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磁阻传感器和地磁场的测量
一．实验目的
掌握磁阻传感器的特性。
掌握地磁场的测量方法。
二．实验原理
物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。
对于铁、钴、镍及其合金等磁性
金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，
电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏
离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。
HMC1021Z 型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金
(铁镍合金 )制成一维磁阻微电路集成芯片
(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场
)。它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金
薄膜附着在硅片上，如图
6-8-1 所示。薄膜的电阻率(
) 依赖于磁化强度 M 和电流 I 方向
间的夹角
，具有以下关系式 ( )
( ∥
) cos2
其中 ∥ 、
分别是电流
I 平行于 M 和垂直于 M 时的电阻率。当沿着铁镍合金带的长度
方向通以一定的直流电流，
而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，
合金带自身的阻值会生
较大的变化，利用合金带阻值这一变化，
可以测量磁场大小和方向。
同时制作时还在硅片上
设计了两条铝制电流带，
一条是置位与复位带，
该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱
和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，
用于产生一个偏置磁场，
补偿
环境磁场中的弱磁场部分
(当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系
)，
使磁阻传感器输出显示线性关系。
HMC1021Z 磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器，它能测量与管脚平行方向的磁场。传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥，非平衡电桥输出部分接集成运算放大器，
将信号放大输出。传感器内部结构如图 6-8-2 所示，图中由于适当配置的四个磁电阻电流方
向不相同，当存在外界磁场时，引起电阻值变化有增有减。因而输出电压
U out 可以用下式
表示为 U out
R
Vb
R
Vb
偏置磁
电流
-△R
R+△
Ｍ
合金
外加磁
R
R
θ Ｉ
外加磁
R+△
-△R
R
R
玻莫合金薄膜

– Vout
+
磁阻传感器的构造示意图磁阻传感器内的惠斯通电桥
1
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对于一定的工作电压，如
b

磁阻传感器输出电压
U out
与外界磁场的
V
V ，HMC1021Z
磁感应强度成正比关系，
U out
U 0 KB
上式中， K 为传感器的灵敏度， B 为待