[实用新型]基于庞磁电阻效应的磁感应强度测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种磁感应强度测量装置，特别是一种基于庞磁电阻效应的磁感应强度测量装置。

背景技术

磁感应强度测量应用很广泛，现有技术主要采用霍尔传感器或者感应线圈磁力计来测量，特别是霍尔传感器的使用极为广泛，其结构简单，易小型化。但是在使用中，霍尔传感器的噪声水平和静态偏移较大，因此对于弱磁测量灵敏度不足，精度不够。而感应线圈磁力计是一种根据法拉第电磁感应定律工作的器件，不能用于测量静磁场，并且主要应用于近距离探测。

利用材料的磁电阻效应也可以进行磁感应强度的测量。

所述磁电阻效应（MR）是指材料在磁场作用下电阻发生变化的现象，全称磁致电阻变化效应。磁性金属和合金在室温下MR一般小于8％。磁和非磁金属多层膜的MR一般在10左右，称为巨磁电阻效应（GMR），近年来，巨磁电阻效应已经在计算机磁盘、数控机床等方面得到广泛应用，但美中不足的是GMR材料的MR还不够大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种测量效果好，可靠性强、精度高的基于庞磁电阻效应的磁感应强度测量装置。

本实用新型所述的测量装置是通过以下途径来实现的：

基于庞磁电阻效应的磁感应强度测量装置，其结构要点在于，包括有电磁屏蔽装置、第一回路和第二回路。第一回路中包括有庞磁电阻器件、亥姆霍兹线圈以及第一电源装置，庞磁电阻器件放置于亥姆霍兹线圈轴线中点，安装有庞磁电阻器件的亥姆霍兹线圈与电源装置连接，形成第一回路；第二回路中包括有惠更斯电桥和第二电源装置，惠更斯电桥与第二电源装置连接，形成第二回路；同时，庞磁电阻器件连接到惠更斯电桥的待测电阻位置。

上述基于庞磁电阻效应的磁感应强度测量装置所使用的测量方法，包括如下步骤：

1、   将第一回路开路，而第二回路闭路，将整个测量装置放入电磁屏蔽装置中，此时庞磁电阻器件处于零磁场的环境中，

2、   调节惠更斯电桥的电阻箱直到电桥平衡，

3、   保持惠更斯电桥的电阻箱阻值不变，移开电磁屏蔽装置，使测量装置处于待测磁场中，

4、   由于庞磁电阻效应，庞磁电阻器件的电阻产生变化（大幅减小），惠更斯电桥平衡被破坏，

5、   接通第一回路，亥姆霍兹线圈产生磁场，此时庞磁电阻器件处于待测磁场和亥姆霍兹线圈磁场的双重作用下，两磁场之和是环境总磁场,

6、   调节第一电源装置，改变亥姆霍兹线圈的电流方向和大小，直到惠更斯电桥再次平衡，

7、   此时庞磁电阻器件的阻值等于零磁场时的阻值，说明庞磁电阻器件所在位置的环境总磁场为零，待测磁场与亥姆霍兹线圈磁场平衡，两者大小相等，方向相反，相互抵消；

8、   根据亥姆霍兹线圈的匝数、电流大小和线圈半径便可计算出亥姆霍兹线圈磁场，从而得到待测磁场磁感应强度。

所述庞磁电阻器件由庞磁电阻材料构成，该材料具有极其巨大的磁电阻效应，在一定的温度和磁场条件下，其使磁场从顺磁性或反铁磁性转变为铁磁性，且在磁场发生转变的同时氧化物从半导体导电特性转变为金属性，使电阻率发生几个数量级巨大变化，其磁电阻效应可以高达10⁶，称之为庞磁电阻效应（Colossal Magnetoresistance，简称CMR），是巨磁电阻效应的十万倍，因此利用它来测量磁场，特别是测量弱磁场精度高。

另外，本实用新型采用亥姆霍兹线圈提供反向磁场，用于平衡待测磁场；使用惠更斯电桥来指示环境总磁场是否为零；当环境总磁场为零时，待测磁场与亥姆霍兹线圈磁场平衡，两者大小相等，方向相反；不需要计算庞磁电阻器件的电阻，简化了计算过程，提高了计算准确度和精度；由于惠更斯电桥具有极高的灵敏度，提高了磁场测量的准确度和精度。采用电磁屏蔽装置，以此有效屏蔽外界磁场，提供零磁场的测量环境，保证后继测量的准确性。

本实用新型可以进一步具体为：

庞磁电阻器件包括一种ABO3型钙钛矿结构的稀土锰氧化物薄膜，该薄膜使用脉冲激光溅射法在Al₂O₃衬底上制备而成。该薄膜存在庞磁电阻效应，由此用于制作庞磁电阻器件。

庞磁电阻器件所用的稀土锰氧化物薄膜是La_xR_1-xMnO₃掺杂稀土锰氧化物，R是Ca等二价金属元素。使用掺杂稀土锰氧化物目的是提高CMR效应温区到室温附近，使检测环境得到大大优化，也方便用来制作弱磁检测设备。