巨磁电阻实验报告

实验巨磁电阻（GMR）效应及其传感器性能

一、实验目的

本实验旨在深入理解巨磁电阻（GMR）效应的物理机制，磁电转换特性的测量方法，并实际测量GMR模拟传感器的磁电转换特性曲线及磁阻特性曲线。我们还将利用GMR传感器实现非接触式电流测量及角位移检测，并GMR效应在磁记录、传感器等领域的应用原理。

二、实验原理

巨磁电阻（GMR）效应是一种磁电转换现象，其核心机制在于磁性多层膜中相邻磁性层的磁矩在外加磁场作用下由反平行排列转变为平行排列时，电子自旋相关散射几率降低，导致电阻显著下降。这种磁电转换特性表现为输出电阻与外加磁场强度呈非线性关系，磁阻比（ΔR/R）可达10%以上。

三、实验装置与材料

本实验所需的核心设备包括GMR实验主机、GMR模拟传感器、梯度传感器、磁阻传感器以及螺线管线圈等。辅助组件包括角位移测量组件、电流测量组件以及磁读写组件等。

四、实验步骤

1. 磁电转换特性测量：将GMR模拟传感器置于螺线管磁场中，通过调节恒流源输出不同强度的磁场，记录电压表读数，绘制磁场强度（H）与输出电压（V）的关系曲线。

2. 磁阻特性曲线测定：固定传感器位置，改变磁场方向及强度，测量电阻值的变化，分析磁滞现象及磁阻比。

3. 非接触电流测量：将载流导线靠近GMR传感器，通过磁场变化反推电流值。

4. 角位移检测：转动齿轮干扰GMR梯度传感器的磁场分布，记录输出电压随角位移的变化。

五、数据处理与分析

通过对实验数据的处理，我们将得到GMR传感器的磁电转换曲线和磁阻特性曲线。这些曲线将呈现出典型的非线性关系以及磁滞现象。我们还将分析误差来源，如磁场均匀性不足和温度波动对GMR元件电阻稳定性的影响。

六、应用拓展

巨磁电阻（GMR）效应在磁存储技术和工业传感器等领域具有广泛应用。例如，在磁存储技术中，GMR磁头可以显著提升硬盘存储密度，如从5Gb/in增至千Gb级。在工业传感器方面，GMR传感器可用于数控机床定位、汽车ABS系统转速测量等，具有高可靠性和抗干扰性。

七、注意事项

在进行实验时，需特别注意以下几点：

1. 实验前需校准螺线管磁场与电流的线性关系。

2. 避免强电磁干扰影响传感器读数。

通过本次实验，我们定量测量了GMR的磁阻特性及传感器性能，验证了其在高灵敏度磁场检测中的优势。结合磁滞现象分析，我们可以进一步优化传感器设计参数。巨磁电阻（GMR）技术的非接触测量特性为工业自动化及信息存储提供了创新解决方案。