巨磁阻传感实验仪的制作方法
专利名称：巨磁阻传感实验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种巨磁阻传感实验仪，属于大专院校的物理、电磁学等相关课程的实验领域。
背景技术：
巨磁阻效应是指物质在磁场的作用下，其电阻发生变化的现象。1988年法国的阿尔伯特·费尔和德国的彼得·格鲁伯格发现了巨磁阻效应，即外加磁场作用下引起电阻改变的相对变化率成倍地急剧增加。巨磁阻是一种量子力学效应，它产生于层状的磁性薄膜结构，这种结构是由铁磁材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成。当铁磁层的磁矩相互平行时，载流子与自旋有关的散射最小，材料有最小的电阻，当铁磁层的磁矩为反平行时，与自旋有关的散射最强，材料的电阻最大。此后巨磁阻效应引起了广泛的研究，利用巨磁阻效应制成了各类磁传感器，广泛地应用在计算机硬盘磁技术、汽车工业、国防、航天等方面，也产生了巨大的社会和经济价值。而美国的NEV公司是著名的巨磁阻传感器制造公司，它开发的大多数巨磁阻传感器就是利用巨磁电阻多层膜的特性而设计制作的。物理学是不断发展和重视实验和应用的学科，把巨磁阻效应原理及巨磁阻传感器的特性及应用引入到物理实验教学中，使物理实验教学与科技的发展同步。同时通过对巨磁阻传感器输出随磁感应强度变化的多种关系的测量，使学生能了解与掌握巨磁阻传感器的原理与应用。
实用新型内容本实用新型包含巨磁阻传感实验仪主机和外部的永磁强磁体、长直螺线管及具有巨磁阻传感器和刻度尺的实验座，巨磁阻传感实验仪主机上设置有四位数显的电压表和电流表、电流和电压调节旋钮、功能选择开关、信号输入端口、外接电阻箱端口和电源输出端口。本实验仪能满足大专院校的物理、电磁学等相关课程的实验教学要求。巨磁阻传感实验仪采用了美国NVE公司的AA系列的巨磁阻传感器，它的结构为典型的惠斯登桥式结构，一对桥臂上的电阻敷以磁屏蔽材料，另一对桥臂上的电阻如果置于变化的磁场中，在磁场的作用下阻值同时增大，从而在电路中形成差分输出，且输出端始终保持正向输出。本实验仪所采用的永磁强磁体是钕铁硼磁体，可方便的验证与检测巨磁阻传感器与外磁感应强度的关系。钕铁硼磁体其化学式为Nd2!^14B，是80年代制造的一种稀土的永久磁铁，是目前为止具有最强磁感应强度的永久磁铁，磁感应强度可达近20000高斯。同时本实验仪也配置了长直螺线管，可一方面检测巨磁阻传感器与外磁感应强度的关系，另一方面也可用于验证通电电流与长直螺线管产生的磁场的关系。本实验仪所使用的实验座的刻度尺采用游标尺的结构，具有主尺和副尺，其中主尺的前端有巨磁阻传感器，最小刻度为1mm，副尺固定在实验座上，50等分，最小刻度为0. 02mmo在本实验仪主机内含等值电阻比例臂，通过外接电阻箱端口接入精密电阻箱组成电桥，可准确测量巨磁电阻的阻值与外磁感应强度的关系。本实验仪的信号输入端口采用五芯航空插座和信号连接电缆连接巨磁阻传感实验仪主机和实验台上的巨磁阻传感器。同时在实验座的桌面上具有凹槽，方便对应着放置长直螺线管和永磁强磁体。本实验仪利用永磁强磁体和长直螺线管结合工作电流和电压的变化来研究巨磁阻效应，能完成巨磁阻传感器的定标，永磁强磁体磁感应强度随距离变化的关系，巨磁电阻的阻值与外磁感应强度的关系，巨磁阻传感器的灵敏度测量等实验项目。实验仪结构合理， 操作方便，利于学生观察理解和完成实验。
图1是巨磁阻传感实验仪主机，图1中1是四位数显电压表，2是四位数显电流表， 3是电源指示，4是外接电阻箱端口，5是电源输出，6是电流调节旋钮，7是信号输入端口，8 是电压调节旋钮，9是功能选择开关。图2是实验座，图2中的10是实验座桌面，11是巨磁阻传感器，12是信号连接电缆，13是刻度尺副尺，14是刻度尺主尺。图3是长直螺线管，其中15是长直螺线线圈，16是接线座。图4是巨磁阻传感器的结构。
具体实施方式
图4是AA系列巨磁阻传感器内部结构，它是由四个相同的巨磁电阻组成的直流电桥结构。结合外部的永磁强磁体和移动刻度尺主尺改变巨磁阻传感器和位置，可测量巨磁阻传感器的电压输出随距离变化的关系，并作出关系图。在实验仪内含1000Ω 1000Ω的等值电阻比例臂，可通过外接精密电阻箱来组
成电桥，准确测量巨磁电阻的阻值与外磁感应强度的关系。外感应强度的改变依靠改变通入长直螺线管的电流来完成。将长直螺线管接入实验仪主机的电源端口，移动刻度尺主尺将巨磁阻传感器置于长直螺线管内，调节电流旋钮，将长直螺线管线圈中的电流调零，同时调节电压旋钮，将巨磁阻传感器工作电压调为5V，逐渐升高长直螺线管线圈电流，结合功能选择开关的使用， 可观察到巨磁阻传感器的电压输出逐渐增大，分别测出不同电流下巨磁阻传感器的输出电压，可作出长直螺线管线圈电流和巨磁阻传感器输出电压的关系图。并可求出巨磁阻传感器的灵敏度。同理，在每一组的测量中，相应将巨磁阻传感器的工作电压调高，可每隔IV或2V 测一次灵敏度，则可得到巨磁阻传感器的灵敏度与其工作电压的关系。另外在实验中应注意在巨磁阻传感器的测量和使用中，应尽量避免铁质材料和别的可以产生磁性的材料在巨磁阻传感器附近出现，避免影响实验的准确度。
权利要求1.一种巨磁阻传感实验仪，其特征是包含巨磁阻传感实验仪主机和外部的永磁强磁体、长直螺线管及具有巨磁阻传感器(11)和刻度尺(13，14)的实验座，巨磁阻传感实验仪主机上设置有四位数显的电压表(1)和电流表O)、电流和电压调节旋钮(6，8)、功能选择开关(9)、信号输入端口(7)、外接电阻箱端口(4)和电源输出端口(5)。
2.根据权利要求1所述的巨磁阻传感实验仪，其特征是实验座上的刻度尺具有主尺 (14)和副尺(13)结构，主尺(14)的前端有巨磁阻传感器(11)，最小刻度1mm，副尺固定在实验座上，最小刻度0. 02mm。
3.根据权利要求1所述的巨磁阻传感实验仪，其特征是所采用的永磁强磁体为钕铁硼磁体。
4.根据权利要求1所述的巨磁阻传感实验仪，其特征是其信号输入端口(7)采用五芯航空插座。
5.根据权利要求1所述的巨磁阻传感实验仪，其特征是所采用的巨磁阻传感器(11) 为NEV公司AA系列的巨磁阻传感器。
6.根据权利要求1所述的巨磁阻传感实验仪，其特征是其实验座桌面具有凹槽。
专利摘要本实用新型涉及一种巨磁阻传感实验仪，包含巨磁阻传感实验仪主机和外部永磁强磁体、长直螺线管及具有巨磁阻传感器和刻度尺的实验座，巨磁阻传感实验仪主机上设置有四位数显的电压表和电流表、电流和电压调节旋钮、功能选择开关、信号输入端口和电源输出端口。实验仪通过对巨磁阻传感器输出随磁感应强度变化的多种关系的测量，使学生能很好的理解和掌握巨磁阻传感器原理和应用。实验仪结构合理，操作方便，教学效果好，适合于大专院校的物理学、电磁学等课程的教学实验。
文档编号G09B23/18GK201974985SQ201020675239
公开日2011年9月14日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者汪建 申请人:四川农业大学, 汪建
技术领域：
本实用新型涉及一种巨磁阻传感实验仪，属于大专院校的物理、电磁学等相关课程的实验领域。
背景技术：
巨磁阻效应是指物质在磁场的作用下，其电阻发生变化的现象。1988年法国的阿尔伯特·费尔和德国的彼得·格鲁伯格发现了巨磁阻效应，即外加磁场作用下引起电阻改变的相对变化率成倍地急剧增加。巨磁阻是一种量子力学效应，它产生于层状的磁性薄膜结构，这种结构是由铁磁材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成。当铁磁层的磁矩相互平行时，载流子与自旋有关的散射最小，材料有最小的电阻，当铁磁层的磁矩为反平行时，与自旋有关的散射最强，材料的电阻最大。此后巨磁阻效应引起了广泛的研究，利用巨磁阻效应制成了各类磁传感器，广泛地应用在计算机硬盘磁技术、汽车工业、国防、航天等方面，也产生了巨大的社会和经济价值。而美国的NEV公司是著名的巨磁阻传感器制造公司，它开发的大多数巨磁阻传感器就是利用巨磁电阻多层膜的特性而设计制作的。物理学是不断发展和重视实验和应用的学科，把巨磁阻效应原理及巨磁阻传感器的特性及应用引入到物理实验教学中，使物理实验教学与科技的发展同步。同时通过对巨磁阻传感器输出随磁感应强度变化的多种关系的测量，使学生能了解与掌握巨磁阻传感器的原理与应用。
实用新型内容本实用新型包含巨磁阻传感实验仪主机和外部的永磁强磁体、长直螺线管及具有巨磁阻传感器和刻度尺的实验座，巨磁阻传感实验仪主机上设置有四位数显的电压表和电流表、电流和电压调节旋钮、功能选择开关、信号输入端口、外接电阻箱端口和电源输出端口。本实验仪能满足大专院校的物理、电磁学等相关课程的实验教学要求。巨磁阻传感实验仪采用了美国NVE公司的AA系列的巨磁阻传感器，它的结构为典型的惠斯登桥式结构，一对桥臂上的电阻敷以磁屏蔽材料，另一对桥臂上的电阻如果置于变化的磁场中，在磁场的作用下阻值同时增大，从而在电路中形成差分输出，且输出端始终保持正向输出。本实验仪所采用的永磁强磁体是钕铁硼磁体，可方便的验证与检测巨磁阻传感器与外磁感应强度的关系。钕铁硼磁体其化学式为Nd2!^14B，是80年代制造的一种稀土的永久磁铁，是目前为止具有最强磁感应强度的永久磁铁，磁感应强度可达近20000高斯。同时本实验仪也配置了长直螺线管，可一方面检测巨磁阻传感器与外磁感应强度的关系，另一方面也可用于验证通电电流与长直螺线管产生的磁场的关系。本实验仪所使用的实验座的刻度尺采用游标尺的结构，具有主尺和副尺，其中主尺的前端有巨磁阻传感器，最小刻度为1mm，副尺固定在实验座上，50等分，最小刻度为0. 02mmo在本实验仪主机内含等值电阻比例臂，通过外接电阻箱端口接入精密电阻箱组成电桥，可准确测量巨磁电阻的阻值与外磁感应强度的关系。本实验仪的信号输入端口采用五芯航空插座和信号连接电缆连接巨磁阻传感实验仪主机和实验台上的巨磁阻传感器。同时在实验座的桌面上具有凹槽，方便对应着放置长直螺线管和永磁强磁体。本实验仪利用永磁强磁体和长直螺线管结合工作电流和电压的变化来研究巨磁阻效应，能完成巨磁阻传感器的定标，永磁强磁体磁感应强度随距离变化的关系，巨磁电阻的阻值与外磁感应强度的关系，巨磁阻传感器的灵敏度测量等实验项目。实验仪结构合理， 操作方便，利于学生观察理解和完成实验。
图1是巨磁阻传感实验仪主机，图1中1是四位数显电压表，2是四位数显电流表， 3是电源指示，4是外接电阻箱端口，5是电源输出，6是电流调节旋钮，7是信号输入端口，8 是电压调节旋钮，9是功能选择开关。图2是实验座，图2中的10是实验座桌面，11是巨磁阻传感器，12是信号连接电缆，13是刻度尺副尺，14是刻度尺主尺。图3是长直螺线管，其中15是长直螺线线圈，16是接线座。图4是巨磁阻传感器的结构。
具体实施方式
图4是AA系列巨磁阻传感器内部结构，它是由四个相同的巨磁电阻组成的直流电桥结构。结合外部的永磁强磁体和移动刻度尺主尺改变巨磁阻传感器和位置，可测量巨磁阻传感器的电压输出随距离变化的关系，并作出关系图。在实验仪内含1000Ω 1000Ω的等值电阻比例臂，可通过外接精密电阻箱来组
成电桥，准确测量巨磁电阻的阻值与外磁感应强度的关系。外感应强度的改变依靠改变通入长直螺线管的电流来完成。将长直螺线管接入实验仪主机的电源端口，移动刻度尺主尺将巨磁阻传感器置于长直螺线管内，调节电流旋钮，将长直螺线管线圈中的电流调零，同时调节电压旋钮，将巨磁阻传感器工作电压调为5V，逐渐升高长直螺线管线圈电流，结合功能选择开关的使用， 可观察到巨磁阻传感器的电压输出逐渐增大，分别测出不同电流下巨磁阻传感器的输出电压，可作出长直螺线管线圈电流和巨磁阻传感器输出电压的关系图。并可求出巨磁阻传感器的灵敏度。同理，在每一组的测量中，相应将巨磁阻传感器的工作电压调高，可每隔IV或2V 测一次灵敏度，则可得到巨磁阻传感器的灵敏度与其工作电压的关系。另外在实验中应注意在巨磁阻传感器的测量和使用中，应尽量避免铁质材料和别的可以产生磁性的材料在巨磁阻传感器附近出现，避免影响实验的准确度。
权利要求1.一种巨磁阻传感实验仪，其特征是包含巨磁阻传感实验仪主机和外部的永磁强磁体、长直螺线管及具有巨磁阻传感器(11)和刻度尺(13，14)的实验座，巨磁阻传感实验仪主机上设置有四位数显的电压表(1)和电流表O)、电流和电压调节旋钮(6，8)、功能选择开关(9)、信号输入端口(7)、外接电阻箱端口(4)和电源输出端口(5)。
2.根据权利要求1所述的巨磁阻传感实验仪，其特征是实验座上的刻度尺具有主尺 (14)和副尺(13)结构，主尺(14)的前端有巨磁阻传感器(11)，最小刻度1mm，副尺固定在实验座上，最小刻度0. 02mm。
3.根据权利要求1所述的巨磁阻传感实验仪，其特征是所采用的永磁强磁体为钕铁硼磁体。
4.根据权利要求1所述的巨磁阻传感实验仪，其特征是其信号输入端口(7)采用五芯航空插座。
5.根据权利要求1所述的巨磁阻传感实验仪，其特征是所采用的巨磁阻传感器(11) 为NEV公司AA系列的巨磁阻传感器。
6.根据权利要求1所述的巨磁阻传感实验仪，其特征是其实验座桌面具有凹槽。
专利摘要本实用新型涉及一种巨磁阻传感实验仪，包含巨磁阻传感实验仪主机和外部永磁强磁体、长直螺线管及具有巨磁阻传感器和刻度尺的实验座，巨磁阻传感实验仪主机上设置有四位数显的电压表和电流表、电流和电压调节旋钮、功能选择开关、信号输入端口和电源输出端口。实验仪通过对巨磁阻传感器输出随磁感应强度变化的多种关系的测量，使学生能很好的理解和掌握巨磁阻传感器原理和应用。实验仪结构合理，操作方便，教学效果好，适合于大专院校的物理学、电磁学等课程的教学实验。
文档编号G09B23/18GK201974985SQ201020675239
公开日2011年9月14日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者汪建 申请人:四川农业大学, 汪建
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