各向异性磁阻传感器与磁场测量

实验5-10 各向异性磁阻传感器与磁场测量

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，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。磁阻传感器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。MRAMRGMR），）），各向异性磁阻（，巨磁阻（磁阻元件的发展经历了半导体磁阻（CMRAMR 的特性并利用它对磁场进行测量。庞磁阻（）等阶段。本实验研究【实验目的】

1AMR 的原理并对其特性进行实验研究。．了解2 测量赫姆霍兹线圈的磁场分布。．3 测量地

磁场。．【实验原理】

AMRAnisotropic （传感器各向异性磁阻Magneto-Resistive sensors）由沉积在硅片上的坡莫合Ni80 Fe20）薄膜形成电阻。沉积时外加磁场，金（形成易磁化轴方向。易磁化轴是指各向异性的磁体能获得最佳磁性能的方向，也就是无外界磁干扰时磁畴整齐排列方向。铁磁材料的电阻与电流和磁化方向的夹角有R最大，电流与关，电流与磁化方向平行时电阻max Rθ电流与磁化方向成磁化方向垂直时电阻最小，min角时，电阻可表示为：－R)cos2θR = R(R5-10-1 ）（＋minminmax 在磁阻传感器中，为了消除温度等外界因素对图5-10-1磁阻电桥4个相同的磁阻元件构成惠斯通电输出的影响，由5-10-15-10-1电桥，结构如图中，易磁化轴方向与所示。图4545当沿与易磁化轴垂直的度偏置磁场，采用理论分析与实践表明，度。流方向的夹角为方向施加外磁场，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。电桥的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，29-14所示方向的磁场时，合个桥臂电阻阻值相同，输出为零。当在磁敏感方向施加如图结果使左上和右下桥臂电流与磁化方向的成磁化方向将在易磁化方向的基础上逆时针旋转。RΔRΔ。通过；右上与左下桥臂电流与磁化方向的夹角

减小，电阻增大夹角增大，电阻减小对电桥的分析可知，此时输出电压可表示为：1 / 6

UVΔR/R 5-10-2 ）（＝×b VR为桥臂电阻，为电桥工作电

压，式中，b

R/RΔ为磁阻阻值的相对变化率，与外加磁AMRR/R=KB,BΔ磁成正比，即场强度故阻传感器输出电压与磁场强度的关系为BU=KV，因此可利用磁阻传感器测量磁b K为磁阻传感器的灵敏度，本仪场。其中为敏度器的灵器所用磁阻传感1mV/V.Gauss。灵敏度表示，当磁阻电桥的11V，被测磁场磁感应强度为工作电压为1mV。高斯时，输出信号为商品磁阻传感器已制成集成电路，除29-1所示的电源输入端和信号输出端图/反向置位端和补偿端两对功外，还有复位/反向置位脉冲作用图5-10-2 复位能性输入端口，以确保磁阻传感器的正常工作。AMR/5-10-2置于超过其线性工作范围的磁场中时，磁复位。反向置位的机理可参见图通过改变传感器的输出特性。此时可在复位端输入脉冲电流，干扰可能导致磁畴排列紊乱，若脉使磁畴重新整齐排列，恢复传感器的使用特性。内部电路沿易磁化轴方向产生强磁场，冲电流方向相反，则磁畴排列方向反转，传感器的输出极性也将相反。15mA高斯的磁本仪器从补偿端每输入通过内部电路将在磁敏感方向产生补偿电流，场。可用来补偿传感器的偏离。

AMR45-10-3的磁电转换特性曲线。其中电桥偏离是在传感器制造过程中，个桥图为

不管要补臂电阻不严格相等带来的，外磁场偏离是测量某种磁场时，外界干扰磁场带来的。29-5中的特性曲线平移，使所测偿哪种偏离，都可调节补偿电流，用人为的磁场偏置使图磁场为零时输出电压为零。大小两线圈内的电流方向一致，赫姆霍兹线圈是由一对彼此平行的共轴圆形线圈组成。dR。这种线圈的特点是能在公共轴线中正好等于圆形线圈的半径相同，线圈之间的距离可以计算出赫姆霍兹线圈公共轴线根据毕奥－萨伐尔定律，点附近产生较广泛的均匀磁场，

中点的磁感应强度为：5-10-3

?NI80?B?5-10-3 ）（

023/R5RIN为赫姆霍兹线圈的平均半径，为线圈匝数，式中，为流经线圈的电流强度，7???10?4?H/m 由上式计算出的磁感应强度单为真空中的磁导率。采用国际单位制时，01mA0.14mN310R100001时，，＝＝，线圈电流为。本实验仪位为特斯拉（特斯拉＝高斯）0.02高斯。赫姆霍兹线圈中部的磁感应强度为在科研及生产中得到广泛赫姆霍兹线圈能在公共轴线中点附近产生较广泛的均匀磁场，的应用。可以计算出通电圆线圈在轴线上任意一点产生的磁感应强度矢根据毕奥－萨伐尔定律，2 / 6

x的点的磁感应强度为量垂直于线圈平面，方向由右手螺旋定则确定，与线圈平面距离为

12?IR0?)(xB(5-10-4)

12223/)x2(R?1若以两线圈中点为坐标原点，则轴线上任意一点的磁感应强度是两线圈在该点产生的磁感应强度之和

22??INRNRI00??x)B(

RR23/223/222]xR]2[)?(?R2[?(?x)22(5-10-5) 23/151}{?B?

0xx11162223/23/][1?(?)]?)[1?(

R2R2xxB30取不同值＝列出了是时，即赫姆霍兹线圈公共轴线中点的磁感应强度。表0B/B值的理论计算结果。时0x B/By?0.2RB/?(BB)R.2x?0的范围内，，小于百分之一，理论分析表明，在xy0x0小于万分之二，固可认为在赫姆霍兹线圈中部较大的区域内，磁场方向沿轴线方向，磁场大小基本不变。地球本身具有磁性，地表及近地空间存在的磁场叫地磁场。地磁的北极，南极分别在地理南极，北极附近，彼此并不重合，可用地磁场强度，磁倾角，磁偏角三个参量表示地磁场的大小和方向。磁倾角是地磁场强度矢量与水平面的夹角，磁偏角是地磁场强度矢量在水平面的投影与地球经线（地理南北方向）的夹角。在现代的数字导航仪等系统中，通常用互相垂直的三维磁阻传感器测量地磁场在各个方向的分量，根据矢量合成原理，计算出地磁场的大小和方位。本实验学习用单个磁阻传感器测量地磁场的方法。在实验室内测量地磁场时，建筑物的钢筋分布，同学携带的铁磁物质，都可能影响测量结果，因此，此实验重在掌握测量方法。

】实验仪器【图如仪结构实验5-10-4所示，核心部分是磁阻传感器，辅以磁阻传感器的角度、位置调节及读数机构，赫姆霍兹线圈等组成。本仪器所用磁阻传感器的工6磁阻作范围为±高斯。传感器的输出信号通常须经放大电路放大后，再接显示电路，故由显示电压计算磁场强3 / 6

磁场实验仪图5-10-4

5V50，磁感应度时还需考虑放大器的放大倍数。本实验仪电桥工作电压，放大器放大倍数10.25 伏。高斯时，对应的输出电压为强度为5-10-5所示。恒流源仪器面板如图

为赫姆霍兹线圈提供电流，电流的大小可以通过旋钮调节，电流值由电流表指示。电流换向按钮可以改变电流的方向。(OFFSET)电流调节旋钮调节补补偿偿电流的方向和大小。电流切换按钮使电流表显示赫姆霍兹线圈电流或补偿电流。传感器采集到的信号经放大后，由电压表指示电压值。放大器校正旋钮在标准磁场中校准放大器放大倍数。复位R/S）按钮每按下一次，向复位端输入（一次复位脉冲电流，仅在需要时使用。磁场实验仪5-10-5 图】实验内容【 1. 测量准备220(1) 。分钟（此段时间内完成步骤连接实验仪与电源，开机预热）(2)

将磁阻传感器位置调节至赫(),使磁敏感方向与赫姆霍兹线圈轴线一致。姆霍兹线圈中心五个标尺皆在零刻度线上5-10-2(3) 。调节赫姆霍兹线圈电流为零，按复位键（见图，恢复传感器特性）5-10-3(4) ，使传感器输出电压调节补偿电流（见图，补偿地磁场等因素产生的偏离）为零。300mA6(5) 。（此时线圈产生的磁感应强度调节赫姆霍兹线圈电流至高斯）1.500(6) 伏。调节放大器校准旋钮，使输出电压为 2. 磁阻传感器特性测量(1) 测量磁阻传感器的磁电转换特性0mA 1300mA，记录相应的输出电压数据将赫姆霍兹线圈电流从①逐步调小至按表值。，按复位按②切换电流换向开关（赫姆霍兹线圈电流反向，磁场及输出电压也将反向）键。逐步调大反向电流，记录反向输出电压值。(2) 测量磁阻传感器的各向异性特性-300 mA200mA，，（如果以上步骤结束时的线圈电流为①将赫姆霍兹线圈电流调节至200mA）要将线圈电流调节至，注意电流换向后按复位按键。②测量所测磁场方向与磁敏感方向一致时的输出电压。③松开传感器绕轴旋转锁紧螺钉，将传感器盒的磁敏感方向旋转至与赫姆霍兹线圈轴2中。向呈不同的角度后锁紧，记录输出电压数据于表 3. 赫姆霍兹线圈的磁场分布测量4 / 6

(1) 200mA ）赫姆霍兹线圈轴线上的磁场分布测量（线圈电流调节传感器磁敏感方向与赫姆霍兹线圈轴线一致，位置调节至赫姆霍兹线圈中心x?0,y?0y?0 3。），根据表）观测并记录数据（注意测量过程中保证（(2) 200mA ）赫姆霍兹线圈空间磁场分布测量（线圈电流xV4，测量赫姆数据改变磁阻传感器的空间位置，记录方向的磁场产生的电压按表x yy xx保持不变。霍兹线圈空间磁场分布。注意保持不变，或者变化时，变化时4. 地磁场测量x?0,y?0 (1) 。）将磁阻传感器

移至（(2) 将赫姆霍兹线圈电流调节至零，按电流切换按钮，将补偿电流调节至零，传感器的。磁敏感方向调节至与赫姆霍兹线圈轴线垂直并且指北（以便在垂直面内调节磁敏感方向）(3) 。调节传感器盒上平面与仪器底板平行（即传感器绕轴旋转为０度）(4) 将水准气泡盒放置在传感器盒正中，调节仪器水平调节螺钉使水准气泡居中，使磁阻传感器水平。(5) 松开线圈水平旋转锁紧螺钉，在水平面内仔细调节传感器方位，使输出最大。(6) 松开传感器绕轴旋转锁紧螺钉，在垂直面内调节磁敏感方向，至输出最大时转过的角度就是磁倾角，记录此角度。U(7) 后，松开传感器水平旋转锁紧螺钉，记录输出最大时的输出电压值将传感器转动1UU?(U?U)/2 180作为地磁场磁感应强度的（可能负值）度，记录此时的输出电压，将212。测量值（此法可消除电桥偏离对测量的影响）】数据处理【AMR 50V=5V

以磁感应强度为横轴，输出电压为纵轴，将上表数据作图，并确定所用传感器的线性工/(*V.*) ）平均值。放大倍数作范围及灵敏度（输出电压磁感应强度b AMR 200mA B 4Gs

将所测输出电压与理论值做比较，判断所测输出电压是否符合余弦规律。R=140mm 200mA B 4 Gs

5 / 6

BB/0x x Bx3讨论赫姆霍兹线圈的轴向磁场分布为横坐标，数据作图，以位置为纵坐标将表特点。4 Gs

】思考题【? ?1.为什么利用磁阻传感器测量磁场时必须使磁敏感方向与被测磁场保持一致么2.地磁场的存在影响赫姆霍兹线圈磁场的测量么？为什么？6 / 6

研究性实验报告——各向异性磁阻传感器与磁场测量

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 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 1

目录摘要 ............................................................................................... 错误!未定义书签。关键词 ........................................................................................... 错误!未定义书签。一、实验要求 ............................................................................... 错误!未定义书签。二、实验原理 ............................................................................... 错误!未定义书签。三、实验仪器介绍 ....................................................................... 错误!未定义书签。四、实验内容 ............................................................................... 错误!未定义书签。 1、测量前的准备工作 ......................................................... 错误!未定义书签。 2、磁阻传感器特性测量...................................................... 错误!未定义书签。 3、测量磁阻传感器的各向异性特性.................................. 错误!未定义书签。 4、赫姆霍兹线圈的磁场分布测量...................................... 错误!未定义书签。 5、地磁场测量 ..................................................................... 错误!未定义书签。五、思考题 ................................................................................... 错误!未定义书签。六、误差分析 ............................................................................... 错误!未定义书签。七、AMR传感器的应用举例 ...................................................... 错误!未定义书签。八、实验感想 ............................................................................... 错误!未定义书签。参考文献 ....................................................................................... 错误!未定义书签。附录——原始实验数据(影印版).................................................. 错误!未定义书签。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

用磁阻传感器测量地磁场解读

实验三十七用磁阻传感器测量地磁场地磁场的数值比较小，约T 5 10-量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往需要知道其数值，并设法消除其影响，地磁场作为一种天然磁源，在军事、工业、医学、探矿等科研中也有着重要用途。本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测定地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平分量和垂直分量；测量地磁场的磁倾角，从而掌握磁阻传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法。【实验目的】 1. 掌握磁阻传感器的特性和定标方法。 2. 掌握地磁场的测量方法。【实验原理】物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。 HMC1021Z 型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图1所示。薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ，具有以下关系式 θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥ (1) 其中∥ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会生较大的变化，利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方向。同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，用于产生一个偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分(当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系)，使磁阻传感器输出显示线性关系。 HMC1021Z 磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器，它能测量与管脚平行方向的磁场。传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥，非平衡电桥输出部分接集成运算放大器，将信号放大输出。传感器内部结构如图2所示，图中由于适当配置的四个磁电阻电流方向不相同，当存在外界磁场时，引起电阻值变化有增有减。因而输出电压out U 可以用下式

大学物理实验讲义实验04 磁阻效应法测量磁场

实验15 磁阻效应法测量磁场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，霍尔效应，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。【实验目的】 1．了解AMR 的原理并对其特性进行实验研究。 2．测量赫姆霍兹线圈的磁场分布。 3．测量地磁场。【仪器用具】 ZKY-CC 各向异性磁阻传感器（AMR ）与磁场测量仪【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 Fe 20）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与磁化方向的夹角有关，电流与磁化方向平行时电阻R max 最大，电流与磁化方向垂直时电阻R min 最小，电流与磁化方向成θ角时，电阻可表示为：θ2 min max min cos )(R R R R -+= （1）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。理论分析与实践表明，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

霍尔效应法测量螺线管磁场分布

霍尔效应法测量螺线管磁场分布 1879年美国霍普金斯大学研究生霍尔在研究载流导体在磁场中受力性质时发现了一种电磁现象，此现象称为霍尔效应，半个多世纪以后，人们发现半导体也有霍尔效应，而且半导体霍尔效应比金属强得多。近30多年来，由高电子迁移率的半导体制成的霍尔传感器已广泛用于磁场测量和半导体材料的研究。用于制作霍尔传感器的材料有多种:单晶半导体材料有锗，硅；化合物半导体有锑化铟，砷化铟和砷化镓等。在科学技术发展中，磁的应用越来越被人们重视。目前霍尔传感器典型的应用有：磁感应强度测量仪(又称特斯拉计)，霍尔位置检测器，无接点开关，霍尔转速测定仪，100A-2000A 大电流测量仪，电功率测量仪等。在电流体中的霍尔效应也是目前在研究中的“磁流体发电”的理论基础。近年来，霍尔效应实验不断有新发现。1980年德国冯·克利青教授在低温和强磁场下发现了量子霍尔效应，这是近年来凝聚态物理领域最重要发现之一。目前对量子霍尔效应正在进行更深入研究，并取得了重要应用。例如用于确定电阻的自然基准，可以极为精确地测定光谱精细结构常数等。通过本实验学会消除霍尔元件副效应的实验测量方法，用霍尔传感器测量通电螺线管内激励电流与霍尔输出电压之间关系，证明霍尔电势差与螺线管内磁感应强度成正比；了解和熟悉霍尔效应重要物理规律,证明霍尔电势差与霍尔电流成正比；用通电长直通电螺线管轴线上磁感应强度的理论计算值作为标准值来校准或测定霍尔传感器的灵敏度，熟悉霍尔传感器的特性和应用；用该霍尔传感器测量通电螺线管内的磁感应强度与螺线管轴线位置刻度之间的关系，作磁感应强度与位置刻线的关系图，学会用霍尔元件测量磁感应强度的方法. 实验原理 1．霍尔效应霍尔元件的作用如图1所示.若电流I 流过厚度为d 的半导体薄片，且磁场B 垂直作用于该半导体,则电子流方向由于洛伦茨力作用而发生改变，该现象称为霍尔效应，在薄片两个横向面a 、b 之间与电流I ，磁场B 垂直方向产生的电势差称为霍尔电势差. 霍尔电势差是这样产生的：当电流I H 通过霍尔元件（假设为P 型）时，空穴有一定的漂移速度v ，垂直磁场对运动电荷产生一个洛仑兹力 )(B v q F B ?= （1）式中q 为电子电荷，洛仑兹力使电荷产生横向的偏转，由于样品有边界，所以偏转的载流子将在边界积累起来，产生一个横向电场E ，直到电场对载流子的作用力F E ＝qE 与磁场作用的洛仑兹力相抵消为止，即 qE B v q =?)( （2）这时电荷在样品中流动时不再偏转，霍尔电势差就是由这个电场建立起来的。如果是N 型样品，则横向电场与前者相反，所以N 型样品和P 型样品的霍尔电势差有不同的符号，据此可以判断霍尔元件的导电类型。设P 型样品的载流子浓度为Р，宽度为ω，厚度为d ，通过样品电流I H ＝Рqv ωd ，则空穴的速度v= I H /Рq ωd 代入（2）式有 d pq B I B v E H ω= ?= （3）上式两边各乘以ω，便得到 d B I R pqd B I E U H H H H == =ω （4）

磁阻传感器和地磁场的测量

磁阻传感器和地磁场的测量一．实验目的掌握磁阻传感器的特性。掌握地磁场的测量方法。二．实验原理物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。 HMC1021Z 型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图6-8-1所示。薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ，具有以下关系式θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥ 其中∥ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会生较大的变化，利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方向。同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，用于产生一个偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分(当

外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系)，使磁阻传感器输出显示线性关系。 HMC1021Z 磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器，它能测量与管脚平行方向的磁场。传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥，非平衡电桥输出部分接集成运算放大器，将信号放大输出。传感向不相同，当存在外界磁场时，引起电阻值变化有增有减。因而输出电压out U 可以用下式表示为b out V R R U ??? ? ???= 磁阻传感器的构造示意图磁阻传感器内的惠斯通电桥对于一定的工作电压，如V V b 00.6=，HMC1021Z 磁阻传感器输出电压 out U 与外界磁场的磁感应强度成正比关系，KB U U out +=0 上式中，K 为传感器的灵敏度，B 为待测磁感应强度。0U 为外加磁场为零时传感器的输出量。由于亥姆霍兹线圈的特点是能在其轴线中心点附近产生较宽范围的均匀磁场区，所以常用作弱磁场的标准磁场。亥姆霍兹线圈公共

磁阻效应实验

磁阻效应实验 [概述] 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、探矿等领域应用十分广泛，如：交通车辆检测，导航系统、伪钞检测、位置测量等。其中最典型的锑化铟（InSb）传感器是一种灵敏度高的磁电阻，有着十分重要的应用价值。 [实验项目] 1、理解磁阻效应、霍尔效应等概念。 2、掌握测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系的一种方法。 3、作出锑化铟传感器的电阻变化与磁感应强度的关系曲线，并对此关系曲线的非线性区域和线性区域分别进行拟合。 [实验原理] 一定条件下，导电材料的电阻值R随磁感应强度B的变化规律称为磁阻效应。如图2所示，当半导体处于磁场中时，导体或半导体的载流子将受洛仑兹力的作用，发生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍耳电场。如果霍耳电场作用和某一速度载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，那么小于或大于该速度的载流子将发生偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，电阻增大，表现出横向磁阻效应。若将图1中a端和b端短路，则磁阻效应更明显。通常以电阻率的相对改变量来表示磁电阻的大小，即用Δρ/ρ（0）表示。其中ρ（0）为零磁场时的电阻率，设磁电阻在磁感应强度为B的磁场中电阻率为ρ（B），则Δρ=ρ（B）-ρ（0）。由于磁阻传感器电阻的相图1 磁阻效应

对变化率ΔR/R（0）正比于ΔR=R（B）-R（0），因此也对变FD-MR-II 型磁阻效应实验仪，图2为该仪器示意图 ρ/ρ（0），这里Δ可以用磁阻传感器电阻的相对改变量ΔR/R（0）来表示磁阻效应的大小。实验证明，当金属或半导体处于较弱磁场中时，一般磁阻传感器电阻相化率ΔR/R（0）正比于磁感应强度B 的平方，而在强磁场中ΔR/R（0）与磁感应强度B 呈线性关系。磁阻传感器的上述特性在物理学和电子学方面有着重要应用。 [实验仪器] 实验采用图2 FD-MR-II 磁阻效应实验仪 FD-MR-II 型磁阻-2V 直流数字电压表、效应验仪包括直流双路恒流电源、 0电磁铁、数字式毫特仪（GaAs 作探测器）、锑化铟（InSb）磁阻传感

磁阻效应及磁阻传感器实验

一、实验题目：磁阻效应及磁阻传感器的特性研究二、实验目的：1、了解磁阻效应的基本原理及测量磁阻效应的方法； 2、测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系； 3、画出锑化铟传感器电阻变化与磁感应强度的关系曲线，并进行相应的曲线和直线拟合； 4、学习用磁阻传感器测量磁场的方法。三、实验原理：磁阻效应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。和霍尔效应一样，磁阻效应也是由于载流子在磁场中受到的洛仑兹力而产生的。若外加磁场与外加电场垂直，称为横向磁阻效应；若外加磁场与外加电场平行，称为纵向磁阻效应。磁阻效应还与样品的形状有关，不同几何形状的样品，在同样大小的磁场作用下，其电阻不同，该效应称为几何磁阻效应。由于半导体的电阻率随磁场的增加而增加，有人又把该磁阻效应称为物理磁阻效应。目前，磁阻效应广泛应用于磁传感、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。一定条件下，导电材料的电阻值R随磁感应强度B变化规律称为磁阻效应。如图1所示，当半导体处于磁场中时，导体或半导体的载流子将受洛仑兹力的作用，发生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍尔电场。如果霍尔电场作用和某一速度的载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，则小于此速度的电子将沿霍尔电场作用的方向偏转，而大于此速度的电子则沿相反方向偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，即沿电场方向的电流密度减小，电阻增大，也就是由于磁场的存在，增加了电阻，此现象称为磁阻效应。如果将图1中U H短路，磁阻效应更明显。因为在上述的情况里，磁场与外加电场垂直，所以该磁阻效应称为横向磁阻效应。当磁感应强度平行于电流时，是纵向情况。若载流子的有效质量和弛豫时间与移动方向无关，纵向磁感应强度不引起载流子漂移运动的偏转，因而没有纵向霍尔效应的磁阻。而对于载流子的有效质量和弛豫时间与移动方向有关的情形，若作用力的方向不在载流子的有效质量和弛豫时间的主轴方向上，此时，载流子的加速度和漂移移动方向与作用力的方向不相同，也可引起载流子漂移运动的偏转现象，其结果总是导致样品的纵向电流减小电阻增加。在磁感应强度与电流方向平行情况下所引起的电阻增加的效应，被称为纵向磁阻效应。通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小，即用Δρ/ρ（0）表示。其中ρ（0）为零磁场时的电阻率，设磁电阻电阻值在磁感受应强度为B的磁场的电阻率为ρ（B），则Δρ=ρ（B）－ρ（0）。由于磁阻传感器电阻的相对变化率ΔR/ R（0）正比于Δρ/ρ（0），这里ΔR=R （B）－R（0）。因此也可以用磁阻传感器电阻的相对改变量ΔR/ R（0）来表示磁阻效应的大小。测量磁电阻电阻值R与磁感应强度B的关系实验装置及线路如图2所示。尽管不同的磁阻装置有不同的灵敏度，但其电阻的相对变化率ΔR/ R（0）与外磁场的关系都是相似的。实验证明，磁阻效应对外加磁场的极性不灵敏，就是正负磁场的相应相同。一般情况下外加磁场较弱时，电阻相对变化率ΔR/ R（0）正比于磁感应强度B的二次方；随磁场的加强，ΔR/ R （0）与磁感应强度B呈线性函数关系；当外加磁场超过特定值时，ΔR/ R（0）与磁感应强

磁场的测定(霍尔效应法)汇总

霍尔效应及其应用实验(FB510A 型霍尔效应组合实验仪) （亥姆霍兹线圈、螺线管线圈）实验讲义长春禹衡时代光电科技有限公司

实验一霍尔效应及其应用置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，这个现象是霍普金斯大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应。如今霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量的电测量、自动控制和信息处理等方面。在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更广泛的应用前景。掌握这一富有实用性的实验，对日后的工作将有益处。【实验目的】 1．了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件对材料要求的知识。 2．学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量试样的S H I ~V 和M H I ~V 曲线。 3．确定试样的导电类型。【实验原理】 1．霍尔效应：霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场H E 。如图1所示的半导体试样，若在X 方向通以电流S I ，在Z 方向加磁场B ，则在Y 方向即试样A A '- 电极两侧就开始聚集异号电荷而产生相应的附加电场。电场的指向取决于试样的导电类型。对图1（a ）所示的N 型试样，霍尔电场逆Y 方向，（b ）的P 型试样则沿Y 方向。即有 ) (P 0)Y (E )(N 0)Y (E H H 型型?>?< 显然，霍尔电场H E 是阻止载流子继续向侧面偏移，当载流子所受的横向电场力H E e ?与洛仑兹力B v e ??相等，样品两侧电荷的积累就达到动态平衡，故有

集成霍尔传感器测量圆形线圈和亥姆霍兹线圈的磁场

实验报告班级：姓名：学号：一、实验名称集成霍尔传感器测量圆形线圈和亥姆霍兹线圈的磁场二、实验目的 1、掌握霍尔效应原理测量磁场； 2、测量单匝载流原线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布。三、实验仪器亥姆霍兹线圈磁场测定仪、包括圆线圈和亥姆霍兹线圈平台（包括两个圆线圈、固定夹、不锈钢直尺等）、高灵敏度毫特计和数字式直流稳压电源。四、实验原理 1、圆线圈的磁场根据毕奥—萨伐尔定律，载流线圈在轴线上某点的磁感应强度为： NI x R R B 2 322 20) (2+= μ 式中I 为通过线圈的电流强度，R 为线圈平均半径，x 为圆心到该点的距离，N 为线圈的匝数，A m T /1047 0??=-πμ，为真空磁导率。因此，圆心处的磁感应强度为 NI R B 20 μ= 2、亥姆霍兹线圈的磁场亥姆霍兹线圈：两个半径和匝数完全相同的线圈，其轴向距离等于线圈的半径。这种线圈的特点是当线圈串联连接并通以稳定的直流电后，就可在线圈中心区域内产生较为均匀性较好的磁场，因而成为磁测量等物理实验的重要组成部件，与永久磁铁相比，亥姆霍兹线圈所产生的磁场在一定范围内具有一定的均匀性，且产生的磁场具有一定的可调性，可以产生极微弱的磁场直至数百高斯的磁场，同时在不通电的情况下不会产生环境磁场。亥姆霍兹线圈如图所示，是一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈，两线圈内电流方向一致，大小相同，线圈之间距离d 正好等于圆形线圈的半径R 。设z 为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点O 处的距离，根据毕奥—萨伐尔定律及磁

场叠加原理可以从理论上计算出亥姆霍兹线圈轴上任意一点的磁感应强度为 ? ?????-++++???='--232 2232220]z 2([]z 2([21））R R R R R I N B μ 而在亥姆霍兹线圈上中心O 处的磁感应强度' B 为 R I N B ??= 02 3 ' 058μ 当线圈通有某一电流时，两线圈磁场合成如图可看出，两线圈之间轴线上磁感应强度在相当大的范围内是均匀的。 3、测量亥姆霍兹线圈磁场的方法——霍尔效应法直接测量，设备简单，操作容易，适用于弱磁场和非均匀磁场的测量，霍尔探头经定标后可直接显示磁感应强度值。五、实验步骤 1、载流圆线圈和亥姆霍兹线圈轴线上各点磁感应强度的测量（1）先按要求将各导线连接好，直流稳压电源中数字电流表已串接在电源的一个输出端，测量电流I=100 mA 时，单线圈a 轴线上各点磁感应强度a B ，每隔1.00 cm 测量一个数据。实验中，随时观察毫特斯拉计探头是否沿线圈轴线移动。每测量一个数据，必须先在直流电源输出电路断开（I=0）调零后，才测量和记录数据。将测得数据填入表1中。（2）用理论公式计算圆线圈中轴线上各点的磁感应强度，将计算结果填入表1中并与实验测量结果进行比较。（3）在轴线上某点转动毫特斯拉计探头，观察一下该点磁感应强度测量值的变化规律，并判断该点磁感应强度的方向。（4）将线圈a 和线圈b 之间的距离d 调整到d=10.00 cm ，这时，组成一个亥姆霍兹线圈。取电流值I=100 mA ，分别测量两线圈单独通电时，轴线上各点的磁感应强度值a B 和b B ，然后将亥姆霍兹线圈在通同样电流I=100mA ，在轴线上的磁感应强度值b a B +，将测量结果填入表2中。证明在轴线上的点b a b a B B B +=+，即载流亥姆霍兹线圈轴线上任一点磁感应强度是两个载流单线圈在该点上产生的磁感应强度之和。（5）分别把亥姆霍兹线圈间距调整为2 R d = 和R d 2=，与步骤（4）类似，测量在电流为I=100mA 时轴线上各点的磁感应强度值，将测量结果分别填入表3和表4中。（6）作间距2 R d = ,R d =,R d 2=时，两个线圈轴线上磁感应强度B 与位置z 之间关系图，即B-z 图，验证磁场叠加原理。 2、载流圆线圈通过轴线平行面上的磁感应线分布的描绘 2 R 2 R R R B

霍尔传感器测量转速

测试技术应用案例（霍尔传感器测量转速）班级: 学号: 姓名:

霍尔传感器测量转速一.霍尔传感器的优点 1.测量范围广：霍尔传感器可以测量任意波形的电流和电压，如：直流、交流、脉冲波形等。 2.精度高：在工作温度区内精度优于1%，该精度适合于任何波形的测量。 3.线性度好：优于%。 4.动态性能好：响应时间小于1μs跟踪速度di/dt高于50A/μs。 5.性价比高。各式各样的霍尔传感器二.霍尔传感器测转速原理霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。利用霍尔效应可以设计制成多种传感器。霍尔电位差U H的基本关系为: U H=K H IB K H =1/nq（金属）式中K H――霍尔系数；n――单位体积内载流子或自由电子的个数；q――电子电量；I――通过的电流；B――垂直于I的磁感应强度；利用霍尔效应表达式：U H=K H IB,当被测物体上装上Ｎ只磁性体时，物体每转一周磁场就变化N次，霍尔电势相应变化N次，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。三.测量设备本案例以实验室霍尔元件测量圆盘转速为例。实验设备：CSY2000系列传感器与检测技术实验台。

1、主控台部分，提供高稳定的±15V、+5V、±2V～±10V可调、+2V～+24V可调四种直流稳压电源；主控台面板上还装有电压、频率、转速的3位半数显表。 2、旋转源0-2400转/分(可调) 需用器件与单元：霍尔传感器、5V直流源、转速调节装置、转动源单元、数显单元的转速显示部分。四.实验方案 1.实验装置如下图 2.将5Ｖ直流源加于霍尔元件电源输入端。 3.将霍尔转速传感器输出端（黄）插入数显单元F i n端。 4.将转速调节中的2V-24V转速电源引入到台面上转动单元中转动电源2-24VK插孔。 5.将数显单元上的转速／频率表波段开关拨到转速档，此时数显表指示转速。 6.调节转速调节电压使转动速度变化。观察数显表转速显示的变化。五.实验结果计算磁体经过霍尔元件，霍尔元件就会发出就会发出一个信号，经放大整形得到脉冲信号，两个脉冲的间隔时间即为周期，通过周期就可算出转速。

实验报告磁阻传感器和地磁场的测量

实验报告磁阻传感器和地磁场的测量 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】

磁阻传感器和地磁场的测量一．实验目的掌握磁阻传感器的特性。掌握地磁场的测量方法。二．实验原理物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。 HMC1021Z 型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图6-8-1所示。薄膜的电阻率 )(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ，具有以下关系式θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥ 其中∥ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会生较大的变化，利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方向。同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，用于产生一个偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分(当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系)，使磁阻传感器输出显示线性关系。 HMC1021Z 磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器，它能测量与管脚平行方向的磁场。传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥，非平衡电桥输出部分接集成运算放大器，将信号放大输出。传感器内部结构如图6-8-2所示，图中由于适当配置的四个磁电阻电流方向不相同，当存在外界磁场时，引起电阻值变化有增有减。因而输出电压out U 可以用下式表示为b out V R R U ??? ? ???=

磁场的测定(霍尔效应法)汇总

霍尔效应及其应用实验 (FB510A型霍尔效应组合实验仪)（亥姆霍兹线圈、螺线管线圈）实验讲义长春禹衡时代光电科技有限公司

磁阻传感器与地磁场试验仪

磁阻传感器与地磁场实验仪一、实验装置组成测量地磁场装置主要包括底座、转轴，带有角度刻度的转盘、磁阻传感器及引线、亥姆霍兹线圈、地磁场测定仪的控制主机(包括数字式电压表、5V 直流电源等)。实验转盘经过精心设计，可自由转动，方便地调节水平和铅直，内转盘具有一对游标刻度，便于消除偏心差，读数准确，测量误差小。二、仪器主要用途 1. 给磁阻传器定标，测量磁阻传感器的灵敏度K ； 2．测量地磁场的水平分量B ∥； 3．测量地磁场的磁感应强度B 总；地磁场的垂直分量B ⊥及磁倾角β； 4．用磁阻传感器测量通电单线圈产生磁场分布，并与理论值进行比较。三、仪器技术要求 1．磁阻传感器. （1）磁阻传感器的工作电压 5V 或6V ，灵敏度约50V/T 。（2）分辨率可达8 710~10--T ，稳定性好。 2．亥姆霍兹线圈：单只线圈匝数N=500匝，半径10.0cm ；亥姆霍兹线圈轴线上中心位置的磁感应强度为(二个线圈串联)： I I r NI B 42372301096.445100.0850010458 --?=?????=?=πμ 式中B 为磁感应强度，单位T(特斯拉)；I 为通过线圈的电流，单位A(安培) 3．直流恒流源：输出电流 0—500mA 连续可调 4．三位半直流电压表：量程200mV

5．仪器的工作电压：AC 220±10V 四．实验注意事项 1．测量地磁场水平分量，须将转盘调节至水平；测量地磁场B总和磁倾角β时，须将转盘面处于地磁子午面方向。 2．实验仪器周围一定范围内不应存在铁磁金属物体，以保证测量结果的准确性。 3．磁阻传感器遇强磁场时，会产生磁畴饱和现象使灵敏度降低。这时可按“复位”按钮使恢复到原灵敏度。 4．带有磁阻传感器的转盘平面的水平和铅直调整要仔细到位，否则会影响测量结果。

实验报告磁阻传感器和地磁场的测量

磁阻传感器和地磁场的测量一．实验目的掌握磁阻传感器的特性。掌握地磁场的测量方法。二．实验原理物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。 HMC1021Z 型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图6-8-1所示。薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ，具有以下关系式 θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥ 其中∥ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会生较大的变化，利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方向。同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，用于产生一个偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分(当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系)，使磁阻传感器输出显示线性关系。

HMC1021Z 磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器，它能测量与管脚平行方向的磁场。传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥，非平衡电桥输出部分接集成运算放大器，将信号放大输出。传感器内部结构如图6-8-2而输出电压out U 可以用下式表示为b out V R R U ??? ? ???= 磁阻传感器的构造示意图磁阻传感器内的惠斯通电桥对于一定的工作电压，如V V b 00.6=，HMC1021Z 磁阻传感器输出电压out U 与外界磁场的磁感应强度成正比关系，KB U U out +=0 上式中，K 为传感器的灵敏度，B 为待测磁感应强度。0U 为外加磁场为零时传感器的输出量。由于亥姆霍兹线圈的特点是能在其轴线中心点附近产生较宽范围的均匀磁场区，所以常用作弱磁场的标准磁场。亥姆霍兹线圈公共轴线中心点位置的磁感应强度为：I R NI B 42 /301096.445 8 -?== μ 上式中N 为线圈匝数（500匝）；亥姆霍兹线圈的平均半径cm R 10=；真空磁导率270/104A N -?=πμ。

霍尔效应法测量磁场

霍尔效应测磁场霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应。1879 年美国霍普金斯大学研究生霍尔在研究金属导电机理时发现了这种电磁现象，故称霍尔效应。后来曾有人利用霍尔效应制成测量磁场的磁传感器，但因金属的霍尔效应太弱而未能得到实际应用。随着半导体材料和制造工艺的发展，人们又利用半导体材料制成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到实用和发展，现在广泛用于非电量的测量、电动控制、电磁测量和计算装置方面。在电流体中的霍尔效应也是目前在研究中的“磁流体发电”的理论基础。近年来，霍尔效应实验不断有新发现。1980年原西德物理学家冯·克利青研究二维电子气系统的输运特性，在低温和强磁场下发现了量子霍尔效应，这是凝聚态物理领域最重要的发现之一。目前对量子霍尔效应正在进行深入研究，并取得了重要应用，例如用于确定电阻的自然基准，可以极为精确地测量光谱精细结构常数等。在磁场、磁路等磁现象的研究和应用中，霍尔效应及其元件是不可缺少的，利用它观测磁场直观、干扰小、灵敏度高、效果明显。【实验目的】 1．霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作用 2．测绘霍尔元件的V H—Is，了解霍尔电势差V H与霍尔元件工作电流Is、磁感应强度B之间的关系。 3．学习利用霍尔效应测量磁感应强度B及磁场分布。 4．学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。【实验原理】霍尔效应从本质上讲，是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。如图13-1所示，磁场B位于Z的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X正向通以电流Is（称为工作电流），假设载流子为电子（N型半导体材料），它沿着与电流Is相反的X负向运动。由于洛仑兹力f L作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的B侧偏转，并使B 侧形成电子积累，而相对的A侧形成正电荷积累。与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力f E的作用。随着电荷积累的增加，f E增大，当两力大小相等（方向相反）时，f L=－f E，则电子积累便达到动态平衡。这时在A、B两端面之间建立的电场称为霍尔电场E H，相应的电势差称为霍尔电势V H。设电子按均一速度v，向图示的X负方向运动，在磁场B作用下，所受洛仑兹力为：

磁阻传感器以及磁场测量

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 (5) 四、实验内容 (8) 1.测量前的准备工作 (8) 2.磁阻传感器特性测量 (8) a.测量磁阻传感器的磁电转换特性 (8) b.测量磁阻传感器的各向异性特性 (9) 3.赫姆霍兹线圈的磁场分布测量 (9) a. 赫姆霍兹线圈轴线上的磁场分布测量 (9) b．赫姆霍兹线圈空间磁场分布测量 (11) 4．地磁场测量 (12) 五、实验数据及数据处理 (13) 1.磁阻传感器特性测量 (13) a.测量磁阻传感器的磁电转换特性 (13) b．测量磁阻传感器的各向异性特性 (14) 2．赫姆霍兹线圈的磁场分布测量 (15) a．赫姆霍兹线圈轴线上的磁场分布测量 (15) b．赫姆霍兹线圈空间磁场分布测量 (16) 3．地磁场测量 (17) 六、误差分析与思考题 (17) 1、误差分析 (17) 2、思考题 (18) 七、实验中注意事项及改进方法 (19) 1、注意事项 (19) 2、实验改进 (19) 八、总结与收获 (20) 九、原始数据照片 (20)

《各向异性磁电阻》报告

各向异性磁电阻测量姓名：学号：院系：

各向异性磁电阻测量引言磁电阻（MR）效应是指物质在磁场作用下电阻发生变化的现象。按磁电阻效应的机理和大小，磁电阻效应一般可以分为：正常磁电阻（OMR）效应，各向异性磁电阻（AMR）效应，巨磁电阻（GMR）效应。磁阻材料在高密度读出磁头磁传感器、微弱磁场测量、各类运动的检测等领域有着宽广的应用，从而成为国际上引人瞩目的研究领域。图1为早期报道的Co-Cu颗粒膜磁电阻曲线。磁电阻效应，特别是巨磁电阻效应的理论涉及较多的固体量子知识，CMR等尚未有比较完善的统一理论解释，这里不作介绍。本文仅从纯粹的技术角度上测量各向异性磁电阻，不作物理细节上的深入划分。实验原理各向异性磁电阻效应（AMR效应）指在铁磁性的过渡族金属、合

金中，即材料的磁阻和其在磁场中的磁化方向有关，即磁阻值是其磁化方向与电流方向之间夹角的函数。外加磁场方向与电流方向的夹角不同，饱和磁化时电阻率不一样，即有各向异性。通常取外磁场方向与电流方向平行和垂直两种情况测量AMR 。即有： Δρ∥＝ρ∥－ρ（０） Δρ⊥＝ρ⊥－ρ（０）这里ρ（０）为铁磁材料在磁场为零状态下的电阻率。若退磁状态下磁畴是各向同性分布的，畴壁散射变化对磁电阻的贡献较小，将之忽略，通常取： 3/)2(0//⊥+=≈ρρρρav ）（其中ρav 表示物质在饱和磁场H 中和磁场为零时的平均电阻率。大多数材料ρ∥＞ρ（０），故： AMR 常定义为：图2是曾用作磁盘读出磁头和磁场传感器材料的Ni81Fe19的磁电阻曲线，很明显ρ∥>ρ（０），ρ⊥<ρ（０），各向异性明显。图3是一些铁磁金属与合金薄膜的各向异性磁电阻曲线。图中的双峰是材料的磁滞引起的。 av av av av av av av av ρρρρρρρρρρρρρρ//////2100?=?<-=?>-= ?⊥⊥⊥00//0//ρρρρρρρ⊥⊥?-?=-=AMR

磁阻效应法测量磁场

实验64 磁阻效应及磁阻效应法测量磁场磁阻器件由于其灵敏度高、抗干扰能力强等优点在工业、交通、仪器仪表、医疗器械、探矿等领域应用十分广泛，如：数字式罗盘、交通车辆检测、导航系统、伪钞检别、位置测量等探测器。磁阻器件品种较多，可分为正常磁电阻，各向异性磁电阻，特大磁电阻，巨磁电阻和隧道磁电阻等。其中正常磁电阻的应用十分普遍。锑化铟（InSb）传感器是一种价格低廉、灵敏度高的正常磁电阻，有着十分重要的应用价值。它可用于制造在磁场微小变化时测量多种物理量的传感器。本实验使用两种材料的传感器：砷化镓（GaAs）测量磁感应强度和研究锑化铟（InSb）在磁感应强度变化时的电阻，融合霍尔效应和磁阻效应两种物理现象。【实验目的】 1．了解磁阻现象与霍尔效应的关系与区别； 2．测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系； 3．作出锑化铟传感器的电阻变化与磁感应强度的关系曲线；【实验仪器】磁阻效应实验仪【实验原理】在一定条件下，导电材料的电阻值R随磁感应强度B的变化规律称为磁阻效应。如图1所示，当材料处于磁场中时，导体或半导体内的载流子将受洛仑兹力的作用发生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍尔电场。如霍尔电场作用和某一速度的载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，那么小于或大于该速度的载流子将发生偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数目将减少，电阻增大，表现出横向磁阻效应。如果将图1 中 a、b端短接，霍尔电场将不存在，所有电子将向 a端偏转，磁阻效应更明显。通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小，即用△ρ/ρ(0)表示，其中ρ(0)为零磁场时的电阻率，设磁电阻阻值在磁感应强度为B的磁场中电阻率为ρ(B)，则△ρ=ρ(B)－ρ(0), 由于磁阻传感器电阻的相对变化率△R/R(0)正比于△ρ/ρ(0), 这里△R =R(B) －R(0)，因此也可以用磁阻传感器电阻的相对改变量△R/R(0)来表示磁阻效应的大小。实验证明，当金属或半导体处于较弱磁场中时，一般磁阻传感器电阻相对变化率ΔR/R（0）正比于磁感应强度B的平方，而在强磁场中ΔR/R（0）与磁感应强度B呈线性函数关系。磁阻传感器的上述特性在物理学和电子学方面有着重要应用。如果半导体材料磁阻传感器处于角频率为ω的弱正弦波交流磁场中，由于磁电阻相对变化量ΔR/R （0）正比于B2，那么磁阻传感器的电阻R将随角频率2ω作周期性变化。即在弱正弦波交流磁场中磁阻传感器具有交流电倍频性能。图1 磁阻效应