專利名稱：巨磁效應(yīng)測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種巨磁效應(yīng)測量儀，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)課程的實驗領(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變化而顯著變化。1988年，法國巴黎大學(xué)阿爾伯特·費爾和德國優(yōu)利西研究所彼得·格魯伯格分別獨立地發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻效應(yīng)，即外加磁場引起電阻改變的相對變化率成倍地急劇增加。他們認為巨磁電阻效應(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)極大地推動了凝聚態(tài)物理學(xué)和信息存儲領(lǐng)域的發(fā)展，并逐漸形成了一門新的學(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、磁存儲元件上有廣泛的應(yīng)用前景，也常應(yīng)用于測量位移，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。通過本測量儀可了解巨磁效應(yīng)的原理、實驗方法及其應(yīng)用，同時通過對AA系列巨磁阻傳感器的輸出與磁感應(yīng)強度和距離的關(guān)系的測量，可掌握巨磁效應(yīng)的特性。通過實驗內(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)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

實用新型內(nèi)容本實用新型巨磁效應(yīng)測量儀包含巨磁效應(yīng)測量儀主機和外部的帶刻度尺的實驗架、透明圓筒、輕質(zhì)帶磁體的浮塊和長直螺線管，巨磁效應(yīng)測量儀主機上設(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、功能選擇開關(guān)、信號輸入端口和電源輸出端口。本巨磁效應(yīng)測量儀采用的是美國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，這塊材料對其下方的巨磁阻電阻器形成屏蔽，不讓任何外加磁場進入被屏蔽的電阻器?；菟沟请姌蛑械膬蓚€電阻器(在橋的兩個相反的支路上)在磁性材料的上方，受外界場強的作用，而另外兩個電阻器在磁性材料的下方，從而受到屏蔽而不受外界磁場作用。當(dāng)外界磁場作用時， 前兩個電阻器的電阻值下降，而后兩個電阻值保持不變，這樣在電橋的終端就有一個信號輸出。本測量儀所采用的磁體是釹鐵硼強磁體，可方便的驗證與檢測巨磁阻傳感器與外磁感應(yīng)強度的關(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磁感應(yīng)強度的永久磁鐵，磁感應(yīng)強度可達近20000高斯。同時本測量儀通過電源輸出端口也可外接長直螺線管，可一方面檢測巨磁阻傳感器與外磁感應(yīng)強度的關(guān)系，另一方面也可用于驗證通電電流與長直螺線管產(chǎn)生的磁場的關(guān)系。本測量儀主機上的信號輸入端口采用五芯航空插座，并通過信號連接電纜連接巨磁效應(yīng)測量儀主機和實驗架滑塊上的巨磁阻傳感器。同時實驗架上的滑塊通過兩側(cè)的鎖緊滑槽實現(xiàn)上下滑動，滑塊的前端裝有巨磁阻傳感器。本測量儀的實驗架所用的是可調(diào)節(jié)高度的支撐腳，實驗架的臺面上具有水平泡， 可通過支撐腳來調(diào)節(jié)臺面水平。測量儀采用兩種透明圓筒，一種具有刻度尺，可讀出液面的距離，一種沒有刻度尺，可結(jié)合巨磁阻傳感器的定標(biāo)，測量出液面高度。本測量儀利用強磁體和長直螺線管結(jié)合工作電流和電壓的變化來研究巨磁效應(yīng)， 能完成巨磁阻傳感器的定標(biāo)，強磁體磁感應(yīng)強度隨距離變化的關(guān)系，液位變化的測量，巨磁阻傳感器的靈敏度測量等實驗項目。測量儀結(jié)構(gòu)合理，操作方便，利于學(xué)生觀察理解和完成實驗。

圖1是巨磁效應(yīng)測量儀主機，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是功能選擇開關(guān)。圖2是實驗架，圖2中的8是實驗架座，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)，它是由四個相同的巨磁電阻組成的直流電橋結(jié)構(gòu)。在使用外接長直螺線管時，將巨磁阻傳感器工作電壓調(diào)為5V，逐漸升高長直螺線管線圈電流，結(jié)合功能選擇開關(guān)的使用，可觀察到巨磁阻傳感器的電壓輸出逐漸增大，分別測出不同電流下巨磁阻傳感器的輸出電壓，可作出長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。在實驗定標(biāo)時，將輕質(zhì)帶磁體的浮塊放于實驗架臺面上，改變滑塊的位置，記錄傳感器輸出電壓，作L-V圖像，在做測量實驗中，使輕質(zhì)帶磁體的浮塊浮于液面上，固定滑塊位置，測量不同液面高度時的輸出電壓，同樣也可使用無刻度的圓筒，利用定標(biāo)數(shù)據(jù)，測量液面所處于的高度。
權(quán)利要求1.一種巨磁效應(yīng)測量儀，其特征是包含巨磁效應(yīng)測量儀主機和外部的帶刻度尺的實驗架(8)、透明圓筒(12)、輕質(zhì)帶磁體的浮塊和長直螺線管，巨磁效應(yīng)測量儀主機上設(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)、功能選擇開關(guān)(7)、信號輸入端口 (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)測量儀，其特征是實驗架上的滑塊(10)通過兩側(cè)的鎖緊滑槽(9)實現(xiàn)上下滑動，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)測量儀，其特征是所采用的磁體(18)為釹鐵硼強磁體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巨磁效應(yīng)測量儀，其特征是其信號輸入端口( 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)測量儀，其特征是通過電源輸出端口(4)可外接長直螺線管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巨磁效應(yīng)測量儀，其特征是其實驗架所用的是可調(diào)節(jié)高度的支撐腳(14)，實驗架的臺面上具有水平泡(13)。
專利摘要本實用新型涉及一種巨磁效應(yīng)測量儀，包含巨磁效應(yīng)測量儀主機和外部的帶刻度尺的實驗架、透明圓筒、輕質(zhì)帶磁體的浮塊和長直螺線管，巨磁效應(yīng)測量儀主機上設(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、功能選擇開關(guān)、信號輸入端口和電源輸出端口。測量儀通過對巨磁傳感器輸出隨磁感應(yīng)強度變化的多種關(guān)系的測量和液位變化的測量，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。測量儀結(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)實驗。
文檔編號G01R33/09GK202058353SQ201120008238
公開日2011年11月30日 申請日期2011年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月12日
發(fā)明者汪建 申請人:四川農(nóng)業(yè)大學(xué), 汪建