发布时间 : 星期四 文章研究性实验报告——各向异性磁阻传感器与磁场测量更新完毕开始阅读92a5d4025acfa1c7ab00cc6c
北京航空航天大学研究性实验报告
磁阻电桥的工作电压为1V，被测磁场磁感应强度为1高斯时，输出信号为1mV。
磁阻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度时还需考虑放大器的放大倍数。本实验仪电桥工作电压5V，放大器放大倍数50，磁感应强度为1高斯时，对应的输出电压为0.25伏。
磁阻传感器盒 传感器轴向移动锁紧螺钉 赫姆霍兹线圈 传感器横向移动锁紧螺钉 传感器绕轴旋转锁紧螺钉 传感器水平旋转锁紧螺钉 线圈水平旋转锁紧螺钉 信号接口盒 仪器水平调节螺钉 图2 磁场实验仪
赫姆霍兹线圈是由一对彼此平行的共轴圆形线圈组成。两线圈内的电流方向一致，大小相同，线圈之间的距离d正好等于圆形线圈的半径R。这种线圈的特点是能在公共轴线中点附近产生较广泛的均匀磁场，根据毕奥－萨伐尔定律，可以计算出赫姆霍兹线圈公共轴线中点的磁感应强度为：
B0?8?0NI ?3/25R式中N为线圈匝数，I为流经线圈的电流强度，R为赫姆霍兹线圈的平均半径，
?0?4??10?7H/m为真空中的磁导率。采用国际单位制时，由上式计算出
的磁感应强度单位为特斯拉（1特斯拉＝10000高斯）。本实验仪N＝310，R＝0.14m，线圈电流为1mA时，赫姆霍兹线圈中部的磁感应强度为0.02高斯。
实验仪的前面板示意图如图3所示。
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恒流源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。
补偿(OFFSET)电流调节旋钮调节补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。
图3 仪器前面板示意图
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。
四、实验内容
1、测量前的准备工作
连接实验仪与电源，开机预热20分钟。
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将磁阻传感器位置调节至赫姆霍兹线圈中心，传感器磁敏感方向与线圈轴线一致。
调节赫姆霍兹线圈电流为零，按复位键恢复传感器特性，调节补偿电流以补偿地磁场等因素产生的偏离，使传感器输出为零。调节赫姆霍兹线圈电流至300mA（线圈产生的磁感应强度6高斯），调节放大器校准旋钮，使输出电压为1 .500伏。
2、磁阻传感器特性测量
a. 测量磁阻传感器的磁电转换特性
磁电转换特性是磁阻传感器最基本的特性。磁电转换特性曲线的直线部分对应的磁感应强度，即磁阻传感器的工作范围，直线部分的斜率除以电桥电压与放大器放大倍数的乘积，即为磁阻传感器的灵敏度。
按表1数据从300mA逐步调小赫姆霍兹线圈电流，记录相应的输出电压值。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），逐步调大反向电流，记录反向输出电压值。
各测量值记录如下：
表1 AMR磁电转换特性的测量 线圈电流(mA) 300 250 200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200 -250 -300 磁感应强度(高斯) 输出电压(V) 6 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 1.500 1.268 1.026 0.772 0.520 0.261 0.004 -0.258 -0.514 -0.765 -1.007 -1.239 -1.461 作图如下： 5
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由上图可知，传感器在-6至6高斯范围内都处于线性工作状态。选取图中A，B两点计算斜率：
k= V/Gauss=0.2517 V/Gauss
则传感器灵敏度为：
K=k/(5V*50)=(0.2517/5*50)V/V/Gauss=1.01mV/V/Gauss
误差主要来源：传感器未严格处于线圈中心。 3、测量磁阻传感器的各向异性特性
AMR只对磁敏感方向上的磁场敏感，当所测磁场与磁敏感方向有一定夹角α时，AMR测量的是所测磁场在磁敏感方向的投影。由于补偿调节是在确定的磁敏感方向进行的，实验过程中应注意在改变所测磁场方向时，保持AMR方向不变。
将赫姆霍兹线圈电流调节至200mA，测量所测磁场方向与磁敏感方向一致时的输出电压。
松开线圈水平旋转锁紧螺钉，每次将赫姆霍兹线圈与传感器盒整体转动10度后锁紧，松开传感器水平旋转锁紧螺钉，将传感器盒向相反方向转动10度（保持AMR方向不变）后锁紧，记录输出电压数据于表2中。
测量数据记录如下：
表2 AMR方向特性的测量 磁感应强度4高斯 夹角α（度） 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 输出电压(V) 1.018 1.005 0.964 0.899 0.803 0.674 0.527 0.355 0.168 -0.019 作图如下： 6