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研究性实验报告——各向异性磁阻传感器与磁场测量

基础物理学

研究性实验报告

题目：各向异性磁阻传感器（AMR

）与地磁场测量

第一作者

第二作者

学院：航空科学与工程学院

专业：飞行器设计与工程

班级：110519

2013年5月14日

目录

摘

要

1

关键

词

...1

一、实验要

求

二、实验原

理

三、实验仪器介

绍

四、实验内

容

1、测量前的准备工

作

2、磁阻传感器特性测

量

3、测量磁阻传感器的各向异性特

性6

4、赫姆霍兹线圈的磁场分布测

量7

5、地磁场测

量

五、思考

题

六、误差分

析

七、AMR传感器的应用举

例

八、实验感

想

参考文

献

12

附录——原始实验数据(影印

版

北京航空航天大学研究性实验报告

各向异性磁阻传感器与磁场测量

摘要：物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应，磁阻传感

器利用磁阻效应制成。磁阻传感器可用于直接测量磁场或磁场变化，如弱

磁场测量。也可通过磁场变化测量其它物理量，如利用磁阻效应已制成各

种位移、角度、转速传感器，广泛用于各类需要自动检测与控制的领域。

磁阻元件的发展经历了半导体磁阻（MR），各向异性磁阻（AMR），巨磁阻

（GMR），庞磁阻（CMR）等阶段。本实验研究AMR的特性并利用它对磁

场进行测量。

关键词：AMR，磁阻效应，电磁转换，磁场测量

一、实验要求

1．熟悉和了解AMR的原理

2．测量磁阻传感器的磁电转换特性和各向异性特性

3．测量赫姆霍兹线圈的磁场分布

4．测量地磁场磁场强度，磁倾角，磁偏角

二、实验原理

各向异性磁阻传感器AMR（Anisotropic

Magneto-Resistivesensors）由沉积在硅片

上的坡莫合金（Ni80Fe20）薄膜形成电阻。沉

积时外加磁场，形成易磁化轴方向。铁磁材

料的电阻与电流和磁化方向的夹角有关，电

流与磁化方向平行时电阻Rmax最大，电流与磁

化方向垂直时电阻Rmin最小，电流与磁化方向

成θ角时，电阻可表示为：

R=Rmin＋(Rmax－Rmin)cos2θ

在磁阻传感器中，为了消除温度等外界

因素对输出的影响，由4个相同的磁阻元件

1

北京航空航天大学研究性实验报告

构成惠斯通电桥，结构如图1所示。图1中，易磁化轴方向与电流方

向的夹角为45度。理论分析与实验表明，采用45度偏置磁场，当沿与易

磁化轴垂直的方向施加外磁场，且外磁场强度不太大时，电桥输出与外加

磁场强度成线性关系。

无外加磁场或外加磁场方向与易磁化轴方向平行时，磁化方向即易磁

化轴方向，电桥的4个桥臂电阻阻值相同，输出为零。当在磁敏感方向施

加如图1所示方向的磁场时，合成磁化方向将在易磁化方向的基础上逆时

针旋转。结果使左上和右下桥臂电流与磁化方向的夹角增大，电阻减小Δ

R；右上与左下桥臂电流与磁化方向的夹角减小，电阻增大ΔR。通过对电

桥的分析可知，此时输出电压可表示为：

U＝Vb×ΔR/R（1）

式中Vb为电桥工作电压，R为桥臂电阻，ΔR/R为磁阻阻值的相对变

化率，

与外加磁场强度成正比，故AMR磁阻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。

商品磁阻传感器已制成集成电路，除图1所示的电源输入端和信号输

出端外，还有复位/反向置位端、补偿端两个功能性输入端口，以确保磁阻

传感器的正常工作。

复位/反向置位端的作用是：当AMR置于超过其线性工作范围的磁场

中时，磁干扰可能导致磁畴排列紊乱，改变传感器的输出特性。此时按下

复位/反向置位端，通过内部电路沿易磁化轴方向产生强磁场，使磁畴重新

沿易磁化轴方向整齐排列，恢复传感