第一篇：巨磁電阻與磁電阻實(shí)驗(yàn)報(bào)告

巨磁電阻與磁電阻實(shí)驗(yàn)

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【摘要】

本實(shí)驗(yàn)使用了由基本電路原理配合巨磁電阻原件制作的一套巨磁電阻實(shí)驗(yàn)儀，通過改變巨磁電阻處的磁場測量了巨磁電阻的磁阻特性曲線、磁電轉(zhuǎn)換特性曲線，并在體驗(yàn)了其在測量電流、測量轉(zhuǎn)速、磁讀寫等方面的應(yīng)用。最后獲得了巨磁電阻詞組特性曲線、GMR 模擬傳感器的磁電轉(zhuǎn)換曲線、GMR 開關(guān)傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性曲線、巨磁電阻測量電流的數(shù)據(jù)、齒輪旋轉(zhuǎn)過程中巨磁電阻梯度傳感器輸出電壓曲線、磁信號讀出情況，自旋閥磁電阻兩個不同角度的磁阻特性曲線。發(fā)現(xiàn)巨磁電阻的磁阻隨磁場變大而減小，且與方向無關(guān)，但是其存在磁滯現(xiàn)象。而自旋閥磁電阻則在磁場由一個方向磁飽和變化到另一個方向磁飽和的過程中磁電阻不斷減小或增加，這與磁電阻和磁場的角度有關(guān)，且在 0 磁場附近變化特別明顯。

【關(guān)鍵詞】

巨磁電阻、自旋閥磁電阻、磁阻特性曲線、磁電轉(zhuǎn)換特性

一、實(shí)驗(yàn)背景 2007年12月10日，法國物理學(xué)家阿爾貝·費(fèi)爾（Albert Fert）和德國物理學(xué)家彼得·格倫貝格（Peter Crünberg）分別獲得了一枚印著藍(lán)白紅標(biāo)志的2007年諾貝爾物理獎?wù)拢麄兏髯元?dú)立發(fā)現(xiàn)的巨磁阻效應(yīng)（giant magnetoresistance, GMR）

[1，2]。

早在一百多年前，人們對鐵磁金屬的輸運(yùn)特性受磁場影響的現(xiàn)象，就做過相當(dāng)仔細(xì)的觀測。莫特的雙電流理論，把電子自旋引入對磁電阻的解釋，而巨磁電阻恰恰是基于對具有自旋的電子在磁介質(zhì)中的散射機(jī)制的巧妙利用。

目前巨磁電阻傳感器已應(yīng)用于測量位移、角度等傳感器、數(shù)控機(jī)床、汽車測速、非接觸開關(guān)、旋轉(zhuǎn)編碼器等很多領(lǐng)域，與光電等傳感器相比，它具有功耗小，可靠性高，體積小，能工作于惡劣的工作條件等優(yōu)點(diǎn)。利用巨磁電阻效應(yīng)在不同的磁化狀態(tài)具有不同電阻值的特點(diǎn)，可以制成隨機(jī)存儲器（MRAM），其優(yōu)點(diǎn)是在無電源的情況下可繼續(xù)保留信息。巨磁電阻效應(yīng)在高技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的另一個重要方面是微弱磁場探測器。巨磁電阻薄膜材料的廣泛應(yīng)用，也是納米材料的第一項(xiàng)實(shí)際應(yīng)用，它使得人們對磁性尤其是納米尺寸的磁性薄膜介質(zhì)之輸運(yùn)特性的研究有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，由此帶來計(jì)算機(jī)存儲技術(shù)的革命性變化，從而深刻地改變了整個世界。

本實(shí)驗(yàn)的目的是通過納米結(jié)構(gòu)層狀薄膜的巨磁電阻效應(yīng)及不同結(jié)構(gòu)的 GMR 傳感器特性測量和自旋閥磁電阻測量，了解磁性薄膜材料和自旋電子學(xué)的有關(guān)知識，并由磁電阻和巨磁電阻的歷史發(fā)展中解決問題的思想方法，認(rèn)識諾貝爾物理獎項(xiàng)目巨磁電阻的原理、技術(shù)和對科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要貢獻(xiàn)。體會實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，理解其原理和方法，體驗(yàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的精髓與快樂，促進(jìn)學(xué)生逐步形成系統(tǒng)的物理思想，期望由此啟發(fā)學(xué)生對物理科學(xué)和高新技術(shù)的濃厚興趣。

二、實(shí)驗(yàn)原理 磁電阻 MR（magneto-resistance 的縮寫符號）效應(yīng)是指物質(zhì)在磁場的作用下電阻發(fā)生變化的物理現(xiàn)象。磁電阻效應(yīng)按磁電阻值的大小和產(chǎn)生機(jī)理的不同可分為：正常磁電阻效應(yīng)(Ordinary MR: OMR)、各向異性磁電阻效應(yīng)(Anisotropic MR: AMR)、巨磁電阻效應(yīng)(giant MR: GMR)和龐磁電阻效應(yīng)(Colossal MR: CMR)等。

GMR 作為自旋電子學(xué)的開端具有深遠(yuǎn)的科學(xué)意義。自旋電子學(xué)的研究和發(fā)展，引發(fā)了電子技術(shù)與信息技術(shù)的一場新的革命。傳統(tǒng)的電子學(xué)是以電子的電荷移動為基礎(chǔ)的，不考慮電子自旋。巨磁電阻效應(yīng)表明，電子自旋對于電流的影響非常強(qiáng)烈，電子的電荷與自旋兩者都可能載運(yùn)信息。利用巨磁電阻效應(yīng)制成的多種傳感器，已廣泛應(yīng)用于各種測量和控制領(lǐng)域。

本實(shí)驗(yàn)通過納米結(jié)構(gòu)層狀薄膜的巨磁電阻效應(yīng)及不同結(jié)構(gòu)的GMR傳感器特性測量和自旋閥磁電阻測量，了解磁性薄膜材料和自旋電子學(xué)的有關(guān)知識，并由磁電阻和巨磁電阻的歷史發(fā)展，及關(guān)鍵人物解決問題的思想方法，認(rèn)識諾貝爾物理獎項(xiàng)目巨磁電阻的原理、技術(shù)，和對科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要貢獻(xiàn)。

本實(shí)驗(yàn)使用了巨磁電阻實(shí)驗(yàn)儀、基本特性測量組件、GMR 傳感器、電流測量組件、角位移組件、磁卡讀寫組件等實(shí)驗(yàn)裝置。其中巨磁電阻實(shí)驗(yàn)儀包括穩(wěn)壓電源、恒流源、電壓表、電流表?；咎匦越M件由 GMR模擬傳感器，螺線管線圈及比較電路，輸入輸出插孔組成，用以對 GMR 的磁阻特性和磁電轉(zhuǎn)換特性進(jìn)行測量。在這個實(shí)驗(yàn)中使用螺線管線圈提供變化磁場，GMR 傳感器置于螺線管的中央。而在將 GMR 構(gòu)成傳感器時，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)。但是對于電橋結(jié)構(gòu)，如果 4 個 GMR電阻對磁場的響應(yīng)完全同步，就不會有信號輸出。故將處在電橋?qū)俏恢玫膬蓚€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。分析表明，輸出電壓：U OUT

= U IN ΔR/（2R-ΔR）。屏蔽層同時設(shè)計(jì)為磁通聚集器，它的高導(dǎo)磁率將磁力線聚集在 R1、R2 電阻所在的空間,進(jìn)一步提高了 R1、R2 的磁靈敏度。同時巨磁電阻被光刻成微米寬度迂回狀的電阻條，以增大其電阻至 kΩ數(shù)量級，使其在較小工作電流下得到合適的電壓輸出。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導(dǎo)線周圍的磁場變化，就可確定電流大小。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，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周期的波形。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)，磁卡通過寫磁頭時可寫入數(shù)據(jù)，通過讀磁頭時將寫入的數(shù)據(jù)讀出來。寫磁頭是繞線的磁芯，線圈中通過電流時產(chǎn)生磁場，在磁性記錄材料上記錄信息。巨磁阻讀磁頭利用磁記錄材料上不同磁場時電阻的變化讀出信息。最后采用四端接線法接自旋閥磁電阻，放置于線圈中央，調(diào)整其與線圈軸線的夾角可以測量自旋閥磁電阻在不同外磁場方向時的的磁阻特性曲線。

三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備 實(shí)驗(yàn)儀器包括 GMR 傳感器、巨磁電阻實(shí)驗(yàn)儀穩(wěn)壓電源、恒流源、螺線管、電壓表、電流表、基本特性測量組件、電流測量組件、角位移組件、磁卡讀寫組件。巨磁電阻實(shí)驗(yàn)儀包括穩(wěn)壓電源、恒流源、電壓表、電流表。穩(wěn)壓電源提供測量所需要的電壓，恒流源為螺線管供電提供測量所需的磁場，電壓表和電流表分別用于測量 GMR 的電壓或電流。

在將GMR構(gòu)成傳感器時，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 10 是某型號傳感器的結(jié)構(gòu)。

?

??

? 10 H / m

圖GMR 模擬傳感器結(jié)構(gòu)圖

對于電橋結(jié)構(gòu)，如果 4 個 GMR 電阻對磁場的響應(yīng)完全同步，就不會有信號輸出。圖 10 中，將處在電橋?qū)俏恢玫膬蓚€電阻 R 3，R 4 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 R 1，R 2 阻值隨外磁場改變。

設(shè)無外磁場時4個GMR電阻的阻值均為 R，R 1，R 2 在外磁場作用下電阻減小 ΔR，簡單分析表明，輸出電壓：

U OUT

= U IN ΔR（/

2R-ΔR）

（6）

屏蔽層同時設(shè)計(jì)為磁通聚集器，它的高導(dǎo)磁率將磁力線聚集在 R 1，R 2 電阻所在的空間 , 進(jìn)一步提高了 R 1，R 2 的磁靈敏度。從圖 10 的幾何結(jié)構(gòu)還可見，巨磁電阻被光刻成微米寬度迂回狀的電阻條，以 增大其電阻至 k Ω數(shù)量級，使其在較小工作電流下得到合適的電壓輸出。

測量所用磁場可以用電磁鐵，也可以用螺線管。本實(shí)驗(yàn)用螺線管線圈提供變化磁場。GMR傳感器置于螺線管的中央。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 = μ 0 nI（7）

? 7

式中 n

為線圈密度，I

為流經(jīng)線圈的電流強(qiáng)度，0 為真空中的磁導(dǎo)率。采用國際單位制時，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）。

基本特性組件由GMR模擬傳感器，螺線管線圈及比較電路，輸入輸出插孔組成。用以對GMR的 磁阻特性和磁電轉(zhuǎn)換特性進(jìn)行測量。測量時GMR傳感器置于螺線管的中央。

四、

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.GMR 效應(yīng)的原理 2.GMR 模擬傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性曲線 3.GMR 的磁阻特性曲線 4.MR傳感器測量電流

5.MR 梯度傳感器測量齒輪的角位移，了解 GMR 轉(zhuǎn)速（速度）傳感器的原理 五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、步驟 1.GMR 效應(yīng)的原理；根據(jù)磁阻變化設(shè)計(jì)表格，測量 GMR 的磁阻特性曲線；觀察曲線特點(diǎn)，理解磁阻曲線所反映的物理原理。

2.測量 GMR 模擬傳感器和 GMR 數(shù)字開關(guān)傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性曲線；比較兩種磁電轉(zhuǎn)換曲線的異同，了解 GMR 做不同傳感器應(yīng)用時技術(shù)處理和電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，體會物理原理到技術(shù)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想。

3.GMR 模擬傳感器測量電流，分析偏置磁場對傳感器應(yīng)用的影響及原因。

4.GMR 梯度傳感器測量齒輪的角位移，了解 GMR 轉(zhuǎn)速（速度）傳感器的結(jié)構(gòu)和原理。

5.實(shí)驗(yàn)了解磁記錄與讀出的原理。

6.自旋閥的磁電阻曲線，與多層膜磁電阻曲線比較，分析其異同及原因。

六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理分析 原始數(shù)據(jù)記錄：

1、GMR 模擬傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性測量

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由公式 B = μ0nI 算得的磁感應(yīng)強(qiáng)度，由 R=U/I 算得的電阻

勵磁電流I1(mA)磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 輸出電壓 U（mV）

勵磁電流I1(mA)磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 輸出電壓 U（mV）

30.159289

235-100-30.1593 236 90 27.143361

235-90-27.1434 235 80 24.127432

233-80-24.1274 234 70 21.111503

228-70-21.1115 230 60 18.095574

210-60-18.0956 214

15.079645

180-50-15.0796 185 40 12.063716

144.8 -40-12.0637 150 30 9.047787

107-30-9.04779 112 20 6.031858

69.1 -20-6.03186 73.9 10 3.015929

33.5 -10-3.01593 37.8 6 1.809557

20.6 -6-1.80956 24.7 3 0.904779

12.3 -3-0.90478 15.4 1 0.301593

6.5 -1-0.30159 9.7 0 0.000000

3.6 0 0 5.6-1-0.301593

0.6 1 0.301593 3.2-3-0.904779

2.4 3 0.904779 1.3-6-1.809557

3.9 6 1.809557 2.2-10-3.015929

15.1 10 3.015929 11.3-20-6.031858

63.1 20 6.031858 62.5-30-9.047787

104.9 30 9.047787 101.9-40-12.063716

140.7 40 12.06372 138.1-50-15.079645

176.5 50 15.07964 173.8-60-18.095574

210 60 18.09557 207-70-21.111503

228 70 21.1115 227-80-24.127432

233 80 24.12743 233-90-27.143361

235 90 27.14336 235-100-30.159289

236 100 30.15929 235 以 B 為橫坐標(biāo)，輸出電壓 U 為縱坐標(biāo)，作圖得：

誤差分析：

（1）

在實(shí)驗(yàn)操作中，用恒流源調(diào)節(jié)勵磁電流時距離要調(diào)到的值總會有部分偏差，其范圍在正負(fù) 0.2mA 以***-40-20 0 20 40磁場減少時B-U磁場增大時B-U磁感應(yīng)強(qiáng)度B與輸出電壓U的關(guān)系曲線輸出電壓U（mV）磁感應(yīng)強(qiáng)度B(G)

內(nèi)，反應(yīng)在圖像上就是最低處的輸出都在 y 軸上，實(shí)際上應(yīng)當(dāng)是分別分布在 y 軸左右兩側(cè)的；（2）

用恒流源調(diào)節(jié)勵磁電流時，為保證調(diào)到需要調(diào)到的勵磁電流的精確度，會有很小幅度的回調(diào)，可能因磁滯現(xiàn)象造成影響；（3）

使用 Excel 表格處理數(shù)據(jù)的過程中可能會有精度損失； 2、GMR 的磁阻特性曲線的測量 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由公式 B = μ0nI 算得的磁感應(yīng)強(qiáng)度，由 R=U/I 算得的電阻，如下表所示：

（磁阻兩端電壓U=4V），如下表所示：

（磁阻兩端電壓 U=4V）

勵磁電流I1(mA)磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 輸出電壓 U（mV）

勵磁電流I1(mA)磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 輸出電壓 U（mV）

30.159289

235-100-30.1593 236 90 27.143361

235-90-27.1434 235 80 24.127432

233-80-24.1274 234 70 21.111503

228-70-21.1115 230 60 18.095574

210-60-18.0956 214 50 15.079645

180-50-15.0796 185 40 12.063716

144.8 -40-12.0637 150 30 9.047787

107-30-9.04779 112 20 6.031858

69.1 -20-6.03186 73.9 10 3.015929

33.5 -10-3.01593 37.8 6 1.809557

20.6 -6-1.80956 24.7 3 0.904779

12.3 -3-0.90478 15.4 1 0.301593

6.5 -1-0.30159 9.7 0 0.000000

3.6 0 0 5.6-1-0.301593

0.6 1 0.301593 3.2-3-0.904779

2.4 3 0.904779 1.3-6-1.809557

3.9 6 1.809557 2.2-10-3.015929

15.1 10 3.015929 11.3-20-6.031858

63.1 20 6.031858 62.5-30-9.047787

104.9 30 9.047787 101.9-40-12.063716

140.7 40 12.06372 138.1-50-15.079645

176.5 50 15.07964 173.8-60-18.095574

210 60 18.09557 207-70-21.111503

228 70 21.1115 227-80-24.127432

233 80 24.12743 233-90-27.143361

235 90 27.14336 235-100-30.159289

236 100 30.15929 235

作圖如下：

誤差分析：

（1）在實(shí)驗(yàn)操作中，用恒流源調(diào)節(jié)勵磁電流時距離要調(diào)到的值總會有部分偏差，其范圍在正負(fù) 0.2mA 以內(nèi)，反應(yīng)在圖像上就是最高處的輸出都在 y 軸上，實(shí)際上應(yīng)當(dāng)是分別分布在 y 軸左右兩側(cè)的；（2）用恒流源調(diào)節(jié)勵磁電流時，為保證調(diào)到需要調(diào)到的勵磁電流的精確度，會有很小幅度的回調(diào)，可能因磁滯現(xiàn)象造成影響；（3）使用 Excel 表格處理數(shù)據(jù)的過程中可能會有精度損失； 3、GMR 開關(guān)（數(shù)字）傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性曲線測量 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及由公式 B = μ0nI 算得的磁感應(yīng)強(qiáng)度如下表所示，高電平：1V，低電平：-1V 減小磁場 增大磁場 開關(guān)動作 勵磁電流/mA 電壓/V 磁感應(yīng)強(qiáng)度/G 開關(guān)動作 勵磁電流/mA 電壓/V 磁感應(yīng)強(qiáng)度/G 關(guān) 30.2 1.882 4.0

關(guān) 29.5 1.882 4.5

開-30.5 0.0941-5.0

開-32.2 0.0941-4.5

作圖如下：

***-40-20 0 20 40磁場減少時B-U磁場增大時B-U磁感應(yīng)強(qiáng)度B與輸出電壓U的關(guān)系曲線輸出電壓U（mV）磁感應(yīng)強(qiáng)度B(G)

誤差分析：

（1）

在實(shí)驗(yàn)操作中，用恒流源調(diào)節(jié)勵磁電流時距離要調(diào)到的值總會有部分偏差，其范圍在正負(fù) 0.2mA 以內(nèi)；（2）

用恒流源調(diào)節(jié)勵磁電流時，為保證調(diào)到需要調(diào)到的勵磁電流的精確度，會有很小幅度的回調(diào)，可能因磁滯現(xiàn)象造成影響；

（3）

使用 Excel 表格處理數(shù)據(jù)的過程中可能會有精度損失；、用 用 GMR 傳感器測量電流

低磁偏置 25mV：

勵磁電流 I(mA)輸出電壓 U（mV）

勵磁電流 I(mA)輸出電壓 U（mV）

300 27.2-300 23.0 200 26.5-200 23.7 100 25.8-100 24.3 0 25.1 0 25.0-100 24.4 100 25.8-200 23.7 200 26.5-300 23.0 300 27.1 作圖如下：

00.20.40.60.811.21.41.61.82-20.0 -15.0-10.0-5.0 0.0 5.0 10.0 15.0磁場減小時巨磁阻磁場增大時巨磁阻磁感應(yīng)強(qiáng)度B(G)輸出電壓U（V）開關(guān)特性曲線

適當(dāng)磁偏置 151mV：

勵磁電流 I(mA)輸出電壓 U（mV）

勵磁電流 I(mA)輸出電壓 U（mV）

300 154.0-300 148.5 200 153.2-200 149.5 100 152.3-100 150.5 0 151.3 0 151.4-100 150.4 100 152.4-200 149.5 200 153.3-300 148.6 300 154.2 作圖如下：

誤差分析：

（1）

操作中，設(shè)置低磁偏置和適當(dāng)磁偏置時，由于輸出電壓對偏置磁鐵的位置變動很靈敏，故初始磁偏置時的輸出電壓距離要求會有誤差；（2）

在實(shí)驗(yàn)操作中，用恒流源調(diào)節(jié)勵磁電流時距離要調(diào)到的值總會有部分偏差，其范圍在正負(fù) 0.2mA 以內(nèi)；（3）

用恒流源調(diào)節(jié)勵磁電流時，為保證調(diào)到需要調(diào)到的勵磁電流的精確度，會有很小幅度的回調(diào)，可能22.523.023.524.024.525.025.526.026.527.027.5-400-200 0 200 400低磁偏置減少電流低磁偏置增大電流低磁偏置25mV待測勵磁電流與輸出電壓關(guān)系曲線148.0149.0150.0151.0152.0153.0154.0155.0-400-200 0 200 400低磁偏置減少電流低磁偏置增大電流適當(dāng)磁偏置151mV待測勵磁電流與輸出電壓關(guān)系曲線

因磁滯現(xiàn)象造成影響；（4）

使用 Excel 表格處理數(shù)據(jù)的過程中可能會有精度損失；（5）

測量適當(dāng)磁偏置時，減小勵磁電流時的初始電流 300mA 對應(yīng)的輸出電壓偏離直線較多，可能由于操作原因，比如偏置磁鐵的不穩(wěn)定或觸碰等。、GMR 梯度傳感器的特性及應(yīng)用 起始角度/度 139 136 133 130 127 124 121 118 轉(zhuǎn)動角度/度 0 3 6 9 12 15 18 21 輸出電壓/mV 821 857 870 873 936 962 959 881 起始角度/度 115 112 109 106 103 100 97 94 轉(zhuǎn)動角度/度 24 27 30 33 36 39 42 45 輸出電壓/mV 828 852 869 866 943 946 987 897 作圖如下

誤差分析：

（1）

轉(zhuǎn)動齒輪時，由于每次轉(zhuǎn)動的幅度很小，由于操作原因會有轉(zhuǎn)動的角度誤差存在；（2）

轉(zhuǎn)動齒輪后讀數(shù)時，會有因讀數(shù)造成的角度誤差存在； 6、通過實(shí)驗(yàn)了解磁記錄與讀出的原理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示：

十進(jìn)制數(shù) 92 二進(jìn)制數(shù) 0 1 0 1 1 1 0 0 磁卡區(qū)域號 0 1 2 3 4 5 6 7 讀出電平（V）

2.9 1.916 2.9 1.916 1.916 1.916 2.9 2.9

******10000 9 18 27 36 45轉(zhuǎn)動角度/度輸出電壓/mV

誤差分析：設(shè)置的二進(jìn)制數(shù)據(jù)寫入時，磁卡區(qū)域可能未嚴(yán)格對齊； R GMR 傳感器在有關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例：

基于 GMR 傳感器陣列的生物檢測：

GMR 傳感器比電子傳感器更靈敏、可重復(fù)性強(qiáng)，具有更寬的工作溫度、工作電壓和抗機(jī)械沖擊、震動的優(yōu)異性能，而且 GMR 傳感器的工作點(diǎn)也不會隨時間推移而發(fā)生偏移。

GMR 傳感器的制備成本和檢測成本低，對樣本的需求量很小。由 GMR 傳感器組成的陣列，還可以結(jié)合現(xiàn)有的 IC 工藝，提高整體設(shè)備的集成度，進(jìn)行多目標(biāo)的檢測。同時，對比傳統(tǒng)的熒光檢測法，磁性標(biāo)記沒有很強(qiáng)的環(huán)境噪聲，標(biāo)記本身不會逐漸消退，也不需要昂貴的光學(xué)掃描設(shè)備以及專業(yè)的操作人員。

測量原理：GMR 陣列傳感器生物檢測的基本模式用 GMR 陣列傳感器進(jìn)行生物檢測，是以磁性顆粒為標(biāo)記物，采用直接標(biāo)記法或兩步標(biāo)記法，在施加一定方向的外加磁場的情況下，用磁敏傳感器對磁性標(biāo)記產(chǎn)生的寄生磁場進(jìn)行檢測，從而實(shí)現(xiàn)對生物目標(biāo)定性定量分析。

測量方法：以 DNA 檢測為例，第一步將已知序列的 DNA 探針鏈結(jié)合在包埋了自旋閥傳感器的芯片表面，加入用生物素標(biāo)記的 DNA 目標(biāo)鏈溶液，進(jìn)行充分雜交；第二步，加入被抗生物素包裹的磁性顆粒，形成生物素一抗生物素共價(jià)鍵，從而選擇性地捕獲磁性標(biāo)記。

標(biāo)記反應(yīng)完成后，用外加梯度磁場將未參與標(biāo)記的多余磁性顆粒分離，再施加激勵磁場將磁標(biāo)記(磁性顆粒)磁化，磁化的磁標(biāo)記產(chǎn)生的寄生磁場引起傳感器阻值的變化，從而導(dǎo)致反映生物反應(yīng)的信號輸出。

第二篇：漏磁檢測實(shí)驗(yàn)報(bào)告

漏磁檢測實(shí)驗(yàn)報(bào)告

姓名：王煥友 學(xué)號：U201012465 班級：機(jī)械（中英）1001班

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.通過實(shí)驗(yàn)了解漏磁探傷的基本原理； 2.掌握漏磁探傷儀器的功能和使用方法。3.了解漏磁檢測儀的使用規(guī)范。

二、基本原理及優(yōu)缺點(diǎn)分析

1、基本原理： 將被測鐵磁材料磁化后，若材料內(nèi)部材質(zhì)連續(xù)、均勻，材料中的磁感應(yīng)線會被約束在材料中，磁通平行于材料表面，被檢材料表面幾乎沒有磁場；如果被磁化材料有缺陷，其磁導(dǎo)率很小、磁阻很大，使磁路中的磁通發(fā)生畸變，其感應(yīng)線會發(fā)生變化，部分磁通直接通過缺陷或從材料內(nèi)部繞過缺陷，還有部分磁通會泄露到材料表面的空間中，從而在材料表面缺陷處形成漏磁場。利用磁感應(yīng)傳感器（如霍爾傳感器）獲取漏磁場信號，然后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號處理，對漏磁場磁通密度分量進(jìn)行分析能進(jìn)一步了解相應(yīng)缺陷特征比如寬度、深度。

2、漏磁檢測是用磁傳感器檢測缺陷，相對于滲透、磁粉等方法，有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：

1）容易實(shí)現(xiàn)自動化。由傳感器接收信號，軟件判斷有無缺陷，適合于組成自動檢測系統(tǒng)。

2）有較高的可靠性。從傳感器到計(jì)算機(jī)處理，降低了人為因素影響引起的誤差，具有較高的檢測可靠性。

3）可以實(shí)現(xiàn)缺陷的初步量化。這個量化不僅可實(shí)現(xiàn)缺陷的有無判斷，還可以對缺陷的危害程度進(jìn)行初步評估。

4）對于壁厚30mm以內(nèi)的管道能同時檢測內(nèi)外壁缺陷。5）因其易于自動化，可獲得很高的檢測效率且無污染。

3、漏磁檢測技術(shù)也不是萬能的，有其局限性：

1）只適用于鐵磁材料。因?yàn)槁┐艡z測的第一步就是磁化，非鐵磁材料的磁導(dǎo)率接近1，缺陷周圍的磁場不會因?yàn)榇艑?dǎo)率不同出現(xiàn)分布變化，不會產(chǎn)生漏磁場。

2）嚴(yán)格上說，漏磁檢測不能檢測鐵磁材料內(nèi)部的缺陷。若缺陷粒表面距離很大，缺陷周圍的磁場畸變主要出現(xiàn)在缺陷周圍，而工件表面可能不會出現(xiàn)漏磁場。

3）漏磁檢測不適用于檢測表面有涂層或覆蓋層的試件。

4）漏磁檢測不適用于形狀復(fù)雜的試件。磁漏檢測采用傳感器采集漏磁通信號，試件形狀稍復(fù)雜就不利于檢測。

5）磁漏檢測不適合檢測開裂很窄的裂紋，尤其是閉合性裂紋。

三、實(shí)驗(yàn)裝置1、2、3、4、磁化器 試塊 磁敏傳感器 探頭

四、實(shí)驗(yàn)過程

首先對被檢鐵磁性材料進(jìn)行磁化然后測量其漏磁場信號通過分析判斷,給出檢測結(jié)果;最后根據(jù)實(shí)際情況選擇退磁與否。漏磁檢測只限于檢測鐵磁性材料,主要是鐵磁性材料的表面及近表面的檢測。該方法具有探頭結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)自動化、無污染、檢測靈敏度高、不需要耦合劑、檢測時一般不需要對表面進(jìn)行清洗處理、可以實(shí)現(xiàn)缺陷的初步量化等特點(diǎn)。

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

無缺陷時 有缺陷時

六、實(shí)驗(yàn)心得

通過這次試驗(yàn)，我對漏磁檢測的方法又有了更深的了解，同時也認(rèn)識到無損檢測的重要性。

第三篇：電阻與變阻器教案

電阻與變阻器教案

一、教學(xué)目標(biāo) 知識與技能

1、知道電阻的概念、單位及其換算，以及電阻器在電路中的符號。

2、理解決定電阻大小的因素，知道滑動變阻器的構(gòu)造，在電路中的符號，理解滑動變阻器的作用，會把滑動變阻器接入電路以改變電路的電流，知道變阻箱的讀數(shù)方法。過程與方法

1、利用“控制變量法”和“歸納法”對決定電阻大小的因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

2、利用 圖示分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法來學(xué)習(xí)滑動變阻器的構(gòu)造、作用、使用方法。

情感態(tài)度價(jià)值觀

培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)探究態(tài)度和表達(dá)自己觀點(diǎn)、尊重他人的意識。

二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

1、教學(xué)重點(diǎn)：探究決定電阻大小的因素；變阻器的構(gòu)造和使用方法。

2、教學(xué)難點(diǎn)：控制變量法的運(yùn)用，會用變阻器改變電流和電壓。

三、預(yù)習(xí)課本76頁2分鐘

四、復(fù)習(xí)

1、什么是電流？

電何的定向移動形成電流。物理學(xué)中用每秒鐘通過導(dǎo)體任一橫截面的電荷量來表示電流的強(qiáng)弱。用符號I表示，I=Q/t，單位安培，單位符號A。測量工具;電流表：。要串聯(lián)在電路中使用，不能直接接在電源兩級，什么是電壓？

電荷的壓力差。有電源提供，符號U。單位：伏特，用V表示。測量工具：電壓表，符號V，使用時要并聯(lián)在電路中使用，可以直接接到電源兩端。測量○哪個用電器兩端的電壓，只要用電壓表“抱一抱”這個用電器。

電流表因?yàn)閮?nèi)阻很小，分析電路時刻直接當(dāng)成一條導(dǎo)線。

電壓的內(nèi)阻很大，電流很小，分析電路時，刻看成開路。那到底什么事電阻呢？今天我們就一起來認(rèn)識一下電阻。

五、電阻

1、電阻就是導(dǎo)體對電流的阻礙作用。

電阻與電流有這樣一個關(guān)系：電壓一定時，電流越小電阻越大，電流遠(yuǎn)大，電阻越小。

2、用符號R表示

3、單位：歐姆，簡稱“歐”，符號?，（解釋?的讀法和寫法，并讓學(xué)生上來寫）

4、我們知道他的單位是?，那1?到底多大呢？導(dǎo)體兩端給1V的電壓（電荷的壓力差）通過的電流為1A時，1?的單位是比較小的。有一些電阻較大的，那需要用較大的單位來表示，比?的答單位有千歐k?、兆歐M?，這里要注意兆歐的符號M是大寫的，M的單位比k大1000倍，1k?=1000?,1M?=1000k?，5、一個小燈泡的電阻大約10?，像我們實(shí)驗(yàn)室用的 導(dǎo)線，一條導(dǎo)線只有約0.001?，幾乎為0，所以在實(shí)驗(yàn)時如果把導(dǎo)線直接接到燈泡兩端，燈泡就會被短路，是因?yàn)閷?dǎo)線電阻遠(yuǎn)小于燈泡，電流幾乎都從旁邊的導(dǎo)線經(jīng)過?？凑n本76頁信息窗，幾個常見用電器的電阻。

6、電阻器？？？

（1）作用：電阻器用來調(diào)節(jié)電路中的電流和電壓。（2）在電路中的符號：

（3）電阻器在電路中也會消耗電流，所以他也是一個用電器。

六、影響電阻大小的因素

1、預(yù)習(xí)課本

在閱讀課本時，你們要思考幾個問題：（1）怎樣研究電阻的大?。?/p>

剛才，我們已經(jīng)知道在電壓一定時，電流越小，電阻越大。所以我們可以在固定電壓下，根據(jù)電流的大小來判斷電阻的大小。（2）電阻的大小與那些因素有關(guān)？

電阻跟材料、長度、橫截面積、溫度有關(guān)： a、材料：現(xiàn)在請同學(xué)們翻到課本78頁，用一分鐘看一下幾種物質(zhì)的導(dǎo)電性能，觀察哪種物質(zhì)的導(dǎo)線性能好。（電阻越小，導(dǎo)電性能越好）銀(Ag）的導(dǎo)線性能最好，接下來是銅（Cu），鋁（Al），鐵（Fe）

現(xiàn)在使用較多的是銅和鋁。大家知道為什么不用銀？銀的導(dǎo)電性能最好？（因?yàn)殂y的價(jià)格比較貴，而且難以避免有人去偷導(dǎo)線，這樣會照成很多麻煩）相對來說銅鋁是比較實(shí)用的導(dǎo)體。由于鐵絲的電阻大約是銅的5.6倍，鋁的3.4倍，這就是為什么不用鐵來做電線的原因。）b、長度

導(dǎo)線好比水渠，水渠越長，水流就越小，同樣導(dǎo)線越長電流也就越小，這樣電阻就越大。所以電阻大大小跟導(dǎo)線的長度有關(guān)系。

c、橫截面積：河道越寬，水流就越大，同樣，導(dǎo)線越粗，也就是橫截面積越大，電流就越大，這樣電阻就越小。

d、溫度：大部分物質(zhì)的性質(zhì)是溫度越高，電阻越大。你知道小燈泡什么時候做容易燒壞嗎？（提問）在來等的那一瞬間，這個時候燈絲的溫度低，電阻小，電流就比較大，所以容易燒壞，你們做實(shí)驗(yàn)的時候會有個別同學(xué)喜歡玩，經(jīng)常斷開閉合開關(guān)，現(xiàn)在知道為什么，希望以后不要再有這種情況發(fā)生了。

另外還有個別物質(zhì)的電阻是隨溫度的升高而減小的，玻璃能導(dǎo)電嗎？在常溫下，玻璃是不導(dǎo)電的（導(dǎo)電性能非常?。?，我們把不導(dǎo)電的物體成為絕緣體，就像導(dǎo)線外面那一層橡膠皮，就是絕緣體。給玻璃加熱，電阻變小，當(dāng)他達(dá)到一定溫度時就可以導(dǎo)電。

（3）在實(shí)驗(yàn)中用到的實(shí)驗(yàn)方法？

2、擴(kuò)展：我們以前家里常用的白熾燈，如果燈絲斷掉，有什么方法可以讓它重新發(fā)亮。（看著燈絲傾斜燈泡，讓燈絲重新搭上去。接入電路中，會發(fā)現(xiàn)燈泡更亮了，這是為什么？接入電路多的燈絲變短了，電阻就變小，這樣電流變大。）

重新搭上去的燈絲容易脫落，如果在半夜風(fēng)一吹就滅了。而且電流越大，燈絲更容易燒斷?？偨Y(jié)電阻

3、現(xiàn)在我們知道電阻導(dǎo)體的材料、長度、橫截面積、和溫度有關(guān)，這些都是導(dǎo)體本身固有的屬性，所以電阻的產(chǎn)生是由導(dǎo)體本身的性質(zhì)決定的，跟電壓和電流的大小無關(guān)。

板書設(shè)計(jì)：

1、電阻

（1）定義：導(dǎo)體對電流的阻礙作用叫電阻。（2）符號： R。

（3）單位：歐姆，簡稱“歐”，符號?

千歐k?、兆歐M?

1k?=1000?,1M?=1000k?，小燈泡的電阻大約10?，一條導(dǎo)線只有約0.001?

2、電阻器

（1）作用：電阻器用來調(diào)節(jié)電路中的電流和電壓。（2）在電路中的符號：

（3）會消耗電流，是用電器。

3、影響電阻大小的因素

材料、長度、橫截面積、溫度

電阻的產(chǎn)生是由導(dǎo)體本身的性質(zhì)決定的

第四篇：電與磁練習(xí)題

（原理問題）1.如圖，是手搖式手電筒，只要轉(zhuǎn)動手電筒的搖柄，燈泡就能發(fā)光。下列實(shí)驗(yàn)?zāi)芙沂臼蛛娡补ぷ髟淼氖牵ǎ?/p>

A．

B．

C．

D．

【解答】解：手搖式手電筒中沒有電池，在晃動手電筒時，手電筒中的永磁體在線圈中運(yùn)動，運(yùn)動是相對而言的，相對于永磁體而言，線圈在做切割磁感線運(yùn)動，線圈中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流通過燈泡時，小燈泡就會發(fā)光。因此這種手電筒的工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，即發(fā)電機(jī)就是利用該原理制成的。

A、圖中，通電導(dǎo)體在磁場中受力運(yùn)動，為電動機(jī)的工作原理圖，故A錯；

B、圖中，閉合電路的部分導(dǎo)體在磁場中切割磁感線運(yùn)動，產(chǎn)生感應(yīng)電流，為發(fā)電機(jī)的工作原理圖，故B正確；

C、圖中，反映通電導(dǎo)體的周圍存在磁場，為電流的磁效應(yīng)，故C錯誤；

D、圖中，通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動，為電動機(jī)的原理圖，故D錯誤。

故選：B。

（電磁繼電器）2.如圖所示，GMR是一個巨磁電阻，其阻值隨磁場的增強(qiáng)而急劇減小，當(dāng)閉合開關(guān)S1、S2時，下列說法正確的是（）

A．電磁鐵的右端為

S

極

B．小磁針將順時針旋轉(zhuǎn)

C．當(dāng)

P

向左滑動時，電磁鐵的磁性增強(qiáng)，指示燈變亮

D．當(dāng)

P

向右滑動時，電磁鐵的磁性減弱，電壓表的示數(shù)增大

【解答】解：

AB、根據(jù)安培定則可知，電磁鐵的左端為N極，右端為S極；根據(jù)磁極間的相互作用規(guī)律可知，通電后，小磁針將會逆時針旋轉(zhuǎn)，故A正確、B錯誤；

C、閉合開關(guān)S1和S2，使滑片P向左滑動，變阻器接入電路的電阻變小，左側(cè)電路中電流變大，電磁鐵的磁性增強(qiáng)，巨磁電阻的阻值減小，右側(cè)電路中電流變大，所以指示燈的亮度會變亮，故C正確。

D、使滑片P向右滑動，變阻器接入電路的電阻變大，左側(cè)電路中電流變小，電磁鐵的磁性變?nèi)?，巨磁電阻的阻值變大，右?cè)電路中電流變小，根據(jù)U＝IR可知，燈泡兩端的電壓減小，即電壓表示數(shù)變小，故D錯誤。

故選：AC。

（實(shí)驗(yàn)問題）3.為了探究導(dǎo)體在磁場中怎樣運(yùn)動，才能產(chǎn)生電流，采用了圖中的實(shí)驗(yàn)裝置：

（1）用細(xì)線將懸掛的導(dǎo)體ab放入蹄形磁體中，閉合開關(guān)，電流計(jì)指針不會偏轉(zhuǎn)，讓導(dǎo)體ab在蹄形磁體中左右運(yùn)動，電流計(jì)指針

偏轉(zhuǎn)；斷開開關(guān)，讓導(dǎo)體ab在蹄形磁體中左右運(yùn)動，電流計(jì)指針

偏轉(zhuǎn)。（選填“會”或“不會”）

（2）用細(xì)線將懸掛的導(dǎo)體ab放入蹄形磁體中，閉合開關(guān)，讓導(dǎo)體ab在蹄形磁體中豎直上下運(yùn)動，電流計(jì)指針

偏轉(zhuǎn)；讓導(dǎo)體ab在蹄形磁體中斜向上或斜向下運(yùn)動，電流計(jì)指針

偏轉(zhuǎn)。（選填“會”或“不會”）

（3）綜合（1）（2）可知，導(dǎo)體ab在磁場中運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是：導(dǎo)體ab必須是

電路的一部分，且一定要做

運(yùn)動。

（4）在探究過程中，閉合開關(guān)：①讓導(dǎo)體ab在蹄形磁體中向左運(yùn)動，電流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn)；②讓導(dǎo)體ab在蹄形磁體中向右運(yùn)動，電流計(jì)指針向左偏轉(zhuǎn)；

③斷開開關(guān)，將圖中的蹄形磁體的N、S極對調(diào)，再閉合開關(guān)，讓導(dǎo)體ab在蹄形磁體中向左運(yùn)動，電流計(jì)指針向左偏轉(zhuǎn)。

通過①和②說明感應(yīng)電流的方向與

方向有關(guān)；

通過①和③說明感應(yīng)電流的方向與

方向有關(guān)。

【解答】解；

（1）將細(xì)導(dǎo)線懸掛的導(dǎo)體放入蹄形磁體中，閉合開關(guān)，導(dǎo)體沒有切割磁感線，電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)；讓導(dǎo)體在蹄形磁體中左右運(yùn)動，導(dǎo)體切割磁感線，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，電流計(jì)指針會偏轉(zhuǎn)；

斷開開關(guān)，讓導(dǎo)體在蹄形磁體中左右運(yùn)動，雖然導(dǎo)體切割磁感線，但由于開關(guān)斷開，電路沒有電流，電流計(jì)指針不會偏轉(zhuǎn)；

（2）將細(xì)導(dǎo)線懸掛的導(dǎo)體放入蹄形磁體中，閉合開關(guān)，讓導(dǎo)體在蹄形磁體中豎直上下運(yùn)動，導(dǎo)體沒有切割磁感線，沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，電流計(jì)指針不會偏轉(zhuǎn)；

閉合開關(guān)，讓導(dǎo)體在蹄形磁體中斜向上或斜向下運(yùn)動，導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，電流計(jì)指針會偏轉(zhuǎn)；

（3）綜合（1）（2）中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知，導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動產(chǎn)生電流的條件是：導(dǎo)體必須是閉合電路的一部分，且一定要做切割磁感線的運(yùn)動；

（4）①和②中磁場方向相同，導(dǎo)體的運(yùn)動方向不同，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向不同，說明感應(yīng)電流的方向與導(dǎo)體運(yùn)動的方向有關(guān)；

①和③中導(dǎo)體運(yùn)動的方向相同，磁場方向不同，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向不同，說明感應(yīng)電流的方向與磁場方向有關(guān)。

故答案為：（1）會；不會；（2）不會；會；（3）閉合；切割磁感線；（4）導(dǎo)體運(yùn)動；磁場。

第五篇：國巨電阻的命名規(guī)則不算難

國巨電阻的命名規(guī)則不算難，作為國巨代理商，我們?yōu)槟忉尅?/p>

國巨電阻都是以R開頭，前面2個字母表示電阻的系列名稱。RC表示一般厚膜電阻，例如：RC0402JR-07100KL；RL表示低阻值電阻，如RL0603JR-070R12L；RT表示高精密厚膜電阻；RJ表示薄膜電阻；RV表示高壓電阻。

系列名稱（RC/RT/RJ/RV等）后面的4位數(shù)表示尺寸，如0100，0201，0402，0603，0805，1206，1210，1218，2010，2512等等。尺寸后面的字母表示誤差。W=±0.05%,B=±0.1%,C=±0.25%,D=±0.5%,F=±1%,G=±2%,J=±5%,K=±10%,M=±20% 誤差后面的字母表示封裝形式，如R表示紙帶，K表示塑料編帶。

封裝形式后面2位數(shù)表示封裝尺寸，07表示7寸盤；10表示10寸盤；13表示13寸盤。封裝后面的數(shù)值表示阻值，如0R表示0歐；1K=1000歐，1M=1000 000歐。最后的L表示無鉛