磁阻傳感器的工作范圍，直線部分的斜率除以電橋電壓與放大器放大倍數(shù)的乘積，即為磁阻傳感器的靈敏度。按表1數(shù)據(jù)從300mA逐步調(diào)小赫姆霍茲線圈電流，記錄相應(yīng)的輸出電

11、壓值。切換電流換向開(kāi)關(guān)（赫姆霍茲線圈電流反向，磁場(chǎng)及輸出電壓也將反向），逐步調(diào)大反向電流，記錄反向輸出電壓值。注意：電流換向后，必須按復(fù)位按鍵消磁。表1 AMR磁電轉(zhuǎn)換特性的測(cè)量線圈電流(mA)300250200150100500-50-100-150-200-250-300磁感應(yīng)強(qiáng)度(高斯)6543210-1-2-3-4-5-6輸出電壓(V)數(shù)據(jù)處理要求：以磁感應(yīng)強(qiáng)度為橫軸，輸出電壓為縱軸，將上表數(shù)據(jù)作圖，并確定所用傳感器的線性工作范圍及靈敏度。b.測(cè)量磁阻傳感器的各向異性特性AMR只對(duì)磁敏感方向上的磁場(chǎng)敏感，當(dāng)所測(cè)磁場(chǎng)與磁敏感方向有一定夾角時(shí)，AMR測(cè)量的是所測(cè)磁場(chǎng)在磁敏感方向的投影。由于

12、補(bǔ)償調(diào)節(jié)是在確定的磁敏感方向進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)注意在改變所測(cè)磁場(chǎng)方向時(shí)，保持AMR方向不變。將赫姆霍茲線圈電流調(diào)節(jié)至200mA，測(cè)量所測(cè)磁場(chǎng)方向與磁敏感方向一致時(shí)的輸出電壓。松開(kāi)線圈水平旋轉(zhuǎn)鎖緊螺釘，每次將赫姆霍茲線圈與傳感器盒整體轉(zhuǎn)動(dòng)10度后鎖緊，松開(kāi)傳感器水平旋轉(zhuǎn)鎖緊螺釘，將傳感器盒向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)10度（保持AMR方向不變）后鎖緊，記錄輸出電壓數(shù)據(jù)于表2中。表2 AMR方向特性的測(cè)量 磁感應(yīng)強(qiáng)度4高斯夾角（度）0102030405060708090輸出電壓(V)數(shù)據(jù)處理要求：以?shī)A角為橫軸，輸出電壓為縱軸，進(jìn)行數(shù)據(jù)作圖，判斷曲線有何規(guī)律。3、赫姆霍茲線圈的磁場(chǎng)分布測(cè)量赫姆霍茲線圈能在公共軸

13、線中點(diǎn)附近產(chǎn)生較廣泛的均勻磁場(chǎng)。a. 赫姆霍茲線圈軸線上的磁場(chǎng)分布測(cè)量根據(jù)畢奧薩伐爾定律，可以計(jì)算出通電圓線圈在軸線上任意一點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量垂直于線圈平面，方向由右手螺旋定則確定，與線圈平面距離為X1的點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：赫姆霍茲線圈是由一對(duì)彼此平行的共軸圓形線圈組成。兩線圈內(nèi)的電流方向一致，大小相同，線圈匝數(shù)為N，線圈之間的距離d正好等于圓形線圈的半徑R，若以兩線圈中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，則軸線上任意一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是兩線圈在該點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度之和：式中B0是X0時(shí)，即赫姆霍茲線圈公共軸線中點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。表3列出了X取不同值時(shí)B(X)/B0值的理論計(jì)算結(jié)果。調(diào)節(jié)傳感器磁敏感方向與赫姆霍茲線圈

14、軸線一致，位置調(diào)節(jié)至赫姆霍茲線圈中心（X0），測(cè)量輸出電壓值。已知R=140mm，將傳感器盒每次沿軸線平移0.1R，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。表3 赫姆霍茲線圈軸向磁場(chǎng)分布測(cè)量 B0 4高斯位置X-0.5R-0.4R-0.3R-0.2R-0.1R00.1R0.2R0.3R0.4R0.5RB(X)/B0計(jì)算值0.9460.9750.9920.9981.00011.0000.9980.9920.9750.946B(X)測(cè)量值(V)B(X)測(cè)量值(高斯)數(shù)據(jù)處理要求：將表3數(shù)據(jù)作圖，討論赫姆霍茲線圈的軸向磁場(chǎng)分布特點(diǎn)。b赫姆霍茲線圈空間磁場(chǎng)分布測(cè)量由畢奧薩伐爾定律，同樣可以計(jì)算赫姆霍茲線圈空間任意一點(diǎn)的磁場(chǎng)分布

15、，由于赫姆霍茲線圈的軸對(duì)稱性，只要計(jì)算（或測(cè)量）過(guò)軸線的平面上兩維磁場(chǎng)分布，就可得到空間任意一點(diǎn)的磁場(chǎng)分布。理論分析表明，在X £ 0.2R，Y £0.2R的范圍內(nèi)，（BXB0）/B0小于百分之一，BY/BX小于萬(wàn)分之二，故可認(rèn)為在赫姆霍茲線圈中部較大的區(qū)域內(nèi)，磁場(chǎng)方向沿軸線方向，磁場(chǎng)大小基本不變。按表4數(shù)據(jù)改變磁阻傳感器的空間位置，記錄X方向的磁場(chǎng)產(chǎn)生的電壓VX，測(cè)量赫姆霍茲線圈空間磁場(chǎng)分布。表4赫姆霍茲線圈空間磁場(chǎng)分布測(cè)量 B0 4高斯 X VXY00.05R0.1R0.15R0.2R0.25R0.3R00.05R0.1R0.15R0.2R0.25R0.3R數(shù)據(jù)處理要求

16、：由表4數(shù)據(jù)討論赫姆霍茲線圈的空間磁場(chǎng)分布特點(diǎn)。4、地磁場(chǎng)測(cè)量地球本身具有磁性，地表及近地空間存在的磁場(chǎng)叫地磁場(chǎng)。地磁的北極，南極分別在地理南極，北極附近，彼此并不重合，可用地磁場(chǎng)強(qiáng)度，磁傾角，磁偏角三個(gè)參量表示地磁場(chǎng)的大小和方向。磁傾角是地磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量與水平面的夾角，磁偏角是地磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量在水平面的投影與地球經(jīng)線（地理南北方向）的夾角。在現(xiàn)代數(shù)字導(dǎo)航儀等系統(tǒng)中，通常用互相垂直的三維磁阻傳感器測(cè)量地磁場(chǎng)在各個(gè)方向的分量，根據(jù)矢量合成原理，計(jì)算出地磁場(chǎng)的大小和方位。本實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)用單個(gè)磁阻傳感器測(cè)量地磁場(chǎng)的方法。將赫姆霍茲線圈電流調(diào)節(jié)至零，將補(bǔ)償電流調(diào)節(jié)至零，傳感器的磁敏感方向調(diào)節(jié)至與赫姆霍茲線圈軸

17、線垂直（以便在垂直面內(nèi)調(diào)節(jié)磁敏感方向）。調(diào)節(jié)傳感器盒上平面與儀器底板平行，將水準(zhǔn)氣泡盒放置在傳感器盒正中，調(diào)節(jié)儀器水平調(diào)節(jié)螺釘使水準(zhǔn)氣泡居中，使磁阻傳感器水平。松開(kāi)線圈水平旋轉(zhuǎn)鎖緊螺釘，在水平面內(nèi)仔細(xì)調(diào)節(jié)傳感器方位，使輸出最大（如果不能調(diào)到最大，則需要將磁阻傳感器在水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)180度后再調(diào)節(jié)）。此時(shí)，傳感器磁敏感方向與地理南北方向的夾角就是磁偏角。松開(kāi)傳感器繞軸旋轉(zhuǎn)鎖緊螺釘，在垂直面內(nèi)調(diào)節(jié)磁敏感方向，至輸出最大時(shí)轉(zhuǎn)過(guò)的角度就是磁傾角，記錄此角度。記錄輸出最大時(shí)的輸出電壓值U1后，松開(kāi)傳感器水平旋轉(zhuǎn)鎖緊螺釘，將傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)180度，記錄此時(shí)的輸出電壓U2，將U=(U1U2)/2 作為地磁場(chǎng)磁感應(yīng)

18、強(qiáng)度的測(cè)量值（此法可消除電橋偏離對(duì)測(cè)量的影響）。表5 地磁場(chǎng)的測(cè)量磁傾角（度）磁感應(yīng)強(qiáng)度U1(V)U2(V)U=(U1U2)/2(V)B=U/0.25(高斯)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)量地磁場(chǎng)時(shí)，建筑物的鋼筋分布，同學(xué)攜帶的鐵磁物質(zhì)，都可能影響測(cè)量結(jié)果，因此，此實(shí)驗(yàn)重在掌握測(cè)量方法。六、原始數(shù)據(jù)記錄和處理（1） 、原始數(shù)據(jù)記錄及初步處理1）AMR磁電轉(zhuǎn)換特性的測(cè)量表1 AMR磁電轉(zhuǎn)換特性的測(cè)量線圈電流(mA)300250200150100500-50-100-150-200-250-300磁感應(yīng)強(qiáng)度(高斯)6543210-1-2-3-4-5-6輸出電壓(V)1.5001.2681.0240.7710.515

19、0.2560.000-0.256-0.513-0.763-1.008-1.242-1.4652）ARM方向特性的測(cè)量表2 AMR方向特性的測(cè)量 磁感應(yīng)強(qiáng)度4高斯夾角（度）0102030405060708090輸出電壓(V)1.0251.0170.97809070.8120.6930.5490.3810.2110.0283）赫姆霍茲線圈軸向磁場(chǎng)分布測(cè)量表3 赫姆霍茲線圈軸向磁場(chǎng)分布測(cè)量 B0 4高斯位置X-0.5R-0.4R-0.3R-0.2R-0.1R00.1R0.2R0.3R0.4R0.5RB(X)/B0計(jì)算值0.9460.9750.9920.9981.00011.0000.9980.992

20、0.9750.946B(X)測(cè)量值(V)0.9590.9901.0081.0151.0161.0141.0151.0141.0080.9940.9664）赫姆霍茲線圈空間磁場(chǎng)分布測(cè)量表4赫姆霍茲線圈空間磁場(chǎng)分布測(cè)量 B0 4高斯 X VXY00.05R0.1R0.15R0.2R0.25R0.3R01.0181.0181.0181.0181.0181.0151.0110.05R1.0181.0181.0181.0181.0181.0151.0110.1R1.0181.0181.0181.0181.0181.0161.0130.15R1.0181.0181.0181.0181.0181.0181.

21、0150.2R1.0181.0181.0191.0201.0211.0211.0200.25R1.0161.0161.0171.0191.0221.0241.0250.3R1.0141.0141.0171.0201.0241.0281.0305）地磁場(chǎng)的測(cè)量表5 地磁場(chǎng)的測(cè)量磁傾角（度）磁感應(yīng)強(qiáng)度U1(V)U2(V)U=(U1U2)/2(V)B=U/0.25(高斯)700.2670.0280.11950.478磁偏角=90-（69+27）=-6(度)（2）、數(shù)據(jù)處理1）AMR磁電轉(zhuǎn)換特性的測(cè)量以磁感應(yīng)強(qiáng)度為橫軸，輸出電壓為縱軸，將表1數(shù)據(jù)作圖如右：由圖上可以看出，傳感器的線性工作范圍為-6高斯

22、到6高斯；該直線的斜率為：0.2508靈敏度為：（0.2508V/Guss）/（5V*50）=0.0010032/Guss2）ARM方向特性的測(cè)量以?shī)A角為橫軸，輸出電壓為縱軸，將表2數(shù)據(jù)做如右下圖：從圖中可以看出： 該組數(shù)據(jù)近似的接近余弦規(guī)律，近似函數(shù)為U=1.025cos,即輸出電壓與夾角的余弦成正比；3）赫姆霍茲線圈軸向磁場(chǎng)分布測(cè)量以位置x為橫坐標(biāo)，B(X)測(cè)量值(V)為縱坐標(biāo)將表3數(shù)據(jù)作如右下圖：由圖中可以看出，磁感應(yīng)強(qiáng)度關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱，并且磁感應(yīng)強(qiáng)度在-3R到3R之間大小可以近似認(rèn)為保持不變，即在此區(qū)間內(nèi)，為均勻磁場(chǎng)；符合磁場(chǎng)強(qiáng)度理論計(jì)算公式：（B0=4高斯）4）赫姆霍茲線圈空間磁場(chǎng)分布

23、測(cè)量由表格中的測(cè)量數(shù)據(jù)我們可以得到如下結(jié)論：a.在距離線圈中心0.15R的范圍內(nèi)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小基本保持不變，即可以認(rèn)為在這個(gè)區(qū)域內(nèi)為均勻磁場(chǎng)；b.在接近線圈中心的軸向和軸向垂直方向上，即|x|<0.1R或者|Y|<0.15R的范圍內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小隨著y或者x的絕對(duì)值的增大而減??；c.在距離赫姆霍茲線圈中心較遠(yuǎn)的區(qū)域，即表中對(duì)應(yīng)的0.1R<|X|<0.3R或者0.15R<Y<0.3R的范圍之內(nèi)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度隨著y或者x的絕對(duì)值的增大而增大；5）地磁場(chǎng)的測(cè)量磁偏角=90-（69+27）=-6度，即北偏東6度；磁傾角為70度；磁感應(yīng)強(qiáng)度為：0.478高

24、斯。七、誤差分析與思考題1、誤差分析1）14的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量赫姆霍茲線圈相關(guān)特性，需要排除外界磁場(chǎng)的干擾才能保證其準(zhǔn)確性，但是我們做實(shí)驗(yàn)的環(huán)境是出于地球磁場(chǎng)之中，對(duì)我們的測(cè)量也會(huì)帶來(lái)一定的誤差；2）我們實(shí)驗(yàn)所在的環(huán)境中，有各種易磁化的磁性物質(zhì)，它們的不同結(jié)構(gòu)也會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)誤差，比如我們實(shí)驗(yàn)樓的鋼筋結(jié)構(gòu)；3）實(shí)驗(yàn)儀器本身也是會(huì)有一定大小的誤差，例如實(shí)驗(yàn)中電流也不能做到始終保持某個(gè)數(shù)值一點(diǎn)也不改變；4）我們做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中不夠精確的操作也會(huì)有一定大小的誤差，比如移動(dòng)距離，旋轉(zhuǎn)傳感器位置不是剛好是電壓最大或者最小位置等；5）作圖不夠準(zhǔn)確，計(jì)算中的取舍問(wèn)題都會(huì)帶來(lái)一定的誤差；2、推導(dǎo)公式（1）3、通過(guò)網(wǎng)上或

25、圖書(shū)館查閱文獻(xiàn)，列舉某個(gè)AMR傳感器在有關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例，簡(jiǎn)要介紹其測(cè)量原理和方法1）車輛探測(cè)器：該車輛探測(cè)器由三維AMR傳感器及相應(yīng)的信號(hào)處理電路組成.當(dāng)車輛駛過(guò)探測(cè)器上方時(shí),車輛的存在將會(huì)引起周圍磁場(chǎng)的變化,三維AMR傳感器輸出將發(fā)生相應(yīng)的變化,根據(jù)AMR傳感器的輸出可判斷周圍空間內(nèi)車輛的存在與否.對(duì)該探測(cè)器的特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)車輛分別沿南北向、東西向通過(guò)AMR傳感器上方時(shí),傳感器輸出變化規(guī)律不同;該探測(cè)器可實(shí)現(xiàn)車輛探測(cè).2）高速公路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：高速公路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理是根據(jù)不同型號(hào)車輛對(duì)地球磁場(chǎng)影響不同,由傳感器輸出信號(hào)判別目標(biāo)車型和速度,針對(duì)具體高速公路規(guī)則進(jìn)行安全行駛監(jiān)視,防止汽車在高速公路無(wú)人監(jiān)視區(qū)超速、逆行等危險(xiǎn)行為,特別是根據(jù)大小車型限速不同,針對(duì)我國(guó)常見(jiàn)的大型貨運(yùn)車輛超速的情況,進(jìn)行限速監(jiān)控。3）磁阻角傳感器：其包含傳感器裝置，該傳感器裝置用于檢測(cè)外部磁場(chǎng)相對(duì)于該傳感器裝置基準(zhǔn)軸的角度（），該磁阻角傳感器允許在測(cè)量結(jié)果不受加工誤差影響的情況下該角度（）的測(cè)量，建議該傳感器裝置包含平坦的層（，），該層具有一個(gè)用于施加電流（）的電觸點(diǎn)（）和多個(gè)用于測(cè)量經(jīng)通過(guò)該層（，）的電流的流動(dòng)的電觸點(diǎn)（）。八、討論1實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題在做該