·注意使用“消磁”按钮对磁阻传感器消磁；
·注意励磁电流不要随意增大到0.1A以上，否则磁阻传感器的灵敏度 将下降；
·注意检查移动两个线圈的距离和位置是否满足亥姆霍兹线圈的条件。
磁阻效应综合实验·实验内容 3. 实验内容
（3）数据记录及处理
a. 求不同电源电压下磁阻传感器的灵敏度S，数据及计算结果记入表13-1， 总结规律于表后。 IM=0.100A， d=R=80.0mm，x‘=120.0mm，B理0=
磁阻效应综合实验
大学物理实验中心
磁阻效应综合实验·背景 实验背景 1. 各向异性磁电阻（AMR）效应的发现和应用 1856 年 著 名 英 国 科 学 家 开 尔文爵士最先发现 AMR 现象。 1971 年,美国科 学家亨特发明了 电脑硬盘的 AMR 磁头， 1985 年 由IBM投产，相关研究、技术和 应用得到蓬勃发展。
UE=5.00V， B成都//=
Ux+/mV Ux-/mV Uy+/mV Uy-/mV
uT， B成都⊥ =
uT 。
Uz+/mV Uz-/mV
Ux /mV
Bx/mT
Uy /mV
By/mT
2 2 B// Bx By /mT
Uz /mV
Bz/mT
2 B地 B// Bz2 /mT
arctg(By / Bx )
（单位： mV· V-1· mT-1） U2
U1 待测磁场： B （单位： mT）
磁阻传感器电桥实际结构
U 2 - U1 2U E S
磁阻效应综合实验·实验原理 2. 实验原理 （1）各向异性磁阻 d. 易磁化轴的复位/反向置位
铝合金带电流方向
作用：测量前保持铁磁材 料磁畴是沿易磁化轴方向， 消除前一次测量强磁干扰 带来的灵敏度下降。
磁阻效应综合实验·实验内容
续表13-3
/mm
亥姆霍兹 U(a+b)2/mV 线圈 Ua+b /mV Ba+b/mT 叠加 相对误差 Ba +Bb/mT E /% U(a-b)1/mV 反相线圈 U(a-b)2/mV 组合 Ua-b /mV U(a+b)1/mV
-80.0 -60.0 -40.0 -20.0 -10.0 0.0 10.0 20.0 40.0 60.0 80.0
思考题与实验报告 5 思考题与实验报告 （2）实验报告 a. 求不同电源电压下磁阻传感器的灵敏度S，计算结果记入表13-1， 总结规律于表后。 b. 线圈a、b、 a +b及a -b轴线传感电压计算结果记入表13-3，绘平滑曲线 并总结规律于表后。将各处测得磁场 Ba+b与相应亥姆霍兹线圈磁场理论 值 Ba +Bb进行对比； Ba-b 与Ba -Bb 进行对比，证明叠加原理。 c. 测定地磁场各方向的传感器输出电压Ux、Uy、Uz计算结果记录入表13-6， 表后计算地磁场磁感应强度和水平偏向角、磁倾角，进行误差分析。
实现方法：在传感器硅片 上设置铝合金带，瞬间通 过大直流脉冲电流，该电 流产生的强磁场正好沿着 沿易磁化轴方向，使磁畴 排列整齐。
磁阻效应综合实验·实验原理 2. 实验原理 （2）亥姆霍兹线圈 a. 载流圆线圈轴线上磁感应强度
由毕奥-萨伐尔定律 0 R 2 B NI 2 2 3/ 2 2( R x ) b. 亥姆霍兹线圈轴线上磁感应强度
8 0 N I M 53 / 2 R
磁阻效应综合实验·实验原理 2. 实验原理 （2）亥姆霍兹线圈 c. 磁场叠加原理及亥姆霍兹线圈组成条件 两线圈同相连接，且d=R时，轴线上O点附近B均匀。
B0 B0 B0
O
B0
x
反相连接， d=R
O
x
O
x
O
x
同相连接，d < R
同相连接，d > R
磁阻效应综合实验·实验原理 2. 实验原理 （3）用亥姆霍兹线圈定标磁阻传感器 a. 理论磁感应强度
Ba-b/mT
叠加 相对误差 Ba -Bb/mT E /%
将各处测得磁场 Ba+b与相应亥姆霍兹线圈磁场理论值 Ba +Bb进行对比； Ba-b 与Ba -Bb 进行对比，证明叠加原理。
磁阻效应综合实验·实验内容 3. 实验内容 （3）数据记录及处理 c. 测定地磁场各方向的传感器输出电压Ux+、Ux-、Uy+、Uy-、Uz+、Uz-， 数据记录入表13-6，表后计算地磁场磁感应强度和水平偏向角、磁倾角， 进行误差分析。
2 3 / 2 2 3 / 2 2 2 R 2 R 1 B 0 N I M R R x R x 2 2 2
亥姆霍兹线圈轴线上两线圈中点O处： B0
80.0 100.0 110.0 120.0 130.0 140.0 160.0 180.0 200.0 0.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 80.0 100.0 120.0
Ua1/mV 只接 Ua2/mV a 线圈 U /V a Ba/mT
/mm Ub1/mV 只接 Ub2/mV b 线圈 U /mV b Bb/mT -120.0 -100.0 -80.0 -60.0 -50.0 -40.0 -30.0 -20.0 0.0 20.0 40.0
b. 为什么测量各向异性磁阻传感器的输出电压时，要改变 B测为相反方向 （或改变励磁电流方向）各测量一次？
c. 为什么亥姆霍兹线圈轴线中点附近磁场是均匀的？本实验两线圈之间距 离多少毫米、两线圈间及与电源如何连接时可以组成亥姆霍兹线圈？请 画出接线图。 d. 各向异性磁电阻为什么在电流方向与易磁化轴方向成45o时，电阻变化 ΔR与易磁化轴方向垂直的磁敏感方向的待测磁感应强度B的大小成正比？ 定量推导ΔR与B的函数关系。
a. 用亥姆霍兹线圈磁场对磁阻传感器定标
b. 测量电源电压对传感器灵敏度的影响。
c. 测量单线圈、两线圈极性不同时轴线磁感应强度分布。 d. 用磁阻效应传感器测量地磁场的大小和方位。
磁阻效应综合实验·实验内容 3. 实验内容 （2）实验步骤及注意事项 a. 基本电路连接 左红右黑连接 左黑右红连接
B理 0 8 0 N I M 5.84 I M 53 / 2 R
式中真空导磁率μ0=4π×10-7， N=520匝，R=80.0mm， IM单位为A，B理0单位为mT。
b. 测量磁阻传感器输出电压
切换励磁电流方向→磁场反向各测量输出电压为U1 、 U2 ，则由异 号法求得： U 2 - U1 U 2
c. 求磁阻传感器灵敏度
S
U U -U 2 1 （单位： mV· V-1· mT-1） U E B理0 2U E B理0
磁阻效应综合实验·实验原理 2. 实验原理 （4）用定标后的磁阻传感器测量磁场 a. 切换励磁电流方向→磁场反向各测量输出电压为U1 、 U2 ，则由 异号法求得： U -U B 2 1 式中S由先前定标求得 2U E S b. 测量地磁场参数
大型矩形三轴型亥姆霍兹线圈
磁阻效应综合实验·实验目的 1. 实验目的 （1）了解各向异性磁阻效应原理和传感电路的组成。 （2）掌握应用各向异性磁阻效应测量弱磁场的方法。 （3）掌握亥姆霍兹线圈空间轴线上磁场的计算和测量方法。 （4）掌握用亥姆霍兹线圈的对磁阻传感器进行定标的方法。
（5）掌握用磁阻传感器测量地磁场的方法。
硬盘磁头
地磁检测与导航
磁卡读取
流量检测
电流测量
磁阻效应综合实验·背景 实验背景 2. 亥姆霍兹线圈及其种类 由德国物理学家、数学家、生理学家、心理学家 赫尔曼•冯•亥姆霍兹（1821～1894）的名字命名，科研 和生产中常用来制造小范围区域均匀磁场的器件，也 可获得“零磁场”。
小型单轴型 、中型三轴型、 Nhomakorabea水平分量：34.48uT； 竖直分量：36.43uT。
θ 是相对于实验桌的水平 磁偏角，相对于北极的水 平磁偏角为θ 加上实验桌 的方位角θ桌 。
arctg( By Bx )
2 B地 B// Bz2
arctg( Bz B// )
磁阻效应综合实验·实验内容 3. 实验内容
（1）实验测试内容
磁阻效应综合实验·实验原理 电桥电压UE （1）各向异性磁阻 a. 磁电阻特性及线性化 坡莫合金薄膜 （Ni80Fe20）
易 o 45 -δ I 磁 ΔR↗ I 化 磁敏感 磁敏感 M0 轴 M0 B 方 B B<<M0 向
( ) ( ∥ ) cos
2
θ 45o+δ ΔR↘
UE /V
U1/mV U2/mV U / mV S/( mV· V-1· mT-1)
mT。
8.00
2.00
4.00
5.00
6.00
磁阻效应综合实验·实验内容 b. 证明磁场迭加原理，线圈 a、b、 a +b及a -b轴线传感电压测量值数 据及计算结果记入表13-3，绘平滑曲线并总结规律于表后。
UE=5.00V， IM=0.100A， d=R=80.0mm， xa =-40.0mm，xb =40.0mm， B理0= /mm /mm 40.0 -40.0 60.0 -20.0 mT。
元件在亥姆霍兹线 圈中心位置时读数 120.0mm 以亥姆霍兹线圈中心为原点，元件的轴上坐标x与左侧读数x'的关系
x x 120
磁阻效应综合实验·实验内容 3. 实验内容 （2）实验步骤及注意事项 d. 其它注意事项 ·测量时要避免强磁场、顺磁性物体靠近磁阻传感器，以免磁阻效应传 感器被磁化，造成灵敏度急剧下降；
z Bz β By θ Bx B// x
B
y
Bx （U x U x） （2U E S ） 成都地磁参数公认值： o B （U U ） （2U S ） 水平磁偏角：1 11.16 ‘；