CN203786208U - 一种物理实验用磁电阻特性测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于物理实验装置技术领域，具体为一种物理实验用磁电阻特性测量装置。该装置由磁电阻传感器、亥姆霍兹线圈、电源及测量电路构成。其中，磁电阻传感器设计为插针式可拆换结构，可方便调换为多层膜巨磁电阻传感器、自旋阀巨磁电阻传感器及各向异性磁电阻传感器。本实用新型将传感器内部组成惠斯登电桥的四只电阻等效成一只电阻，将等效电阻与一已知阻值的精密电阻串联，用正比法测量其的阻值，可求得电桥中单元电阻阻值与外磁场的关系，得到电阻最大相对变化率等参数。本实用新型适用于大面积物理实验教学。

Description

一种物理实验用磁电阻特性测量装置

技术领域

本实用新型属于物理实验装置技术领域，具体涉及一种测量普通桥式巨磁电阻器件中单元电阻磁电阻特性的实验装置。

背景技术

目前，商品化的磁电阻传感器，包括多层膜巨磁电阻传感器、自旋阀巨磁电阻传感器及各向异性磁电阻传感器等，均为惠斯登电桥式结构。这种结构可以改善传感器温度特性，提高传感器灵敏度，但却使传感器只能输出差分电压，不能反映巨磁电阻效应与其它磁电阻效应的区别，例如电阻阻值随磁场增强而减小的负效应特征，电阻相对变化率较其它磁电阻效应高一到两个数量级等。因此若将巨磁电阻传感器直接应用于物理实验仪器，只能测量磁场大小，除灵敏度较高外，与其它种类磁传感器无明显区别，不利于学生理解巨磁电阻效应的原理及其与其它磁电阻效应的区别。

发明内容

为了克服现有巨磁电阻传感器只能输出差分电压，不能反映巨磁电阻特性的不足，本实用新型提供一种物理实验用的磁电阻特性测量装置及其测量方法。

本实用新型提供的磁电阻特性测量装置，由磁电阻传感器、亥姆霍兹线圈、电源及测量电路构成，磁电阻传感器置于亥姆霍兹线圈中，亥姆霍兹线圈与电源及测量电路连接。

本实用新型中，磁电阻传感器可以是多层膜巨磁电阻传感器、自旋阀巨磁电阻传感器或各向异性磁电阻传感器等。磁电阻传感器与测量装置间设计为插针式可拆换结构，可方便调换磁电阻传感器。

本实用新型可用于测量多层膜巨磁电阻传感器、自旋阀巨磁电阻传感器及各向异性磁电阻传感器的特性，如传感器灵敏度、饱和磁场等，还可以测量三种传感器惠斯登电桥单元电阻的磁电阻特性，如阻值与外磁场的关系，电阻最大相对变化率等，比较不同磁电阻效应的区别。

本实用新型提供的磁电阻特性测量装置，对于不同的磁电阻传感器，可采用不同的测量方法，并对应于不同的电路连接方式：

一，磁电阻传感器为多层膜巨磁电阻传感器，将磁电阻传感器内组成惠斯登电桥的四只电阻等效成一只电阻R_总，将R_总与一已知阻值的精密电阻串联，在R_总两端并联一数字电压表，根据串联电路的特点，电阻分压与阻值成正比，得到R_总的阻值，进而得到惠斯登电桥中单元电阻的阻值与外磁场的关系，求得电阻最大相对变化率等磁电阻参数；

二，短路惠斯登电桥中部分电阻，得到单元电阻阻值与外磁场的关系。这种方式对上述三种磁电阻传感器都适用。例如，将自旋阀巨磁电阻传感器和各向异性磁电阻传感器内部的惠斯登电桥中处于对角位置的两只电阻短路，将剩下的两只并联电阻等效成一只电阻R_总，将电阻R_总与一已知阻值的精密电阻串联，用正比法测量R_总的阻值，进而求得惠斯登电桥中单元电阻阻值与外磁场的关系，得到电阻最大相对变化率。 

本实用新型的有益效果是，既可以测量磁感应强度、三种不同种类磁电阻传感器的性能参数，还可以测量三种传感器惠斯登电桥中单元电阻的磁电阻特性，比较不同磁电阻效应的区别，用于物理实验教学，有利于学生理解巨磁电阻效应的原理及其与其它磁电阻效应的区别。

附图说明

图1是本实用新型装置结构图。

图2是多层膜巨磁电阻传感器内部惠斯登电桥结构图。

图3是惠斯登电桥等效图。

图4是惠斯登电桥等效电阻R_总测量图。

图5是自旋阀巨磁电阻传感器及各向异性磁电阻传感器内部惠斯登电桥结构图。

图6是短路惠斯登电桥部分电阻后传感器结构图。

图7是等效电阻R_总测量图。

图中标号：1.磁电阻传感器，可拆换为多层膜巨磁电阻传感器、自旋阀巨磁电阻传感器、各向异性磁电阻传感器，2.亥姆霍兹线圈，3.电源及测量电路。

具体实施方式

在图1中，本实用新型由磁电阻传感器、亥姆霍兹线圈、电源及测量电路构成。磁电阻传感器部分设计为插针式可拆换结构，传感器电路连接都由插针连接实现，可方便调换不同种类的磁电阻传感器。

在图2中，多层膜巨磁电阻传感器内部惠斯登电桥由四只相同的巨磁电阻组成，即R₁＝R₂＝R₃＝R₄＝R，R₂、R₄由磁性材料覆盖屏蔽，阻值对外磁场无响应，即R₂、R₄恒为R。R₁、R₃的阻值随外磁场的变化而变化，有R₁＝R₃＝R_B＝R＋ΔR。V₊和0端为传感器工作电压施加端，V_OUT+和V_OUT－端为传感器测量电压输出端。当外磁场为0时，四只电阻分压相同，传感器输出为0；当施加外磁场时，R₁、R₃的阻值改变，而R₂、R₄不变，各电阻分压发生变化，传感器输出一个差分电压显示磁场的改变，V_输出＝V_OUT+－V_OUT－＝V₊（R－R_B）/（R＋R_B）。

在图3中，将电桥中四只电阻等效成一只电阻R_总，R_总＝R/2＋R_B/2。在图4中，将一已知阻值的精密电阻R_a与R_总串联，在R_总两端并联一数字电压表，测量R_总两端电压V。当开关拨向2时，恒压源V₊向R_a与R_总供电，根据串联电路的特点，电阻分压与阻值成正比，可得R_总＝R_aV/（V₊－V）。当外磁场增加时，可以观察到电压表读数有明显的下降，即R_总阻值随磁场增加而降低，由R_总可得到惠斯登电桥中单元电阻R_B与外磁场的关系，磁电阻相对变化率（R_B－R）/R的最大值。当开关拨向1时，恒压源V₊只向R_总供电，装置可用于巨磁电阻传感器性能参数测量，如传感器灵敏度、饱和磁场等。

在图5中，构成惠斯登电桥的四只电阻与图2中不同，在磁场为0时，R₁＝R₂＝R₃＝R₄＝R，当施加外磁场时，R₁＝R₃＝R－ΔR，R₂＝R₄＝R＋ΔR。自旋阀巨磁电阻传感器、各向异性磁电阻传感器均采用这种结构。将惠斯登电桥中处于对角位置的两只电阻短路，即将电桥中V₊与V_OUT－连成一点，同时将V_OUT＋与0连成一点，或者将V₊与V_OUT+连成一点，同时将V_OUT－与0端连成一点，则惠斯登电桥变为图6中结构，将其等效成一只电阻R_总，则R_总＝R_B/2。在图7中，将一已知阻值的精密电阻R_a与R_总串联，施加一已知恒压V₊，在R_总两端并联一数字电压表，测量R_总。由R_总可以得到惠斯登电桥中单元电阻R_B的磁电阻特性。

Claims (4)

1.一种磁电阻特性测量装置，其特征在于由磁电阻传感器、亥姆霍兹线圈、电源及测量电路构成，磁电阻传感器置于亥姆霍兹线圈中，亥姆霍兹线圈与电源及测量电路连接；所述磁电阻传感器是多层膜巨磁电阻传感器、自旋阀巨磁电阻传感器或各向异性磁电阻传感器；磁电阻传感器与测量装置间设计为插针式可拆换结构。

2.根据权利要求1所述的磁电阻特性测量装置，其特征在于：磁电阻传感器为多层膜巨磁电阻传感器，磁电阻传感器内组成惠斯登电桥的四只电阻等效成一只电阻R_总，R_总与一已知阻值的精密电阻串联，在R_总两端并联一数字电压表，可用于测量惠斯登电桥中单元电阻阻值与外磁场的关系，得到电阻最大相对变化率。

3.根据权利要求1所述的磁电阻特性测量装置，其特征在于：将磁电阻传感器的惠斯登电桥中部分电阻短路，可用于测量惠斯登电桥中单元电阻阻值与外磁场的关系，得到电阻最大相对变化率。

4.根据权利要求3所述的磁电阻特性测量装置，其特征在于：对于自旋阀巨磁电阻传感器或各向异性磁电阻传感器，其内部的惠斯登电桥中处于对角位置的两只电阻短路，剩下的两只并联电阻等效成一只电阻R_总，电阻R_总与一已知阻值的精密电阻串联。