高温超导技术在微磁传感器中的应用与发展

磁传感器在诸多领域有着广泛的应用,而随着高温超导技术的快速发展,将高温超导材料应用于磁信号测量成为超导材料应用的一个重要领域。文章探讨了高温超导材料在微弱磁场测量方面的主要应用,介绍了三种在微弱磁场测量方面能达到或有希望达到f T量级的传感器。其中包括:基于约瑟夫森结效应的超导量子干涉器(SQUID),基于超导零电阻效应的巨磁电阻(GMR)磁传感器和由文章作者所在的实验室提出的巨磁阻抗(GMI)/超导复合磁传感器。文章重点介绍了GMI/超导复合磁传感器,并对此传感器在结构和应用方面的最新进展进行了说明。     

某型无人机系统雷电脉冲磁场效应

为检验雷电脉冲磁场辐射环境下无人机系统的安全可靠性,以某型无人机为试验对象,利用亥姆霍兹线圈和雷电浪涌发生器模拟雷电脉冲磁场,开展了无人机雷电脉冲磁场效应试验。实验结果表明,GB50057-94推荐的8/20μs雷电脉冲磁场不会干扰无人机通信而导致数据链失锁,但是机载三轴磁航向传感器受磁场干扰严重,产生零点漂移并造成已知方向上读数偏差,且放电极性决定航向角变化趋势。经过机理分析发现,在线性工作区间内磁航向传感器能够利用各向异性磁阻效应引起电阻阻值变化的规律正常工作,但高峰值雷电脉冲磁场会导致坡莫合金电阻内部磁畴排列紊乱而出现磁化,改变了传感器磁敏感度以及输出特性,且只出现在磁敏感方向上。     

磁光玻璃光纤的偏振特性及其在全光纤电流传感器中的应用

在磁光玻璃裸光纤偏振特性研究的基础上，研制磁光玻璃光纤，偏振特性及其在全光纤电流传感器中的应用。将采用模管法拉制成的磁光玻璃光纤置于亥姆霍兹线圈产生的磁场中，当线偏振光通过该光纤时，其偏振面旋转一定角度，把该角度转换成光信号的强度，然后再用仪器进行检测。通过对线偏振光偏振面在磁场中的偏振特性的测试与实验，提出用磁光玻璃光纤构成的全光纤电流传感器，可用于电流和磁场测试。     

多层膜巨磁电阻特性及电流最佳测量

测量了不同方向外磁场和温度下多层膜巨磁电阻的磁阻特性,给出了巨磁电阻模拟传感器用于电流测量的最佳磁偏置.结果表明:外磁场强度相同但方向不同,对巨磁电阻的作用效果不同,巨磁电阻饱和时,阻值与外磁场方向无关.温度不同,巨磁电阻的阻值不同,磁电阻变化率也有改变.     

开环式GMR传感器电流测量实验研究

利用巨磁电阻搭建惠斯通电桥,电阻构成的平面与磁敏电阻二维膜平面平行,改变待测电流与二维膜面的距离和夹角,调整待测电流与电桥磁敏感轴的夹角,选用恰当的电桥输出电压测量仪器对GMR电流传感器的线性度进行分析,发现开环结构的GMR电流传感器的线性拟合优度在mA~A级别达0.999以上.由于GMR电流传感器对弱磁场能产生响应,环境磁场对测量结果会产生影响,实验以磁电式电表为影响源从磁滞的角度对该问题进行了分析.     

器物理原理演示教学仪器的研制

介绍了一种采用应变片、铂电阻、光敏电阻、磁敏电阻四种电阻型传感器来测量压力、温度、照度、磁场的物理演示教学仪器,可以定量地演示出压力和应变片电阻值、温度和铂电阻阻值、照度和光敏电阻阻值、磁场强度和磁敏电阻阻值之间的关系及给出电阻阻值与对应的物理量之间的曲线。介绍了演示仪器的检测原理和结构,该仪器用于本科生教学,可以使学生将物理学理论与工程实际应用有机结合起来,了解不同属性外场,引起电阻值的变化。拓展出形变、照度、温度、磁场检测等在工程技术中的应用。     

基于Terfenol-D材料和光纤光栅法布里珀罗腔的磁场传感器（英文）

基于Terfenol-D磁致伸缩材料和光纤光栅法布里珀罗腔,提出了一种用于微弱静态磁场测量的光纤磁场传感器.为了提高传感器的分辨率,采用钕铁硼永磁体提供偏置磁场,同时,采用Monel-400合金与光纤光栅法布里珀罗腔耦合的方式,作为参考元件,对传感器进行温度补偿.实验测得传感器的磁场灵敏度为1.7×10~(-3) pm/μT,磁场分辨率为3.0μT。实验结果表明,本传感器对于静态磁场响应具有良好的线性度和指向性,可用于微弱磁场测量.     

以高温超导体为基础的颗粒复合磁电阻器件

外加磁场对超导电性有强烈抑制作用，等效于一个显的正磁电阻．将高温超导体与具有不同磁电阻特性的其它材料复合，构成纳米颗粒复合体，可改变其磁场响应，调节成分配比还可使总磁电阻在特定的温度和外磁场下改变符号，即可调谐磁电阻．根据这一原理，我们制备了以La1.85Sr0.15CuO4和YBa2Cu3O7-δ为基础的颗粒复合磁电阻器件，并在其中观测到了以可调谐磁电阻为代表的丰富的磁电现象．这些器件在磁探测、磁记录和磁场标定等方面具有重要应用价值．     

用霍尔元件测微小位移

利用霍尔元件的磁电阻效应与磁感应强度的平方成正比这一关系，通过改变磁铁与霍尔元件的距离引起霍尔元件的电阻改变，再把这一电阻信号转换为电压信号，测量电压信号从而得到与之对应的位移量。     

巨磁电阻特性的研究及其在物理实验教学上的应用

阐述了巨磁电阻效应的机理,利用AA002系列巨磁电阻(GMR)器件测量了单个巨磁电阻的阻值与磁场磁感应强度的关系以及AA002系列巨磁电阻(GMR)器件的输出电压与外磁场的关系,研究了巨磁电阻效应的特性,并设计了巨磁电阻器件在物理实验教学中的实用性比较广泛的系列实验.     

用半导体微位移传感器测量磁致伸缩系数

简述磁致伸缩及其参数测量原理,设计了用半导体应变计取代常用的铝丝电阻应变片,研制成新型的半导体微位移传感器,并用标准长度量具对微位移传感器进行定标,从而直接测量出材料在磁场中微小长度变化量.既解决了原先教学实验不能随意更换样品的麻烦,又提高了测量的灵敏度和精确度,准确测得多种材料的磁致伸缩系数曲线.     

巨磁电阻材料La0.9Sr0.1MnO3与半导体Si组成的二极管的整流特性

掺杂锰氧化物La_0.9Sr_0.1MnO₃薄膜被直接沉积在n型 硅基片上，构成p-n结.这种p-n结在很宽的温度范围内都有很好的整流特性.研究结果表明， 这种p-n结的结电阻对低磁场敏感，在3×10^-2T的磁场下，磁电阻可达70％.磁 电阻的正负依赖于温度.磁电阻的大小可通过加在p-n结上的电压调节.     

磁电阻/超导复合式磁传感器:原理及发展

弱磁探测在科研、工业生产以及日常生活中已起到越来越重要的作用。近年来,利用超导技术与磁电阻传感器相结合,人们研制成功一种新型的磁电阻材料/超导复合式磁传感器,其探测精度有望达到f T量级,并在弱磁探测领域具有大规模应用的潜力。文章介绍了该类磁传感器的结构及工作原理,并根据磁电阻材料的不同,分别对巨磁电阻(GMR)和由作者所在实验室制备的隧道磁电阻(TMR)/超导复合式磁传感器的发展及应用进行了说明。     

Mn位上Cu掺杂对La-Ca-Mn-O系统液氮温度磁电阻效应的影响

实验研究了Mn位上Cu掺杂对La_2/3Ca_1/3Mn_1-xCu_xO_y单相块材液氮温度磁电阻效应的影响.结果表明，在最佳掺杂(x≈0.15)的情况下，样品表现出非常明显的磁电阻效应，且磁电阻的主要变化发生在1T以下的低磁场下；当磁场增加到6T时，该样品的磁电阻效应比高达约5×10⁴%，相对于偏离最佳掺杂的样品，提高了近三个数量级. 关键词：     

高灵敏度光纤弱磁传感器

本文报道了一种磁场检测灵敏度为10~(-5)Oe量级的光纤弱磁传感器。文中提供了传感头与检测系统的设计理论和方法。     

基于SQUID梯度计的单磁源定位及磁矩反演误差分析

磁源定位及磁矩反演技术在空间探测、无损检测以及目标追踪等领域有着广泛的应用前景。利用磁场梯度张量信息进行磁源定位及磁矩反演的思想是在1975年首次提出的,2006年提出的磁性目标线性方程定位方法以其快速准确求解的特点而备受关注。但是,对于该梯度张量矩阵求逆法进行磁源定位的全方位的误差分析仍有待完善。在简要回顾梯度张量矩阵求逆法进行磁源定位的方法的基础上,提出了一种基于该方法的系统误差和随机误差分析的理论;研究结果表明定位误差是由于将差分近似为微分而引起的系统误差和传感器测量的随机误差构成。以目前具有超高精度、超高灵敏度的超导量子干涉仪作为典型磁场测量传感器,分析了梯度张量矩阵求逆法进行磁源定位及磁矩反演误差与传感器分辨率和相对误差水平之间的关系。     

平行下垂直磁化下多层磁膜巨磁电阻与外磁场关系的唯象理论计算

用Ｃａｍｌｅｙ和Ｂａｒｎａｓ等人的唯象理论方法，计算了相邻铁层间具有反铁磁耦合的的层数较多的Ｆｅ／Ｃｒ多层膜，在外磁场平行和垂直于膜面情况下的磁电阻与外磁场的关系，并与实验结果作了比较，符合得较好。在计算中利用对称性条件，对Ｃａｍｌｅｙ和Ｂａｒｎａｓ等人的理论进行了简化，求出了电子分布函数和磁电阻的显式解。     

平行与垂直磁化下多层磁膜巨磁电阻与外磁场关系的唯象理论计算

用Ｃａｍｌｅｙ和Ｂａｒｎａｓ等人的唯象理论方法，计算了相邻铁层间具有反铁磁耦合的层数较多的Ｆｅ／Ｃｒ多层膜，在外磁场平行和垂直于膜面情况下的磁电阻与外磁场的关系，并与实验结果作了比较，符合得较好。在计算中利用对称性条件，对Ｃａｍｌｅｙ和Ｂａｒｎａｓ等人的理论进行了简化，求出了电子分布函数和磁电阻的显式解。     

奇妙的巨磁阻及其高技术应用

 很多金属材料具有磁阻,它们的电阻随外加磁场而变化。近年来,随着一些新材料的研制,发观不少材料比已经应用材料的磁阻值增大很多,称为巨磁阻效应。同时,采用巨磁阻材料制成的传感器、磁记录、磁存储等部件的性能也有很大的提高。因此,吸引了很多研究者的极大注意。     

Ag掺杂La-K-Mn-O非均匀多晶体系的电磁性质

用溶胶-凝胶方法制备了1/mAg₂O-La_0.833K_0.167MnO₃ (LKMO/Ag)系列样品，其中1/m代表Ag₂O和La_0.833K_0.167MnO₃(LKMO)的摩尔比，m=32，16，8，4和2. 研究了此系列样品的结构、磁性和输运特性. X射线衍射实验表明，LKMO/Ag是一个非均匀的系统，样品由磁性的钙钛矿相LKMO和金属Ag相组成. 由于Ag相的加入，在室温条件下，磁电阻效应明显增强. 在300 K, 0.5 T磁场下，m=4样品的磁电阻可以达到32%；5.5 T磁场下，其磁电阻可达64%. 而单纯的LKMO样品在相同条件下的磁电阻分别为10%和35%. 在低温下，加Ag样品的磁电阻效应反而减小，样品含Ag越多，磁电阻效应越小. 用非本征磁电阻(包括自旋极化隧穿和自旋相关散射)和本征磁电阻在不同温区对总磁电阻的相对贡献对此系列样品的磁电阻现象作了定性的解释. 关键词： 自旋极化隧穿 自旋相关散射 低场磁电阻 高场磁电阻