基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)研究性實(shí)驗(yàn)報(bào)告巨磁電阻效應(yīng)及其應(yīng)用目錄摘要 11.基本原理 12.實(shí)驗(yàn)儀器 22.1實(shí)驗(yàn)儀主機(jī) 22.2基本特性組件模塊 32.3電流測量組件 32.4角位移測量組件 32.5磁讀寫組件 43.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 43.1GMR模擬傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性測量 43.2GMR磁阻特性測量 53.3GMR開關(guān)（數(shù)字）傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性曲線測量 53.4用GMR模擬傳感器測量電流 63.5GMR梯度傳感器的特性及應(yīng)用 73.6磁記錄與讀出 74.注意事項(xiàng) 85.數(shù)據(jù)處理 85.1GMR模擬傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性測量 85.1.1公式推導(dǎo) 85.1.2GMR模擬傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性數(shù)據(jù)處理 95.2GMR磁阻特性測量 105.3GMR開關(guān)（數(shù)字）傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性曲線測量 115.4用GMR模擬傳感器測量電流 115.5GMR梯度傳感器的特性及應(yīng)用 125.6磁記錄與讀出 136.誤差分析 137.結(jié)果討論 148.實(shí)驗(yàn)總結(jié) 14[參考文獻(xiàn)] 15附錄 15摘要本文的重要內(nèi)容涉及對GMR模擬傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性、ＧMＲ磁阻特性、GMＲ開關(guān)(數(shù)字)傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性的測量及探究，對運(yùn)用GＭR模擬傳感器測量電流的探究,對GMR梯度傳感器的特性探究及應(yīng)用,以及磁記錄與磁讀出的原理與過程。通過具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解決，進(jìn)一步理解實(shí)驗(yàn)的原理及環(huán)節(jié)，并作出相應(yīng)的誤差分析與結(jié)果討論。最后,對本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)并表達(dá)感想。關(guān)鍵詞:GＭR,傳感器,實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)解決,總結(jié)1.基本原理根據(jù)導(dǎo)電的微觀機(jī)理，電子在導(dǎo)電時(shí)并不是沿電場直線前進(jìn)，而是不斷和晶格中的原子產(chǎn)生碰撞（又稱散射），每次散射后電子都會改變運(yùn)動方向,總的運(yùn)動是電場對電子的定向加速與這種無規(guī)散射運(yùn)動的疊加。稱電子在兩次散射之間走過的平均路程為平均自由程,電子散射幾率小,則平均自由程長，電阻率低。電阻定律Ｒ=ｌ/S中，把電阻率視為常數(shù)，與材料的幾何尺度無關(guān)，這是由于通常材料的幾何尺度遠(yuǎn)大于電子的平均自由程（例如銅中電子的平均自由程約34nm)，可以忽略邊界效應(yīng)。當(dāng)材料的幾何尺度小到納米量級，只有幾個(gè)原子的厚度時(shí)(例如，銅原子的直徑約為０．3nm),電子在邊界上的散射幾率大大增長，可以明顯觀測到厚度減小，電阻率增長的現(xiàn)象。電子除攜帶電荷外，還具有自旋特性,自旋磁矩有平行或反平行于外磁場兩種也許取向。實(shí)驗(yàn)證明,在過渡金屬中,自旋磁矩與材料的磁場方向平行的電子,所受散射幾率遠(yuǎn)小于自旋磁矩與材料的磁場方向反平行的電子。總電流是兩類自旋電流之和;總電阻是兩類自旋電流的并聯(lián)電阻,這就是所謂的兩電流模型。下圖所示的多層膜結(jié)構(gòu)中，無外磁場時(shí),上下兩層磁性材料是反平行（反鐵磁)耦合的。施加足夠強(qiáng)的外磁場后,兩層鐵磁膜的方向都與外磁場方向一致，外磁場使兩層鐵磁膜從反平行耦合變成了平行耦合。有兩類與自旋相關(guān)的散射對巨磁電阻效應(yīng)有奉獻(xiàn)：其一,界面上的散射。無外磁場時(shí),上下兩層鐵磁膜的磁場方向相反,無論電子的初始自旋狀態(tài)如何，從一層鐵磁膜進(jìn)入另一層鐵磁膜時(shí)都面臨狀態(tài)改變(平行-反平行,或反平行-平行),電子在界面上的散射幾率很大,相應(yīng)于高電阻狀態(tài)。有外磁場時(shí),上下兩層鐵磁膜的磁場方向一致，電子在界面上的散射幾率很小，相應(yīng)于低電阻狀態(tài)。其二，鐵磁膜內(nèi)的散射。即使電流方向平行于膜面,由于無規(guī)散射，電子也有一定的幾率在上下兩層鐵磁膜之間穿行。無外磁場時(shí)，上下兩層鐵磁膜的磁場方向相反，無論電子的初始自旋狀態(tài)如何,在穿行過程中都會經(jīng)歷散射幾率小（平行)和散射幾率大（反平行)兩種過程，兩類自旋電流的并聯(lián)電阻相似兩個(gè)中檔阻值的電阻的并聯(lián)，相應(yīng)于高電阻狀態(tài)。有外磁場時(shí),上下兩層鐵磁膜的磁場方向一致,自旋平行的電子散射幾率小，自旋反平行的電子散射幾率大,兩類自旋電流的并聯(lián)電阻相似一個(gè)小電阻與一個(gè)大電阻的并聯(lián),相應(yīng)于低電阻狀態(tài)。2.實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)所用儀器與重要組件簡介如下:2.1實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)如圖為巨磁阻實(shí)驗(yàn)儀系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀前面板圖。涉及：（1）輸入部分電流表部分:可做為一個(gè)獨(dú)立的電流表使用。兩個(gè)檔位：2ｍA檔和200mA檔，可通過電流量程切換開關(guān)選擇合適的電流檔位測量電流。電壓表部分:可做為一個(gè)獨(dú)立的電壓表使用。兩個(gè)檔位:2Ｖ檔和２00ｍＶ檔,可通過電壓量程切換開關(guān)選擇合適的電壓檔位。(2）輸出部分恒流源部分：可變恒流源,對外提供電流恒壓源部分：提供GＭR傳感器工作所需的4V電源和運(yùn)算放大器工作所需的±8Ｖ電源。巨磁阻實(shí)驗(yàn)儀操作面板２.2基本特性組件模塊基本特性組件由ＧＭＲ模擬傳感器、螺線管線圈、輸入輸出插孔組成，用以對GＭＲ的磁電轉(zhuǎn)換特性,磁阻特性進(jìn)行測量。GMR傳感器置于螺線管的中央。螺線管用于在實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生大小可計(jì)算的磁場,由理論分析可知,無限長直螺線管內(nèi)部軸線上任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：B=μ0ｎI(lǐng)式中n為線圈密度，I為流經(jīng)線圈的電流強(qiáng)度,采用國際單位制時(shí)，由上式計(jì)算出的磁感應(yīng)強(qiáng)度單位為特斯拉（１特斯拉=10０00高斯,為真空中的磁導(dǎo)率)。基本特性組件2.3電流測量組件電流測量組件將導(dǎo)線置于ＧMR模擬傳感器近旁，用GMＲ傳感器測量導(dǎo)線通過不同大小電流時(shí)導(dǎo)線周邊的磁場變化,就可擬定電流大小。與一般測量電流需將電流表接入電路相比,這種非接觸測量不干擾原電路的工作，具有特殊的優(yōu)點(diǎn)。電流測量組件2.4角位移測量組件角位移測量組件用巨磁阻梯度傳感器作傳感元件，鐵磁性齒輪轉(zhuǎn)動時(shí)，齒牙干擾了梯度傳感器上偏置磁場的分布，使梯度傳感器輸出發(fā)生變化，每轉(zhuǎn)過一齒,就輸出類似正弦波一個(gè)周期的波形。運(yùn)用該原理可以測量角位移（轉(zhuǎn)速,速度)。汽車上的轉(zhuǎn)速與速度測量儀就是運(yùn)用該原理制成的。角位移測量組件2.5磁讀寫組件磁讀寫組件用于演示磁記錄與讀出的原理。磁卡做記錄介質(zhì),磁卡通過寫磁頭時(shí)可寫入數(shù)據(jù),通過讀磁頭時(shí)將寫入的數(shù)據(jù)讀出來。磁讀寫組件3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3.1GＭＲ模擬傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性測量在將GMＲ構(gòu)成傳感器時(shí)，為了消除溫度變化等環(huán)境因素對輸出的影響,一般采用橋式結(jié)構(gòu),圖9是某型號傳感器的結(jié)構(gòu)。 對于電橋結(jié)構(gòu),假如4個(gè)ＧMＲ電阻對磁場的響應(yīng)完全同步，就不會有信號輸出。圖9中,將處在電橋?qū)俏恢玫膬蓚€(gè)電阻R3、R4覆蓋一層高導(dǎo)磁率的材料如坡莫合金，以屏蔽外磁場對它們的影響,而Ｒ1、Ｒ2阻值隨外磁場改變。設(shè)無外磁場時(shí)4個(gè)GＭR電阻的阻值均為R,R1、R2在外磁場作用下電阻減小ΔR，簡樸分析表白，輸出電壓:Uｏut=UIN·ΔR／(２Ｒ－ΔＲ）磁電轉(zhuǎn)換特性的測量原理圖實(shí)驗(yàn)裝置:巨磁阻實(shí)驗(yàn)儀,基本特性組件。重要環(huán)節(jié)：將基本特性組件的功能切換按鈕切換為“傳感器測量”,實(shí)驗(yàn)儀的４伏電壓源接至基本特性組件“巨磁電阻供電”，恒流源接至“螺線管電流輸入”，基本特性組件“模擬信號輸出”接至實(shí)驗(yàn)儀電壓表。調(diào)節(jié)勵磁電流，從1００mA開始逐漸減小，每隔１0mA記錄相應(yīng)的輸出電壓于表格中。當(dāng)電流減至0后，互換恒流輸出接線的極性,使電流反向。再次增大電流，并記錄相應(yīng)的輸出電壓。電流至－100ｍA后，逐漸減小負(fù)向電流，記錄相應(yīng)的輸出電壓，當(dāng)電流減至０后,互換恒流輸出接線的極性，使電流反向。再次增大電流，記錄相應(yīng)的輸出電壓,直到1０0mA。３．2GMR磁阻特性測量為對構(gòu)成ＧMR模擬傳感器的磁阻進(jìn)行測量。將基本特性組件的功能切換按鈕切換為“巨磁阻測量”,此時(shí)被磁屏蔽的兩個(gè)電橋電阻R3,R4被短路，而Ｒ1，R2并聯(lián)。將電流表串連進(jìn)電路中,測量不同磁場時(shí)回路中電流的大小，就可計(jì)算磁阻。磁阻特性測量原理圖實(shí)驗(yàn)裝置:巨磁阻實(shí)驗(yàn)儀，基本特性組件。重要環(huán)節(jié):將基本特性組件功能切換按鈕切換為“巨磁阻測量”,實(shí)驗(yàn)儀的4伏電壓源串連電流表后接至基本特性組件“巨磁電阻供電”,恒流源接至“螺線管電流輸入”。調(diào)節(jié)勵磁電流，從10０ｍA開始逐漸減小磁場強(qiáng)度,每隔１０mA記錄相應(yīng)的磁阻電流到表格中。當(dāng)電流減至０后,互換恒流輸出接線的極性，使電流反向。再次增大電流,并記錄相應(yīng)的輸出電壓。電流至-１0０mA后，逐漸減小負(fù)向電流,記錄相應(yīng)的磁阻電流,直到電流１00mA。電流到0時(shí)同樣需要互換恒流輸出接線的極性。3．３GMR開關(guān)（數(shù)字）傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性曲線測量將GＭR模擬傳感器與比較電路,晶體管放大電路集成在一起，就構(gòu)成GMR開關(guān)（數(shù)字）傳感器。實(shí)驗(yàn)裝置:巨磁阻實(shí)驗(yàn)儀,基本特性組件。重要環(huán)節(jié):將基本特性組件的功能按鈕切換為“傳感器測量”，實(shí)驗(yàn)儀的4伏電壓源接至基本特性組件“巨磁電阻供電”，“電路供電”接口接至基本特性組件相應(yīng)的“電路供電”輸入插孔，恒流源接至“螺線管電流輸入”,基本特性組件“開關(guān)信號輸出”接至實(shí)驗(yàn)儀電壓表。從50mA逐漸減小勵磁電流，輸出電壓從高電平（開）轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?關(guān)）時(shí)記錄相應(yīng)的勵磁電流。當(dāng)電流減至０后,互換恒流輸出接線的極性，使電流反向。再次增大電流，此時(shí)流經(jīng)螺線管的電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向?yàn)樨?fù)，輸出電壓從低電平(關(guān)）轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖剑ㄩ_)時(shí)記錄相應(yīng)的負(fù)值勵磁電流。將電流調(diào)至-50mＡ，逐漸減小負(fù)向電流,輸出電壓從高電平(開）轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?關(guān)）時(shí)記錄相應(yīng)的負(fù)值勵磁電流,電流到0時(shí)同樣需要互換恒流輸出接線的極性。輸出電壓從低電平(關(guān))轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?開)時(shí)記錄相應(yīng)的正值勵磁電流。3.４用ＧMR模擬傳感器測量電流ＧMR模擬傳感器在一定的范圍內(nèi)輸出電壓與磁場強(qiáng)度成線性關(guān)系,可將GMR制成磁場計(jì)，測量磁場強(qiáng)度或其它與磁場相關(guān)的物理量。作為應(yīng)用示例，用它來測量電流。由理論分析可知，通有電流I的無限長直導(dǎo)線，與導(dǎo)線距離為r的一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：B=μ０I/2πr=2I×10-7/r磁場強(qiáng)度與電流成正比，在ｒ已知的條件下,測得B，就可知Ｉ。在實(shí)際應(yīng)用中,為了使ＧMR模擬傳感器工作在線性區(qū)，提高測量精度,還經(jīng)常預(yù)先給傳感器施加一固定已知磁場,稱為磁偏置，其原理類似于電子電路中的直流偏置。模擬傳感器測量電流實(shí)驗(yàn)原理圖實(shí)驗(yàn)裝置：巨磁阻實(shí)驗(yàn)儀,電流測量組件重要環(huán)節(jié)：實(shí)驗(yàn)儀的4伏電壓源接至電流測量組件“巨磁電阻供電”,恒流源接至“待測電流輸入”,電流測量組件“信號輸出”接至實(shí)驗(yàn)儀電壓表。將待測電流調(diào)節(jié)至０,將偏置磁鐵轉(zhuǎn)到遠(yuǎn)離GＭR傳感器，調(diào)節(jié)磁鐵與傳感器的距離，使輸出約2５ｍV。將電流增大到3０0mＡ,按表４數(shù)據(jù)逐漸減小待測電流，從左到右記錄相應(yīng)的輸出電壓于表格“減小電流”行中。當(dāng)電流減至０后,互換恒流輸出接線的極性，使電流反向。再次增大電流，此時(shí)電流方向?yàn)樨?fù)，記錄相應(yīng)的輸出電壓。逐漸減小負(fù)向待測電流，從右到左記錄相應(yīng)的輸出電壓于表格“增長電流”行中。當(dāng)電流減至0后,互換恒流輸出接線的極性,使電流反向。再次增大電流,此時(shí)電流方向?yàn)檎涗浵鄳?yīng)的輸出電壓。將待測電流調(diào)節(jié)至0。將偏置磁鐵轉(zhuǎn)到接近ＧMＲ傳感器,調(diào)節(jié)磁鐵與傳感器的距離，使輸出約150mＶ。用低磁偏置時(shí)同樣的實(shí)驗(yàn)方法,測量適當(dāng)磁偏置時(shí)待測電流與輸出電壓的關(guān)系。3．５GMＲ梯度傳感器的特性及應(yīng)用將GMR電橋兩對對角電阻分別置于集成電路兩端,４個(gè)電阻都不加磁屏蔽，即構(gòu)成梯度傳感器。這種傳感器若置于均勻磁場中，由于４個(gè)橋臂電阻阻值變化相同,電橋輸出為零。假如磁場存在一定的梯度，各GMＲ電阻感受到的磁場不同，磁阻變化不同樣,就會有信號輸出。實(shí)驗(yàn)裝置:巨磁阻實(shí)驗(yàn)儀、角位移測量組件。重要環(huán)節(jié):將實(shí)驗(yàn)儀4V電壓源接角位移測量組件“巨磁電阻供電”,角位移測量組件“信號輸出”接實(shí)驗(yàn)儀電壓表。逆時(shí)針慢慢轉(zhuǎn)動齒輪,當(dāng)輸出電壓為零時(shí)記錄起始角度，以后每轉(zhuǎn)3度記錄一次角度與電壓表的讀數(shù)。轉(zhuǎn)動48度齒輪轉(zhuǎn)過２齒,輸出電壓變化２個(gè)周期。3.6磁記錄與讀出磁讀寫組件用磁卡做記錄介質(zhì)，磁卡通過寫磁頭時(shí)可寫入數(shù)據(jù)，通過讀磁頭時(shí)將寫入的數(shù)據(jù)讀出來。自行設(shè)計(jì)一個(gè)二進(jìn)制碼，按二進(jìn)制碼寫入數(shù)據(jù),然后將讀出的結(jié)果記錄下來。實(shí)驗(yàn)裝置:巨磁阻實(shí)驗(yàn)儀，磁讀寫組件，磁卡。重要環(huán)節(jié):實(shí)驗(yàn)儀的4伏電壓源接磁讀寫組件“巨磁電阻供電”,“電路供電”接口接至磁讀寫組件相應(yīng)的“電路供電”輸入插孔，磁讀寫組件“讀出數(shù)據(jù)”接至實(shí)驗(yàn)儀電壓表。同時(shí)按下“0/1轉(zhuǎn)換”和“寫確認(rèn)”按鍵約2秒將讀寫組件初始化,初始化后才可以進(jìn)行寫和讀。將磁卡有刻度區(qū)域的一面朝前,沿著箭頭標(biāo)記的方向插入劃槽，按需要切換寫“0”或?qū)憽?”（按“０/1轉(zhuǎn)換”按鍵，當(dāng)狀態(tài)指示燈顯示為紅色表達(dá)當(dāng)前為“寫１”狀態(tài)，綠色表達(dá)當(dāng)前為“寫０”狀態(tài))按住“寫確認(rèn)”按鍵不放,緩慢移動磁卡，根據(jù)磁卡上的刻度區(qū)域線。完畢寫數(shù)據(jù)后，松開“寫確認(rèn)”按鍵，此時(shí)組件就處在讀狀態(tài)了，將磁卡移動到讀磁頭出,根據(jù)刻度區(qū)域在電壓表上讀出的電壓。4．注意事項(xiàng)（1）由于巨磁阻傳感器具有磁滯現(xiàn)象,因此,在實(shí)驗(yàn)中,恒流源只能單方向調(diào)節(jié),不可回調(diào)。否則測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將不準(zhǔn)確。（2)測試卡組件不能長期處在“寫”狀態(tài)。5.數(shù)據(jù)解決5.1GMR模擬傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性測量5.１.1公式推導(dǎo)Ｕoｕt=UIN·ΔR/（2R-ΔR)電路連接圖如上圖所示，其中Uba=Uｏut,Ｒ1＝R2=Ｒ3=R4=Ｒ當(dāng)通電時(shí),R1與R2均減小ΔR。Ub=UＩＮ·Ｒ/(2R-ΔR）Ua=UIN·(Ｒ－ΔＲ)／(2Ｒ－ΔR)Uouｔ=Uba=Uｂ－Ua=UIN·ΔＲ/(2Ｒ－ΔR)５.1．2GMＲ模擬傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性數(shù)據(jù)解決根據(jù)B＝μ0nＩ，其中μ０=4π×10?-7Ｎ/A２，n=２4０00匝／米，1特斯拉=1０4高斯，可得每個(gè)電流值I相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,有如下表格：勵磁電流/ｍＡ１00９０80706050輸出電壓/V(電流減小）0．2820.28１０.２7８０.2640.2350.199輸出電壓／V（電流增大）0．２80.２７80.273０.2550.2２6０.１867磁感應(yīng)強(qiáng)度/G30.159２7.1432４.12７2１．1１218.09６１５.０80勵磁電流/mＡ40302０10０-10輸出電壓/Ｖ(電流減小）0.16050.1209０．08350.０48１0.01620．0339輸出電壓/V(電流增大）0.1４80.10９90．０7360.040.０1290.0４41磁感應(yīng)強(qiáng)度/G12.０６49.04８6.032３.0160-3.0１6勵磁電流／mA-2０-３0-４0-50-6０-70輸出電壓／V(電流減小）0．０668０.１03３0.14110.１7950.2180．２5１輸出電壓/V(電流增大)0.０78７0.115２０．1５280.19１0．2280．257磁感應(yīng)強(qiáng)度／Ｇ-６.０32－9.048-12.064－１5.080－１8．0９6-21.1１２勵磁電流／mＡ－80－90-１０0輸出電壓/V（電流減小）0.27１0.278０.28輸出電壓/Ｖ(電流增大)０.2740.27９0.28磁感應(yīng)強(qiáng)度/Ｇ-24.127-２７.１43-30.159以磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ作橫坐標(biāo)，電壓表的讀數(shù)為縱坐標(biāo),作出磁電轉(zhuǎn)換特性曲線如下：5.2GMR磁阻特性測量根據(jù)R＝U/I,可得到每個(gè)磁阻電流相應(yīng)的磁阻，有如下表格:勵磁電流/ｍA10０908０７０6050磁感應(yīng)強(qiáng)度/G30．１5９27．14324.1272１.11218.０9615.080磁阻電流/mA（電流減小)１.８21.８19１.8151.8021.７76１．742磁阻／KΩ2．1９７8２.19902.２0392．2１９82.25２32.296２磁阻電流/ｍＡ（電流增大）1.821.8１8１.813１.7９6１．7671．７34磁阻／ＫΩ2．１9782.2023２.20６32.２2722.２63７2．3068勵磁電流/mA４0302０100-10磁感應(yīng)強(qiáng)度/G1２.０649.04８6.0323.01６0－3．016磁阻電流/mA(電流減小)１．7０８１.６7４1.6４2１.６１２1.５85１.6磁阻/ＫΩ2.3４192.38９5２.４３612．48142.52３72．5磁阻電流/ｍＡ（電流增大）１.6９91.6651.6341.６0６１.5８31.609磁阻/KΩ2.３5４３2．４０2４2．４4802．49072.5268２．４８60勵磁電流/ｍＡ－2０－30-40-50-６0－70磁感應(yīng)強(qiáng)度/G-6.032-9.048-1２．０64－15．080－18.096-21.1１2磁阻電流/ｍA（電流減小)１．6271.6581.6９1１．7261.7611.7９2磁阻/KΩ２.4585２.412５2.３6５52.317５2.271４２.2３２1磁阻電流/mA(電流增大）1.6381.66９1.７0３1.7371.771．７97磁阻/KΩ2.4420２．３966２.3４8８２．3０２8２.2５９9２.2259勵磁電流/mA-80-９0－100磁感應(yīng)強(qiáng)度/G-24．127-27．14３-30.159磁阻電流/ｍA(電流減小)1．8１1.8171.８18磁阻/ＫΩ2.209９2.2０2３2.2０２3磁阻電流/ｍA（電流增大)１．813１.8181.８1９磁阻／KΩ２.206３2.20232.19９0以磁感應(yīng)強(qiáng)度B作橫坐標(biāo)，磁阻為縱坐標(biāo),作出磁阻特性曲線如下：5.3GＭＲ開關(guān)（數(shù)字)傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性曲線測量根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)登記表格如下：電流變化50mA→0ｍA０mA→-５0mA狀態(tài)變化1V→-1Ｖ-１V→1V狀態(tài)變化點(diǎn)11.4mA－１5.9ｍＡ磁感應(yīng)強(qiáng)度3．438G-4.795G電流變化－5０mA→0mＡ0mA→５0mA狀態(tài)變化1V→-1V-1Ｖ→1V狀態(tài)變化點(diǎn)－１４.２mＡ1４.９mA磁感應(yīng)強(qiáng)度-4．283G4.494G以磁感應(yīng)強(qiáng)度B作橫坐標(biāo)，電壓讀數(shù)為縱坐標(biāo)作出開關(guān)傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性曲線如下:5.４用ＧMR模擬傳感器測量電流作出低磁偏置、適當(dāng)磁偏置時(shí)待測電流與輸出電壓的關(guān)系表格如下：待測電流／mA300２0０10００輸出電壓/ｍＶ低磁偏置(約2５mV)減小電流26．826.325.725.２增大電流26.７26.1２5.625適當(dāng)磁偏置（約150mV)減小電流152.２1５1.61511５０.3增大電流152．5151.915１．215０.4待測電流/mＡ－１00-２00－300輸出電壓／mV低磁偏置(約２5mＶ)減小電流２４．5２3.９23.4增大電流24.4２3.92３.4適當(dāng)磁偏置（約１50mＶ）減小電流149.6149148.3增大電流1４9．7149１48.３以電流讀數(shù)作橫坐標(biāo)，電壓表的讀數(shù)為縱坐標(biāo)作圖。分別作出4條擬合直線如下：(1)低磁偏置(約25mV)時(shí)(2）適當(dāng)磁偏置(約1５0mV)時(shí)5.５GＭR梯度傳感器的特性及應(yīng)用角度/°２932３5３8414４4７50電壓／ｍＶ0.０-３９．3-４3.0-２１．32.８31.４54.343.3角度/°５３565９62６56871７4電壓/mＶ－3.１－４０.7－41.9-19.74.432．４5５.7４4.4角度/°77電壓/mV-4．9以齒輪實(shí)際轉(zhuǎn)過的度數(shù)為橫坐標(biāo)，電壓表的讀數(shù)為縱向坐標(biāo)作圖如下：5.6磁記錄與讀出根據(jù)“寫1”“寫0”狀態(tài)讀出的電平作出表格如下:二進(jìn)制數(shù)0１０11０10磁卡區(qū)號12３４5678讀出電平/mV3.８194４3.919４419４4３.９1946３.９6．誤差分析（1)GＭR模擬傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性測量：4個(gè)臂橋初始阻值不一定完全相同;單向調(diào)節(jié)時(shí)電流不一定剛好調(diào)節(jié)到指定數(shù)值;存在磁滯現(xiàn)象;儀器自身系統(tǒng)誤差；互換極性帶來的影響。(２）GMＲ磁阻特性測量：存在磁滯現(xiàn)象；儀器自身系統(tǒng)誤差;單向調(diào)節(jié)時(shí)不能剛好調(diào)到指定數(shù)值;互換極性測量帶來的影響。(３)ＧMＲ開關(guān)（數(shù)字)傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性曲線測量：存在磁滯現(xiàn)象;儀器自身系統(tǒng)誤差;輸出電壓變化時(shí)不可以做到立即停止調(diào)節(jié)電流，導(dǎo)致轉(zhuǎn)變電流測得不準(zhǔn);互換極性測量帶來的影響。（４）用ＧMR模擬傳感器測量電流：儀器自身系統(tǒng)誤差;互換極性帶來的影響。（5)GMＲ梯度傳感器的特性及應(yīng)用:讀數(shù)存在視差;初始電壓沒有剛好調(diào)到零；儀器自身系統(tǒng)誤差。（6)磁記錄與讀出：磁讀出時(shí),讀磁頭沒有完全對準(zhǔn)磁記錄區(qū)，存在一定偏差;儀器自身系統(tǒng)誤差。７.結(jié)果討論(1）ＧMR模擬傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性測量:根據(jù)B=μ０nI，當(dāng)電流的絕對值減小,磁感應(yīng)強(qiáng)度減小，ΔR也減小，根據(jù)公式Uout=ＵIN·ΔR/（２R－ΔR),分子分母同時(shí)除以ΔR，根據(jù)數(shù)學(xué)關(guān)系可知,當(dāng)電流絕對值減小，Uout也減小，當(dāng)I＝0，Uout理論上也為零;當(dāng)電流絕對值增大,Uout也增大，但當(dāng)電流增大到一定限度，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨之變化緩慢,ΔR變化也十分小，導(dǎo)致Ｕouｔ變化不再明顯。不同外磁場強(qiáng)度時(shí)輸出電壓的變化反映了ＧMR傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性,同一外磁場強(qiáng)度下輸出電壓的差值反