专利名称：巨磁效应测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种巨磁效应测量仪，属于大专院校和中学的物理、电磁学、材料科学等相关课程的实验领域。
背景技术：
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。1988年，法国巴黎大学阿尔伯特·费尔和德国优利西研究所彼得·格鲁伯格分别独立地发现了巨磁电阻效应，即外加磁场引起电阻改变的相对变化率成倍地急剧增加。他们认为巨磁电阻效应是一种全新的物理现象，其物理根源可能归因于磁性导体中传导电子的自旋相关散射。巨磁效应的发现极大地推动了凝聚态物理学和信息存储领域的发展，并逐渐形成了一门新的学科——磁电子学。巨磁效应的研究不仅在学术界引起了广泛的关注，在经济领域也取得了巨大的成功，巨磁效应在高密度读出磁头、磁存储元件上有广泛的应用前景，也常应用于测量位移，角度等传感器中，与光电等传感器相比，具有灵敏度高，功耗小，可靠性高，体积小，能工作于恶劣的工作条件等优点。通过本测量仪可了解巨磁效应的原理、实验方法及其应用，同时通过对AA系列巨磁阻传感器的输出与磁感应强度和距离的关系的测量，可掌握巨磁效应的特性。通过实验内容的使用和操作，有利于学生掌握巨磁效应的原理和应用，调动学生学习的兴趣和培养学生的创新意识。
实用新型内容本实用新型巨磁效应测量仪包含巨磁效应测量仪主机和外部的带刻度尺的实验架、透明圆筒、轻质带磁体的浮块和长直螺线管，巨磁效应测量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。本巨磁效应测量仪采用的是美国NVE公司的AA系列的巨磁阻传感器，NEV公司是全球最大的巨磁电阻传感器制造公司之一，其中基本AA系列巨磁阻(GMR)传感器具备优越的性能，其磁场特性、恒温特性、线性变化温度特性的大范围输出，适用于较宽领域的应用。它的结构为典型的惠斯登桥式结构，在传感器基片上镀一层很厚的磁性材料，这块材料对其下方的巨磁阻电阻器形成屏蔽，不让任何外加磁场进入被屏蔽的电阻器。惠斯登电桥中的两个电阻器(在桥的两个相反的支路上)在磁性材料的上方，受外界场强的作用，而另外两个电阻器在磁性材料的下方，从而受到屏蔽而不受外界磁场作用。当外界磁场作用时， 前两个电阻器的电阻值下降，而后两个电阻值保持不变，这样在电桥的终端就有一个信号输出。本测量仪所采用的磁体是钕铁硼强磁体，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Ndfe14B,是80年代制造的一种稀土的永久磁
3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。同时本测量仪通过电源输出端口也可外接长直螺线管，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。本测量仪主机上的信号输入端口采用五芯航空插座，并通过信号连接电缆连接巨磁效应测量仪主机和实验架滑块上的巨磁阻传感器。同时实验架上的滑块通过两侧的锁紧滑槽实现上下滑动，滑块的前端装有巨磁阻传感器。本测量仪的实验架所用的是可调节高度的支撑脚，实验架的台面上具有水平泡， 可通过支撑脚来调节台面水平。测量仪采用两种透明圆筒，一种具有刻度尺，可读出液面的距离，一种没有刻度尺，可结合巨磁阻传感器的定标，测量出液面高度。本测量仪利用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效应， 能完成巨磁阻传感器的定标，强磁体磁感应强度随距离变化的关系，液位变化的测量，巨磁阻传感器的灵敏度测量等实验项目。测量仪结构合理，操作方便，利于学生观察理解和完成实验。
图1是巨磁效应测量仪主机，图1中1是四位数显电压表，2是四位数显电流表，3 是信号输入端口，4是电源输出，5是电流调节旋钮，6是电压调节旋钮，7是功能选择开关。图2是实验架，图2中的8是实验架座，9是锁紧滑槽，10是滑块，11巨磁阻传感器，12是透明圆筒，13是水平泡，14是可调节支撑脚，15是连接电缆，16是刻度尺。图3是轻质浮块，图3中的17是轻质材料，18是磁体。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。在使用外接长直螺线管时，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。在实验定标时，将轻质带磁体的浮块放于实验架台面上，改变滑块的位置，记录传感器输出电压，作L-V图像，在做测量实验中，使轻质带磁体的浮块浮于液面上，固定滑块位置，测量不同液面高度时的输出电压，同样也可使用无刻度的圆筒，利用定标数据，测量液面所处于的高度。
权利要求1.一种巨磁效应测量仪，其特征是包含巨磁效应测量仪主机和外部的带刻度尺的实验架(8)、透明圆筒(12)、轻质带磁体的浮块和长直螺线管，巨磁效应测量仪主机上设置有四位数显的电压表和电流表(1，2)、电流和电压调节旋钮(5，6)、功能选择开关(7)、信号输入端口 (3)和电源输出端口 (4)。
2.根据权利要求1所述的巨磁效应测量仪，其特征是实验架上的滑块(10)通过两侧的锁紧滑槽(9)实现上下滑动，滑块的前端有巨磁阻传感器(11)。
3.根据权利要求1所述的巨磁效应测量仪，其特征是所采用的磁体(18)为钕铁硼强磁体。
4.根据权利要求1所述的巨磁效应测量仪，其特征是其信号输入端口( 采用五芯航空插座。
5.根据权利要求1所述的巨磁效应测量仪，其特征是通过电源输出端口(4)可外接长直螺线管。
6.根据权利要求1所述的巨磁效应测量仪，其特征是其实验架所用的是可调节高度的支撑脚(14)，实验架的台面上具有水平泡(13)。
专利摘要本实用新型涉及一种巨磁效应测量仪，包含巨磁效应测量仪主机和外部的带刻度尺的实验架、透明圆筒、轻质带磁体的浮块和长直螺线管，巨磁效应测量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。测量仪通过对巨磁传感器输出随磁感应强度变化的多种关系的测量和液位变化的测量，使学生能很好的理解和掌握巨磁阻传感器原理和应用。测量仪结构合理，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G01R33/09GK202058353SQ201120008238
公开日2011年11月30日 申请日期2011年1月12日 优先权日2011年1月12日
发明者汪建 申请人:四川农业大学, 汪建