各向異性磁阻效應(yīng)與傳感器實(shí)驗(yàn)

各向異性磁阻效應(yīng)與傳感器實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹苛私庹４烹娮栊?yīng)、各向異性電阻效應(yīng)的基本知識。了解各向異性磁阻傳感器原理并對特性進(jìn)行測量。測量亥姆霍茲線圈的磁場分布?！緦?shí)驗(yàn)原理】1.磁電阻…Ap通常磁場會影響電阻率變化，磁電阻表示為MR=-P-。（1） 正常磁電阻效應(yīng)正常磁電阻效應(yīng)是由于電子受到洛倫茲力，產(chǎn)生回旋運(yùn)動，增加了散射幾率，導(dǎo)致電阻率增加。在低磁條件下，隨著溫度的升高，電阻率增加。（2） 各向異性磁電阻效應(yīng)AMR依賴于磁場方向和電流方向的夾角。電阻率表示為：p（p）=P【+（p-pjcos2平各向異性磁阻傳感器各向異性電阻由沉積在硅片上的坡莫合金薄膜形成電阻。沉積時外加磁場，形成易磁化軸方向，通常通電電流與易磁化軸方向成45度角。坡莫合金薄膜易廄化軸方向圖19.1備向異性磁電阻下圖是由四個各向異性磁阻原件構(gòu)成的惠斯特電橋。無外磁場時，四個阻值相等，輸出電壓為0。有外磁場時，合成磁化方向偏轉(zhuǎn)了一個小角度。結(jié)果使R2和R3夾角增大，電阻減小AR；相反，R1和R4增加AR，此時輸出電壓可表示為：AU-――URb式中Ub為電橋工作電壓，R為橋臂電阻，故AMR傳感器輸出電壓與磁場強(qiáng)度成正比，可利用磁阻傳感器測量磁場。fr成磁化方向一M【實(shí)驗(yàn)儀器】磁阻傳感器、亥姆霍茲線圈、角度位置調(diào)節(jié)裝置?！緦?shí)驗(yàn)步驟】測量準(zhǔn)備調(diào)節(jié)線圈電流至0，再通過調(diào)節(jié)補(bǔ)償電流使輸出電壓為0。再把線圈電流調(diào)至300mA，調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，使輸出為1.5V。磁阻傳感器特性測量將線圈電流逐漸減小至-300mA，記錄相應(yīng)的輸出電壓值。電流換向時，必須按復(fù)位鍵消磁。測量各向異性時，線圈電流調(diào)至200mA，測量不同夾角時的電壓。實(shí)驗(yàn)時要注意把傳感器盒和整個儀器同時轉(zhuǎn)動角度。亥姆霍茲線圈磁場發(fā)布測量改變橫軸縱軸位移，每0.05R測量一次?！緮?shù)據(jù)處理】1.計算磁阻傳感器的靈敏度線圈電流(mA)300250200150100500磁感應(yīng)強(qiáng)度(Gs)6543210輸出電壓(V)1.5101.2791.0350.7830.5250.2620線圈電流(mA)-300-250-200-150-100-50磁感應(yīng)強(qiáng)度(Gs)-6-5-4-3-2-1輸出電壓(V)-1.515-1.282-1.039-0.791-0.532-0.269

U-B曲線圖Y=-0.00262+0.256114X2.Qr-2.0靈敏度K=U/B=0.25612.各向異性特性夾角a(度)0102030405060708090cosa10.9850.9400.8660.7660.6430.50.3420.1740cos2a10.9700.8830.750.5870.4130.250.1170.0300輸出電壓(V)1.0351.0260.9870.9330.8350.7210.5750.4120.2500.044不將傳感器盒向相反方向旋轉(zhuǎn)時的輸出電壓：輸出電壓(V)1.0351.0501.0631.0761.0871.0971.1031.1101.1141.116下圖為輸出電壓與cosa的關(guān)系圖U-cosa曲線IMB1.2「1.1-I kQ.S-5。?母- /Q.4-0.S-fl.2-0.1Q.Q"_■__I__■__I__■__I__■__I__■__I__■__I__■__I__-__I__■__I——■__IO.CQ.1 Q.2 0-.3 0.4D.S0.6- 0.7Q.S0.B 1.0COSCl0.99903 0.01632 16 <6.0001經(jīng)線性擬合得R=0.9903，可認(rèn)為U與cosa成線性關(guān)系。下圖為輸出電壓與cos2a的關(guān)系圖U-COSa2曲線圖—1.2「11■/1.Q-TOC\o"1-5"\h\z"I .D.-E->°"-/)0.5-0.4- .03D.2-0.1-0.0_■——I——,——I——■——I——■——I——,——I——,——I——■——I——,——I——,——I——■——I0.0 U.1 0.2 0.3Q.4 0.5 0.6 D.7O.B 0.B 1.1cosot2S.9&842Q.10591 10 <0.0001經(jīng)線性擬合得R=0.95842,可知U與cos2以不成線性關(guān)系。由上可得磁阻傳感器的輸出電壓即磁感應(yīng)強(qiáng)度與cos口成正比，與cos2以的關(guān)系不明朗，而電阻率是與C0S2以成正比，說明磁感應(yīng)強(qiáng)度的二次方可能是與電阻率成正比的。亥姆霍茲線圈磁場分布特點(diǎn)(B0=4Gs)位置X-0.5R-0.4R-0.3R-0.2R-0.1R0B理論(X)/B00.9460.9750.9920.99811輸出電壓(V)0.9821.0121.0281.0341.0351.035B測量值(X)3.833.954.014.044.054.05位置X0.5R0.4R0.3R0.2R0.1RB理論(X)/B00.9460.9750.9920.9981輸出電壓(V)0.9811.0111.0261.0321.035B測量值(X)3.833.954.014.034.04

量值理論值位置X(R)3.7量值理論值位置X(R)3.7| ， | ， | ? | ， | 3.EI，I，I，I，I，I-Q.E-0.4 -D.3 -02 -Q.1Q.O-Q.1 0-.2 Q.3 0.4G.E-B-X曲線圖可見磁場分布由中心點(diǎn)向兩側(cè)逐漸減小，測量值比理論值略大，可能是附近磁場的影響。Y電壓X00.05R0.1R0.15R0.2R0.25R0.3R01.0331.0331.0331.0321.0311.0281.0240.05R1.0331.0321.0321.0321.0311.0291.0250.1R1.0341.0341.0331.0331.0321.0301.0270.15R1.0331.0331.0331.0331.0331.0321.0290.2R1.0331.0331.0341.0351.0351.0351.0340.25R1.0321.0331.0351.0361.0371.0391.0400.3R1.0311.0321.0341.0371.0401.0431.045

1.025由圖可知,在(0.3R,0)和(0,0.3R)處最低，然后向兩側(cè)逐漸增加，(0.3R,0.3R)處最高，最高為1.045V。理論值最高為1.033V(4Gs),所以比理論值高。1.025由圖可知,4.北京地區(qū)地磁場的測量:磁傾角(度)磁偏角(度)磁感應(yīng)強(qiáng)度Ui(V)U2(V)u二官申)B=U(Gs)0.25()6080.094-0.1390.1160.464查閱文獻(xiàn)可知，北京地區(qū)的地磁場為0.55GS，實(shí)驗(yàn)測出的地磁場為0.464GS。比理論值小?？赡転楦浇拇判晕矬w所影響。5.思考題：1.300mA時，電阻率的改變與外加