θ
θ
45o+δ
45o- δ I
I ΔR↘
M0 ΔR↗ B
接地
M0 B
+ 输出电压U0 －
（1）各向异性磁阻 c. 消除系统误差
U2
磁阻传感器电桥实际结构
磁阻效应综合实验·实验原理
改变励磁电流的方向：
异号法消除各臂差异导 致的零差和地磁影响 灵敏度： S U2 - U1
2UE B （单位： mV·V-1·mT-1） U1
磁阻效应综合实验·实验原理
铝合金带电流方向
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
B
0 R 2 2( R 2 x2 )3/ 2
N
I
b. 亥姆霍兹线圈轴线上磁感应强度ຫໍສະໝຸດ B1 20
N
IM
R2 R2
R 2
x
2
3/ 2
R2
R 2
2
x
3/ 2
亥姆霍兹线圈轴线上两线圈中点O处：
B0
8 53/ 2
0 N IM 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
O
x
同相连接，d < R
x O
同相连接，d > R
3. 实验内容 （2）实验步骤及注意事项
磁阻效应综合实验·实验内容
a. 基本电路连接
左红右黑连接 左黑右红连接 正接 亥姆霍兹线圈
励磁电流 IM
电桥电压UE
去磁电路切 换IM方向必 须使用
电桥电压显示 磁阻传感电压 U
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
b. 线圈放置方法
待测磁场： B U2 - U1 2UE S
（单位： mT）
2. 实验原理
（1）各向异性磁阻
d. 易磁化轴的复位/反向置位
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。 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
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。
线圈半径 80mm
线圈匝数 520
20.0mm
70.0mm
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
c. 传感器标尺杆读数
亥姆霍兹线圈中 心位置
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
arctg(Bz B// )
成都地磁参数公认值： 水平磁偏角：1o11.16 ‘；
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 。
磁阻效应综合实验·实验内容
3. 实验内容 （1）实验测试内容
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。
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。
异号法求得：
B U2 -U1 2UE S
式中S由先前定标求得
b. 测量地磁场参数
z
Bz β By θ Bx
B
y
B// x
Bx （U x U x）（2U E S）
By （Uy Uy）（2U E S）
Bz （Uz Uz）（2U E S）
B//
Bx2
B
2 y
arctg(By Bx )
B地 B/2/ Bz2
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、
2. 实验原理
巨磁阻（Giant Magneto Resistance）是一种层状结构，外 层是超薄的铁磁材料（Fe,Co,Ni等），中间层是一个超薄的非磁 性导体层（Cr,Cu,Ag等），这种多层膜的电阻随外磁场变化而 显著变化，即巨磁阻效应。
当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流，而垂 直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会生较 大的变化，利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方 向。
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 U2 - U1
2
c. 求磁阻传感器灵敏度
S U U2 -U1 U E B理0 2U E B理0
（单位： mV·V-1·mT-1）
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
磁阻效应综合实验·实验原理
（1）各向异性磁阻 a. 磁电阻特性及线性化
( ) (∥ )cos 2
45o附近为线性区域 b. 全桥式差动非平衡电桥
电桥电压UE
坡莫合金薄膜
（Ni80Fe20）
θ
θ
45o+δ 易
I ΔR↘
磁
45o- δ ΔR↗
I
磁敏感 M0
化
轴 M0
磁敏感
B方 B
B<<M0 向
B0
x O
B0
反相连接，
d =R
O
x
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
B理0
8 53/ 2
0 N IM R
5.84 IM
b. 测量磁阻传感器输出电压
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。