巨磁阻实验原理

巨磁阻效应的原理及应用

摘要：介绍了巨磁阻效应的发现、原理及器件应用。 关键词：巨磁阻效应；原理；磁性材料；磁头；应用。

1、引言

近年来各种铁磁／非铁磁多层结构的巨磁阻(GMR)效应引起了实验和理论工作者的广泛兴趣。人们对GMR效应进行了一定程度的深入研究，并且取得了很大的成就。如今一些利用巨磁阻效应制造器件的技术已经相当成熟，并且具有非常广阔的应用前景。1997年，全球首个基于巨磁阻效应的读出磁头问世。正是借助了巨磁阻效应，人们才能够制造出如此灵敏的磁头，能够清晰读出较弱的磁信号，并且转换成清晰的电流变化。新式磁头的出现引发了硬盘的“大容量、小型化”革命。如今全世界几乎所有，笔记本电脑、音乐播放器、数码相机等各类数码电子产品中所装备的硬盘，基本上都应用了巨磁阻效应，这一技术已然成为新的标准。

当然巨磁阻的发现并非偶然，这种效应的发现建立在长期对交换耦合膜和铁磁合金电子运输这两个相互独立而又密切相关的领域所作的系统深入研究的基础上。1986 年Grunberg 等人实验中发现在“Fe/Cr/Fe”三明治结构中，Fe 层之间可以通过Cr 层进行交换作用，当Cr 层在合适的厚度时，两Fe 层之间存在反铁磁耦合。在此基础上，1988 年Baibi

本文从普通退火、焦耳退火、应力退火和磁场退火等方法出发,在分析各种热处理方式改善其软磁性能基础上,本文阐述了不管哪种退火方式,都需要通过大量的实验优化研究才能获得所需性能的工艺参数的观点。结合退火直接影响材料的磁导率可以由感生各向异性和一定的磁畴结构得以有效控制和改善的实际,在改善磁致伸缩金属材料的磁畴结构方面取得提高GMI效应的效果。

提高巨磁阻抗 ( GMI )效应的方法讨论付宏波

哈尔滨师范大学

物理与电子工程学院

黑龙江

哈尔滨

1 O 2 O 5 5

【摘要】本文从普通退火、焦耳退火、应力退火和磁场退火等方法出发，在分析各种热处理方式改善其软磁性能基础上，本文阐述了不管哪种退火方式，都需要通过大量的实验优化研究才能获得所需性能的工艺参数的观点。结合退火直接影响材料的磁导率可以由感生各向异性和一定的磁畴结构得以有效控制和改善的实际，在改善磁致伸缩金属材料的磁畴结构方面取得提高 GM l应的效果。效

【关键词】巨磁阻抗退火方法磁畴结构 中图分类号：04 .文献标识码：A文章编号：1 0 - 0 7 2 ) . 7— 2 82 9 4 6 ( 01 013 2 0 0 1基于软磁非晶丝巨磁阻抗效应 (￣ ) GⅡ传感器是近年来磁传感器领域的研究热点

许大中,贺益康,电机控制,电子教案

5.3 开关磁阻电动机原理

许大中,贺益康,电机控制,电子教案

一、开关磁阻电动机的工作原 理关磁阻电动机传动系统(简称 SRD系统) 是最近20年来开发成功的一种新型电气传 动系统，它由开关磁阻电动机(简称 SR电 机或 SRM)、功率变换器、转子位臵检测 器和控制器所组成，如图 5-21所示。

许大中,贺益康,电机控制,电子教案

图5-21 开关磁阻电动机传动系统结构

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基本结构

定子和转子均为凸极结构 定子和转子的齿数不等，转子齿数一般比定 子少两个 定子齿上套有集中线圈，两个空间位臵相对 的定子齿线圈相串联，形成一相绕组 转子由铁心叠片而成，其上无绕组 如图5-22所示

许大中,贺益康,电机控制,电子教案

图5-22 开关磁阻电动机的基本结构

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工作机理

开关磁阻电机的工作机理与磁阻(反应)式步进电动 机一样，基于磁通总是沿磁导最大的路径闭合的原 理。 当定、转子齿中心线不重合、磁导不为最大时，磁 场就会产生磁拉力，形成磁阻转矩，使转子转到磁 导最大的位臵。 当向定子各相绕组中依次通入电流时，电机转子将 一步一步地沿着通电相序相反的方向转动

巨磁电阻效应及其应用 娄恩豪 2010301510012

实验目的

了解GMR效应的原理

测量GMR模拟传感器的磁电转换特性曲线 测量GMR的磁阻特性曲线

测量GMR开关（数字）传感器的磁电转换特性曲线 用GMR传感器测量电流

用GMR梯度传感器测量齿轮的角位移，了解GMR转速（速度）传感器的原理 通过实验了解磁记录与读出的原理

实验原理

根据导电的微观机理，电子在导电时并不是沿电场直线前进，而是不断和晶格中的原子产生碰撞（又称散射），每次散射后电子都会改变运动方向，总的运动是电场对电子的定向加速与这种无规散射运动的叠加。称电子在两次散射之间走过的平均路程为平均自由程，电子散射几率小，则平均自由程长，电阻率低。电阻定律 R=?l/S中，把电阻率?视为常数，与材料的几何尺度无关，这是因为通常材料的几何尺度远大于电子的平均自由程（例如铜中电子的平均自由程约34nm），可以忽略边界效应。当材料的几何尺度小到纳米量级，只有几个原子的厚度时（例如，铜原子的直径约为0.3nm），电子在边界上的散射几率大大增加，可以明显观察到厚度减小，电阻率增加的现象。

电子除携带电荷外，还具有自旋特性，自旋磁矩有平行或反平行于外磁场两种可能取向。早在1936年，英国物理

测量磁阻尼系数和动摩擦系数

摘要：磁阻尼是电磁学中的重要概念。本实验利用先进的集成开关型霍尔传感器（简称霍尔开关）测量磁性滑块在非铁磁质良导体斜面上下滑动的速度，并将非线性方程转换成线性方程，经过数据处理，同时求出磁阻尼系数和滑动摩擦系数。

关键词：磁阻尼；动摩擦系数；霍尔传感器；最小二乘法 中图分类号： 文献标识码：A

Measurement of dynamic friction coefficient of the magnetic

damping

ZHANG Yan

(School of Science, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China)

Abstract：Magnetic damping is an important concept in electromagnetism. In this study, we use the advanced integrated switch Hall sensor (referred to as a Hall switch) to

测量磁阻尼系数和动摩擦系数

摘要：磁阻尼是电磁学中的重要概念。本实验利用先进的集成开关型霍尔传感器（简称霍尔开关）测量磁性滑块在非铁磁质良导体斜面上下滑动的速度，并将非线性方程转换成线性方程，经过数据处理，同时求出磁阻尼系数和滑动摩擦系数。

关键词：磁阻尼；动摩擦系数；霍尔传感器；最小二乘法 中图分类号： 文献标识码：A

Measurement of dynamic friction coefficient of the magnetic

damping

ZHANG Yan

(School of Science, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China)

Abstract：Magnetic damping is an important concept in electromagnetism. In this study, we use the advanced integrated switch Hall sensor (referred to as a Hall switch) to

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实验15 磁阻效应法测量磁场

物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应，磁阻传感器利用磁阻效应制成。 磁场的测量可利用电磁感应，霍尔效应，磁阻效应等各种效应。其中磁阻效应法发展最快，测量灵敏度最高。磁阻传感器可用于直接测量磁场或磁场变化，如弱磁场测量，地磁场测量，各种导航系统中的罗盘，计算机中的磁盘驱动器，各种磁卡机等等。也可通过磁场变化测量其它物理量，如利用磁阻效应已制成各种位移、角度、转速传感器，各种接近开关，隔离开关，广泛用于汽车，家电及各类需要自动检测与控制的领域。

磁阻元件的发展经历了半导体磁阻（MR），各向异性磁阻（AMR），巨磁阻（GMR），庞磁阻（CMR）等阶段。本实验研究AMR的特性并利用它对磁场进行测量。

【实验目的】

1． 了解AMR的原理并对其特性进行实验研究。 2． 测量赫姆霍兹线圈的磁场分布。 3． 测量地磁场。

【仪器用具】

ZKY-CC各向异性磁阻传感器（AMR）与磁场测量仪

【实验原理】

各向异性磁阻传感器AMR（Anisotropic Magneto-Resistive sensors）由沉积在硅片上的坡莫合金（Ni80 Fe20）薄膜形成电阻。沉积时外加磁场，形成易磁化

弱磁探测技术发展现状

作 者：胡生生

单 位：中国科学研究院

摘要介绍了弱磁探测技术的组成、分类和应用，并就弱磁探测系统的工作特点进行了分析，以目前常见的几种弱磁测量仪器、磁传感器的发展为例，介绍了弱磁探测技术的发展现状。

0引言

弱磁探测技术在军事、资源勘探、科学研究等领域有广泛的应用，近些年更获得了突飞猛进的发展，其中军事需求是主要的推动因素之一。弱磁探测采用测量地球磁场或者磁性目标磁场的方式，通过信号处理与分析获取相关信息，用于资源调查和目标探测等。 1弱磁探测系统的组成与分类

弱磁探测系统一般由磁探头模块、数据采集模块、信号处理与分析模块等部分组成，搭载在相应的平台上进行工作。其工作模式一般为，磁探头模块接收磁场信号，并将其转换为电信号，数据采集模块将模拟信号数字化，信号处理与分析模块对数字信号进行处理分析，获得目标信息。弱磁探测系统有很多分类方法，在工程应用中一般按照搭载平台或工作原理进行分类。

1.1按照搭载平台分类

按照搭载平台进行分类，弱磁探测系统主要包括航空磁探、水中拖曳磁探、浮标磁探和基站磁探等。

1)航空磁探测。

航空磁探测是利用飞机作为搭载平台，实现目标磁场探测，即磁探测系统

实验6—8 用磁阻传感器测量地磁场

地磁场的数值比较小，约10T量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往需要知道其数值，并设法消除其影响，地磁场作为一种天然磁源，在军事、工业、医学、探矿等科研中也有着重要用途。本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测定地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平分量和垂直分量；测量地磁场的磁倾角，从而掌握磁阻传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法。由于磁阻传感器体积小，灵敏度高、易安装，因而在弱磁场测量方面有广泛应用前景。 【实验目的】

1. 掌握磁阻传感器的特性。 2. 掌握地磁场的测量方法。 【实验原理】

物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。

HMC1021Z型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图6-8-1所示。薄膜的电阻率?(?)依赖于磁化强度M和电流I方向间的夹角?，具有以下关

现代物理实验电磁学实验指导

实验6—8 用磁阻传感器测量地磁场

地磁场的数值比较小，约10T量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往需要知道其数值，并设法消除其影响，地磁场作为一种天然磁源，在军事、工业、医学、探矿等科研中也有着重要用途。本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测定地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平分量和垂直分量；测量地磁场的磁倾角，从而掌握磁阻传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法。由于磁阻传感器体积小，灵敏度高、易安装，因而在弱磁场测量方面有广泛应用前景。 【实验目的】

1. 掌握磁阻传感器的特性。 2. 掌握地磁场的测量方法。 【实验原理】

物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。

HMC1021Z型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图6-8-1所示。薄膜的电阻率 ( )依赖于磁化强度M和电流I方向间的