各项异性磁阻效应及磁场测量课件.doc

物 理 实 验 报 告 2014物理学专业 实验题目:_ 姓 名: 学 号:_______________ 日 期:___年_____月_____日 θ时, 电阻可表示为： (1) 图1磁阻传感器的构造示意图 图2磁阻传感器内部结构 为了消除温度等外界因素的影响，本实验所用的磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器，传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥，非平衡电桥输出部分接集成运算放大器，将信号放大输出，内部结构如图2所示。把该非平衡电桥放置在外界磁场时，由于适当配置的四个磁电阻电流方向不相同，引起电阻值变化有增有减各不相同。电桥的输出电压U可以用下式表示为： (2) 式中，Ub为电桥工作电压，R为未施加外磁场时的桥臂电阻，ΔR/R为磁阻材料在磁场作用下阻值的相对变化率。当Ub一定时, 磁阻传感器输出电压U与外界磁场的磁感应强度成正比关系： (3) 式中，K为传感器的灵敏度，B为外界磁场的磁感应强度，U0为外加磁场为零时该非平衡电桥的输出电压。因此，在实验过程中可以通过输出电压来测量AMR所处位置的磁场的磁感应强度。 需要注意的是，AMR只对磁敏感方向上的磁场敏感，当所测磁场与磁敏感方向有一定夹角时，AMR测量的是所测磁场在磁敏感方向的投影。 2、亥姆霍兹线圈 亥姆霍兹线圈是一对平行、 共轴排列的线圈，它们的尺寸、 匝数、 电流流向都相同，且两线圈之间的间距刚好等于线圈的半径, 见图3所示。根据毕奥萨伐尔定律, 可得轴线上任意一点的磁感应强度为： (4) 式中，N为线圈匝数，I为线圈流过的电流强度，R为亥姆霍兹线圈的平均半径，μ0为真空磁导率, x为该点与线圈中心的距离。 随着距离x变化的磁感应强度变化规律如图4所示。 图3 亥姆霍兹线圈装置图 图4亥姆霍兹线圈磁场分布示意图 [实验内容及要求] 1．仪器调整 (1)连接好仪器和电源, 开机预热。 (2)将磁阻传感器位置调至亥姆霍兹线圈中心，传感器敏感方向与亥姆霍兹线圈轴线一致。 (3)调节亥姆霍兹线圈电流为0mA，按复位键恢复AMR的使用特性。 (4)调节补偿电流，使传感器输出为0.000V。 (5)调节亥姆霍兹线圈电流为300 mA，调节放大器校准旋钮，使输出电压为1.500V。 2．磁阻传感器特性测量 (1)测量磁阻传感器的磁电转换特性 把AMR放置在亥姆霍兹线圈中心，并使得AMR的磁敏感方向与线圈的轴向一致。 通过电流换向开关，改变亥姆霍兹线圈电流，从300 mA逐步减小至-300 mA, 每隔50mA记录相应的输出电压。 以磁感应强度为横轴，输出电压为纵轴作图，并求传感器的灵敏度K。 (2)测量磁阻传感器的各向异性特性 将亥姆霍兹线圈电流调为200 mA，测量所测磁场方向与磁敏感方向一致时的输出电压值。 松开线圈水平锁紧螺丝，每次将亥姆霍兹线圈与传感器盒整体转动10?后锁紧，然后松开传感器水平旋转锁紧螺丝，将传感器盒向相反方向转动10?后锁紧，以保持AMR方向不变。依次转动亥姆霍兹线圈，使得线圈相对AMR旋转角度α从0?变化至9?，?记录对应的输出电压值。 以夹角α为横轴，输出电压为纵轴作图，分析AMR的各向异性特性。 3． 1、实验使用的赫姆霍兹线圈的N=310, R=0.14 m, 线圈电流为1mA时, 亥姆霍兹线圈中部的磁感应强度为0.02 Gs (1Gs =10-4T)。 2、实验仪器周围的一定范围内不应存在铁磁金属物体，以保证测量结果的准确性。 [数据处理] 共计74分 1.磁阻传感器特性测量 共计48分 (1)测量磁阻传感器的磁电转换特性（换向需复位消磁） 6.5分 线圈电流(mA) 300 250 200 150 100 50 0 磁感应强度(Gs) 6 5 4 3 2 1 0 输出电压(V) 1.500 1.269 1.030 0.779 0.520 0.260 0.000 线圈电流(mA) -50 -100 -150 -200 -250 -300 磁感应强度(Gs) -1 -2 -3 -4 -5 -6