專利名稱：巨磁效應(yīng)測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種巨磁效應(yīng)測(cè)量?jī)x，屬于大專院校和中學(xué)的物理、電磁學(xué)、材料科學(xué)等相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
巨磁阻(Giant Magneto Resistance)是一種層狀結(jié)構(gòu)，外層是超薄的鐵磁材料 (Fe, Co, Ni等)，中間層是一個(gè)超薄的非磁性導(dǎo)體層(Cr，Cu, Ag等)，這種多層膜的電阻隨外磁場(chǎng)變化而顯著變化。1988年，法國(guó)巴黎大學(xué)阿爾伯特·費(fèi)爾和德國(guó)優(yōu)利西研究所彼得·格魯伯格分別獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻效應(yīng)，即外加磁場(chǎng)引起電阻改變的相對(duì)變化率成倍地急劇增加。他們認(rèn)為巨磁電阻效應(yīng)是一種全新的物理現(xiàn)象，其物理根源可能歸因于磁性導(dǎo)體中傳導(dǎo)電子的自旋相關(guān)散射。巨磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)極大地推動(dòng)了凝聚態(tài)物理學(xué)和信息存儲(chǔ)領(lǐng)域的發(fā)展，并逐漸形成了一門(mén)新的學(xué)科——磁電子學(xué)。巨磁效應(yīng)的研究不僅在學(xué)術(shù)界引起了廣泛的關(guān)注，在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域也取得了巨大的成功，巨磁效應(yīng)在高密度讀出磁頭、磁存儲(chǔ)元件上有廣泛的應(yīng)用前景，也常應(yīng)用于測(cè)量位移，角度等傳感器中，與光電等傳感器相比，具有靈敏度高，功耗小，可靠性高，體積小，能工作于惡劣的工作條件等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)本測(cè)量?jī)x可了解巨磁效應(yīng)的原理、實(shí)驗(yàn)方法及其應(yīng)用，同時(shí)通過(guò)對(duì)AA系列巨磁阻傳感器的輸出與磁感應(yīng)強(qiáng)度和距離的關(guān)系的測(cè)量，可掌握巨磁效應(yīng)的特性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的使用和操作，有利于學(xué)生掌握巨磁效應(yīng)的原理和應(yīng)用，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型巨磁效應(yīng)測(cè)量?jī)x包含巨磁效應(yīng)測(cè)量?jī)x主機(jī)和外部的帶刻度尺的實(shí)驗(yàn)架、透明圓筒、輕質(zhì)帶磁體的浮塊和長(zhǎng)直螺線管，巨磁效應(yīng)測(cè)量?jī)x主機(jī)上設(shè)置有四位數(shù)顯的電壓表和電流表、電流和電壓調(diào)節(jié)旋鈕、功能選擇開(kāi)關(guān)、信號(hào)輸入端口和電源輸出端口。本巨磁效應(yīng)測(cè)量?jī)x采用的是美國(guó)NVE公司的AA系列的巨磁阻傳感器，NEV公司是全球最大的巨磁電阻傳感器制造公司之一，其中基本AA系列巨磁阻(GMR)傳感器具備優(yōu)越的性能，其磁場(chǎng)特性、恒溫特性、線性變化溫度特性的大范圍輸出，適用于較寬領(lǐng)域的應(yīng)用。它的結(jié)構(gòu)為典型的惠斯登橋式結(jié)構(gòu)，在傳感器基片上鍍一層很厚的磁性材料，這塊材料對(duì)其下方的巨磁阻電阻器形成屏蔽，不讓任何外加磁場(chǎng)進(jìn)入被屏蔽的電阻器?；菟沟请姌蛑械膬蓚€(gè)電阻器(在橋的兩個(gè)相反的支路上)在磁性材料的上方，受外界場(chǎng)強(qiáng)的作用，而另外兩個(gè)電阻器在磁性材料的下方，從而受到屏蔽而不受外界磁場(chǎng)作用。當(dāng)外界磁場(chǎng)作用時(shí)， 前兩個(gè)電阻器的電阻值下降，而后兩個(gè)電阻值保持不變，這樣在電橋的終端就有一個(gè)信號(hào)輸出。本測(cè)量?jī)x所采用的磁體是釹鐵硼強(qiáng)磁體，可方便的驗(yàn)證與檢測(cè)巨磁阻傳感器與外磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系。釹鐵硼磁體其化學(xué)式為Ndfe14B,是80年代制造的一種稀土的永久磁
3鐵，是目前為止具有最強(qiáng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的永久磁鐵，磁感應(yīng)強(qiáng)度可達(dá)近20000高斯。同時(shí)本測(cè)量?jī)x通過(guò)電源輸出端口也可外接長(zhǎng)直螺線管，可一方面檢測(cè)巨磁阻傳感器與外磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系，另一方面也可用于驗(yàn)證通電電流與長(zhǎng)直螺線管產(chǎn)生的磁場(chǎng)的關(guān)系。本測(cè)量?jī)x主機(jī)上的信號(hào)輸入端口采用五芯航空插座，并通過(guò)信號(hào)連接電纜連接巨磁效應(yīng)測(cè)量?jī)x主機(jī)和實(shí)驗(yàn)架滑塊上的巨磁阻傳感器。同時(shí)實(shí)驗(yàn)架上的滑塊通過(guò)兩側(cè)的鎖緊滑槽實(shí)現(xiàn)上下滑動(dòng)，滑塊的前端裝有巨磁阻傳感器。本測(cè)量?jī)x的實(shí)驗(yàn)架所用的是可調(diào)節(jié)高度的支撐腳，實(shí)驗(yàn)架的臺(tái)面上具有水平泡， 可通過(guò)支撐腳來(lái)調(diào)節(jié)臺(tái)面水平。測(cè)量?jī)x采用兩種透明圓筒，一種具有刻度尺，可讀出液面的距離，一種沒(méi)有刻度尺，可結(jié)合巨磁阻傳感器的定標(biāo)，測(cè)量出液面高度。本測(cè)量?jī)x利用強(qiáng)磁體和長(zhǎng)直螺線管結(jié)合工作電流和電壓的變化來(lái)研究巨磁效應(yīng)， 能完成巨磁阻傳感器的定標(biāo)，強(qiáng)磁體磁感應(yīng)強(qiáng)度隨距離變化的關(guān)系，液位變化的測(cè)量，巨磁阻傳感器的靈敏度測(cè)量等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)合理，操作方便，利于學(xué)生觀察理解和完成實(shí)驗(yàn)。

圖1是巨磁效應(yīng)測(cè)量?jī)x主機(jī)，圖1中1是四位數(shù)顯電壓表，2是四位數(shù)顯電流表，3 是信號(hào)輸入端口，4是電源輸出，5是電流調(diào)節(jié)旋鈕，6是電壓調(diào)節(jié)旋鈕，7是功能選擇開(kāi)關(guān)。圖2是實(shí)驗(yàn)架，圖2中的8是實(shí)驗(yàn)架座，9是鎖緊滑槽，10是滑塊，11巨磁阻傳感器，12是透明圓筒，13是水平泡，14是可調(diào)節(jié)支撐腳，15是連接電纜，16是刻度尺。圖3是輕質(zhì)浮塊，圖3中的17是輕質(zhì)材料，18是磁體。圖4是巨磁阻傳感器的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
圖4是AA系列巨磁阻傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它是由四個(gè)相同的巨磁電阻組成的直流電橋結(jié)構(gòu)。在使用外接長(zhǎng)直螺線管時(shí)，將巨磁阻傳感器工作電壓調(diào)為5V，逐漸升高長(zhǎng)直螺線管線圈電流，結(jié)合功能選擇開(kāi)關(guān)的使用，可觀察到巨磁阻傳感器的電壓輸出逐漸增大，分別測(cè)出不同電流下巨磁阻傳感器的輸出電壓，可作出長(zhǎng)直螺線管線圈電流和巨磁阻傳感器輸出電壓的關(guān)系圖。并可求出巨磁阻傳感器的靈敏度。同理，在每一組的測(cè)量中，相應(yīng)將巨磁阻傳感器的工作電壓調(diào)高，可每隔IV或2V 測(cè)一次靈敏度，則可得到巨磁阻傳感器的靈敏度與其工作電壓的關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)定標(biāo)時(shí)，將輕質(zhì)帶磁體的浮塊放于實(shí)驗(yàn)架臺(tái)面上，改變滑塊的位置，記錄傳感器輸出電壓，作L-V圖像，在做測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，使輕質(zhì)帶磁體的浮塊浮于液面上，固定滑塊位置，測(cè)量不同液面高度時(shí)的輸出電壓，同樣也可使用無(wú)刻度的圓筒，利用定標(biāo)數(shù)據(jù)，測(cè)量液面所處于的高度。
權(quán)利要求1.一種巨磁效應(yīng)測(cè)量?jī)x，其特征是包含巨磁效應(yīng)測(cè)量?jī)x主機(jī)和外部的帶刻度尺的實(shí)驗(yàn)架(8)、透明圓筒(12)、輕質(zhì)帶磁體的浮塊和長(zhǎng)直螺線管，巨磁效應(yīng)測(cè)量?jī)x主機(jī)上設(shè)置有四位數(shù)顯的電壓表和電流表(1，2)、電流和電壓調(diào)節(jié)旋鈕(5，6)、功能選擇開(kāi)關(guān)(7)、信號(hào)輸入端口 (3)和電源輸出端口 (4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巨磁效應(yīng)測(cè)量?jī)x，其特征是實(shí)驗(yàn)架上的滑塊(10)通過(guò)兩側(cè)的鎖緊滑槽(9)實(shí)現(xiàn)上下滑動(dòng)，滑塊的前端有巨磁阻傳感器(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巨磁效應(yīng)測(cè)量?jī)x，其特征是所采用的磁體(18)為釹鐵硼強(qiáng)磁體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巨磁效應(yīng)測(cè)量?jī)x，其特征是其信號(hào)輸入端口( 采用五芯航空插座。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巨磁效應(yīng)測(cè)量?jī)x，其特征是通過(guò)電源輸出端口(4)可外接長(zhǎng)直螺線管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巨磁效應(yīng)測(cè)量?jī)x，其特征是其實(shí)驗(yàn)架所用的是可調(diào)節(jié)高度的支撐腳(14)，實(shí)驗(yàn)架的臺(tái)面上具有水平泡(13)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種巨磁效應(yīng)測(cè)量?jī)x，包含巨磁效應(yīng)測(cè)量?jī)x主機(jī)和外部的帶刻度尺的實(shí)驗(yàn)架、透明圓筒、輕質(zhì)帶磁體的浮塊和長(zhǎng)直螺線管，巨磁效應(yīng)測(cè)量?jī)x主機(jī)上設(shè)置有四位數(shù)顯的電壓表和電流表、電流和電壓調(diào)節(jié)旋鈕、功能選擇開(kāi)關(guān)、信號(hào)輸入端口和電源輸出端口。測(cè)量?jī)x通過(guò)對(duì)巨磁傳感器輸出隨磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的多種關(guān)系的測(cè)量和液位變化的測(cè)量，使學(xué)生能很好的理解和掌握巨磁阻傳感器原理和應(yīng)用。測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)合理，操作方便，教學(xué)效果好，適合于大專院校的物理學(xué)、電磁學(xué)等課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01R33/09GK202058353SQ201120008238
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月12日
發(fā)明者汪建 申請(qǐng)人:四川農(nóng)業(yè)大學(xué), 汪建