磁敏感元件与磁场特性研究综合实验仪

一、概述
磁场是自然界的重要属性，也是物理学的重要分支。磁场检测与磁传感技术是现代磁学的重要应用和发展方向。磁敏感功能材料、器件、磁电子技术凝聚着许多近代物理思想与基础效应。开展对这些物理现象研究、分析、测试，一方面可以探求磁场变化对于各种功能材料内部载流子输运过程中的相互作用，观察不同的材料结构、不同的薄膜及器件制备工艺构成的不同的物理效应，另一方面揭示当代磁敏感技术的进展与人们研究该项技术的历程。
本系列实验设计了一套综合性、开放性的磁场特性、磁敏感元件特性、磁传感器特性、传感器与自动控制相结合的系列教学演示实验仪。综合性体现在实验内容与知识点的广泛性，揭示基础物理原理、微观机制、结构设计与宏观特性之间的关联关系，不同技术领域的内在交叉融通关系；开放性体现在将当代科学研究的磁敏感与磁检测前沿技术不断地向基础教学转化提供了实验与研究平台，为高等教育实现层次化教学提供教学设备，为实验者交叉学科科技创新奠定实验基础，可以不断丰富充实拓展本实验的内容。本实验仪获得2007年全国物理演示仪器评比二等奖。
本系列实验仪包含两台设备，一台《磁敏感元件与磁场特性研究综合实验仪》，另一台《磁敏传感器综合实验仪》。实验内容既有密切关联，又可以单独成章，适用于高等院校各专业的基础物理实验、设计性实验和演示实验。
《磁敏感元件与磁场特性研究综合实验仪》的实验内容涵盖了基本电磁场理论、功能敏感材料物理属性、磁敏系列传感器的工作原理、信号转换、检测与自动控制等多学科知识。主要帮助学生了解磁场特性及测量原理，测量磁敏感元件的灵敏度，并学会磁敏传感器的工作原理、测量方法及应用。

二、实验仪器外观及面板示意图：
1. 磁场研究可移动亥姆霍兹线圈　        2.磁敏感元件测试台
3.转角数字显示表                       4. 亥姆霍兹磁场研究测试架　 
5. 亥姆霍兹磁场特性研究主机侧接线面板  6.强磁电磁铁测量系统   
7.磁集束特性研究系统，　               8. Ｕ型磁路特性研究系统，
9. Ｅ型磁路特性研究系统，　            10.仪器测试前面板
三、实验及教学内容的编排
1. 基本磁敏感元件特性的研究实验
磁敏感元件分为强磁场敏感和弱磁场敏感两大类。
⑴、 利用本实验仪电磁铁产生最高达到5000高斯的强磁场条件下，可以开展
ⅰ）、霍尔效应特性研究：测量霍尔电压与外加磁场强度、方向、通电电流方向的变化规律；
ⅱ）、半导体磁敏电阻芯片特性研究：测量半导体磁敏电阻随外加磁场强度、方向的变化规律。
ⅲ）、可以用霍尔器件或半导体磁敏电阻芯片对电磁铁气隙内磁场分布情况进行研究。
⑵、 利用本实验仪的亥姆霍兹线圈测试台，可以开展
ⅰ）、坡莫合金薄膜各向异性磁电阻效应（AMR）磁场强度与磁电阻、饱和磁化时磁场方向与惠斯登桥路输出特性研究；
ⅱ）、2007年诺贝尔物理学奖巨磁电阻效应的特性研究：
2. 磁路特性的研究实验：
利用磁敏元件对不同形状、不同结构磁场进行测量，研究其分布状态和特性规律，实验内容包括：
⑴、磁集束研究实验——可提供四种不同形状和截面积的电磁铁集束头，研究截面积对磁场强度的影响；可以对导磁铁芯上安装的两个线圈正结与反向连接，线圈串联与并联连接时磁场特性进行研究；可以利用检出传感器对不同集束磁轭之间的磁场强度分布进行描述，归纳总结磁场特性规律。
⑵、U型磁路特性研究——观察Ｕ型磁路在线圈匝数变化、线圈串联并联、直流、交流励磁中，磁路空气间隙对其中的磁场强度的影响，并与理论进行对比分析；
⑶、研究E型磁路特性研究——观察Ｅ型磁路在线圈匝数变化、线圈串联并联、直流、交流励磁中，磁路空气间隙对其中的磁场强度的影响；观察磁路截面积与空气间隙中磁场强度之间的对应关系；观察主磁路（励磁磁路）截面积与旁磁路截面积及感应线圈匝数之间的对应关系；与并与理论进行对比分析；
⑷、研究亥姆霍兹线圈磁场分布特性研究——研究匝数及相对距离可变的所产生的轴向与径向磁场分布特点进行研究，与电磁学理论进行对比。

教学上还可进一步根据不同专业、不同层次的学生情况，选择几种涉及以上磁敏感元件的磁传感器的应用实例，让同学们设计出简易装置实现磁检测。
四、技术指标
1.直流稳流电源及智能数字式电压表：直流显示范围-1999～9999，交流显示范围0～9999。
2.稳定型数字电流表：量程0.2－1A。
3. E、U型电磁铁：间隙均可调节。
5.待测磁敏感元件：实验时所加磁场电流一般小于1A（最大电流不得超过2A）。
五、使用注意事项
1． 仪器应预热5分钟，待电路接线正确，方可进行实验。
2． 直流电源用于提供电磁铁磁场及磁敏感元件工作电流，不能互换。接错时易将元件损坏。
3． 电磁铁线圈通电时间不宜过长，否则线圈易发热，影响实验结果。用外接其电流电源时须注意，不得超过2A。