巨磁电阻效应及其应用实验报告Word文档下载推荐.docx
《巨磁电阻效应及其应用实验报告Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《巨磁电阻效应及其应用实验报告Word文档下载推荐.docx（16页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
关键包含:
巨磁电阻试验仪、基础特征组件、电流测量组件、角位移测量组件、磁读写组件。
基础特征组件由GMR模拟传感器,螺线管线圈及比较电路,输入输出插孔组成。
用以对GMR磁电转换特征,磁阻特征进行测量。
GMR传感器置于螺线管中央。
螺线管用于在试验过程中产生大小可计算磁场,由理论分析可知,无限长直螺线管内部轴线上任一点磁感应强度为:
B=μ0nI
（1）
式中n为线圈密度,I为流经线圈电流强度,
为真空中磁导率。
采取国际单位制时,由上式计算出磁感应强度单位为特斯拉（1特斯拉＝10000高斯）。
【试验内容及试验结果处理】
一、GMR模拟传感器磁电转换特征测量
在将GMR组成传感器时,为了消除温度改变等环境原因对输出影响,通常采取桥式结构。
a几何结构b电路连接
GMR模拟传感器结构图
对于电桥结构,假如4个GMR电阻对磁场影响完全同时,就不会有信号输出。
图17-9中,将处于电桥对角位置两个电阻R3,R4覆盖一层高导磁率材料如坡莫合金,以屏蔽外磁场对它们影响,而R1,R2阻值随外磁场改变。
设无外磁场时4个GMR电阻阻值均为R,R1、R2在外磁场作用下电阻减小△R,简单分析表明,输出电压:
U
=U
（2R-
R）
（2）
屏蔽层同时设计为磁通聚集器,它高导磁率将磁力线聚集在R1、R2电阻所在空间,深入提升了R1,R2磁灵敏度。
从几何结构还可见,巨磁电阻被光刻成微米宽度迂回状电阻条,以增大其电阻至k
数量级,使其在较小工作电流下得到适宜电压输出。
GMR模拟传感器磁电转换特征
模拟传感器磁电转换特征试验原理图
将GMR模拟传感器置于螺线管磁场中,功效切换按钮切换为“传感器测量”。
试验仪4V电压源接至基础特征组件“巨磁电阻供电”,恒流源接至“螺线管电流输入”,基础特征组件“模拟信号输出”接至试验仪电压表。
按表1数据,调整励磁电流,逐步减小磁场强度,统计对应输出电压于表格“减小磁场”列中。
因为恒流源本身不能提供负向电流,当电流减至0后,交换恒流输出接线极性,使电流反向。
再次增大电流i,此时流经螺线管电流与磁感应强度方向为负,从上到下统计对应输出电压。
电流至-100mA后,逐步减小负向电流,电流到0时一样需要交换恒流输出极性。
从下到上统计数据于表一“增大磁场”列中。
理论上讲,外磁场为零时,GMR传感器输出应为零,但因为半导体工艺限制,4个桥臂电阻值不一定完全相同,造成外磁场为零时输出不一定为零,在有传感器中能够观察到这一现象。
依据螺线管上表明线圈密度,由公式
（1）计算出螺线管内磁感应强度B。
以磁感应强度B作横坐标,电压表读数为纵坐标作出磁电转换特征曲线。
不一样外磁场强度时输出电压改变反应了GMR传感器磁电转换特征,同一外磁场强度下输出电压差值反应了材料磁滞特征。
表1GMR模拟传感器磁电转换特征测量（电桥电压4V,线圈密度为24000匝/米）
磁感应强度/高斯
输出电压/mV
励磁电流/mA
减小磁场
增大磁场
100
30.1584
228
90
27.1426
80
24.1267
227
70
21.1109
226
60
18.0950
224
50
15.0792
222
215
40
12.0634
196
180
30
9.0475
147
132
20
6.0317
96
81
10
3.0158
5
1.5079
31
21
0.0000
12
-5
-1.5079
-10
-3.0158
39
-20
-6.0317
93
-30
-9.0475
129
144
-40
-12.0634
179
194
-50
-15.0792
-60
-18.0950
-70
-21.1109
-80
-24.1267
-90
-27.1426
-100
-30.1584
二、GMR磁阻特征测量
磁阻特征测量原理图
为加深对巨磁电阻效应了解,我们对组成GMR模拟传感器磁阻进行测量。
将基础特征组件功效切换按钮切换为“巨磁阻测量”,此时被磁屏蔽两个电桥电阻R3、R4被短路,而R1、R2并联。
将电流表串连进电路中,测量不一样磁场时回路中电流大小,就能够计算磁阻。
试验装置:
巨磁阻试验仪,基础特征组件。
将GMR模拟传感器置于螺线管磁场中,功效切换按钮切换为“巨磁阻测量”。
试验仪4伏电压源串连电流表后,接至基础特征组件“巨磁电阻供电”,恒流源接至“螺线管电流输入”。
按表2数据,调整励磁电流,逐步减小磁场强度,统计对应磁阻电流于表格“减小磁场”列中。
因为恒源流本身不能提供负向电流,当电流减至0后,交换恒流输出接线极性,使电流反向。
再次增大电流,此时流经螺线管电流与磁感应强度方向为负,从上到下统计对应输出电压。
电流至一100mA后,逐步减小负向电流,电流到0时一样需要交换恒流输出接线极性。
从下到上统计数据于“增大磁场”列中。
由欧姆定律R=U/I计算磁阻。
以磁感应强度B作横坐标,磁阻为纵坐标做出磁阻特征曲线。
应该注意,因为模拟传感器两个磁阻是位于磁通聚集器中,与图3相比,我们作出磁阻曲线斜率大了约10倍,磁通聚集器结构使磁阻灵敏度大大提升。
不一样外磁场强度时磁阻改变反应了GMR磁阻特征,同一外磁场强度差值反应了材料磁滞特征。
表2GMR磁阻特征测量（磁阻两端电压4V）
磁阻/Ω
磁阻电流/mA
1.882
2125.3985
1.88
2127.6596
1.881
2126.5284
1.879
2128.7919
1.877
2131.0602
1.875
2133.3333
1.87
2139.0374
1.85
2162.1622
1.837
2177.4633
1.805
2216.0665
1.789
2235.8860
1.758
2275.3129
1.746
2290.9507
1.718
2328.2887
1.709
2340.5500
1.7
2352.9412
1.692
2364.0662
1.685
2373.8872
1.682
2378.1213
1.694
2361.2751
1.699
2354.3261
1.717
2329.6447
1.745
2292.2636
1.755
2279.2023
1.788
2237.1365
1.802
2219.7558
1.834
2181.0251
1.848
2164.5022
1.869
2140.1819
1.874
2134.4717
1.878
2129.9255
三、GRM开关（数字）传感器磁电转换特征曲线测量
表3GRM开关传感器磁电转换特征测量高电平=1V低电平=0V
开关动作
关
20.4
6.1525
20.7
6.2430
开
23.6
7.1176
23.3
7.0271
四、用GMR模拟传感器测量电流
GMR模拟传感器在一定范围内输出电压与磁场强度成线性关系,且灵敏度高,线性范围大,能够方便将GMR制成磁场计,测量磁场强度或其它与磁场相关物理量。
作为应用示例,我们用它来测量电流。
由理论分析可知,通有电流I无限长直导线,与导线距离为r一点磁感应强度为:
B=μ0I/2πr=2I×
10-7/r（3）
磁场强度与电流成正比,在r已知条件下,测得B,就可知I。
在实际应用中,为了使GMR模拟传感器工作在线性区,提升测量精度,还常常预先给传感器施加一固定已知磁场,称为磁偏置,其原理类似于电子电路中直流偏置。
模拟传感器测量电流试验原理图
巨磁阻试验仪,电流测量组件
试验仪4伏电压源接至电流测量组件“巨磁电阻供电”,恒流源接至“待测电流输入”,电流测量组件“信号输出”接至试验仪电压表。
将待测电流调整至0。
将偏置磁铁转到远离GMR传感器,调整磁铁与传感器距离,使输出约25mV。
将电流增大到300mA,按表4数据逐步减小待测电流,从左到右统计对应输出电压于表格“减小电流”行中。
再次增大电流,此时电流方向为负,统计对应输出电压。
逐步减小负向待测电流,从右到左统计对应输出电压于表格“增加电流”行中。
当电流减至0后,交换恒流输出接线极性,使电流反向。
再次增大电流,此时电流方向为正,统计对应输出电压。
将偏置磁铁转到靠近GMR传感器,调整磁铁与传感器距离,使输出约150mV。
用低磁偏置时一样试验方法,测量合适磁偏置时待测电流与输出电压关系。
表4用GMR模拟传感器测量电流
待测电流/mA
300
200
-200
-300
低磁偏置
减小电流
27.7
27
26.2
25.5
24.7
23.9
23
（约25mV）
增加电流
28.1
27.3
26.4
25.7
24.9
24.1
合适磁偏置
154.2
153.4
152.4
151.5
150.5
149.4
148.2
（约150mV）
154.4
153.3
152.2
151.2
150.2
149.2
五、GMR梯度传感器特征及应用
将GMR电桥两对对角电阻分别置于集成电路两端,4个电阻都不加磁屏蔽,即组成梯度传感器。
这种传感器若置于均匀磁场中,因为4个桥臂电阻阻值改变相同,电桥输出为零。
假如磁场存在一定梯度,各GMR电阻感受到磁场不一样,磁阻改变不一样,就会有信号输出。
图18以检测齿轮角位移为例,说明其应用原理。
将永磁体放置于传感器上方,若齿轮是铁磁材料,永磁体产生空间磁场在相对于齿牙不一样位置时,产生不一样梯度磁场。
a位置时,输出为零。
b位置时,R1、R2感受到磁场强度大于R3、R4,输出正电压。
c位置时,输出回归零。
d位置时,R1、R2感受到磁场强度小于R3、R4,输出负电压。
于是,在齿轮转动过程中,每转过一个齿牙便产生一个完整波形输出。
这一原理已普遍应用于转速（速度）与位移监控,在汽车及其它工业领域得到广泛应用。
巨磁阻试验仪、角位移测量组件。
将试验仪4V电压源接角位移测量组件“巨磁电阻供电”,角位移测量组件“信号输出”接试验仪电压表。
逆时针慢慢转动齿轮,当输出电压为零时统计起始角度,以后每转3度统计一次角度与电压表读数。
转动48度齿轮转过2齿,输出电压改变2个周期。
表4齿轮角位移测量
转动角度/度
42
45
48
51
54
57
63
15.9
27.2
10.3
-11
-1.5
-9.8
-44
-3.5
66
69
72
75
78
84
87
13.2
24.5
6
-14.5
-2.7
-10.8
-44.8
-4.7
12.8
以齿轮实际转过分数为横坐标,电压表读数为纵向坐标作图。
六、磁统计与读出
二进制数字
1
磁卡区域号
2
3
4
7
8
读出电平（V）
1.990
0.003
此试验演示了磁统计与磁读出原理与过程。
【注意事项】
1、因为巨磁阻传感器含有磁滞现象,所以,在试验中,恒流源只能单向调整,不可回调,不然测量数据将不正确。
2、测试卡组件不能长久处于“写”状态。
升级会员 