物理实验第22卷第4期 坡莫合金磁阻传感器的特性研究和应用 黄一菲郑神’吴亮’陆申龙 (复旦大学物理系上海200433) 摘要:介绍了坡莫合金型磁阻传感器的结构与工作原理,研究了该传感器的特性,并用它测量了地磁场的主 要参量,设计了一个消除此类磁阻传感器受强磁场干扰的电路,有利于坡莫合金集成磁阻器件的推广应用 关键词磁电阻效应坡莫合金,脉冲电路,地磁场 中图分类号:TM937 文献标识码A 文章编号1005-4642(2002)04-0045-04 Property and applica tion of permalloy magnetoresistance sen sor HUANG Yrfei ZHENG Shen WU Liang LU Shen-long Department of Phy sics, Fudan U niversity, Shanghai, 200433) Abstract The structure and operaton princp le of pem alloy m agneto resistance sen sor are introduced, and its p roperty is stud ied The m ain param eters of geom agnet ic field are m ea sured The circu it for elm inat ing disturbance of strong m agnetic field has been designed in o rder to popularize the pem alloy m agne to resitance sensor Key words m agne to resistance effect; pem alloy; m pulse circuit, geom agnetic fie ld 1引言 的HMC1021Z型磁阻传感器,它能够测量低至 85×10T的磁场,适合于弱磁场的测量本 坡莫合金磁阻传感器是利用铁磁材料坡莫实验主要研究HMC1021Z型磁阻传感器的结 合金(Fe2Nio)的各向异性磁电阻效应制作的构和特性,并用其进行地磁场主要参量较为准 种能够测量磁场大小和方向的传感器.这种确的测量 传感器具有体积小,功耗低,灵敏度高,抗干扰 能力强可靠性高,易于安装等优点在测量弱2各向异性磁电阻效应 磁场以及基于弱磁场的地磁导航、数字智能罗 物质在磁场中电阻发生变化的现象称为磁 盘、位置测量、伪钞鉴别等方面显示出巨大的优电阻效应·磁电阻效应有基于霍尔效应的普通 越性,还能用来制作高精度的转速传感器、压力磁电阻效应和各向异性磁电阻效应之分.对于 传感器、角位移传感器等,具有广阔的应用前强磁性金属(铁、钴、镍及其合金),当外加磁场 景·目前国外已大批量生产此类型的坡莫合金平行于磁体内部磁化方向时,电阻几乎不随外 集成磁阻传感器,并在工业航天、航海、医疗仪加磁场而变当外加磁场偏离金属的内磁化方 器等多种仪器仪表方面有着广泛应用 向时,金属的电阻减小,这就是各向异性磁电阻 本实验我们使用美国 Honeywell公司生产效应 99级本科生 o1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Ltd. All rights reserved
坡莫合金磁阻传感器的特性研究和应用 黄一菲3 郑 神3 吴 亮3 陆申龙 (复旦大学物理系 上海 200433) 摘 要: 介绍了坡莫合金型磁阻传感器的结构与工作原理, 研究了该传感器的特性, 并用它测量了地磁场的主 要参量Ζ 设计了一个消除此类磁阻传感器受强磁场干扰的电路, 有利于坡莫合金集成磁阻器件的推广应用Ζ 关键词: 磁电阻效应; 坡莫合金; 脉冲电路; 地磁场 中图分类号: TM 937. 1 文献标识码: A 文章编号: 100524642 (2002) 0420045204 Property and application of permalloy magnetoresistance sen sor HU AN G Y i2fei ZH EN G Shen W U L iang LU Shen2long (D epartm en t of Physics, Fudan U n iversity, Shanghai, 200433) Abstract: T he structu re and operation p rincip le of perm alloy m agneto resistance sen so r are in troduced, and its p roperty is studied. T he m ain param eters of geom agnetic field are m easu red. T he circu it fo r elim inating distu rbance of strong m agnetic field has been designed in o rder to popu larize the perm alloy m agneto resitance sen so r. Key words: m agneto resistance effect; perm alloy; im pu lse circu it; geom agnetic field 3 99 级本科生 1 引 言 坡莫合金磁阻传感器是利用铁磁材料坡莫 合金(Fe20N i80 ) 的各向异性磁电阻效应制作的 一种能够测量磁场大小和方向的传感器Ζ 这种 传感器具有体积小, 功耗低, 灵敏度高, 抗干扰 能力强, 可靠性高, 易于安装等优点, 在测量弱 磁场以及基于弱磁场的地磁导航、数字智能罗 盘、位置测量、伪钞鉴别等方面显示出巨大的优 越性, 还能用来制作高精度的转速传感器、压力 传感器、角位移传感器等, 具有广阔的应用前 景Ζ 目前国外已大批量生产此类型的坡莫合金 集成磁阻传感器, 并在工业、航天、航海、医疗仪 器等多种仪器仪表方面有着广泛应用Ζ 本实验我们使用美国Honeyw ell 公司生产 的HM C1021Z 型磁阻传感器, 它能够测量低至 85×10- 10T 的磁场, 适合于弱磁场的测量Ζ 本 实验主要研究 HM C1021Z 型磁阻传感器的结 构和特性, 并用其进行地磁场主要参量较为准 确的测量Ζ 2 各向异性磁电阻效应 物质在磁场中电阻发生变化的现象称为磁 电阻效应Ζ 磁电阻效应有基于霍尔效应的普通 磁电阻效应和各向异性磁电阻效应之分Ζ 对于 强磁性金属(铁、钴、镍及其合金) , 当外加磁场 平行于磁体内部磁化方向时, 电阻几乎不随外 加磁场而变; 当外加磁场偏离金属的内磁化方 向时, 金属的电阻减小, 这就是各向异性磁电阻 效应Ζ 物理实验 第 22 卷 第 4 期 54 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
物理实验第22卷第4期 坡莫合金薄膜的电阻率依赖于磁化强度图1所示在铁磁合金带的宽度方向施加磁场, M和电流方向的夹角日即 导致对角上的两个电阻的内磁化方向朝着电流 p(6=p1+(py-p)∞s2θ(1)方向转动,θ角减小,电阻增大,另外两个电阻 其中pn,P1分别是平行于M和垂直于M时的的内磁化方向背向电流转动,θ角增大,电阻减 电阻率 小.靠电阻阻值的变化将外加磁感应强度转换 由于坡莫合金(Fe2Nio)在弱磁场下的电成差动输出的电压,该输出电压可用下式表示 阻变化量较大,因此适合于弱磁场条件下使用 3磁阻传感器的结构和工作原理 其中,R为薄膜电阻,AR/R为阻值的相对变化 31传感器的结构 量,Vb为传感器的工作电压 HMC1021Z型磁阻传感器的核心部分是 由于坡莫合金的电阻变化,在0~08× 惠斯通电桥,该器件的4个电阻由带状坡莫合10T范围内薄膜电阻相对变化量△R/R与 金薄膜制成,见图1和图2.当外加磁场时,因外加磁场的磁感应强度成平方关系,即△RR 坡莫合金具有各向异性的磁电阻效应,电桥电=AB2(k为常量),传感器内部设计了1个很小 阻的阻值变化,导致传感器输出电压的变化传的环状电流带,该电流带产生磁场补偿外界磁 感器具有两个铝制的环状电流带,一个是置位场,使该传感器线性工作范围从0开始,从而使 和复位电流带( ET/RESET STRAP),可用来该传感器能够测量低至10T范围的弱磁场 修正传感器的灵敏度,也可用于置位和复位输沿着传感器的宽度方向上的单位磁场的输出最 出极性另一个是补偿电流带( OFFSET大灵敏度最高 STRA P),用来抵消外界的环境磁场 2)置位和复位电流带( SET/RESET 合金带 STRAP) 如果在传感器的敏感轴方向上施加超过 10×104T的磁场,会打乱传感器磁阻内部磁 坡莫合金薄膜 畴的极化方向,改变传感器的输出特性,使输出 的信号变弱,灵敏度降低为消除这种历史上的 图1磁阻传感器构造示意图 不良影响”,需要重新设置这些磁畴的极化方 偏置磁场 向来恢复传感器的灵敏度.只要在置位和复位 电流带上施加一个极短置位的脉冲(小于2 外加磁场 s),可使磁阻内部磁畴方向达到最大的统一, 从而使灵敏度大幅度提高·置位脉冲电路图见 图3 由于传感器的输出电压的极性取决于内部 磁畴的极化方向,所以对传感器施加与置位脉 冲方向相反的复位脉冲,能够使磁畴方向反转, 图2磁阻传感器内的惠斯通电桥 对外表现为传感器输出的极性反转 32传感器的工作原理 3)磁耦合环形补偿电流带( OFFSET 1)传感器的基本部分 STRAP) 若供给传感器内部的惠斯通电桥的工作电 该环形电流带上每通过5mA的电流,就 压为rb,传感器的铁磁合金带的长度方向将通相当于在外加磁场的方向提供104T的磁场 过一个电流,其中通过各个电阻的电流方向如补偿电流带的作用主要是,通过在电流带上施 C1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Ltd All rights reserved
坡莫合金薄膜的电阻率依赖于磁化强度 M 和电流 I 方向的夹角 Η, 即 Θ(Η) = Θ⊥+ (Θ∥- Θ⊥) co s 2Η (1) 其中 Θ∥, Θ⊥分别是平行于M 和垂直于M 时的 电阻率Ζ 由于坡莫合金 (Fe20N i80 ) 在弱磁场下的电 阻变化量较大, 因此适合于弱磁场条件下使用Ζ 3 磁阻传感器的结构和工作原理 3. 1 传感器的结构 HM C1021Z 型磁阻传感器的核心部分是 惠斯通电桥, 该器件的 4 个电阻由带状坡莫合 金薄膜制成, 见图 1 和图 2Ζ 当外加磁场时, 因 坡莫合金具有各向异性的磁电阻效应, 电桥电 阻的阻值变化, 导致传感器输出电压的变化Ζ传 感器具有两个铝制的环状电流带, 一个是置位 和复位电流带(SETöR ESET STRA P) , 可用来 修正传感器的灵敏度, 也可用于置位和复位输 出 极 性; 另 一 个 是 补 偿 电 流 带 (O FFSET STRA P) , 用来抵消外界的环境磁场Ζ 图 1 磁阻传感器构造示意图 图 2 磁阻传感器内的惠斯通电桥 3. 2 传感器的工作原理 1) 传感器的基本部分 若供给传感器内部的惠斯通电桥的工作电 压为V b , 传感器的铁磁合金带的长度方向将通 过一个电流, 其中通过各个电阻的电流方向如 图 1 所示Ζ在铁磁合金带的宽度方向施加磁场, 导致对角上的两个电阻的内磁化方向朝着电流 方向转动, Η角减小, 电阻增大; 另外两个电阻 的内磁化方向背向电流转动, Η角增大, 电阻减 小Ζ 靠电阻阻值的变化将外加磁感应强度转换 成差动输出的电压, 该输出电压可用下式表示 V out = ∃R R V b (2) 其中, R 为薄膜电阻, ∃R öR 为阻值的相对变化 量,V b为传感器的工作电压Ζ 由于坡莫合金的电阻变化, 在 0～ 0. 8× 10- 4T 范围内, 薄膜电阻相对变化量 ∃R öR 与 外加磁场的磁感应强度成平方关系, 即 ∃R öR = kB 2 (k 为常量) , 传感器内部设计了 1 个很小 的环状电流带, 该电流带产生磁场补偿外界磁 场, 使该传感器线性工作范围从 0 开始, 从而使 该传感器能够测量低至 10- 3T 范围的弱磁场Ζ 沿着传感器的宽度方向上的单位磁场的输出最 大, 灵敏度最高Ζ 2 ) 置 位 和 复 位 电 流 带 (SETöR ESET STRA P) 如果在传感器的敏感轴方向上施加超过 10×10- 4T 的磁场, 会打乱传感器磁阻内部磁 畴的极化方向, 改变传感器的输出特性, 使输出 的信号变弱, 灵敏度降低Ζ为消除这种历史上的 “不良影响”, 需要重新设置这些磁畴的极化方 向来恢复传感器的灵敏度Ζ 只要在置位和复位 电流带上施加一个极短置位的脉冲 (小于 2 Λs) , 可使磁阻内部磁畴方向达到最大的统一, 从而使灵敏度大幅度提高Ζ 置位脉冲电路图见 图 3Ζ 由于传感器的输出电压的极性取决于内部 磁畴的极化方向, 所以对传感器施加与置位脉 冲方向相反的复位脉冲, 能够使磁畴方向反转, 对外表现为传感器输出的极性反转Ζ 3) 磁 耦 合 环 形 补 偿 电 流 带 (O FFSET STRA P) 该环形电流带上每通过 5mA 的电流, 就 相当于在外加磁场的方向提供 10- 4T 的磁场Ζ 补偿电流带的作用主要是, 通过在电流带上施 64 物理实验 第 22 卷 第 4 期 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
物理实验第22卷第4期 式中N为线圈匝数,1为流经线圈的电流强 度,R为亥姆霍兹线圈的平均半径,p0为真空 磁导率 实验结果见表1 47μF1Mg2 表1传感器特性测量实验结果 311-076 B/x10422241781308%40445 155386621863109 图3置位脉冲电路 B/×104 0445089013351780 1.电压输出负极2.电桥输入正极3.置位/复位带正 由表1作VaB的直线拟合,得到 极4,接地5.置位/复位带负极6,补偿带正极 HMC1021Z型数据磁阻传感器的灵敏度为52 7.补偿带负极8.电压输出正极 N/T,相关系数为0999,灵敏度远远高于目 加一直流电流来抵消不需要的环境磁场例如 前普遍使用的霍尔传感器·该传感器磁感应强 若在无屏蔽的环境中测量极弱的磁场想达到度从0开始就是很好的线性输出在极弱磁场 很高的精度就可用补偿电流带来抵消地磁的影的测量上,HMC1021Z型磁阻传感器相当优 响·除此之外,补偿电流带还有其他的用途,例 越 如,自动校准传感器的增益,调整传感器工作于 被测磁场范围若大于±6×10T,传感器 闭环状态下等应注意的是传感器测量的是由将不能保持线性输出,它的灵敏度也随之降低 环境磁场和电流带提供的磁场叠加后的磁场 此时就不能用作极弱磁场的测量,一旦出现这 4传感器的特性测量 种情况,可使用前述的置位脉冲电路来恢复其 HMC1021Z型磁阻传感器的线性输出范原来的高灵敏度 围为±6×104T,在此范围内,传感器的输出5用磁阻传感器测量地磁场 满足下列关系 在5V的标准工作电压下,HMC1021Z型 Vout sb+ vo (3) 磁阻传感器的灵敏度为52N/,该传感器最 式中,r=m为传感器的输出电压,S为传感器的基本的用途是测量弱磁场.笔者用它测量了地 灵敏度,B为要测量的磁感应强度,o为外磁磁场的4个参量 场为零时传感器自身的漂移输出.测量装置如 1)磁偏角α即地球表面任一点的地磁场 图4.用玄姆霍兹线圈来校准HMC1021Z型磁磁感应强度矢量B所在的垂直平面(地磁子午 阻传感器的灵敏度亥姆霍兹线圈每个500匝,面)与地理子午面的夹角 用数字式恒流源通电,轴线中间位置的磁感应 2)磁倾角β即地磁场磁感应强度B与水 强度由下式决定 平面之间的夹角 B Hon& (4) 3)地磁场磁感应强度的水平分量Bm 4)地磁场磁感应强度的竖直分量 5V电源 51实验装置 测量磁倾角β和地磁场磁感应强度B的 装置,如图5所示图5中将磁阻传感器及转盘 调到垂直水平位置放置,并使该测量装置底边 毫伏讠 L沿着磁感应强度的水平分量Bm的方向 图4传感器特性测量装置 52实验方法 C1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Ltd All rights reserved
图 3 置位脉冲电路 11 电压输出负极 21 电桥输入正极 31 置位ö复位带正 极 41 接地 51 置位ö复位带负极 61 补偿带正极 71 补偿带负极 81 电压输出正极 加一直流电流来抵消不需要的环境磁场Ζ例如, 若在无屏蔽的环境中测量极弱的磁场, 想达到 很高的精度就可用补偿电流带来抵消地磁的影 响Ζ 除此之外, 补偿电流带还有其他的用途, 例 如, 自动校准传感器的增益, 调整传感器工作于 闭环状态下等Ζ应注意的是, 传感器测量的是由 环境磁场和电流带提供的磁场叠加后的磁场Ζ 4 传感器的特性测量 HM C1021Z 型磁阻传感器的线性输出范 围为±6×10- 4 T , 在此范围内, 传感器的输出 满足下列关系 V out = SB + V 0 (3) 式中, V out为传感器的输出电压, S 为传感器的 灵敏度, B 为要测量的磁感应强度, V 0 为外磁 场为零时传感器自身的漂移输出Ζ 测量装置如 图 4, 用亥姆霍兹线圈来校准 HM C1021Z 型磁 阻传感器的灵敏度Ζ亥姆霍兹线圈每个 500 匝, 用数字式恒流源通电, 轴线中间位置的磁感应 强度由下式决定 B = Λ0N I R õ 8 5 3ö2 (4) 图 4 传感器特性测量装置 式中 N 为线圈匝数, I 为流经线圈的电流强 度, R 为亥姆霍兹线圈的平均半径, Λ0 为真空 磁导率Ζ 实验结果见表 1Ζ 表 1 传感器特性测量实验结果 V outömV - 10. 15 - 7. 84 - 5. 53 - 3. 11 - 0. 76 B ö×10- 4T - 2. 225- 1. 780- 1. 335- 0. 890- 0. 445 V outömV 1. 55 3. 86 6. 21 8. 63 10. 94 B ö×10- 4T 0 0. 445 0. 890 1. 335 1. 780 由 表 1 作 V out2B 的 直 线 拟 合, 得 到 HM C1021Z 型数据磁阻传感器的灵敏度为 52. 7V öT , 相关系数为 0. 9999, 灵敏度远远高于目 前普遍使用的霍尔传感器Ζ 该传感器磁感应强 度从 0 开始就是很好的线性输出, 在极弱磁场 的测量上, HM C1021Z 型磁阻传感器相当优 越Ζ 被测磁场范围若大于±6×10- 4T , 传感器 将不能保持线性输出, 它的灵敏度也随之降低Ζ 此时就不能用作极弱磁场的测量, 一旦出现这 种情况, 可使用前述的置位脉冲电路来恢复其 原来的高灵敏度Ζ 5 用磁阻传感器测量地磁场 在 5V 的标准工作电压下, HM C1021Z 型 磁阻传感器的灵敏度为 52. 7V öT , 该传感器最 基本的用途是测量弱磁场Ζ 笔者用它测量了地 磁场的 4 个参量: 1) 磁偏角 Α, 即地球表面任一点的地磁场 磁感应强度矢量B 所在的垂直平面(地磁子午 面) 与地理子午面的夹角; 2) 磁倾角 Β, 即地磁场磁感应强度B 与水 平面之间的夹角; 3) 地磁场磁感应强度的水平分量B ∥; 4) 地磁场磁感应强度的竖直分量B ⊥Ζ 5. 1 实验装置 测量磁倾角 Β 和地磁场磁感应强度B 的 装置, 如图 5 所示Ζ图 5 中将磁阻传感器及转盘 调到垂直水平位置放置, 并使该测量装置底边 L 沿着磁感应强度的水平分量B ∥的方向Ζ 5. 2 实验方法 物理实验 第 22 卷 第 4 期 74 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
物理实验第22卷第4期 0323×10T,竖直分量B1=0350×104 T,查有关资料,上海地区的地磁的水平分量 Bn=0331×104T,相对偏差为24%,磁倾 角也和标准值接近 6结束语 毫伏计 1)本实验研究了坡莫合金磁阻器件的结构 和主要特性,证明了HMC1021Z型磁阻传感器 图5用磁阻传感器测量地磁场实验装置 1)将传感器固定在转盘上,调整转盘至水在±6×10T的磁场范围内具有很好的线性 输出,可以用来测量极弱的磁场给出了该传感 平,旋转该转盘,找到传感器输出电压最大的方 器在受到强磁场干扰、灵敏度降低的情况下,如 向1和输出电压最小方向2,画在白纸上测量 这两个方向和正北方的夹角,记为和,可何将其重新置位,恢复原本的高灵敏度的方法 2)传感器最基本的应用是测量弱磁场,本 求出磁偏角(+0).这个方向也就是地实验中用该传感器测量了地磁场的4个主要参 磁场磁感应强度的水平分量Bn的方向 2)将转盘调整至竖直面内,如图5所示量,得到了满意的测量结果实验中采用了测量 使装置的底边L沿着Bm的方向放置,转动圆 地磁的“立体空间定位法”,实验仪器构造简单, 盘,记下传感器输出的最大位置1和最小位置实验方法易行,适合本科生的物理实验教学 3)由于该传感器的线性工作范围是从0开 2,以及输出的读数1和V2 始的,使用时无须考虑弱磁场情况下磁阻器件 3)用水平仪确定水平面的位置,量出最大 测量值和最小测量值的位置和水平的夹角,分 电阻的相对变化量△R/R与磁感应强度B的 二次函数关系在弱磁场的测量上,该传感器具 别记为β,B,则磁倾角β(B+B) 有优越的性能,除了用来测量弱磁场以外,还可 4)根据(V1-V2)/2=SB及本传感器的灵 敏度S为52N/T,可算出地磁的磁感应强度应用于非接触式电流测量、伪钞检验、导航系 统、交通车辆检测、医疗仪器、实验室仪器和探 大小 5)地磁场的水平分量B∥=B∞osB,竖直分 矿等领域中,具有十分广泛的应用前景 量B⊥=Bsiβ 7参考文献 53实验结果 1黄昆,谢希德半导体物理M↓北京:科学出版社, 测量结果如表2所示 1958 表2用磁阻传感器测量地磁场实验结果 2黄德星等磁敏感器件及其应用M↓北京:科学出 版社,198 3戴道生,钱昆明铁磁学M↓北京:科学出版社 a12022120122ll912 432746148341724704654吴兴惠敏感元器件及材料队1北京电子工业出 I 51 8 48 8 452472|47 n|635623622|629623626 2/129124120122120|12 5 Honeywell中国公司,霍尼韦尔固态传感器说明书 经过计算得出,地磁场的磁偏角125, (2002-01-06收稿) 磁倾角β474地磁场的水平分量B〃 c1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, LId. All rights reserved
图 5 用磁阻传感器测量地磁场实验装置 1) 将传感器固定在转盘上, 调整转盘至水 平, 旋转该转盘, 找到传感器输出电压最大的方 向 1 和输出电压最小方向 2, 画在白纸上Ζ 测量 这两个方向和正北方的夹角, 记为 Α1 和 Α2, 可 求出磁偏角 Α= (Α1+ Α2)ö2Ζ这个方向也就是地 磁场磁感应强度的水平分量B ∥的方向Ζ 2) 将转盘调整至竖直面内, 如图 5 所示, 并 使装置的底边L 沿着B ∥的方向放置, 转动圆 盘, 记下传感器输出的最大位置 1 和最小位置 2, 以及输出的读数V 1 和V 2Ζ 3) 用水平仪确定水平面的位置, 量出最大 测量值和最小测量值的位置和水平的夹角, 分 别记为 Β1, Β2, 则磁倾角 Β= (Β1+ Β2)ö2Ζ 4) 根据(V 1 - V 2 )ö2= SB 及本传感器的灵 敏度 S 为 52. 7V öT , 可算出地磁的磁感应强度 大小Ζ 5) 地磁场的水平分量B ∥= B co sΒ, 竖直分 量B ⊥= B sinΒΖ 5. 3 实验结果 测量结果如表 2 所示Ζ 表 2 用磁阻传感器测量地磁场实验结果 1 2 3 4 5 平均值 Α1ö(°) 12. 8 13. 0 12. 6 12. 6 12. 9 12. 8 Α2ö(°) 12. 0 12. 2 12. 0 12. 2 11. 9 12. 1 Β1ö(°) 43. 7 46. 1 48. 3 47. 2 47. 0 46. 5 Β2ö(°) 51. 8 48. 8 45. 2 47. 2 47. 8 48. 2 V 1ömV 6. 35 6. 23 6. 22 6. 29 6. 23 6. 26 V 2ömV 1. 29 1. 24 1. 20 1. 22 1. 20 1. 23 经过计算得出, 地磁场的磁偏角 Α= 12. 5°, 磁倾角 Β= 47. 4°, 地磁场的水平分量B ∥= 0. 323×10- 4 T , 竖直分量 B ⊥ = 0. 350×10- 4 T , 查有关资料, 上海地区的地磁的水平分量 B ∥= 0. 331×10- 4 T , 相对偏差为 2. 4% , 磁倾 角也和标准值接近Ζ 6 结束语 1) 本实验研究了坡莫合金磁阻器件的结构 和主要特性, 证明了 HM C1021Z 型磁阻传感器 在±6×10- 4T 的磁场范围内具有很好的线性 输出, 可以用来测量极弱的磁场Ζ给出了该传感 器在受到强磁场干扰、灵敏度降低的情况下, 如 何将其重新置位, 恢复原本的高灵敏度的方法Ζ 2) 传感器最基本的应用是测量弱磁场, 本 实验中用该传感器测量了地磁场的 4 个主要参 量, 得到了满意的测量结果Ζ实验中采用了测量 地磁的“立体空间定位法”, 实验仪器构造简单, 实验方法易行, 适合本科生的物理实验教学Ζ 3) 由于该传感器的线性工作范围是从 0 开 始的, 使用时无须考虑弱磁场情况下磁阻器件 电阻的相对变化量 ∃R öR 与磁感应强度B 的 二次函数关系Ζ在弱磁场的测量上, 该传感器具 有优越的性能, 除了用来测量弱磁场以外, 还可 应用于非接触式电流测量、伪钞检验、导航系 统、交通车辆检测、医疗仪器、实验室仪器和探 矿等领域中, 具有十分广泛的应用前景Ζ 7 参考文献 1 黄昆, 谢希德. 半导体物理[M ]. 北京: 科学出版社, 1958 2 黄德星等. 磁敏感器件及其应用[M ]. 北京: 科学出 版社, 1987 3 戴道生, 钱昆明. 铁磁学[M ]. 北京: 科学出版社, 1987 4 吴兴惠. 敏感元器件及材料[M ]. 北京: 电子工业出 版社, 1992 5 Honeyw ell 中国公司Ζ 霍尼韦尔固态传感器说明书 [Z ]. 2001Ζ 49～ 52 (2002201206 收稿) 84 物理实验 第 22 卷 第 4 期 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
