一種物理實驗用磁電阻特性測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于物理實驗裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種物理實驗用磁電阻特性測量裝置。該裝置由磁電阻傳感器、亥姆霍茲線圈、電源及測量電路構(gòu)成。其中，磁電阻傳感器設(shè)計為插針式可拆換結(jié)構(gòu)，可方便調(diào)換為多層膜巨磁電阻傳感器、自旋閥巨磁電阻傳感器及各向異性磁電阻傳感器。本實用新型將傳感器內(nèi)部組成惠斯登電橋的四只電阻等效成一只電阻，將等效電阻與一已知阻值的精密電阻串聯(lián)，用正比法測量其的阻值，可求得電橋中單元電阻阻值與外磁場的關(guān)系，得到電阻最大相對變化率等參數(shù)。本實用新型適用于大面積物理實驗教學。
【專利說明】一種物理實驗用磁電阻特性測量裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于物理實驗裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種測量普通橋式巨磁電阻器件中單元電阻磁電阻特性的實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，商品化的磁電阻傳感器，包括多層膜巨磁電阻傳感器、自旋閥巨磁電阻傳感器及各向異性磁電阻傳感器等，均為惠斯登電橋式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以改善傳感器溫度特性，提高傳感器靈敏度，但卻使傳感器只能輸出差分電壓，不能反映巨磁電阻效應(yīng)與其它磁電阻效應(yīng)的區(qū)別，例如電阻阻值隨磁場增強而減小的負效應(yīng)特征，電阻相對變化率較其它磁電阻效應(yīng)高一到兩個數(shù)量級等。因此若將巨磁電阻傳感器直接應(yīng)用于物理實驗儀器，只能測量磁場大小，除靈敏度較高外，與其它種類磁傳感器無明顯區(qū)別，不利于學生理解巨磁電阻效應(yīng)的原理及其與其它磁電阻效應(yīng)的區(qū)別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有巨磁電阻傳感器只能輸出差分電壓，不能反映巨磁電阻特性的不足，本實用新型提供一種物理實驗用的磁電阻特性測量裝置及其測量方法。
[0004]本實用新型提供的磁電阻特性測量裝置，由磁電阻傳感器、亥姆霍茲線圈、電源及測量電路構(gòu)成，磁電阻傳感器置于亥姆霍茲線圈中，亥姆霍茲線圈與電源及測量電路連接。
[0005]本實用新型中，磁電阻傳感器可以是多層膜巨磁電阻傳感器、自旋閥巨磁電阻傳感器或各向異性磁電阻傳感器等。磁電阻傳感器與測量裝置間設(shè)計為插針式可拆換結(jié)構(gòu)，可方便調(diào)換磁電阻傳感器。
[0006]本實用新型可用于測量多層膜巨磁電阻傳感器、自旋閥巨磁電阻傳感器及各向異性磁電阻傳感器的特性，如傳感器靈敏度、飽和磁場等，還可以測量三種傳感器惠斯登電橋單元電阻的磁電阻特性，如阻值與外磁場的關(guān)系，電阻最大相對變化率等，比較不同磁電阻效應(yīng)的區(qū)別。
[0007]本實用新型提供的磁電阻特性測量裝置，對于不同的磁電阻傳感器，可采用不同的測量方法，并對應(yīng)于不同的電路連接方式:
[0008]一，磁電阻傳感器為多層膜巨磁電阻傳感器，將磁電阻傳感器內(nèi)組成惠斯登電橋的四只電阻等效成一只電阻R&將R,6與一已知阻值的精密電阻串聯(lián)，在R,6兩端并聯(lián)一數(shù)字電壓表，根據(jù)串聯(lián)電路的特點，電阻分壓與阻值成正比，得到R,6的阻值，進而得到惠斯登電橋中單元電阻的阻值與外磁場的關(guān)系，求得電阻最大相對變化率等磁電阻參數(shù)；
[0009] 二，短路惠斯登電橋中部分電阻，得到單元電阻阻值與外磁場的關(guān)系。這種方式對上述三種磁電阻傳感器都適用。例如，將自旋閥巨磁電阻傳感器和各向異性磁電阻傳感器內(nèi)部的惠斯登電橋中處于對角位置的兩只電阻短路，將剩下的兩只并聯(lián)電阻等效成一只電阻將電阻R,6與一已知阻值的精密電阻串聯(lián)，用正比法測量R,6的阻值，進而求得惠斯登電橋中單元電阻阻值與外磁場的關(guān)系，得到電阻最大相對變化率。[0010]本實用新型的有益效果是，既可以測量磁感應(yīng)強度、三種不同種類磁電阻傳感器的性能參數(shù)，還可以測量三種傳感器惠斯登電橋中單元電阻的磁電阻特性，比較不同磁電阻效應(yīng)的區(qū)別，用于物理實驗教學，有利于學生理解巨磁電阻效應(yīng)的原理及其與其它磁電阻效應(yīng)的區(qū)別。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖2是多層膜巨磁電阻傳感器內(nèi)部惠斯登電橋結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖3是惠斯登電橋等效圖。
[0014]圖4是惠斯登電橋等效電阻義6測量圖。
[0015]圖5是自旋閥巨磁電阻傳感器及各向異性磁電阻傳感器內(nèi)部惠斯登電橋結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖6是短路惠斯登電橋部分電阻后傳感器結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖7是等效電阻R總測量圖。
[0018]圖中標號:1.磁電阻傳感器，可拆換為多層膜巨磁電阻傳感器、自旋閥巨磁電阻傳感器、各向異性磁電阻傳感 器，2.亥姆霍茲線圈，3.電源及測量電路。
【具體實施方式】
[0019]在圖1中，本實用新型由磁電阻傳感器、亥姆霍茲線圈、電源及測量電路構(gòu)成。磁電阻傳感器部分設(shè)計為插針式可拆換結(jié)構(gòu)，傳感器電路連接都由插針連接實現(xiàn)，可方便調(diào)換不同種類的磁電阻傳感器。
[0020]在圖2中，多層膜巨磁電阻傳感器內(nèi)部惠斯登電橋由四只相同的巨磁電阻組成，即R1 = R2 = R3 = R4 = R，R2, R4由磁性材料覆蓋屏蔽，阻值對外磁場無響應(yīng)，即R2、R4恒為R0 R1^R3的阻值隨外磁場的變化而變化，有R1 = R3 = Rb = R + AR0 V+和O端為傳感器工作電壓施加端，Vott+和Vtot—端為傳感器測量電壓輸出端。當外磁場為O時，四只電阻分壓相同，傳感器輸出為O ;當施加外磁場時，R1^R3的阻值改變，而R2、R4不變，各電阻分壓發(fā)生變化，傳感器輸出一個差分電壓顯示磁場的改變，Vfia= V0UT+ - Vout_= V+ (R-Rb)/ (R +Rb)。
[0021]在圖3中，將電橋中四只電阻等效成一只電阻R總，Ri6= R/2 + Rb/2。在圖4中，將一已知阻值的精密電阻Ra與義6串聯(lián)，在R,6兩端并聯(lián)一數(shù)字電壓表，測量R,6兩端電壓V。當開關(guān)撥向2時，恒壓源V+向Ra與R,6供電，根據(jù)串聯(lián)電路的特點，電阻分壓與阻值成正比，可得R,6= RaV/ (V+— V)。當外磁場增加時，可以觀察到電壓表讀數(shù)有明顯的下降，即R,6阻值隨磁場增加而降低，由義6可得到惠斯登電橋中單元電阻Rb與外磁場的關(guān)系，磁電阻相對變化率(RB —R)/R的最大值。當開關(guān)撥向I時，恒壓源V.只向R,6供電，裝置可用于巨磁電阻傳感器性能參數(shù)測量，如傳感器靈敏度、飽和磁場等。
[0022]在圖5中，構(gòu)成惠斯登電橋的四只電阻與圖2中不同，在磁場為O時，R1 = R2 = R3=R4 = R,當施加外磁場時,R1 = R3 = R — Δ R，R2 = R4 = R + Δ R。自旋閥巨磁電阻傳感器、各向異性磁電阻傳感器均采用這種結(jié)構(gòu)。將惠斯登電橋中處于對角位置的兩只電阻短路，即將電橋中V+與Votit —連成一點，同時將Vtm +與O連成一點，或者將V+與Vtot+連成一點，同時將Vott —與O端連成一點，則惠斯登電橋變?yōu)閳D6中結(jié)構(gòu)，將其等效成一只電阻則R總=Rb/2 。在圖7中，將一已知阻值的精密電阻Ra與1^、串聯(lián)，施加一已知恒壓V+，在1^、兩端并聯(lián)一數(shù)字電壓表，測量由R,6可以得到惠斯登電橋中單元電阻Rb的磁電阻特性。
【權(quán)利要求】
1.一種磁電阻特性測量裝置，其特征在于由磁電阻傳感器、亥姆霍茲線圈、電源及測量電路構(gòu)成，磁電阻傳感器置于亥姆霍茲線圈中，亥姆霍茲線圈與電源及測量電路連接；所述磁電阻傳感器是多層膜巨磁電阻傳感器、自旋閥巨磁電阻傳感器或各向異性磁電阻傳感器；磁電阻傳感器與測量裝置間設(shè)計為插針式可拆換結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁電阻特性測量裝置，其特征在于:磁電阻傳感器為多層膜巨磁電阻傳感器，磁電阻傳感器內(nèi)組成惠斯登電橋的四只電阻等效成一只電阻R,6，R,6與一已知阻值的精密電阻串聯(lián)，在義6兩端并聯(lián)一數(shù)字電壓表，可用于測量惠斯登電橋中單元電阻阻值與外磁場的關(guān)系，得到電阻最大相對變化率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁電阻特性測量裝置，其特征在于:將磁電阻傳感器的惠斯登電橋中部分電阻短路，可用于測量惠斯登電橋中單元電阻阻值與外磁場的關(guān)系，得到電阻最大相對變化率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁電阻特性測量裝置，其特征在于:對于自旋閥巨磁電阻傳感器或各向異性磁電阻傳感器，其內(nèi)部的惠斯登電橋中處于對角位置的兩只電阻短路，剩下的兩只并聯(lián)電阻等效成一只電阻R,6，電阻R,6與一已知阻值的精密電阻串聯(lián)。
【文檔編號】G01R27/14GK203786208SQ201420194634
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】時晨, 陳希江 申請人:上海復旦天欣科教儀器有限公司