磁敏元件轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)--傳感器實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
了解半導(dǎo)體磁敏傳感器的原理與應(yīng)用。
二、實(shí)驗(yàn)儀器
磁敏傳感器、轉(zhuǎn)動(dòng)源、應(yīng)變傳感器模塊、±15V穩(wěn)壓電源、數(shù)顯單元
三、實(shí)驗(yàn)原理
磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的載流子因受到勞倫茲力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。載流子運(yùn)動(dòng)方向的偏轉(zhuǎn)起了加大電阻的作用。磁場(chǎng)越強(qiáng)，增大電阻的作用就越強(qiáng)。外加磁場(chǎng)使半導(dǎo)體（或?qū)w）的電阻隨磁場(chǎng)增大而增加的現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)。
由于霍爾電場(chǎng)的作用抵消了勞倫茲力，使載流子恢復(fù)直線運(yùn)動(dòng)方向。但導(dǎo)體中導(dǎo)電的載流子運(yùn)動(dòng)速度各不相同，有的快，有的慢，形成一定分布，所以霍爾電場(chǎng)力和勞倫茲力在總的效果上使橫向電流抵消掉。對(duì)個(gè)別載流子來說，只有具有某一特定速度的那些載流子真正按直線運(yùn)動(dòng)，比這一速度快或慢的載流子仍然會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因此在霍爾電場(chǎng)存在的情況下，磁阻效應(yīng)仍然存在，只是被大大的削弱了。為了獲得大的磁阻效應(yīng)，就要設(shè)法消除霍爾電場(chǎng)的影響。

（a）（b）（c）
圖40-1 電子運(yùn)動(dòng)軌跡的偏移
如圖40-1（a）L>>W的縱長方形片,由于電子的運(yùn)動(dòng)偏向一側(cè),必然產(chǎn)生霍爾效應(yīng)，當(dāng)霍爾電場(chǎng)施加的電場(chǎng)力和磁場(chǎng)對(duì)電子施加的勞倫茲力平衡時(shí),電子的運(yùn)動(dòng)軌跡就不再偏移，所以片中段的電子運(yùn)動(dòng)方向與L平行，只有兩端才有所偏移，這樣，電子的運(yùn)動(dòng)路徑增長并不多，電阻加大也不多.
圖40-1（b）L<<W的橫長方形片，其效果比前者明顯。實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)B=1T時(shí)，電阻可增大10倍（因?yàn)閬聿患靶纬奢^大的霍爾電場(chǎng)）
圖40-1（c）是按圖40-1（b）的原理把多個(gè)橫長方形片串聯(lián)而成，片和片之間的金屬導(dǎo)體包霍爾電壓短路掉，使之不能形成電場(chǎng)，于是電子的運(yùn)動(dòng)總是偏轉(zhuǎn)的，電阻增加的比較多。
本實(shí)驗(yàn)所采用的傳感器是一鐘N型的InSb半導(dǎo)體材料做成的磁阻器件。在其背面加了一偏置磁場(chǎng)，所以，當(dāng)被檢測(cè)鐵磁性物質(zhì)或磁鋼經(jīng)過其檢測(cè)區(qū)域時(shí)，MR1和MR2處的磁場(chǎng)先后增大從而導(dǎo)致MR1和MR2的阻值先后增大，如在①、③兩端加電壓±Vcc，則②端輸出一正弦波。為了克服其溫度特性不好的缺陷，采用兩個(gè)磁阻器件串聯(lián)以抵消其溫度影響。

圖40-2
四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟
1．將磁敏傳感器安裝在傳感器支架上，使傳感器探頭底部距離轉(zhuǎn)盤的距離約1~2mm左右（目測(cè)）。
2．將±15V直流穩(wěn)壓電源接入應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K，將Rw3調(diào)節(jié)到最小，短接差動(dòng)放大器的兩個(gè)輸入端Ui，調(diào)節(jié)Rw4使Uo2輸出為0（Uo2接直流電壓表2V檔）。

圖40-3
3．按圖40-3接線，磁阻傳感器的三根引線紅色接1，藍(lán)色接2，黑色接3，MR1、MR2與R6、R7構(gòu)成一個(gè)電橋，電橋輸出接差動(dòng)放大器輸入U(xiǎn)i，調(diào)節(jié)Rw1，使模塊輸出Uo2輸出為正，且最小（若輸出最小值始終為負(fù)，可掉換MR1和MR2的位置）；輸出Uo2接頻率/轉(zhuǎn)速表。
4．打開實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源開關(guān)，用不同的電源驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)源轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄不同驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，填入下表，同時(shí)可通過示波器觀察光電傳感器的輸出波形。

驅(qū)動(dòng)電壓V(V)	4v	6v	8v	10v	12v	16v	20v	24v
轉(zhuǎn)速n(rpm)

五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告
根據(jù)實(shí)驗(yàn)所的的數(shù)據(jù)作轉(zhuǎn)動(dòng)源輸入輸出(V-rpm)曲線

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