[发明专利]非晶丝巨磁阻抗实验仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种非晶丝巨磁阻抗实验仪，属于大专院校的电磁学、物理等相关课程的实验领域。

背景技术

巨磁阻抗(Giant Magneto-impedance，简称GMI)效应，是20世纪90年代发现的新现象，是指材料的交流阻抗随外加直流磁场的改变而发生剧烈变化的特性。巨磁阻抗一般定义为(Z_H-Z₀)/Z₀，其中Z₀和Z_H分别表示无外磁场和外加磁场下软磁材料的交流阻抗，其比值的大小表示材料对磁场变化的敏感程度。

1992年，日本名古屋大学的Mohri教授等人首先在FeCoSiB非晶软磁丝中观察到在磁场下材料的ΔZ/Z₀高达50％以上，灵敏度比金属多层膜Fe/Cr或Co/Ag中的巨磁电阻(Giant Magnetic Resistance，简称GMR)高一个数量级，这一现象引起了广泛的关注。

巨磁阻抗效应具有快速响应，温度稳定，无磁滞现象等特点，利用该效应制作的磁传感器，不但继承了传统磁传感器的优点，而且由于GMI磁阻抗变化率高，使它能探测微弱磁场，可广泛应用于交通运输、生物医疗、自动控制、安全生产等各行业，有着广阔的应用前景。

现有巨磁阻抗的研究，大多集中于科研单位的实验室或是研究生阶段的学生进行研究，对巨磁阻抗现象的实验研究，得动用恒流源、信号发生器等多种实验器材，并进行复杂的组合，不方便于普通学生对巨磁阻抗效应的掌握。

发明内容

针对现有的实验仪器的不足，本发明则实现了一种将大电流恒流源、磁场线圈和高精度信号发生器、非晶丝巨磁阻抗传感材料结合起来，并通过单片机进行精确控制的非晶丝巨磁阻抗实验仪，满足了高精度的实验教学要求。同时通过对巨磁阻抗输出随频率和磁感应强度变化等的多种关系的测量，使学生能了解与掌握巨磁阻抗效应的原理与应用。实验仪能满足大专院校的电磁学和物理等相关课程的教学实验要求。

本实验仪由非晶丝巨磁阻抗实验仪主机和外部可控磁场线圈、巨磁阻抗传感器实验平 台组成，非晶丝巨磁阻抗实验仪主机上设置有五位数显频率表、四位数显的电流表和四位数显的电压表、功能选择开关、电流显示切换按键、电压显示切换按键、8个数控按键和两个信号输出端口，非晶丝巨磁阻抗实验仪主机内设置有大电流恒流源和高精信号发生器及单片机控制电路。

本发明采用了美国ATI公司的AD9850芯片，它采用了新型直接数字频率(DDS)合成技术。与早期的直接式频率合成技术和锁相环频率合成技术相比较，其产生的信号具有波形稳定好、频率分辨率高、频率切换速度快等特点，并能实现编程控制。

本实验仪在工作频率为125MHz的情况下，通过频率控制，可输出频率分辨率为0.1Hz的波形，且输出频率范围是1Hz～40MHz。AD9850有40位控制字，32位用于频率控制，5位用于相位控制，1位用于电源休眠控制，2位用于选择工作方式。

本发明采用单片机AT89C52作为控制核心来实现对AD9850的控制，具有编程简便、接口简单、小型化的特点。同时以单片机为控制核心，控制由运算放大器和复合型大功率晶体管构成的低成本恒流源系统，实验仪中的恒流源在20～2000mA输出电流时，输出电流误差小于1mA，控制精度较高。单片机经过运算形成相应的数字输出量，再经D/A转换器输出相应的控制信号，实现对频率输出和恒流源电流输出的精确调节。数控方式是采用键盘输入方式，以不同的步进值去设置所需的频率值或电流值，并由LED数码方式显示出来。

恒流源的驱动电路采用运放LF353，LF353是一种带内部微调输入偏差电压技术(BI-FET II technology)的高速运放；它输入阻抗高，并具有极高的转换率，功耗低。同时为达到大电流输出，在恒流源输出端增加了由Q1、Q组成的大功率的NPN型达林顿复合管电路。

本设计采用独立式键盘，即单片机的I/O口直接与按键相连。8个按键的设置为：两个菜单选择键MENU，两个选择键SEL，向上变化键ADD，向下变化键INC，数值增加键UP和数值减小键DOWN。通过按键可对所需的频率信号和电流大小进行控制和调节。

本实验仪在采用的非晶丝GMI磁传感器的敏感材料时，可采用典型的钴基非晶丝薄带，同时也可采用铁基非晶丝、纳米非晶丝和薄带等。采用非晶丝材料作为磁场传感器的敏感材料，与传统的晶态磁性材料相比，具有优异的电磁性能，具有体积小、性能指标高的特点。

附图说明