基于磁电阻传感器的电子罗盘研制
磁阻传感器实验报告
磁阻传感器实验报告磁阻传感器实验报告引言磁阻传感器是一种常见的传感器，它能够通过测量磁场的变化来检测物体的位置、速度和方向等信息。
在本次实验中，我们将对磁阻传感器进行测试，并探讨其工作原理、应用领域以及优缺点等方面的内容。
实验目的本次实验的主要目的是通过实际操作，了解磁阻传感器的基本原理和特性，并掌握其在实际应用中的使用方法。
实验材料和仪器本次实验所需的材料和仪器包括：磁阻传感器、磁铁、电源、示波器、导线等。
实验步骤1. 将磁阻传感器连接到电源，并将示波器的探头连接到传感器的输出端口。
2. 将磁铁靠近传感器，并观察示波器上的波形变化。
3. 调整磁铁与传感器之间的距离，观察示波器上波形的变化情况。
4. 将磁铁移动到传感器的不同位置，观察示波器上波形的变化。
实验结果与分析通过实验观察，我们可以发现当磁铁靠近传感器时，示波器上的波形会发生明显的变化。
这是因为磁铁的磁场会影响传感器内部的磁阻元件，导致输出信号的变化。
当磁铁与传感器的距离增加时，波形的振幅会逐渐减小，直至消失。
这是因为磁铁的磁场强度随距离的增加而减弱，无法对传感器产生足够的影响。
根据实验结果，我们可以得出结论：磁阻传感器的输出信号与磁场的强度和方向有关，距离磁场源越近，输出信号的幅度越大。
这一特性使得磁阻传感器在许多应用领域中得到了广泛的应用。
应用领域磁阻传感器由于其灵敏度高、精度高、成本低等优点，被广泛应用于许多领域，如汽车、航空航天、机器人、医疗设备等。
在汽车领域，磁阻传感器可以用于测量转向角、车速、加速度等参数，以实现车辆的自动控制和安全性能的提升。
在航空航天领域，磁阻传感器可以用于导航、姿态控制等方面，为飞行器的精确控制提供支持。
在机器人领域，磁阻传感器可以用于测量机器人的位置和姿态，实现精确的运动控制。
在医疗设备领域，磁阻传感器可以用于监测患者的心率、血压等生理参数，为医疗诊断和治疗提供数据支持。
优缺点分析磁阻传感器作为一种常见的传感器，具有以下优点：首先，磁阻传感器的灵敏度高，能够对微小的磁场变化做出反应；其次，磁阻传感器的响应速度快，可以实时监测磁场的变化；此外，磁阻传感器的成本相对较低，易于大规模生产和应用。
磁阻传感器实验报告
磁阻传感器/地磁场测量一、 关于磁阻传感器磁阻效应传感器是根据磁性材料的磁阻效应制成的一种传感器。
广泛应用于工业，汽车制造，以及可用于地磁场测量。
二、 磁阻传感器原理(如图1)磁性材料(如坡莫合金)具有各向异性，对它进行磁化时，其磁化方向将取决于材料的易磁化轴、材料的形状和磁化磁场的方向。
当给带状坡莫合金材料通电流时，材料的电阻取决于电流的方向与磁化方向的夹角。
如果给材料施加一个磁场B(被测磁场)，就会使原来的磁化方向转动。
如果磁化方向转向垂直于电流的方向，则材料的电阻将减小;如果磁化方向转向平行于电流的方向，则材料的电阻将增大。
磁阻效应传感器一般有四个这样的电阻组成，并将它们接成电桥。
在被测磁场B 作用下，电桥中位于相对位置的两个电阻阻值增大，另外两个电阻的阻值减小。
在其线性范围内，电桥的输出电压与被测磁场成正比。
三、 磁阻传感器/地磁场测量的实验过程(如图2)1.将磁阻传感器放在赫姆霍兹线圈公共轴线中点，使管脚和磁感应强度方向平行。
2. 从0开始每隔10mA 改变励磁电流，分别测量出励磁电流为正向和反向时磁阻传感器的输出电压1U 和2U ，2/)(21U U U -=。
测正向和反向两次，目的是消除地磁沿亥姆霍兹线圈方向(水平)分量的影响。
3.用亥姆霍磁线圈产生的磁场磁感应强度作为已知量，采用最小二乘法拟合，测量磁阻传感器的灵敏度K 。
4.将磁阻传感器平行固定在转盘上，调整转盘至水平(可用水准器指示)。
水平旋转转盘，找到传感器输出电压最大方向，这个方向就是地磁场磁感应强度的水平分量∥B 的方向。
记录此时传感器输出电压1U 后，再旋转转盘，记录传感器输出最小电压2U ，由∥KB U U =-2/21，求得当地地磁场水平分量∥B 。
5.将带有磁阻传感器的转盘平面调整为铅直，并使装置沿着地磁场磁感应强度水平分量∥B 方向放置，只是方向转900。
转动调节转盘，分别记下传感器输出最大和最小时转盘指示值和水平面之间的夹角1β和2β，同时记录此最大读数'1U 和'2U 。
电子罗盘应用电路设计与调试
内置自检功能 低电压工作(2.16-3.6V)和超低功耗（100uA） 内置驱动电路 I2C数字接口 无引线封装结构 磁场范围广（+/-8Oe） 有相应软件及算法支持 最大输出频率可达160Hz
SCL VDD NC S1
3 设计过程
HMC5883L简介
霍尼韦尔 HMC5883L 是一种表面贴装的高集成模块，并带有数字接口的弱磁传感器芯 片，应用于低成本罗盘和磁场检测领域。HMC5883L 包括最先进的高分辨率HMC118X系 列磁阻传感器，并附带霍尼韦尔专利的集成电路包括放大器、自动消磁驱动器、偏差校 准、能使罗盘精度控制在1°~2°的12位模数转换器。
（2）电路调试 1. 使用+5V电源接入HMC5883L电子罗盘模块的J4接口，使用20P排线将 HMC5883L电子罗盘模块J2接口和智能显示终端的J2接口相连接起来，确认 无误之后，给模块上电，模块电路如图13.2所示。 2. 通过按键K1或K2选中电子罗盘实验，点击按键K5进入电子罗盘实验，可 以观察到智能显示终端上显示当前方向角。 3. 缓慢转动模块，观察智能显示终端上方向角的变化。
1. 任务描述 2. 器材准备 3. 设计过程 4. 电路调试
课程内容 Course Contents
1. 任务描述 2. 器材准备 3. 设计过程 4. 电路调试
1 任务描述任务描述 Nhomakorabea• 具体任务 1）掌握HMC5883L磁传感器结构及工作原理。 2）掌握电子罗盘应用电路的制作与调试方法。
• 任务要求 用HMC5883L测量当前方位角，并在智能显示终端上显示出来。
HMC5883L 采用霍尼韦尔各向异性磁阻(AMR)技术，这些各向异性传感器具有在轴向 高灵敏度和线性高精度的特点。传感器带有的对于正交轴低敏感度的固相结构能用于测 量地球磁场的方向和大小，其测量范围从毫高斯到 8 高斯(gauss)。
智能手机指南针的工作原理
2、试详细解释智能手机指南针的工作原理(并绘出其传感原理图)？答：1、手机装入软件能分出东南西北是因为手机中内置了电子指南针，电子指南针又称作电子罗盘.电子罗盘的原理是测量地球磁场，按其测量磁场的传感器种类的不同，目前国内市场上销售的电子罗盘可分为以下有三种：磁通门式电子罗盘、霍尔效应式电子罗盘和磁阻效应式电子罗盘。
（1)磁通门式电子罗盘。
根据磁饱和原理制成，它的输出可以是电压，也可以是电流,还可以是时间差，主要用于测量稳定或低频磁场的大小或方向，其代表产品是美国KVH工业公司的一系列磁通门罗盘及相关附件。
从原理上讲，它通过测量线圈中磁通量的变化来感知外界的磁场大小，为了达到较高的灵敏度，必须要增加线圈横截面积,因而磁通门式电子罗盘不可避免的体积和功耗较大，易碎、响应速度较慢，处理电路相对复杂，成本高。
(2）霍尔效应式电子罗盘.霍尔效应是1879年霍尔首先在金属中发现的。
当施加外磁场垂直于半导体中流过的电流就会在半导体中垂直于磁场和电流的方向产生电动势.这种现象称为霍尔效应.其工作原理如图1.1所示.图1.1霍尔效应原理如果沿矩形金属薄片的长方向通一电流I，由于载流子受库仑兹力作用,在垂直于薄片平面的方向施加强磁场B，则在其横向会产生电压差U，其大小与电流I、磁场B和材料的霍尔系数R成正比，与金属薄片的厚度d成反比。
100多年前发现的霍尔效应，由于一般材料的霍尔系数都很小而难以应用，直到半导体的问世后才真正用于磁场测量。
这是因为半导体中的载流子数量少，如果通过它的电流与金属材料相同，那么半导体中载流子的速度就快，所受到的洛伦兹力就更大，因而霍尔效应的系数也就更大。
我们可以把地球磁场假定为和地平面平行，而如果在手机的平面垂直的放上两个这样的霍尔器件,就可以感知地球磁场在这两个霍尔器件的磁感应强度的分量，从而得到地球磁场的方向，有点类似于力的分解。
霍尔效应磁传感器的优点是体积小，重量轻,功耗小，价格便宜,接口电路简单，特别适用于强磁场的测量。
电子罗盘目标定位定向方法研究
EQUIPMENT TECHNOLOGY中国军转民85电子罗盘目标定位定向方法研究刘伟近年来，通过获取的测量基准利用电子罗盘，开展远距离目标定向定位在相关行业的研究方兴未艾，随着技术日趋成熟，定向定位精度也在不断提高，其研究成果广泛应用到飞行器导航、军用测绘、卫星天线定向等领域，硬件已嵌入到便携式武器装备中。
如美国KVH 公司的C100系列磁通门电子罗盘、PNI 公司的TCM 系列三维电子罗盘、Honeywell 公司研制的HMR 系列磁阻传感器电子罗盘等，其方位测量精度在倾斜45°时仍能达到0.5°以上。
国内对电子罗盘在不同领域的应用也开展了相应的深入研究，如西北某大学将磁通门技术应用于无人机项目；航空某所研制了三轴磁通门捷联式磁罗盘；深圳瑞芬公司的RION 系列电子罗盘，精度达到0.5°；中船总某所弱磁实验室研制的MC 系列电子罗盘已应用在测绘导航装备中。
本文通过分析电子罗盘的工作原理和应用特点，对电子罗盘在定向定位方面的推广应用提出了见解。
一、工作原理电子罗盘通常由三轴磁阻传感器，两轴倾斜传感器组成，并带有A/D 转换电路和微处理器。
图1所示电子罗盘为倾角补偿电子罗盘, 其输出的磁方位角不受载体倾斜的影响，分为传感器模块、信号调理采集模块以及主控制器模块。
三轴磁阻传感器正交安装，测量载体坐标系下地球磁场强度在三个坐标轴的分量HX、HY、HZ，倾角传感器通过敏感重力分量gX、gY 测量罗盘的俯仰角和滚动角，通过坐标转换可得到载体的磁方位角（计算方法见式7~9）。
二、电子罗盘应用特点在远距离目标定向定位中电子罗盘作为快速测量的传感器，主要利用其体积小、重量轻、功耗小、价格低、系统反应时间短，可嵌入到系统或设备内部的优势，与陀螺寻北仪相比，具有系统结构简单、可快速动态测量、抗震抗冲击性能好、架撤方便、动态漂移率低等较为明显的优势。
但是实际使用中，电子罗盘也存在着如下缺点：（1）定向精度低；（2）受外界磁场环境影响大；（3）磁偏角变化较大；（4）为了提高电子罗盘的测量精度，需要在测量前对其进行标定、校准，并对其圆周特性进行补偿等。
磁阻效应实验
FD-MR-II磁阻效应实验仪使用说明一、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：数字式罗盘、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）传感器是一种价格低廉、灵敏度高的磁电阻，有着十分重要的应用价值。
本实验装置结构简单、实验内容丰富，使用两种材料的传感器：利用砷化镓（GaAs）霍耳传感器测量磁感应强度，研究锑化铟（InSb）磁阻传感器在不同的磁感应强度下的电阻大小。
学生可观测半导体的霍耳效应和磁阻效应两种物理规律，具有研究性和设计性实验的特点，可用于理工科大学的基础物理实验和设计性综合物理实验，也可用于演示实验。
二、仪器简介仪器装置如下图所示：1．固定及引线铜管； 2. U型矽钢片；3．锑化铟（InSb）磁阻传感器； 4. 砷化镓(GaAs)霍耳传感器；5．电磁铁直流电流源显示； 6. 磁铁直流电流源调节；7．数字电压显示； 8. 锑化铟磁阻传感器电流调节；11. 1和2是给锑化铟传感器提供小于3mA直流恒流电流源；3和4是给砷化镓传感器提供电压源；5和6是砷化镓传感器测量电磁铁间隙磁感应强度大小；7为悬空；12．单刀双向开关；13. 单刀双向开关接线柱。
为航空插头说明三、技术指标1．双路直流电源：直流电源Ⅰ：电流0－500ｍA连续可调，数字电流表显示输出电流大小。
直流电源II：输出电流0－3ｍA连续可调，供锑化铟传感器的工作电流。
电流与所选取的外接电阻的乘积小于2V。
2．数字式毫特仪：测量范围0~0.5T，分辨率0.0001T，准确度为1%。
四、实验项目1．用于测定通过电磁铁的电流I m和磁铁间隙中磁感应强度B的关系，观测GaAs霍耳元件的霍耳效应。
2．在不同磁感应强度区域，研究InSb磁阻元件的电阻值变化ΔR/R(0)与磁感应强度B的关系，求出经验公式。
3．外接信号发生器，可用于深入研究磁电阻的交流特性（倍频效应），观测其特有的物理现象。
常见磁传感器及原理和应用
基本补偿电路 霍尔元件的不等位电势补偿电路有很多形式。 图a是在造成电桥不平衡的电阻值较大的一个桥臂上并联RP，通过调节 RP 使电桥达到平衡状态，称为不对称补偿电路 图b相当于在两个电桥臂上并联调用电阻，称为对称补偿电路。
（a） 不对称补偿 （b） 对称电路
霍尔器件要点： 1、额定激励电流：霍尔元件温升10度时所施加的电流为额定激励电流IH； 2、零位电势：在额定控制电流下，无外加磁场时，霍尔器件电极之间的存在电势，或称为零位电位，主要原因霍尔电极的位置不在同一个等位面上，以及制作过程中引入应力， 3、温度特性：霍尔器件的电阻率和载流子的迁移率都是温度的函数。AlGaAs/InGaAs/GaAs和InAlAs/InGaAs/GaAs异质结构，灵敏度高温度系数低零位电势和温度变化一般通过电阻补偿方法解决
霍尔效应 霍尔效应最早是霍尔（Edvin Hall）于1879年发现的，但直到20世纪50年代，随着微电子技术的发展，霍尔效应才被重视和使用，并开发出多种霍尔效应器件。
洛仑兹力FM ：
霍尔电场EH ：
注：对无限长霍尔元件
对于实际有限长霍尔元件，需增加一个形状效应系数
基本概念
磁学量的单位
CGSE，又称静电单位制（electrostatic units）简称ESU 基本量为长度、质量和时间。基本单位为cm、g和s。 通过库仑定律，并令k＝1确定电荷单位，库仑。电场强度E、极化强度P和电位移D量纲都相同。 安培环路定律和法拉第电磁感应定律分别确定磁感应强度B和磁场强度H，量纲不同，真空中也不相等，真空磁导率μ0=1/c2。 CGSM，又称电磁单位制（electromagnetic units）简称EMU ，CGSM 制的基本量和基本单位与CGSM制的一样，但是确定电磁量单位的物理公式不同。它是通过安培-毕奥-萨伐尔定律 并令K=1确定电流单位， D和E具有不同的量纲，真空介电常数ε0=1/c2。 但B和H的单位相同，但通常B的单位称为高斯，H的单位称为奥斯特。磁导率μ是无量纲的。
霍尼韦尔磁阻传感器
磁场传感和磁力计、电子罗盘、线性和角位置传感器，车辆探测，GPS导航，以及更多。
霍尼韦尔磁场传感器和磁力计提供完整的磁场传感解决方案，具有很高的精确度，可以轻易的整合到几乎所有的应用环境中。
一般来说，磁阻传感器可用于磁力计、电子罗盘、线性和角位置传感器，车辆探测，GPS导航，以及其他更多应用。
霍尼韦尔Honeywell磁场传感器和磁力计提供完整的磁场传感解决方案，具有很高的精确度，可以轻易的整合到以下应用环境中。
应用一：电子罗盘应用二：磁力计应用三：位置传感－线性和角位置传感器应用四：车辆检测解决方案应用五：全球卫星导航定位GPS解决方案应用六：车载信息服务系统以上是HONEYWELL 磁阻传感器的详细信息，如果您对HONEYWELL 磁阻传感器的价格、厂家、型号、图片有什么疑问，请联系我们获取HONEYWELL 磁阻传感器的最新信息。
线位移，角位移磁阻传感器hmc1501/1512高分辨率，低功耗的磁阻传感器可以测量从一磁铁发出的磁场的方向角。
对磁铁的温度系数不敏感，对于冲击和振动不敏感，可以承受传感器和磁铁之间间隙的较大变化。
hmc1501和hmc1512设计用于磁饱和的模式下。
hmc1501使用一个磁阻桥。
hmc1512使用两个磁阻桥，共存于一个膜片上。
主要特点不需要稀土元素磁铁，不象霍尔效应传感器需要钐钴磁铁或类似的稀土元素磁铁，hmc1501/1512可以和铝镍钴磁钢或陶瓷类磁钢一起工作。
宽角度范围：hmc1501角度范围为正负45度，分辨率<0.07度 hmc1512角度范围为正负90度，分辨率<0.07度。
传感器和磁铁之间的线性距离为8mm，如果多个传感器排列起来使用，线性距离可能会增加。
与增量式的“编码器”类的传感器不同，hmc1501永远知道其准确的位置，不需要分度来相应位置的输出。
没有可移动的部件，不会发生磨损；不会象传统的接触式的旋转传感器那样，在已磨损的位置出现信号的丢失。
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基于磁电阻传感器的电子罗盘研制
白雪;姜庆;刘有彬;张志红;彭根斋
【期刊名称】《磁性材料及器件》
【年(卷),期】2022(53)3
【摘要】基于磁电阻传感器设计了一款电子罗盘,其硬件电路包括地磁信息及姿态信息采集电路、信号放大滤波电路、模数转换电路等;在电子罗盘硬件电路设计完成的基础上,基于MDK-ARM开发环境,进行软件部分设计。
其主要功能包括:控制AMR对磁电阻传感器和三轴加速度计的数据进行采集和处理;对数据进行补偿校准和方位角解算;将数据传输至上位机中进行显示和存储。
经实际测量,在倾角不大于30°时,方位角精度可达1°,实现了输出高精度方位角的目标。
【总页数】6页(P86-91)
【作者】白雪;姜庆;刘有彬;张志红;彭根斋
【作者单位】中国电子科技集团第九研究所;联合微电子中心有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】TP212.1
【相关文献】
1.基于磁感式和MEMS加速度传感器的电子罗盘设计
2.基于电阻应变式传感器的电子天平的研制
3.基于MM212XMG磁传感器的电子罗盘设计
4.基于巨磁电阻的电子罗盘研制
5.基于磁阻传感器的带倾斜补偿的电子罗盘的研制
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