北大普通物理綜合實(shí)驗(yàn)課件1 NVE AA005-02型巨磁電阻傳感器特性研究與應(yīng)用

1、綜合物理實(shí)驗(yàn)NVE AA005-02型巨磁電阻傳感器特性研究與應(yīng)用巨磁電阻傳感器（GMR）各向異性磁電阻（anisotropic magneto resistance, AMR）效應(yīng)材料。AMR電磁阻率變化低，在檢測(cè)微弱磁場(chǎng)時(shí)受到限制。巨磁電阻（giant magneto resistance, GMR）效應(yīng)是源于磁性金屬的電子有自旋取向。GMR磁電阻變化率高，使它能傳感微弱磁場(chǎng)，擴(kuò)大了磁阻式傳感器的測(cè)量范圍和應(yīng)用面。巨磁電阻傳感器的原理磁性多膜層的巨磁電阻效應(yīng)（GMR）的兩流模型解釋 反鐵磁耦合時(shí)（外加磁場(chǎng)為0）處于高阻態(tài)的導(dǎo)電輸運(yùn)特性。電阻：R1/2巨磁電阻傳感器的原理磁性多膜層的巨磁電阻

2、效應(yīng)（GMR）的兩流模型解釋 外加磁場(chǎng)是該行多層薄膜處于飽和狀態(tài)時(shí)相鄰磁性層磁矩平行分布，而電阻處于低阻態(tài)的導(dǎo)電輸運(yùn)特性。電阻：R2R3/(R2+R3)R 2R1R3巨磁電阻傳感器的原理 NVEAA005-02巨磁電阻（GMR）傳感器原理 輸出電壓=輸入電壓*芯片性能說(shuō)明 穩(wěn)定的電壓源型號(hào)選用應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境的磁場(chǎng)大小來(lái)決定 靈敏度與方向有關(guān) S()=S(0)COS 外磁場(chǎng)為偶函數(shù) 電路原理（電源）C1 C2：濾波整形C3 C4：穩(wěn)壓輸出放大器：同相減法器放大器：反相減法器放大器通過(guò)改變阻值實(shí)現(xiàn)對(duì)放大器放大倍數(shù)的改變。通過(guò)跳線控制電阻的并聯(lián)。當(dāng)R3 R4開(kāi)路，放大倍數(shù)為120/30=4 倍；當(dāng)R

3、3 R4閉合，并聯(lián)電阻值為12K，放大倍數(shù)為120/12=10倍。由于運(yùn)放為正負(fù)12V供電，因此10倍放大僅對(duì)小電壓時(shí)有效。數(shù)據(jù)測(cè)量（傳感器的線性感應(yīng)區(qū)）測(cè)試過(guò)程中使用永磁鐵作為磁源。數(shù)據(jù)測(cè)量（傳感器的線性感應(yīng)區(qū)） 傳感器對(duì)磁場(chǎng)感應(yīng)的線性區(qū)約為0-80Gs，即小于8mT。Helmholtz線圈 Helmholtz線圈中心磁場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算：實(shí)驗(yàn)中中心點(diǎn)磁場(chǎng)的計(jì)算公式為： 數(shù)據(jù)測(cè)量（對(duì)小磁場(chǎng)的感應(yīng) ）數(shù)據(jù)測(cè)量（對(duì)小磁場(chǎng)的感應(yīng) ）數(shù)據(jù)測(cè)量（對(duì)小磁場(chǎng)的感應(yīng) ）本實(shí)驗(yàn)使用Helmholtz線圈來(lái)測(cè)量微弱的變化磁場(chǎng)。利用Helmholtz線圈通入電流時(shí)在對(duì)稱點(diǎn)附近產(chǎn)生一個(gè)均勻的磁場(chǎng)，記錄其中通過(guò)的電流，可以計(jì)算出其產(chǎn)生的磁場(chǎng)。數(shù)據(jù)測(cè)量（對(duì)較大磁場(chǎng)的感應(yīng) ）數(shù)據(jù)測(cè)量（對(duì)較大磁場(chǎng)的感應(yīng) ）數(shù)據(jù)測(cè)量（對(duì)較大磁場(chǎng)的感應(yīng) ）實(shí)驗(yàn)中采用霍爾效應(yīng)儀作為磁源，產(chǎn)生可調(diào)范圍在0-250mT的磁場(chǎng)以供測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)論 Nveaa005-02型傳感器，有足夠大的靈敏度。測(cè)量的最小磁場(chǎng)為10-6(T)量級(jí)，最大的測(cè)量值為80高斯（8mT）。此芯片線性度很好，從測(cè)量數(shù)據(jù)中可以看到 從080Gs都表現(xiàn)了很好的線性。對(duì)磁場(chǎng)的方向也極為敏感。背景噪聲較大。測(cè)量很大磁場(chǎng)時(shí)，線性度不好。GMR的應(yīng)用可以用來(lái)測(cè)