磁阻从原理到应用
永磁辅助同步磁阻电机设计与应用
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开关磁阻电机原理和应用
开关磁阻电机开关磁阻电机是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。
它的构造简单稳固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。
主要由开关磁阻电机、功率变换器、控制器与位置检测器四部分组成。
控制器内包含控制电路与功率变换器，而转子位置检测器那么安装在电机的一端。
其电机部分由于是运用了磁阻最小原理，故称为磁阻电动机，又由于线圈电流通断、磁通状态直承受开关控制，故称为开关磁阻电动机。
特征开关磁阻电机构造简单，性能优越，可靠性高，覆盖功率范围10W~5MW的各种上下速驱动调速系统。
使的开关磁阻电机存在许多潜在的领域，在各种需要调速和高效率的场合均能得到广泛使用〔电动车驱动、通用工业、家用电器、纺织机械、电力传动系统等各个领域〕。
优点◆其构造简单，价格廉价，电机的转子没有绕组和磁铁。
◆电机转子无永磁体，允许较高的温升。
由于绕组均在定子上，电机容易冷却。
效率高，损耗小。
◆转矩方向与电流方向无关，只需单方相绕组电流，每相一个功率开关，功率电路简单可靠。
◆转子上没有电刷构造稳固，适用于高速驱动。
◆转子的转动惯量小，有较高转矩惯量比。
◆调速范围宽，控制灵敏，易于实现各种再生制动才能。
◆并具频繁启动〔1000次/小时〕，正向反向运转的特殊场合使用。
◆且启动电流小，启动转矩大，低速时更为突出。
◆电机的绕组电流方向为单方向，电力控制电路简单，具有较高的经济性和可靠性。
◆可通过机和电的统一协调设计满足各种特殊使用要求。
缺点其工作原理决定了，假设需要开关磁阻电机运行稳定可靠，必须使电机与控制配合的很好。
因其要使用位置传感器，增加了构造复杂性，降低了可靠性。
对于电机本身而言，转矩脉动大是其固有的缺点；在电机远离设计点的时候，转矩脉动大会表达的更加明显。
假设单纯使用电流斩波或最优导通角控制方法，对其转矩脉动的改善不是很大，需要参加更加复杂的算法。
磁阻传感器原理
磁阻传感器原理磁阻传感器是一种常见的磁传感器，利用磁性材料的磁阻特性来感知磁场的变化。
本文将介绍磁阻传感器的原理及其应用。
一、磁阻效应的基本原理磁阻效应是指磁性材料在外加磁场作用下，其电学特性发生变化的现象。
常见的磁阻效应有磁阻效应、霍尔效应和洛伦兹力等。
其中，磁阻效应是指当材料在磁场中发生形变时，其电阻值会发生变化。
二、磁阻传感器的工作原理磁阻传感器通常由磁敏感层和电路部分组成。
磁敏感层是一层薄膜，其由磁性材料制成，具有磁阻效应。
电路部分负责测量磁敏感层的电阻值，并将其转换为电信号输出。
磁阻传感器的工作原理基于磁敏感层的电阻值会因外加磁场的变化而发生变化。
当磁场方向与磁敏感层的磁场方向相同时，磁敏感层的电阻值会减小；而当外加磁场的方向与磁敏感层的磁场方向相反时，磁敏感层的电阻值会增大。
电路部分通常采用桥式电路结构来测量磁敏感层的电阻值变化。
桥式电路由电阻和基准电阻组成，当磁敏感层的电阻值发生变化时，将引起桥式电路的不平衡，进而产生输出电信号。
通过测量输出电信号的大小，可以得知磁阻传感器所感测到的磁场强度。
三、磁阻传感器的应用磁阻传感器的应用十分广泛，涵盖了许多领域。
以下是几个常见的应用领域：1. 位置检测磁阻传感器可以用于检测物体的位置。
通过将磁阻传感器安装在被检测物体附近的固定位置，当被检测物体发生移动时，外加磁场的变化会导致磁阻传感器的输出电信号发生变化，从而实现位置检测。
2. 速度测量磁阻传感器可以用于测量物体的速度。
通过将磁阻传感器与运动物体相对应，当运动物体通过磁阻传感器时，磁阻传感器会感知到由物体带来的磁场变化，从而测量出物体的速度。
3. 磁场检测磁阻传感器可以用于检测磁场的强度和方向。
通过将磁阻传感器放置在需要检测磁场的区域，当磁场强度或方向发生变化时，磁阻传感器会产生相应的电信号，从而实现磁场检测。
4. 指南针磁阻传感器可以用于制作指南针。
通过将磁阻传感器与指南针结合，可以测量地磁场的方向，并将其转化为指南针指示的方向。
巨磁阻效应的原理及应用
巨磁阻效应的原理及应用物质在一定磁场下电阻改变的现象，称为磁阻效应。
磁性金属和合金材料一般都有这种现象。
一般情况下，物质的电阻率在磁场中仅发生微小的变化，在某种条件下，电阻减小的幅度相当大，比通常情况下约高十余倍，称为巨磁阻效应（GMR ）。
要说这种效应的原理，不得不说一下电子轨道及自旋。
种角动量在原子物理学中，对于单电子原子（包括碱金属原子）处于一定的状态，有一定的能量、轨道角动量、自旋角动量和总角动量。
表征其性质的量子数是主量子数n、角量子数I、自旋量子数s= 1 /2,和总角动量量子数j。
主量子数（n=1 , 2, 3, 4…）会视电子与原子核间的距离（即半径座标r）而定。
平均距离会随着n增大，因此不同量子数的量子态会被说成属于不同的电子层。
角量子数（1=0, 1…n-1）（又称方位角量子数或轨道量子数）通过关系式来代表轨道角动量。
在化学中，这个量子数是非常重要的，因为它表明了一轨道的形状，并对化学键及键角有重大形响。
有些时候，不同角量子数的轨道有不同代号，1=0的轨道叫s轨道，1=1的叫p轨道，1=2的叫d轨道，而1=3的则叫f轨道。
磁量子数（ml= -I, -I+1…0…1-1 , I）代表特征值，。
这是轨道角动量沿某指定轴的射影。
从光谱学中所得的结果指出一个轨道最多可容纳两个电子。
然而两个电子绝不能拥有完全相同的量子态（泡利不相容原理），故也绝不能拥有同一组量子数。
所以为此特别提出一个假设来解决这问题，就是设存在一个有两个可能值的第四个量子数一自旋量子数。
这假设以后能被相对论性量子力学所解释。
我们对过渡金属的电导率有了如下认识：电流由s电子传递，其有效质量近乎于自由电子。
然而电阻则取决于电子从s带跃迁到d带的散射过程，因为跃迁几率与终态的态密度成正比，而局域性的d带在费米面上的态密度是很大的。
这就是过渡金属电阻率高的原因。
这种s-d散射率取决于s电子与d电子自旋的相对取向。
巨磁电阻（GMR ）效应来自于载流电子的不同自旋状态与磁场的作用不同，因而导致的电阻值的变化。
永磁磁阻电机和永磁同步电机
永磁磁阻电机和永磁同步电机永磁磁阻电机和永磁同步电机是两种常见的永磁电机类型。
它们在工业生产和家用电器中具有广泛的应用。
本文将分别介绍永磁磁阻电机和永磁同步电机的工作原理、特点和应用领域。
一、永磁磁阻电机永磁磁阻电机是一种利用永磁体和磁阻调节器组成的电机。
其工作原理是利用转子上的永磁体产生磁场，与定子上的磁阻调节器相互作用，从而实现电能到机械能的转换。
永磁磁阻电机具有以下特点：1. 简单结构：永磁磁阻电机的结构相对简单，由于没有传统电机中的电枢线圈，减少了电机的复杂性和维护成本。
2. 高效率：永磁磁阻电机由于没有电枢损耗，相对于传统电机具有更高的效率，能够更好地利用电能。
3. 调速范围广：永磁磁阻电机的转速范围广，可以根据实际需要进行调节，适应不同的工作负载。
4. 启动性能好：永磁磁阻电机的启动性能良好，能够在较低的电压下启动，无需额外的启动装置。
永磁磁阻电机在家用电器、风力发电、制造业等领域有广泛的应用。
例如，家用电器中的洗衣机、空调、电风扇等都采用永磁磁阻电机作为驱动装置。
此外，永磁磁阻电机还广泛应用于工业自动化控制系统中，如机床、搬运设备等。
二、永磁同步电机永磁同步电机是一种利用永磁体产生的磁场与定子磁场同步旋转的电机。
其工作原理是通过控制定子上的电流，使其产生旋转磁场，与永磁体的磁场同步旋转，从而实现电能到机械能的转换。
永磁同步电机具有以下特点：1. 高效率：由于没有电枢损耗，永磁同步电机具有较高的效率，可以更有效地利用电能。
2. 高功率密度：永磁同步电机具有较高的功率密度，体积小、重量轻，适合安装在有限空间的场合。
3. 调速性能好：永磁同步电机的调速性能优良，可以通过控制定子电流的大小和频率来实现精确的调速。
4. 启动性能较差：永磁同步电机的启动性能相对较差，通常需要外部启动装置或者与其他电机联动启动。
永磁同步电机在电动汽车、机器人、轨道交通等领域得到广泛应用。
例如，电动汽车中的驱动电机通常采用永磁同步电机，其高效率和优良的调速性能可以提高汽车的续航里程和驾驶体验。
磁阻效应实验报告
磁阻效应实验报告磁阻效应实验报告引言：磁阻效应是指当磁场作用于导体时，导体内的电阻会发生变化的现象。
这一现象在工业和科学领域中具有重要的应用价值。
本实验旨在通过测量磁场强度和电阻的变化关系，探究磁阻效应的原理和应用。
实验装置：本实验所用装置包括磁场发生器、导线、电流表、电压表和电源等。
磁场发生器用于产生磁场，导线则用于连接电源、电流表和电压表。
实验过程：1. 首先，将磁场发生器放置在实验台上，并连接电源。
2. 将导线绕在磁场发生器的铁芯上，确保导线与磁场发生器之间的接触良好。
3. 将电流表和电压表分别连接到导线的两端，以测量电流和电压的变化。
4. 通过调节电源的电压，使得电流表读数在合适的范围内。
5. 用磁铁靠近磁场发生器，观察电流表和电压表的读数变化。
实验结果：实验中我们记录了不同磁场强度下的电流和电压变化。
结果显示，在磁场强度增加的情况下，电流表的读数逐渐减小，而电压表的读数则逐渐增加。
这一结果表明了磁阻效应的存在。
讨论和分析：根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 磁阻效应是由磁场对导体内电子运动的影响所引起的。
当磁场增强时，磁场对电子的作用力也增强，从而导致电子在导体内运动的受阻，导致电流减小。
2. 磁阻效应的大小与导体的材料和几何形状有关。
不同材料和形状的导体对磁阻效应的响应程度不同。
3. 磁阻效应在实际应用中具有广泛的用途。
例如，磁阻效应可用于制造磁阻传感器，用于测量磁场强度和位置。
此外，磁阻效应还可应用于磁存储器、磁记录和磁传感等领域。
结论：通过本实验，我们深入了解了磁阻效应的原理和应用。
磁阻效应是磁场对导体内电子运动的影响，导致电流减小的现象。
磁阻效应在工业和科学领域中具有重要的应用价值，例如磁阻传感器、磁存储器等。
通过进一步研究和应用，我们可以不断发掘磁阻效应的潜力，为技术创新和进步做出贡献。
总结：本实验通过测量磁场强度和电阻的变化关系，探究了磁阻效应的原理和应用。
实验结果表明，在磁场强度增加的情况下，电流减小，电压增加，验证了磁阻效应的存在。
磁阻效应具体应用及原理
磁阻效应具体应用及原理磁阻效应是指当电流通过一个材料时，由于材料的电阻随着外加磁场的变化而发生变化，从而导致电阻的值发生变化。
它是固体材料中一种重要的磁电耦合效应，也是磁电耦合研究的重要内容之一。
磁阻效应的具体应用及原理如下：1.磁阻传感器磁阻传感器利用磁阻效应来测量磁场强度，常见的磁阻传感器有磁阻式角位移传感器、磁阻式线性位移传感器等。
这些传感器通常包含一个可测量磁场的磁敏感元件以及一个测量电阻变化的电路。
当磁场作用在磁敏感元件上时，电阻值发生变化，通过测量这个变化可以得到磁场的大小。
2.磁阻随机存取存储器(M R A M)磁阻随机存取存储器采用磁阻效应来实现数据存储。
它利用自旋极化的磁性材料中的磁阻变化来表示二进制信息。
在读取数据时，通过检测电阻的变化来判断存储的信息。
相较于传统的存储器技术，M R A M具有非常快的读写速度、低功耗和无需刷新等优点，已经广泛应用于电子产品中。
3.磁阻式磁力传感器磁阻式磁力传感器利用磁阻效应来测量磁场中的磁力大小和方向。
它通常由一个磁阻敏感层和一个感测电路组成。
当磁场作用于磁阻敏感层时，磁场的变化会导致敏感层的电阻发生变化，通过测量电阻的变化可以得到磁场的信息。
4.磁阻式变压器磁阻式变压器利用磁阻效应来实现电力的传输和变换。
它由一个磁阻敏感材料制成的传感器和一个电路组成。
当磁阻传感器接收到输入信号时，电路会根据电阻变化来调节和控制输出信号的大小，从而实现电力的传输和变换。
磁阻效应的基本原理是磁场对材料的电子态和载流子运动的影响。
磁场作用下，电子运动轨迹呈螺旋状，使平均自由程减小，电阻增大。
这是由于磁场引起了电子动量的散射，并阻碍了电子的运动。
在某些材料中，磁场对自旋运动的影响尤为显著，通过改变自旋方向来调控电子的散射和运动，从而实现电阻的变化。
磁阻效应的具体机制包括“自旋极化效应”和“自旋依赖散射效应”。
自旋极化效应是指磁场改变了电子的自旋方向，进而影响了载流子的散射和运动。
磁阻电机 永磁电机
磁阻电机永磁电机
磁阻电机和永磁电机都是电机的一种，它们的主要区别在于电机
所使用的电磁铁。
在磁阻电机中，电磁铁是由铁芯和线圈组成的，而
在永磁电机中，则是使用具有永久磁性的材料。
1. 磁阻电机的工作原理
当电流经过线圈时，它会产生磁场。
这个磁场会与电机中的铁芯
相互作用，从而产生一个旋转力。
这个旋转力会被用来驱动电机的转子。
2. 磁阻电机的优点和缺点
磁阻电机的优点在于它们能够提供更高的转矩，并且可以通过调
整电流来控制电机的速度。
然而，由于线圈的阻力也会对电机的性能
产生影响，所以磁阻电机的效率相对较低。
3. 永磁电机的工作原理
永磁电机则运用了永久磁性材料来产生磁场。
这种电机的电磁铁
不需要外部电源来提供磁场，因为它们已经拥有了一个永磁铁。
这个
永磁铁会与电机的线圈相互作用，从而产生一个旋转力，驱动电机的
转子转动。
4. 永磁电机的优点和缺点
永磁电机的优点在于它们能够提供更高的效率，因为它们不需要
额外的电流来产生磁场，能源利用率更高。
但是，如果电机需要在高
负载条件下工作，那么永磁电机的转矩可能会受到限制。
总的来说，选择使用磁阻电机还是永磁电机，取决于具体的应用
场景。
对于一些需要高效能和可靠性的应用场合，比如电动汽车和风
力涡轮机等，使用永磁电机会是一个不错的选择。
其他一些应用场景，比如家庭用品和一些低成本的商业产品，可以选择磁阻电机。
开关磁阻电机驱动系统的运行原理及应用
开关磁阻电机驱动系统的运行原理及应用二低轴阻发电机参考资料1 引言开关磁阻电机驱动系统SDR具有一些很有特色的优点:电机结构简单、坚固、维护方便甚至免维护,启动及低速时转矩大、电流小;高速恒功率区范围宽、性能好,在宽广转速和功率访问内都具有高输出和高效率而且有很好的容错能力;这使得SR电机系统在家用电器、通用工业、伺服与调速系统、牵引电机、高转速电机、航空航天等领域得到广泛应用;SR电机是一种机电能量转换装置;根据可逆原理,SR电机和传统电机一样,它既可将电能转换为机械能—电动运行,在这方面的理论趋于成熟;也可将机械能转换为电能—发电运行,其内部的能量转换关系不能简单看成是SR电动机的逆过程;本文将从SR电机电动和发电运行这两个角度阐述SR电机的运行原理;2 电动运行原理转矩产生原理控制器根据位置检测器检测到的定转子间相对位置信息,结合给定的运行命令正转或反转,导通相应的定子相绕组的主开关元件;对应相绕组中有电流流过,产生磁场;磁场总是趋于“磁阻最小”而产生的磁阻性电磁转矩使转子转向“极对极”位置;当转子转到被吸引的转子磁极与定子激磁相相重合平衡位置时,电磁转矩消失;此时控制器根据新的位置信息,在定转子即将达到平衡位置时,向功率变换器发出命令,关断当前相的主开关元件,而导通下一相,则转子又会向下一个平衡位置转动;这样,控制器根据相应的位置信息按一定的控制逻辑连续地导通和关断相应的相绕组的主开关,就可产生连续的同转向的电磁转矩,使转子在一定的转速下连续运行;再根据一定的控制策略控制各相绕组的通、断时刻以及绕组电流的大小,就可使系统在最隹状态下运行;图1 三相sr电动机剖面图从上面的分析可见,电流的方向对转矩没有任何影响,电动机的转向与电流方向无关,而仅取决于相绕组的通电顺序;若通电顺序改变,则电机的转向也发生改变;为保证电机能连续地旋转,位置检测器要能及时给出定转子极间相对位置,使控制器能及时和准确地控制定子各相绕组的通断,使srm能产生所要求的转矩和转速,达到预计的性能要求;电路分析图2中电源vcc是一直流电源,3个电感分别表示srm的三相绕组,igbt1～igbt6为与绕组相连的可控开关元件,6个二极管为对应相的续流二极管;当第一相绕组的开关管导通时,电源给第一相励磁,电流的回路即励磁阶段是由电源正极→上开关管→绕组→下开关管→电源负极,如图2a所示;开关管关断时,由于绕组是一个电感,根据电工理论,电感的电流不允许突变,此时电流的续流回路即去磁阶段是绕组→上续流二极管→电源→下续流二极管→绕组,如图2b所示;图2 srm电路工作示意图能量转换关系当忽略铁耗和各种附加损耗时,srm工作时的能量转换过程为:通电相绕组的电感处在电感上升区域内转子转向“极对极”位置,当开关管导通时,输入的净电能一部分转化为磁场储能,一部分转化为机械能输出;当开关管关断时,绕组电流通过二极管和电源续流,存储的磁场储能一部分转化为电能回馈电源,另一部分则转化为机械能输出;sr电动机的运行特性12 sr电动机运行速度低于ωfc第一临界速度的范围内,为了保证ψmax和i不超过允许值,采用改变电压、导通角和触发角三者中任一个或任两个,或三者同时配合控制;当sr电动机在高于ωfc范围运行时,在外加电压、导通角和触发角都一定的条件下,随着转速的增加,磁链和电流将下降,转矩则随着转速的平方下降如图3中细实线;为了得到恒功率特性,必须采用可控条件;但是外施电压最大值是由电源功率变换器决定的,而导通角又不能无限增加一般不能超过半个转子极距;因此,在电压和导通角都达最大时,能得到的最大功率的最高转速ωsc被称之为“第二临界转速”;当转速再增加时,由于可控条件都已经达到极限,转矩将随转速的二次方下降,如图3所示;图3 sr电动机的运行特性开关磁阻电机一般运行在恒转矩区和恒功率区;在这两个区域中,电机的实际运行特性可控;通过控制条件,可以实现在粗实线以下的任意实际运行特性;而在串励特性区,电机的可控条件都已达极限,电机的运行特性不再可控,电机呈现自然串励运行特性,故电机一般不会运行在此区域; 运行时存在着第一、第二两个临界运行点是开关磁阻电机的一个重要特点;采用不同的可控条件匹配可以得到两个临界点的不同配置,从而得到各种各样所需的机械特性,这就是开关磁阻电动机具有优良调速性能的原因之一;从设计的观点看,两个临界点的合理配置是保证sr电动机设计合理,满足给定技术指标要求的关键; 从控制角度看,在上述两个区域采用不同的控制方法,在第一临界转速以下一般采用电流斩波控制方式ccc方式,在第一、第二临界转速之间采用角度位置控制方式apc方式;3 发电运行原理开关磁阻发电机switched reluctance generator简介开关磁阻发电机srg的研究始于20世纪80年代末;初期它是被用作飞机上的起动/发电机的,所以,又称为sr起动/发电机456;由于开关磁阻电机在航天飞机中的广阔应用前景,引起了一些国家政府部门和航天企业的高度重视;1990年美国空军usaf、wright实验室、wpafb联合与通用电气飞机发动机公司general electric aircraft engine签约,共同资助ge公司开展开关磁阻组合起动/发电机的研究;lucas航空公司lucas aerospace也开展了sr起动/发电机的研究,认为sr起动/发电机可以在飞机发动机熄火的紧急情况下,由风力发动机windmilling engine驱动为众多的机载设备提供更加可靠的应急电源; 我国在sr发电机的领域也开展了相关的研究活动;其中西北工业大学、西安交通大学在国家“九五”预研基金和国家教委博士点基金的资助下进行sr起动/发电机的相关研究,研制了4kw的sr 起动/发电机3;南京航天航空大学也开展了sr发电机的研究工作;与其它发电机相比,开关磁阻发电机具有独特的结构特点: 1 结构简单其定、转子均为简单的叠片式双凸极结构,定子上绕有集中绕组,转子上无绕组及永磁体; 2 容错能力强,无论从物理方面还是从电磁方面来讲,电机定子各相绕组间都是相互独立的,因而在一相甚至两相故障的情况下,仍然能有一定功率的电能输出; 3 可以作成很高转速的发电装置,从而达到很高的能流密度;转矩产生原理如图4所示,与电动运行时不同,绕组在转子转离“极对极”位置即电感下降区时通电,产生的磁阻性电磁转矩趋使电机回到“极对极”位置,但原动机驱动转子克服电磁转矩继续逆时针旋转;此时电磁转矩与转子运动方向相反,阻碍转子运动,是阻转转矩性质;图4 三相sr发电机剖面图当转子转到下一相的“极对极”位置时,控制器根据新的位置信息向功率变换器发出命令,关断当前相的主开关元件,而导通下一相,则下一相绕组会在转子转离“极对极”位置通电;这样,控制器根据相应的位置信息按一定的控制逻辑连续地导通和关断相应的相绕组的主开关,就可产生连续的阻转转矩,在原动机的拖动下发电;电路分析根据法拉第电磁感应定律“运动导体在磁场中会产生电势”,而srg转子仅由叠片构成,没有任何带磁性的磁体;这就需要在srg发电前有电源提供给srg励磁,使其内部产生磁场;所以,srg的特点是首先要通过定子绕组对电机励磁;这一点和其它发电机有着很明显的区别;srg的工作原理如下:图5中电源vcc是一直流电源,既可以是电池,也可以是直流电机;三个电感分别表示srg 的三相绕组,igbt1～igbt6为与绕组相连的可控开关元件,6个二极管为对应相的续流二极管;当第一相绕组的开关管导通时即励磁阶段,电源给第一相励磁,电流的回路是由电源正极→上开关管→绕组→下开关管→电源负极,如图5a所示;开关管关断时,由于绕组是一个电感,根据电工理论,电感的电流不允许突变,电流的续流回路即发电阶段是绕组→上续流二极管→电源→下续流二极管→绕组,如图5b所示;能量转换关系当忽略铁耗和各种附加损耗时,srg工作时的能量转换过程为:通电相绕组的电感处在电感下降区域内转子转离“极对极”位置,当开关管导通时,输入的净电能转化为磁场储能,同时原动机拖动转子克服srg产生的与旋转方向相反的转矩对srg做功使机械能也转化为磁场储能;当开关管关断时,srg绕组电流续流,磁场储能转化为电能回馈电源,并且机械能也转化为电能给电源充电;图5 srg电路工作示意图sr发电机的运行特性 sr发电机的运行特性与sr电动机的运行特性类似,只不过将曲线沿速度轴翻转到转矩为负的第四象限,在此不再赘述;4 结束语虽然srd系统的发展历程仅仅二十余年,但它取得了令人瞩目的成绩;其产品已在电动车用驱动系统、家用电器、工业应用、伺服系统、高速驱动、航空航天等众多领域得到成功应用,其功率范围也覆盖了从10w到5mw的宽广范围;它已成为现代调速系统中一支不可忽视的竞争力量;作为一种结构简单、鲁棒性能好、价格便宜的新型调速系统,开关磁阻电机及其调速系统引起各国电气传动界的广泛关注和浓厚兴趣,在世界范围内,正在形成理论研究和实际应用齐头并进的发展趋势;。
巨磁电阻材料的性质和应用研究现状
第二类自旋阀示意图
自旋阀旳优点与缺陷
优点：磁电阻变化率∆R/R对外磁场旳响应呈线性关系，频 率特征好；低饱和场，工作磁场小；与AMR相比，电阻随 磁场变化迅速，因而操作磁通小，敏捷度高；利用层间转 动磁化过程能有效地克制Barkhausen噪声，信噪比高。
缺陷：自旋阀多层膜旳磁电阻变化量并不大，同步目前面 临旳最大问题是它旳抗腐蚀和热稳定性都不太好。
“钉扎层” “被钉扎层”
“分隔层” “自由层”
第一类自旋阀示意图
实例分析：
Ta FeMn（7nm） NiFe（4.5） Cu（2.2nm） NiFe（6nm）
NiFe（6nm）/Cu（2.2nm）/NiFe（4.5） /FeMn（7nm）自旋阀示意图
在磁场强度等于NiFe（6nm）层旳反向矫顽力旳外场作 用下， NiFe（6nm）层中旳磁化矢量首先翻转，这时， 在两个NiFe层中旳磁化矢量成反平行排列，这就形成 了电子自旋有关散射旳高电阻态。假如磁场在反方向上 继续增长，当磁场强度到达某一临界值时， NiFe （4nm）层也转向磁场方向，这就形成了电子自旋有关 旳低电阻态。
就目前研究热点旳几类GMR材料, 能够说是各有 特点。
已发觉具有GMR效应旳材料主要有多层膜、自旋 阀、纳米颗粒膜、磁性隧道结、非连续多层膜、 氧化物陶瓷、熔淬薄带等。
多层膜
多种铁磁层（Fe、Ni、Co及其合金）和非磁层（涉 及3d、4d、以及5d非磁金属）交替生长而构成旳磁性多 层膜，大多都具有GRM效应，其中尤以多晶（Co/Cu） 多层膜旳磁电阻效应最为突出。室温、1T磁场下GMR 值为70%，远不小于多晶（Fe/Cr）。
自旋阀旳磁化曲线（a）和磁电阻曲线（b）
磁阻 原理
磁阻原理
磁阻是指由于磁场对导体内电流运动的阻碍而产生的电阻现象。
它是由导体内电子受到磁场作用而发生的轨道偏转和碰撞所引起的。
当磁场存在时，运动的电子受到磁场力的作用，会发生动量和能量的转移，使电子在其自由行程中可能发生的碰撞频率增加。
这样，导体内部的电流流动受到限制，导致电流难以通过，从而产生磁阻。
磁阻的大小与导体材料的电阻率、磁场的强度和方向以及电流的流向等因素有关。
一般来说，在相同条件下，材料的电阻率越大，磁阻也就越大。
磁阻还与磁场强度呈正比，即磁场越强，磁阻也就越大。
此外，当电流与磁场方向垂直时，磁阻最大；而当它们平行时，磁阻最小。
磁阻在实际应用中有广泛的用途。
例如，在磁阻式传感器中，磁阻值的变化可以用来检测物体的位置或运动状态。
此外，磁阻也常被用于制造磁阻元件，如磁阻变压器、磁阻电位器等，用于调节电流或电压的大小。
总之，磁阻是由于磁场对导体内电流的影响而产生的电阻现象。
它对电流的流动产生限制，其大小与导体材料的电阻率、磁场的强度和方向以及电流的流向等因素有关。
磁阻在实际应用中具有重要的意义，被广泛应用于传感器和电子元件的制造中。
【大学物理实验(含 数据+思考题)】巨磁电阻效应及其应用
实验4.21 巨磁电阻效应及其应用一、实验目的（1）了解GMR效应的现象和原理（2）测量GMR的磁阻特性曲线（3）用GMR传感器测量电流（4）了解磁记录与读出的原理和方法二、实验仪器ZKY-JCZ巨磁电阻效应及应用实验仪ZKY-JCZ基本特性组件三、实验原理物质在磁场中电阻发生变化的现象，称为磁阻效应。
磁性金属和合金材料一般都有这种现象。
一般情况下，物质的电阻在磁场中仅发生微小的变化。
在某种条件下，电阻值变动的幅度相当大，比通常情况下高十余倍，称为巨磁阻(Giant magneto resistance，简称GMR)效应。
巨磁阻效应是一种量子力学效应，它产生于层状的磁性薄膜结构。
这种结构是由铁磁材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成。
当铁磁层的磁矩相互平行时，载流子与自旋有关的散射最小，材料有最小的电阻;当铁磁层的磁矩相互反平行时，与自旋有关的散射最强，材料的电阻最大。
根据导电的微观机理，电子在导电时并不是沿电场直线前进，而是不断和晶格中的原子发生碰撞(又称散射)，每次散射后电子都会改变运动方向，总的运动是电场对电子的定向加速与这种无规则散射运动的叠加。
电子在两次散射之间走过的平均路程称为电子的平均自由程。
电子散射概率小，则平均自由程长，电阻率低。
一般把电阻定律R=ρl/S中的电阻率ρ视为与材料的几何尺度无关的常数，这是因为通常材料的几何尺度远大于电子的平均自由程(例如铜中电子的平均自由程约为34nm)，可以忽略边界效应。
当材料的几儿何只度小到纳米量级，只有几个原子的厚度时(例如，铜原子的直径约为0.3nm)，电子在边上的散射概率大大增加，可以明显观察到厚度减小电阻率增加的现象。
电子除携带电荷外，还具有自旋特性。
自旋磁矩有平行和反平行于外磁场两种取向。
英国物理学家诺贝尔奖获得者N.F.Mott指出，在过渡金属中，自旋磁矩与材料的磁场方向平行的电子，所受散射概率远小于自旋磁矩与材料的磁场方向反平行的电子。
磁阻传感器原理
磁阻传感器原理磁阻传感器是一种利用磁阻效应来检测磁场变化的传感器。
它广泛应用于汽车、工业自动化、消费类电子产品等领域，具有体积小、灵敏度高、成本低廉等优点。
本文将介绍磁阻传感器的工作原理及其应用。
磁阻传感器的工作原理基于磁阻效应，即在外加磁场的作用下，磁阻材料的电阻会发生变化。
磁阻传感器通常由磁阻材料、悬臂梁和电路组成。
当受测磁场作用于磁阻材料时，磁阻材料的电阻发生变化，导致悬臂梁的挠度发生改变，进而引起电路参数的变化。
通过测量电路参数的变化，就可以得知受测磁场的强度、方向等信息。
磁阻传感器有许多种类，包括磁阻电流传感器、磁阻角位移传感器、磁阻线性位移传感器等。
不同类型的磁阻传感器在工作原理上略有差异，但都是基于磁阻效应来实现磁场测量。
磁阻传感器具有许多优点。
首先，磁阻传感器的灵敏度高，可以检测微小磁场的变化。
其次，磁阻传感器的响应速度快，可以实现实时测量。
此外，磁阻传感器体积小、重量轻、功耗低，适合于集成到微型设备中。
最后，磁阻传感器的制造成本较低，易于大规模生产。
磁阻传感器在许多领域有着广泛的应用。
在汽车领域，磁阻传感器常用于发动机的转速测量、车速测量、刹车系统等。
在工业自动化领域，磁阻传感器常用于位置测量、角位移测量等。
在消费类电子产品中，磁阻传感器常用于指南针、陀螺仪等传感器的制造。
总之，磁阻传感器是一种重要的传感器技术，具有灵敏度高、成本低廉等优点，广泛应用于汽车、工业自动化、消费类电子产品等领域。
随着科技的不断发展，磁阻传感器的性能将会得到进一步提升，应用范围也将会更加广泛。
开关磁阻电动机高速运行转矩控制
开关磁阻电动机高速运行转矩控制本文将介绍开关磁阻电动机高速运行转矩控制的基本原理和应用。
开关磁阻电动机是一种新型高速驱动技术，它具有优异的力矩响应速度和稳定性，适用于高速转矩控制。
一、开关磁阻电动机工作原理开关磁阻电动机的转子由许多钢制齿轮组成，每个齿轮都通过一个铁芯旋转。
这些齿轮的外围有一个铁芯环形线圈，称为定子。
齿轮和定子之间的空隙非常小，以确保转子始终与定子保持接触，进而保持稳定的力矩输出。
在电机工作时，连续的电流流过定子绕组，进而通过齿轮荷载到转子。
这导致定子和转子之间产生磁通，使齿轮旋转。
由于每个齿轮都有自己的铁芯和绕组，它们会产生不同的磁通，从而产生异步运动，最终将过载电流传递到电机的负载。
因此，开关磁阻电动机可以提供高速度和可靠的转矩控制。
二、开关磁阻电动机高速运行转矩控制方法开关磁阻电动机的高速运行转矩控制可以通过以下3个步骤实现：1. 电压控制模式在电压控制模式下，电机的电压随着转速增加而增加，以保持稳定的转矩输出。
这种方法通常用于车辆等高速应用，可以在高速条件下实现有效的转矩控制。
2. 电流控制模式在电流控制模式下，电机的电流随着转速增加而增加，以保持稳定的转矩输出。
这种方法通常用于工业应用，可以在高负载条件下实现有效的转矩控制。
3. 磁通控制模式在磁通控制模式下，电机的磁通随着转速增加而增加，以保持稳定的转矩输出。
这种方法通常用于电磁场调节和自适应控制，可以在不同负载和转速条件下实现精确的转矩控制。
三、开关磁阻电动机高速运行转矩控制应用开关磁阻电动机高速运行转矩控制适用于以下应用：1.电机控制系统开关磁阻电动机可用于机器人、航空航天器、制造机械等需要高速、精确转矩控制的应用，以提高生产效率和质量。
2.轮毂电动机开关磁阻电动机可用于车辆轮毂电动机，以实现可靠的高速驱动。
3.火箭动力系统开关磁阻电动机可用于火箭动力系统，用于控制燃烧室内氧化剂的流量，以提高燃烧效率和性能。
4.模拟电子系统开关磁阻电动机可用于模拟电子系统，用于模拟密封冷却系统和助推器等应用。
简述磁敏效应的原理并说明其应用
简述磁敏效应的原理并说明其应用一、引言磁敏效应是指材料在磁场作用下发生的电学性质变化，是一种重要的物理现象。
该效应可以应用于磁传感器、磁存储器、磁阻元件等领域，具有广泛的应用前景。
二、磁敏效应的原理1. 磁敏电阻效应当材料处于外加磁场中时，电子在晶格中受到了晶格势场和外加磁场的作用，导致电子在晶格中发生偏移。
因此，在材料内部存在着一个电子自旋极化方向与外加磁场方向相同的区域和一个方向相反的区域。
这两个区域内的自由电子密度不同，从而导致了材料内部自然形成了一个电阻率差异较大的结构。
当外加磁场改变时，这个结构也会随之改变，从而导致了整体电阻率的变化。
2. 纵向磁敏效应纵向磁敏效应是指当材料处于外加垂直于其表面方向上的磁场中时，在材料表面产生横向感生电势。
这是由于在磁场作用下，材料内部的自由电子受到了洛伦兹力的作用，导致电子在材料内部发生偏移，从而在表面产生了感生电势。
3. 横向磁敏效应横向磁敏效应是指当材料处于外加平行于其表面方向上的磁场中时，在材料表面产生纵向感生电势。
这是由于在磁场作用下，材料内部的自由电子受到了洛伦兹力的作用，导致电子在材料内部发生偏移，并且沿着平行于表面方向的方向运动，从而在表面产生了感生电势。
三、磁敏效应的应用1. 磁传感器利用磁敏效应可以制造出各种类型的磁传感器。
例如，在汽车中使用的转速传感器就是一种基于纵向磁敏效应原理制造的传感器。
该传感器可以测量发动机转速，并将其转化为数字信号输出。
2. 磁存储器利用横向和纵向磁敏效应可以制造出各种类型的磁存储器。
例如，在硬盘驱动器中使用的磁头就是一种基于横向磁敏效应原理制造的存储器。
该存储器可以将数字信号转化为磁场信号，并将其记录在硬盘表面上。
3. 磁阻元件利用磁敏电阻效应可以制造出各种类型的磁阻元件。
例如，在电子设备中使用的磁阻传感器就是一种基于磁敏电阻效应原理制造的元件。
该元件可以测量外加磁场的大小，并将其转化为电压信号输出。
四、总结磁敏效应是一种重要的物理现象，可以应用于各种领域。
巨磁阻传感器原理及应用
目录
• 巨磁阻传感器原理 • 巨磁阻传感器的应用领域 • 巨磁阻传感器的发展趋势 • 巨磁阻传感器的挑战与解决方案 • 巨磁阻传感器的未来展望
01 巨磁阻传感器原理
巨磁阻效应
巨磁阻效应
当电流在某些特殊材料的薄膜中流动时，磁场对电流的影响会变得异常大，这种现象被称 为巨磁阻效应。
04 巨磁阻传感器的挑战与解 决方案
温度稳定性问题
总结词
温度稳定性是巨磁阻传感器的重要性能指标，直接影响到传感器的测量精度和使用寿命。
详细描述
巨磁阻传感器在高温环境下，其磁阻值会发生变化，导致测量结果失真。为了解决这一问题，可以采 用温度补偿技术，通过在传感器中加入温度传感器和温度补偿电路，对温度变化引起的磁阻值变化进 行修正，提高传感器的温度稳定性。
尺寸
减小巨磁阻传感器的尺寸有助于集成 到更小的设备中，从而推动其在物联 网、智能穿戴等领域的应用。
集成化和智能化
集成化
将多个巨磁阻传感器集成到一个芯片上，可以实现多轴磁场测量，提高测量效 率和精度。
智能化
通过与微处理器等智能芯片集成，巨磁阻传感器可以实现自动校准、数据存储 和无线传输等功能，提高其实用性和便利性。
磁性编码器
总结词
巨磁阻传感器在磁性编码器中用于检测旋转或线性运动的物体的位置和速度。
详细描述
磁性编码器利用磁性材料和巨磁阻传感器的结合，检测旋转或线性运动物体的磁 场变化，并将其转换为电信号。巨磁阻传感器的高灵敏度和稳定性使得磁性编码 器广泛应用于各种运动控制系统，如电机控制、机器人等。
磁性随机存取存储器（MRAM）
交叉轴效应和线性范围限制
总结词
交叉轴效应和线性范围限制是巨磁阻传感器在实际应 用中面临的常见问题。
一文带你了解隧道磁阻技术(TMR)
一文带你了解隧道磁阻技术（TMR）
一、概述
1、磁阻概念：材料的电阻会因外加磁场而增加或减少，电阻的变化量称为磁阻（Magnetoresistance）。
物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。
同霍尔效应一样，磁阻效应也是由于载流子在磁场中受到洛伦兹力而产生的。
从一般磁阻开始，磁阻发展经历了巨磁阻（GMR）、庞磁阻（CMR）、异向磁阻（AMR）、穿隧磁阻（TMR）、直冲磁阻（BMR）和异常磁阻（EMR）。
2、磁阻应用：磁阻效应广泛用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存储(磁卡、硬盘)等领域。
磁阻器件由于灵敏度高、抗干扰能力强等优点在工业、交通、仪器仪表、医疗器械、探矿等领域得到广泛应用，如数字式罗盘、交通车辆检测、导航系统、伪钞检别、位置测量等。
3、穿隧磁阻效应（TMR）：穿隧磁阻效应是指在铁磁-绝缘体薄膜(约1纳米)-铁磁材料中，其穿隧电阻大小随两边铁磁材料相对方向变化的效应。
TMR效应由于具有磁电阻效应大、磁场灵敏度高等独特优势，从而展示出十分诱人的应用前景。
此效应更是磁性随机存取内存与硬盘中的磁性读写头的科学基础。
二、穿隧磁阻效应（TMR）的物理简释
从经典物理学观点看来，铁磁层（F1）+绝缘层（I）+铁磁层（F2）的三明治结构根本无法实现电子在磁层中的穿通，而量子力学却可以完美解释这一现象。
当两层铁磁层的磁化方向互相平行，多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中多数自旋子带的空态，少数自旋子带的电子也将进入另一磁性层中。
简述磁阻效应的原理及应用
简述磁阻效应的原理及应用1. 什么是磁阻效应？磁阻效应是指材料在外加磁场的作用下，其电阻发生变化的现象。
具体来说，当材料被置于磁场中时，其电阻会随着磁场的改变而发生变化。
这种电阻变化可以是正比例的，也可以是非线性的。
2. 磁阻效应的原理磁阻效应的原理基于磁场对电子运动的影响。
在普通金属中，电子在受到磁场作用时会发生偏转，导致电子运动路径变长，从而增加了电阻。
而在磁隧道结构中，通过控制磁场，可以改变电子自旋方向，并且使得电子能够“隧道”穿过势垒，从而降低材料的电阻。
具体来说，磁阻效应的原理可以用以下方程表示：$$R = \\rho \\cdot \\frac{L}{A}$$其中，R是电阻，ρ是电阻率，L是电阻材料的长度，A是电阻材料的横截面积。
磁阻效应则可以通过改变电阻率、长度或横截面积来实现。
3. 磁阻效应的应用磁阻效应在许多领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用：3.1 磁阻传感器磁阻传感器是利用磁阻效应来测量磁场的传感器。
它们可以用于测量磁场的大小和方向，并广泛应用于导航、自动控制、磁记录等领域。
磁阻传感器的优点是尺寸小、重量轻、功耗低，同时具有较高的灵敏度和分辨率。
3.2 磁存储器磁存储器是一种利用磁阻效应来实现信息存储和读取的设备。
它们可以根据磁场的强弱来表示二进制数据的0和1，并通过读取磁阻值来恢复存储的数据。
磁存储器广泛应用于计算机硬盘、磁带、磁卡等设备中，具有高密度存储、容量大、读写速度快等优点。
3.3 磁阻隧道结构（MTJ）磁阻隧道结构是一种利用磁阻效应来实现信息存储和计算的器件。
它由两个磁性层之间夹带一个绝缘层组成，通过控制磁场可以改变磁性层之间的电阻值，从而实现信息的存储和计算。
磁阻隧道结构可用于磁性存储器、磁性传感器、磁性逻辑门等领域。
3.4 磁阻效应的其他应用除上述应用外，磁阻效应还在其他领域有着重要的应用：•磁阻效应用于车辆制动系统中的刹车控制，提高刹车系统的性能和安全性。
开关磁阻电动机工作原理
开关磁阻电动机：神奇的电动机原理及应用开关磁阻电动机是一种新颖的电动机，其运行原理相对于普通电动机有所不同。
本文将为大家深入解析开关磁阻电动机的工作原理、应用以及优缺点。
一、开关磁阻电动机的工作原理
开关磁阻电动机主要由转子和定子两部分组成，其中定子上的绕组通过外部电源源源不断地向上浮动或向下倾斜，使得通过绕组的电流发生周期性变化，从而引起转子的磁极进行拟合。
在转子的磁极转向过程中，绕组会因电流变化导致磁通方向的突变，进而发生磁阻变化现象，使得磁通线在定子和转子之间相互拉扯、压缩。
当电流变化方向突然发生变化，磁通线将瞬时穿透转子并产生一定的转矩，这就使得转子得以转动。
此时，转子上的永磁体以及定子上的开关磁阻吸合一起，阻止了绕组内部电流的继续变化，磁阻的变动也暂时停止了。
二、开关磁阻电动机的应用
开关磁阻电动机具有启动时转矩大、低速高扭矩运行、免维护等优点，因此在需要高负载启动的直流驱动系统中广泛应用。
同时，由于开关磁阻电动机在运行过程中不需要电动机控制器对磁通进行转换，因此可以降低系统成本和运行维护费用。
三、开关磁阻电动机的优缺点
1.优点：开关磁阻电动机具有起动时转矩大、性能稳定、免维护、运行频率高等特点。
在低转速下，开关磁阻电动机的扭矩相对较大。
2.缺点：开关磁阻电动机的设计需要较高的技术要求，同时其性能会受到外界电磁干扰的影响；开关磁阻电动机的调速性能相对较差，调速精度难以达到高级别的要求。
综上所述，开关磁阻电动机具有独特的工作原理和优势特点，在一些特定应用场合中具有广泛的应用前景。
磁阻效应
所谓巨磁阻效应，是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。巨磁 阻是一种量子力学效应，它产生于层状的磁性薄膜结构。这种结构是由铁磁材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成。 当铁磁层的磁矩相互平行时，载流子与自旋有关的散射最小，材料有最小的电阻。当铁磁层的磁矩为反平行时， 与自旋有关的散射最强，材料的电阻最大。
磁阻效应
某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象
01 含义
03 分类 05 应用
目录
02 工作原理 04 发展经历 06 实验原理
磁阻效应(Magnetoresistance Effects)的定义:是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的 现象。金属或半导体的载流子在磁场中运动时,由于受到电磁场的变化产生的洛伦兹力作用,产生了磁阻效应。
对所有非磁性金属而言，由于在磁场中受到洛伦兹力的影响，传导电子在行进中会偏折，使得路径变成沿曲 线前进，如此将使电子行进路径长度增加，使电子碰撞机率增大，进而增加材料的电阻。磁阻效应最初于1856年 由威廉·汤姆森，即后来的开尔文爵士发现，但是在一般材料中，电阻的变化通常小于5%，这样的效应后来被称 为“常磁阻”(ordinarymagnetoresistance,OMR)。
应用
磁阻效应广泛用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存 储(磁卡、硬盘)等领域。
磁阻器件由于灵敏度高、抗干扰能力强等优点在工业、交通、仪器仪表、医疗器械、探矿等领域得到广泛应 用，如数字式罗盘、交通车辆检测、导航系统、伪钞检别、位置测量等。
其中最典型的锑化铟（InSb）传感器是一种价格低廉、灵敏度高的磁阻器件磁电阻，有着十分重要的应用价 值。
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Pl ( x ) =
l
∑
n=0
1 ( l + n )! x − 1 n ( ) 2 ( n! ) ( l − n )! 2
先将乘上可变系数的legendre多项式作源， 先将乘上可变系数的legendre多项式作源， 计算其在各点处的场强，算出后和实际场 强作平方误差积分，找出误差积分最小的 系数作为低阶近似。然后在此基础上，进 一步求高阶项的系数。
set/reset功能 set/reset功能
很多小磁场传感器的性能在较大的外加磁 场下(4－20gauss)都会使得输出信号的质量 场下(4－20gauss)都会使得输出信号的质量 严重下降。为了消除这种效应，避免瞬时 性的大磁场对传感器的不良冲击性影响， honeywell磁阻传感器芯片内置了set/reset功 honeywell磁阻传感器芯片内置了set/reset功 能。
具体工作
* 实际工作中采用MFC编程实现图形显示和数据存 实际工作中采用MFC编程实现图形显示和数据存 储。 * 由于我们采用的是数值计算，因此找到速度快， 精度高的算法是关键因素。在实现实验数据拟合 时，为避免出现高阶的剧烈震荡，我们用了三次 样条的插值算法。由于没有现成的C 样条的插值算法。由于没有现成的C代码可用 （网上搜不到），只好找到一个用Pascal写的程 （网上搜不到），只好找到一个用Pascal写的程 序，逐字逐句地改了过来; 序，逐字逐句地改了过来;为了可以进行任意精度 的计算，我们从STL库里继承了Vector类。重载 的计算，我们从STL库里继承了Vector类。重载 了[]运算符，解决了数组大小的动态变化问题。 []运算符，解决了数组大小的动态变化问题。
何时使用set/reset 何时使用set/reset
当然， 如果所测磁场是静磁场 ， 当然 ， 如果所测磁场是静磁场， 或者变化 不大，复位功能(set/reset)也不是一定时时需 不大，复位功能(set/reset)也不是一定时时需 要的， 要的 ， 当发现传感器的灵敏度有下降的情 况时进行一次复位操作可以在一般使用情 况下达到满意的效果。 况下达到满意的效果。
典型的应用电路：
由传感器，仪器放大器，电源，set/reset功能脉冲电流发生电路，A/D转换接口电路构成 （不包括后继的数据处理部分）
置位/ 置位/复位电路具体实现难度
窄脉冲 重负载 使用电容时还要考虑其电阻特性 资料提供电路图有误
解决方案
将产生脉冲电路与输出带负载部分电路分 开考虑 用门电路的延时效应，电容、电阻网络的 微分性，制成窄脉冲发生器 用集电极开路非门7406多个门并联驱动负 用集电极开路非门7406多个门并联驱动负 载，以减小输出阻抗，增大带负载能力。
窄脉冲发生器 和输出带负载部分
输出波形
关于磁阻传感器应用的讨论：
1. 现有磁传感器的应用： 感应开关、速度计、角速度计、探矿等 2. AMR的长处： AMR的长处： 敏感度高，精确，响应时间短 3. 可能的应用： 联想CT原理，磁CT? 联想CT原理，磁CT?
工作原理
由场求源－－给定场在某个区域内的分布， 求出源的分布。 1。可能性： 是否给定场的某一分布，所对应的源是唯 一决定的？ 2。可行性： 给定场的分布，有没有办法将源分布计算 出来？
芯片管脚排布
电压与磁场关系曲线
外加磁场和电桥电压输出的线性关系：
芯片内的惠斯通电桥
同时， 同时，honeywell1022磁阻传感器还内置了两组功能性的铁磁性 磁阻传感器还内置了两组功能性的铁磁性 电阻，外部相应的有两组功能管脚，称作offset管脚和 管脚和set/reset管 电阻，外部相应的有两组功能管脚，称作 管脚和 管 脚。
传感器原理
各向异性磁阻传感器是将铁镍合金薄膜沉 积在硅基底上构成的， 积在硅基底上构成的 ， 沉积的时候薄膜以 条带的形式排布， 条带的形式排布 ， 形成一个平面的线阵以 增加磁阻的感知磁场的面积。 增加磁阻的感知磁场的面积。
传感器原理
当外部磁场加到这样的铁磁性薄膜上的时 候 ， 磁畴旋转， 改变空间取向， 这样使得 磁畴旋转 ， 改变空间取向 ， 薄膜条带构成的线阵的表观电阻发生改变。 薄膜条带构成的线阵的表观电阻发生改变 。 具体的说， 具体的说 ， 电桥的相对的两个臂上的电阻 增大， 而另外两只相对的臂上的电阻减小， 增大 ， 而另外两只相对的臂上的电阻减小 ， 就反应在电桥电压输出的改变上。 就反应在电桥电压输出的改变上。
感谢同刘进老师的多次有益的讨论，感 谢电子系唐镇松教授和王楚教授在电路方 面的指导，以及电子系高年级师兄在使用 protel软件进行布线，制作印刷电路板方面 protel软件进行布线，制作印刷电路板方面 的帮助！
3。可操作性： 在现有的条件下，有没有可能在可接受的时 间内完成计算？ 结论： ……
公式与算法
比奥－萨伐公式：
dB=
µ0 Idl ×r 4π r3
直线上各点处的磁感应强度 大小和方向可以用对整个导 线的积分作出
因此，导线形状决定了场强 分布。已知形状，可求分布。
由于在给定的简化条件下，源形状为过固定端点 的简单曲线（不考虑复值情况）。也即源函数可 用函数空间中一组标正基线性表出，故猜想可以 用数值计算逼近的办法。 Legendre Polynomials
实验内容
实验一： 三角形 目的： 确认传感器测量精度能 达到逼近要求的精度 方法： 比较实测场强值与理 论计算值的差别。
实验数据－－理论数据
实验二： 拟合的曲线给出的图形和实际图形的对比
实验三： 更多图形的实验（由于时间限制和实验室数据采 集卡说明没有注明具体操作方法），实验数据尚 未得出，这里给出形状和理论场强。
各向异性磁阻传感器的应用
——从设想到实践 ——从设想到实践
指导教师：刘进老师 合作者： 物理系：刘奇 电子系：虞南方 裴轶
各向异性磁阻传感器(AMR) 各向异性磁阻传感器(AMR)
原理： *Anisotropic Magnetoresistive Effect——各向 Effect——各向 异性磁阻效应 *Unlike the Hall effect,AMR is fundamentally a quantum-mechanical effect. quantum*spin*spin-orbit interactions between the electron trajectory (orbit) and the magnetization (spin).
ห้องสมุดไป่ตู้
各向异性磁阻传感器HMC1002 各向异性磁阻传感器HMC1002
实验中采用HoneyWell公司的HMC1002 实验中采用HoneyWell公司的HMC1002 特性： *响应时间短（可以测高频交变磁场） *测量精度高 （达10^(-8)T) （达10^(*有两个敏感轴，可确定平面内大小方向 芯片体积小，定位较准确
* 同样，处理数值积分时用的Romberg法 同样，处理数值积分时用的Romberg法 也没有现成的代码。只好找到一个伪代码 描述自己来写。在处理输入问题时，用了 北大未名BBS上一位同学为MSflexGrid做 北大未名BBS上一位同学为MSflexGrid做 的功能扩展头文件，非常方便，在此表示 感谢。
set/reset功能管脚 set/reset功能管脚 的作用
使磁阻传感器始终工作在高灵敏度的 状态； 改变输出电压信号的极性；
set/reset功能管脚的应用是该磁阻传感器最有特色的地方，有必要 功能管脚的应用是该磁阻传感器最有特色的地方， 功能管脚的应用是该磁阻传感器最有特色的地方 做一些更具体的介绍: 做一些更具体的介绍:
Offset管脚 Offset管脚
通过在Offset管脚上加置合适的电压可以使得 通过在Offset管脚上加置合适的电压可以使得： 管脚上加置合适的电压可以使得： 把某个特定方向的不需要的磁场扣减掉 （“屏蔽”）； 屏蔽” 修正由于工艺本身造成的电桥的不平衡； 通过电桥输出的电压信号的反馈可以由offset 通过电桥输出的电压信号的反馈可以由offset 功能完全抵消外部磁场对传感器的作用， 功能完全抵消外部磁场对传感器的作用 ， 可以方 便的实现“ 回零 ” 的操作 ， 便的实现 “ 回零” 的操作， 这在用这个传感器搭 建一些更复杂的测量系统的时候会非常有用；
一个简单想法就是： 当逼近源产生的场足够接近于实际的场 时，逼近源的形状也就与实际源的形状足 够接近。 当然，这种说法只有在“微扰” 当然，这种说法只有在“微扰”前提下才 较精确，否则未必成立。
实际过程： 1. 测量实际场强。 2. 拟合场强分布，得到较光滑的场分布函数 3. 利用刚才所讲的方法，由场分布函数求得逼近 源函数，得到源的近似形状。
它的作用具体如下： 当磁阻传感器受到外加大磁场干扰后， 当磁阻传感器受到外加大磁场干扰后 ， 构 成它的铁磁性薄膜材料的磁畴就会呈现随 机取向的状态， 机取向的状态 ， 这会使得它的灵敏度受到 影响。 影响。
作用原理
芯片内部实现set/reset功能的部件实际上是 芯片内部实现set/reset功能的部件实际上是 一组铁磁性电阻，当一个冲击性电流通过 这个铁磁性电阻的时候，会产生沿着传感 器灵敏方向的“内部” 器灵敏方向的“内部”磁场，如果冲击电 流足够大，这个大的“内部” 流足够大，这个大的“内部”磁场可以使 得传感器的磁畴全部沿着敏感方向有序排 布，这就使得它回复到一个最初始的状态， 在这个状态下感知磁场可以有最灵敏和最 准确的输出信号。
从物理上说，磁畴是具有记忆性的：当先 后将两个磁场A,B加到一组磁畴上后, 后将两个磁场A,B加到一组磁畴上后,磁畴的 排布效果与仅将B 排布效果与仅将B磁场加到它上面磁畴的排 布效果不同，即磁畴的排布与它感知的磁 场“历史”有关，而不仅仅取决于当前的 历史” 磁场。
所以可以想像，时时对传感器进行复位操 作（set/reset） 作（set/reset）可以使得磁畴总是从一个最 初始的状态去感知外部磁场，这在测量不 断变化的磁场的时候可以使得测得数据很 准确的反应变化的磁场。 下面是进行了置位/ 下面是进行了置位/复位操作后磁畴排布的 示意图: 示意图: