各向异性磁阻效应与传感器实验

各向异性磁阻效应与传感器实验

【实验目的】

1.了解正常磁电阻效应、各向异性电阻效应的基本知识。

2.了解各向异性磁阻传感器原理并对特性进行测量。

3.测量亥姆霍兹线圈的磁场分布。

【实验原理】

1.磁电阻

通常磁场会影响电阻率变化，磁电阻表示为ρ

ρ

∆=

MR 。

（1）正常磁电阻效应

正常磁电阻效应是由于电子受到洛伦兹力，产生回旋运动，增加了散射几率，导致电阻率增加。在低磁条件下，随着温度的升高，电阻率增加。

（2）各向异性磁电阻效应

AMR 依赖于磁场方向和电流方向的夹角。电阻率表示为：()()ϕρρρϕρ2cos ⊥⊥-+=

2.各向异性磁阻传感器

各向异性电阻由沉积在硅片上的坡莫合金薄膜形成电阻。沉积时外加磁场，形成易磁化轴方向，通常通电电流与易磁化轴方向成45度角。

下图是由四个各向异性磁阻原件构成的惠斯特电桥。无外磁场时，四个阻值相等，输出电压为0。有外磁场时，合成磁化方向偏转了一个小角度。结果使R2和R3夹角增大，电阻减小R ∆；相反，R1和R4增加R ∆，此时输出电压可表示为：b U R

R U ∆=

∆ 式中b U 为电桥工作电压，R 为桥臂电阻，故AMR 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。

【实验仪器】

磁阻传感器、亥姆霍兹线圈、角度位置调节装置。

【实验步骤】

1.测量准备

调节线圈电流至0，再通过调节补偿电流使输出电压为0。再把线圈电流调至300mA，调节放大倍数，使输出为1.5V。

2.磁阻传感器特性测量

将线圈电流逐渐减小至-300mA，记录相应的输出电压值。电流换向时，必须按复位键消磁。测量各向异性时，线圈电流调至200mA，测量不同夹角时的电压。实验时要注意把传感器盒和整个仪器同时转动角度。

3.亥姆霍兹线圈磁场发布测量

改变横轴纵轴位移，每0.05R测量一次。

【数据处理】

1.计算磁阻传感器的灵敏度

∴灵敏度K=U/B=0.2561

2.各向异性特性 不将传感器盒向相反方向旋转时的输出电压：

下图为输出电压与αcos 的关系图

经线性拟合得R=0.9903，可认为U 与αcos 成线性关系。 下图为输出电压与的关系图

α2

cos

经线性拟合得R=0.95842，可知U 与不成线性关系。

由上可得磁阻传感器的输出电压即磁感应强度与成正比，与的关系不明朗，

而电阻率是与

成正比，说明磁感应强度的二次方可能是与电阻率成正比的。

3.亥姆霍兹线圈磁场分布特点(B0=4Gs)

α2

cos αcos α2

cos α2cos

由图可知，在(0.3R,0)和(0,0.3R)处最低，然后向两侧逐渐增加，(0.3R,0.3R)处最高，最高为1.045V。理论值最高为1.033V(4Gs)，所以比理论值高。

查阅文献可知，北京地区的地磁场为0.55Gs，实验测出的地磁场为0.464Gs。比理论值小。可能为附近的磁性物体所影响。

5.思考题：

1.300mA时，电阻率的改变与外加磁场的强度成线性关系，此时调节放大倍数，可减小误差。

2.避免补偿电流产生的磁场对地磁场的测量带来影响；如果不调节，会导致地磁场的测量不准确。

3.4个桥臂电阻不严格相等；测得一次电压后，改变极性再测一次电压，两次电压的差值除以2，得到的电压可消除电桥偏离所带来的影响。

4.抵消外界干扰磁场对实验带来的影响。