1.  车用磁阻传感器式电子罗盘系统的开发

HMC1055系列各向异性磁阻传感器。

三维电子罗盘的总体设计。

三维电子罗盘系统的硬件设计的介绍。

车载罗盘系统的干扰校正。

解决方案：

对传感器敏感元件施加一个瞬态的强恢复磁场恢复或保持传感器特性。

采用标定的方法消除硬铁影响干扰。

三轴设计和姿态补偿使罗盘处于任何姿态时均能正常使用。

罗盘是一种重要的导航工具，已广泛应用于飞机和航海导航等领域。一般在飞机和航海导航系统中使用的惯性导航系统由于价格昂贵、结构复杂、导航误差随时间累计等原因而不适合车载使用；传统的罗盘虽然价格便宜，但不能工作于像行驶的汽车这种不稳定的环境中。另外，传统罗盘不能够电子输出，其信号不能集成到汽车的控制系统中，给实现基于精确导航的智能交通带来了不便。

本文针对以上问题，充分考虑到汽车内部环境的不平稳性以及汽车发动机等对磁场的干扰，利用磁阻传感器设计了一种车载磁阻式电子罗盘系统。

HMC1055系列各向异性磁阻传感器

HMC1055系列集成了HMC1051Z单轴磁阻传感器、HMC1052双轴磁阻传感器和一个二轴MEMSIC MXS3334UL加速度传感器。

HMC1052是一个双轴线性磁阻传感器，每个传感器都有一个由铁镍薄膜合金组成的惠思顿桥。当桥路加上供电电压时，传感器将磁场强度转化为电压输出。HMC1052包含两个敏感元件，它们的敏感轴相互垂直，且参数相互匹配。内部电路如图1所示。

除了惠思顿电桥，HMC1052还有两个位于芯片上的磁耦合带：偏置带和置位/复位带。两个敏感元件都有这两个带。置位/复位带用于确保精度；偏置带用于校正传感器或偏置任何不想要的磁场。

HMC1051Z为HMC1052的单轴版本，其参数与HMC1052相同。HMC10512内部电路如图2所示。

MEMSIC MXS3334UL是一个二轴的加速度传感器，它能够提供一个用数字表示的重力加速度值。当传感器被水平放置时，两个输出口提供一个100Hz、50%占空比的方波。随着传感器的倾斜，它的输出占空比发生变化[1]。

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磁阻传感器和地磁场的测量

一．实验目的

掌握磁阻传感器的特性。

掌握地磁场的测量方法。

二．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和电流方向间的夹角，具有以下关系式 

其中、分别是电流平行于和垂直于时的电阻率。当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会生较大的变化，利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方向。同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，用于产生一个偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分(当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系)，使磁阻传感器输出显示线性关系。

HMC1021Z磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器，它能测量与管脚平行方向的磁场。传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥，非平衡电桥输出部分接集成运算放大器，将信号放大输出。传感器内部结构如图6-8-2所示，图中由于适当配置的四个磁电阻电流方向不相同，当存在外界磁场时，引起电阻值变化有增有减。因而输出电压可以用下式表示为

                磁阻传感器的构造示意图　　                   磁阻传感器内的惠斯通电桥

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近代物理实验报告

专业2011级应用物理学班级（2）组别    指导教师彭云雄       

姓名   同组人

实验时间 2013 年  12 月   23日      实验地点K7-108         

实验名称       磁阻效应实验      

一、实验目的

1、    测量电磁铁的磁感应强度与励磁电流的关系和电磁铁磁场分布。

2、    测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系。

3、    作出锑化铟传感器的电阻变化与磁感应强度的关系曲线。

4、    对此关系曲线的非线性区域和线性区域分别进行拟合。

二、实验原理

图1   磁阻效应原理

一定条件下，导电材料的电阻值R随磁感应强度B的变化规律称为磁阻效应。如图1所示，当半导体处于磁场中时，导体或半导体的载流子将受洛仑兹力的作用，发生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍耳电场。

如果霍耳电场作用和某一速度载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，那么小于或大于该速度的载流子将发生偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，电阻增大，表现出横向磁阻效应。若将图1中a端和b端短路，则磁阻效应更明显。通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小，即用Δρ/ρ（0）表示。其中ρ（0）为零磁场时的电阻率，设磁电阻在磁感应强度为B的磁场中电阻率为ρ（B），则Δρ=ρ（B）-ρ（0）。由于磁阻传感器电阻的相对变化率ΔR/R（0）正比于Δρ/ρ（0），这里ΔR=R（B）-R（0），因此也可以用磁阻传感器电阻的相对改变量ΔR/R（0）来表示磁阻效应的大小。

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各向异性磁电阻测量

         姓名：   

         学号：

         院系：

各向异性磁电阻测量

引言

磁电阻（MR）效应是指物质在磁场作用下电阻发生变化的现象。按磁电阻效应的机理和大小，磁电阻效应一般可以分为：正常磁电阻（OMR）效应，各向异性磁电阻（AMR）效应，巨磁电阻（GMR）效应。

磁阻材料在高密度读出磁头磁传感器、微弱磁场测量、各类运动的检测等领域有着宽广的应用，从而成为国际上引人瞩目的研究领域。图1为早期报道的Co-Cu颗粒膜磁电阻曲线。

磁电阻效应，特别是巨磁电阻效应的理论涉及较多的固体量子知识，CMR等尚未有比较完善的统一理论解释，这里不作介绍。本文仅从纯粹的技术角度上测量各向异性磁电阻，不作物理细节上的深入划分。

实验原理

各向异性磁电阻效应（AMR效应）指在铁磁性的过渡族金属、合金中，即材料的磁阻和其在磁场中的磁化方向有关，即磁阻值是其磁化方向与电流方向之间夹角的函数。外加磁场方向与电流方向的夹角不同，饱和磁化时电阻率不一样，即有各向异性。

通常取外磁场方向与电流方向平行和垂直两种情况测量AMR。即有：

Δρ∥＝ρ∥－ρ（０）

Δρ⊥＝ρ⊥－ρ（０）

这里ρ（０）为铁磁材料在磁场为零状态下的电阻率。

若退磁状态下磁畴是各向同性分布的，畴壁散射变化对磁电阻的贡献较小，将之忽略，通常取：

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地磁场测定实验

地磁场的数值比较小，约T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量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。

一、实验目的

（1）了解磁阻传感器的各向异性磁阻效应

（2）掌握测量地磁场的定标及测量原理和方法

（3）熟练使用最小二乘法拟合

二、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1所示。薄膜的电阻率依赖于磁化强度和电流方向间的夹角，具有以下关系式

                 （1）

  其中、分别是电流平行于和垂直于时的电阻率。当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会生较大的变化，利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方向。同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，用于产生一个偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分(当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系)，使磁阻传感器输出显示线性关系。

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物理实验

20xx年5月5日 Applied Science and Technology May. 2013

磁场测量

磁场测量

作 者：邓建儒

学号：2012141441300

（四川省成都市——四川大学——电气信息学院）

邮编：610225

摘 要：在工业生产和科学研究的许多领域都要涉及到磁场测量问题，如磁探矿、地质勘探、磁性材料研究、磁导航、同位素分离、电子束和离子束加工装置、受控热核反应以及人造地球卫星等，因此，对磁场的测定和研究，具有极其深刻的理论和现实意义。“霍尔效应法测量磁场分布”测量“螺线管轴线上各点霍尔电压值和磁场强度”以及“不同励磁电流下螺线管中点霍尔电压值和磁场强度”。“用亥姆霍兹线圈测量磁场分布”能得出磁阻传感器的灵敏度S；并证明磁场迭加原理。“各向异性磁阻传感器测量地磁场”测量传感器分别朝向x+、x-、y+、y-、z+、z-六个方向的输出电压，能计算出地磁场磁感应强度和水平偏向角、磁倾角。从实验中可以得出：通电螺线管的磁场分布情况是磁场强度从螺线管两端向中心逐渐增强，螺线管两端的外侧也分布有磁场，且磁场强度的变化率在螺线管两侧端口处为最大，中心处最小。随着励磁电流强度的增加，电压和磁感应强度也做线性增加。磁场在亥姆霍兹线圈中的分布为：磁场强度从两线圈中心位置向两边逐渐减弱，通进线圈的电流方向不论方向相同还是方向相反，磁场分布规律都是如此，且两个线圈单独所产生磁场强度的代数和等于两个线圈同时产生的磁场强度，符合磁场叠加原理。用各向异性磁阻传感器测量地磁场测定出地磁场强度为0.45mT，磁倾角为54.58?。 关键词：霍尔效应；异号法；亥姆霍兹线圈；磁场叠加原理；磁阻传感器；灵敏度

Measurement of magnetic field (Chengdu City,Sichuan Province,China——Sichuan University——College of electrical information )

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第1题 在下列元件中不属于光电元件的是 您的答案：A

题目分数：0.5

此题得分：0.5

批注：光纤是光传导工具

第2题 下列方法不可以改变电感式传感器的电容的是

您的答案：B

题目分数：0.5

此题得分：0.5

批注：电感式传感器原理是利用电感元件把被测物理量的变化转换成电感的自感或互感系数，再由测量电路转换成电压（或电流变化）

第3题 压电式传感器目前多用于测量

您的答案：A

题目分数：0.5

此题得分：0.5

批注：压电传感器敏感元件属于力敏元件，用于力、压力、加速度、机械冲击与振动等

第4题 霍尔元件采用恒流源激励是为了

您的答案：C

题目分数：0.5

此题得分：0.5

批注：恒流源激励减小不等位电势

第5题 光敏二极管属于

您的答案：C

题目分数：0.5

此题得分：0.5

批注：利用光生伏特效应可制成光敏二极管，光敏三极管和光电池等

第6题 光电真空管属于

您的答案：A

题目分数：0.5

此题得分：0.5

批注：利用外光电效应制成的器件有真空光电管，充气光电管和光电倍增管

第7题 温度上升，光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管的暗电流

您的答案：A

题目分数：0.5

此题得分：0.5

批注：温度上升，暗电流上升，亮电流下降，是信噪比减小

第8题 磁阻率反映出通过磁阻传感器可获得的最大信号强度。一般各向异性磁阻传感器（AMR）的磁阻率为

您的答案：A

题目分数：0.5

此题得分：0.5

批注：各向异性磁阻传感器（AMR）的磁阻率为1-2%，而巨磁阻元件（GMR）的磁阻率可达20-50%。

第9题 AMR在外磁场与电流方向之间成多少度夹角时，具有最高的灵敏度且线性度最佳。

您的答案：C

题目分数：0.5

此题得分：0.5

批注：AMR在外磁场与电流方向之间成45°夹角时，具有最高的灵敏度且线性度最佳。

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