【2017年整理】磁阻传感器以及磁场测量.docx

北 航 基 础 物 理 实 验 研 究 性 报 告各向异性磁阻传感器（AMR）与地磁场测量第一作者： 13271138 卢 杨第二作者： 13271127 刘士杰所在院系： 化学与环境学院2014 年 5 月 27 日星期三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场的测量可利用电磁感应，霍耳效应，磁阻效应等各种效应其中磁阻效应法发展最快，测量灵敏度最高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，地磁场测量，各种导航系统中的罗盘，计算机中的磁盘驱动器，各种磁卡机等等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，各种接近开关，隔离开关，广泛用于汽车，家电及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：磁阻传感器；磁电转换；赫姆霍兹线圈；车辆检测；罗盘目录一、实验目的 ..............................................................................................................................................4二、实验原理 ..............................................................................................................................................4三、实验仪器介绍 ......................................................................................................................................6四、实验内容 ..............................................................................................................................................81.测量前的准备工作 ...............................................................................................................................82.磁阻传感器特性测量 ...........................................................................................................................8a.测量磁阻传感器的磁电转换特性 ....................................................................................................8b.测量磁阻传感器的各向异性特性 ...................................................................................................93.赫姆霍兹线圈的磁场分布测量 ...........................................................................................................9a. 赫姆霍兹线圈轴线上的磁场分布测量 ...........................................................................................9b．赫姆霍兹线圈空间磁场分布测量 ..............................................................................................114．地磁场测量 ......................................................................................................................................12五、实验数据及数据处理 ........................................................................................................................131.磁阻传感器特性测量 .........................................................................................................................13a.测量磁阻传感器的磁电转换特性 ..................................................................................................13b．测量磁阻传感器的各向异性特性 ..............................................................................................142．赫姆霍兹线圈的磁场分布测量 ......................................................................................................15a．赫姆霍兹线圈轴线上的磁场分布测量 .......................................................................................15b．赫姆霍兹线圈空间磁场分布测量 ..............................................................................................163．地磁场测量 ......................................................................................................................................17六、误差分析与思考题 ............................................................................................................................171、误差分析 ..........................................................................................................................................172、思考题 ..............................................................................................................................................18七、实验中注意事项及改进方法 ............................................................................................................191、注意事项 ..........................................................................................................................................192、实验改进 ..........................................................................................................................................19八、总结与收获 ........................................................................................................................................20九、原始数据照片 ....................................................................................................................................20一、实验目的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-Resistive sensors）由沉积在硅片上的坡莫合金（Ni 80 Fe20）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＋(R max－R min)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 ΔR；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＝V b×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。