３４ 物理实验 第３５卷 电子则因受到强烈的散射作用形成高电阻通道 Ｒ。，因为有一半电子处于低阻通道，所以此时的 磁性多层膜表现为低电阻态．这就是磁性多层膜 巨磁电阻效应的起因 Ｊ． ２）亥姆霍兹线圈 载流圆线圈磁场：根据毕奥一萨伐尔定律，半 径为Ｒ通以电流为 的圆线圈在线圈圆心０点 的磁感应强度为 Ｂ０一 ， （１） 其中，ｆ是励磁电流， 。是真空磁导率，Ｎ０是线圈 的匝数． 亥姆霍兹线圈是一对彼此平行且连通的共轴 圆形线圈，两线圈内的电流方向一致，大小相同， 线圈之间的距离正好等于圆形线圈的半径Ｒ．这 种线圈的特点是能在其公共轴线中点附近产生较 广的均匀磁场区域，设 为亥姆霍兹线圈中轴线 上某点离中心点处的距离，则亥姆霍兹线圈轴线 上任意一点的磁感应强度为 Ｂ一 １ Ｎ豫 ｛ＪＲ２＋（譬＋ｚ）。］～＋ （譬一钔］ ｝． （２） 实验中取Ｎ。一２００，Ｒ一１０ ｃｍ．因此，在亥姆 霍兹线圈轴线上的中心点０处的磁感应强度为 Ｂｏ一刍 ． ㈤ ３）巨磁电阻传感器的工作原理 实验中的巨磁电阻传感器由４个电阻构成惠 斯通电桥结构（图３），这是为了消除温度变化等 环境因素对传感器输出稳定性的影响，增加传感 器的灵敏度．把巨磁电阻传感器放在亥姆霍兹线 圈磁场中（图４），Ｒ，和Ｒ。是磁屏蔽电阻，Ｒ。和 Ｒ 是巨磁电阻，当传感器感应出磁场后会使Ｒ 和Ｒｚ值不变，Ｒ。和Ｒ 磁电阻值发生变化，从而 在ＡＢ两侧感应出电压差，不同的磁场对应不同 的磁电阻变化而引起的电压差，所以磁场与传感 器输出电压间有一一对应关系． 由图３的巨磁阻传感器原理图，可以算出在 磁场中磁电阻变化ｚＸＲ与传感器输出电压ｕＡＢ之 间的关系，电源电压为Ｅ，无磁场时Ｒ ＝＝＝Ｒ。一Ｒ。 一Ｒ 一Ｒ。，电桥平衡，ＵＡＢ＝＝：０；有磁场时Ｒ 和Ｒ 值不变，Ｒ。和Ｒ 值发生变化，变化值ＡＲ相同， 图３ 巨磁阻传感器原理图 图４ 巨磁阻实验仪原理图 ｕＡＢ一 Ｅ．传感器灵敏度为ｓ一 × １００ ． 在相同磁场下，当外磁场方向平行于传感器 敏感轴方向时，传感器输出最大．当外磁场方向 偏离传感器敏感轴方向时，传感器输出与偏离角 度成余弦关系，因此传感器的灵敏度为Ｓ（ ）一 Ｓ（Ｏ）ＣＯＳ ０． ３实验仪器结构 仪器实物图如图５所示，实验仪器由以下４ 个部分组成： ａ．工作电源，直流稳压电源提供０～１２ Ｖ，连 续可调； ｂ．标准磁场，直流稳流电源（０～３ Ａ）和亥姆 霍兹线圈（取Ｎ。＝＝＝２００，Ｒ一１０ ｃｍ）； Ｃ．巨磁电阻传感器（图６），美国ＮＶＥ公司生 产的ＡＡ０００２—０２＿５］，可测磁场线性范围为一１Ｏ～ ＋１０ Ｇｓ饱和磁场≤１５ Ｇｓ； ｄ．自组直流数字电压表，用于测量传感器输 出电压． 把巨磁阻传感器放置在亥姆霍兹线圈轴线中 心位置． ３６ （工 ＿０ ）／ 物理实验 第３５卷 灵敏度与工作电压的关系，如图１０所示，ＧＭＲ ４ ３ 时，工作电压和传感器输出电压间也呈线性关系． 当外磁场方向平行于传感器敏感轴方向（ 一Ｏ。） 时，ｕ加最大．当外磁场方向偏离传感器敏感轴方 向时，传感器输出电压与偏离角度成余弦关系． 当外磁场不变时，工作电压越大，传感器输出电压 越大．巨磁电阻传感器的灵敏度与传感器工作电 压间没有很明显的关系． 传感器灵敏度与工作电压之间不存在很明显的 关系． ２ ４ ６ Ｅ Ｎ ８ ｌＯ 参考文献 ＥＩ］Ｂａｉｂｉｃｈ Ｍ Ｎ，Ｂｒｏｔｏ Ｊ Ｍ，Ｆｅｒｔ Ａ，ｅｔ ａ１．Ｇａｎｔ ｍａｇ— 图１０ ＧＭＲ传感器灵敏度与工作电压的关系 ｎｅｔｏ－ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ（ｏ０１）Ｆｅ／（００１）Ｃｒ ｍａｇｎｅｔｉｃ ＳＵ— ｐｅｒ－ｌａｔｔｉｃｅｓ ＥＪ］．Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒ，１９８８，６１ 作为施加磁场函数的电桥输出电压ｕＡＢ被称 作传感器的传递函数，测量巨磁阻材料的磁阻特 性会发现，随着外磁场增大电阻逐渐减小，期问有 一（２１）：２４７２－２４７５． Ｅ２］Ｊａａｆａｒ Ｓ，Ａｈｍａｄ Ａ Ｓ，Ｇｈｏｓｈ Ｐ Ｓ，ｅｔ ａ１．Ａ ｎｅｗ ａｐ— ｐｒｏａｃｈ ｉｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ＡＣ ｆｌａｓｈｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅ ｆｏｒ ｐｏｌｌｕ— 段线形区间，在此线形区内，阻值的改变量ＡＲ ｔｅｄ ｉｎ ｓｕｌａｔｏｒ ｒＡ］．Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｉｎｓｕｌａ— 与施加的外磁场成正比，因此该区内也可以认为 ｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ（ＣＥＩＤＰ）［ｅ１．Ｓｅｌａｎｇ— ｏｒ：Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｔｅｎａｇａ Ｎａｓｉｏｎａｌ，２００２：５５８—５６１． 是传递函数的线性范围．传感器的灵敏度ｓ与传 递函数的线性范围对于传感器来说是２个重要的 特征． Ｅ３３郭成锐，江健军，邸永江．巨磁阻抗传感器应用研究 最新进展ｉ－Ｊ－Ｉ．电子元件与材料，２００６，２５（１１）：８— １１． ５ 结 论 利用惠斯通电桥原理制成的ＧＭＲ传感器研 制了巨磁阻实验仪，当改变外磁场时磁电阻发生 变化．在工作电压不变时，在一定范围内励磁电 流与传感器输出电压间呈线性关系．外磁场不变 ［４］钱政，张翔．巨磁电阻电流传感器的特性测试与分 析［Ｊ］．高压电器，２００７，４（５）：３４０—３４３． ［５］张朝民，张欣，陆申龙，等．巨磁电阻效应实验仪的 研制与应用［Ｊ］．物理实验，２００９，２９（６）：１５—１９． ［６］ 肖又专，曾荣伟，王林忠，等．巨磁电阻传感器的应 用ＥＪ］．磁性材料及器件，２００１，３２（２）：４０—４４． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｏｆ ｇｉａｎｔ ｍａｇｎｅｔ０ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｅｆｆｅｃｔ ＷＵ Ｃｈｕｎ—ｉｉ，ＪＩ Ｈｏｎｇ，ＸＵ Ｚｈｉ—ｂｏ，ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ—ｎａｎ，ＷＡＮＧ Ｗｅｎ—ｑｕａｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｊｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００１２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｇｉａｎｔ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ（ＧＭＲ） ｅｆｆｅｃｔ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｇｉａｎｔ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｓｅｎｓｏｒ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ａｎｄ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｏｒｋｉｎｇ ｖｏｌｔａｇｅｓ ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ａ ｓｅｌｆｍａｄｅ ａｐｐａｒａｔｕｓ．Ｔｈｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｎ ｔｈｅ ａｎｇｌｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ＧＭＲ ｓｅｎｓｏｒ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ａｘｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｔｅｒｎａ１ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｉｔ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ａ ｃｏｓｉｎｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｎ— ｓｏｒ ｏｕｔｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇｉａｎｔ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｅｆｆｅｃｔ；ｏｕｔｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ；ｅｘｔｅｒｎａｌ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ［责任编辑：郭伟］
