BKT1H薄膜磁电阻特性测试仪使用说明书AT510高场型.doc

BKT-1H薄膜磁电阻特性测试仪用户使用说明书北京新科高测科技有限公司研制Printed in ChinaEdition1, Oct., 2010用巨磁电阻（GMR）（2007年诺贝尔物理学奖）和各向异性磁电阻（AMR）磁性薄膜材料制作计算机硬盘读出磁头和各种弱磁传感器，已经广泛应用于信息技术、工业控制、航海航天导航等高新技术领域。针对高校及科研院所的教师及科研人员的需求本公司精心设计了薄膜磁电阻特性测试仪。该仪器选用高精度电阻测量专用仪表和数控扫描电源，外部连线简单直观，可接计算机自动采集和显示数据，具有牢固可靠、操作简便等优点，非常适合于大专院校实验教学和科研使用。通过本仪器能够使同学们对磁性薄膜材料的知识和磁电子学有所了解，并由此引起对纳米磁性薄膜材料研究和应用的浓厚兴趣。本配置实验原理清晰直观、性能稳定，适合于高校本科生、研究生开设专业实验中使用也可在科研测试工作中使用。通过该仪器可以完成以下测试工作：(1)金属、半导体、导电高分子薄膜(或块体)电阻率的测量;(2)金属薄膜材料电阻率的测量(最大厚度0.2毫米);金属块体材料电阻率的测量(最大厚度3毫米);(3)磁性合金薄膜的磁电阻测量;(4)铁磁/非磁性/铁磁三层或多层薄膜的磁电阻测量;(5)自旋阀型巨磁电阻薄膜、隧道结型巨磁电阻薄膜的磁电阻测量。一、仪器结构和组成AT510 PRO自动扫描电源样品探针计算机数据采集处理系统统RS232/USB电磁铁线圈薄膜磁电阻特性测试仪由高精度电阻测量专用仪表、数控自动扫描电源、亥姆霍兹线圈、四探针组件、数据采集软件和数据采集处理计算机组成。薄膜磁电阻特性测试仪的框图如图1所示。高精度电阻测量仪可以提供大电流、小电流和脉冲三种模式用于使用不同的样品；扫描电源给电磁铁提供缓变的励磁电流，使之在样品区产生均匀的磁场。磁场的大小由高斯计测定；高精度电阻测量仪和数控自动扫描电源通过RS232/USB标准接口与微机相联，通过程序控制自动读取数据并输入微机。样品架与下面的360刻度盘相连，样品可以在水平面内自由旋转。我们设计有直线型四探针头和方型四探针头，实验时可根据薄膜样品的测量要求调换。图1. BKT-1H薄膜磁电阻特性测试仪系统组成框图图2.薄膜材料磁电阻效应测试仪照片二、系统总体技术指标（1） 信号源模式：大电流模式；小电流模式；脉冲电流模式；（2） 直流电阻测量范围：120M，精度0.05%；（3） 电磁铁磁场： 015000 Oe；均匀区50mm；（4） 磁场最小步进精度：0.5Oe； （5） 磁场扫描电源：040A；RS232接口+模拟控制接口；变化速率：0.1A/s1A/s。（6） 样品支架四探针组件：探针间隔2.5mm（方形直线两用）；（7） 数据采集软件：USB接口，windows XP或Windows7操作系统三、使用说明1、AT510 PRO电阻测试仪图3. AT510 pro系列电阻测试仪照片本仪器选用AT510 PRO电阻测试仪表作为Y数据采集通道，实现了高精度数据自动采集。AT510 系列电阻测试仪适用于测量各种高、中、低值电阻器，各种开关接触电阻、接插件接触电阻、继电器线包和触点电阻、变压器、电感器、电机、偏转线圈绕线电阻、焊点接触电阻导线电阻、车、船、飞机的金属铆接电阻、印制版线条和孔化电阻、金属探伤等。本仪表的面板的详细操作请参考其用户使用说明书。AT510 pro系列电阻测试仪技术指标:（1） 测量参数: 直流电阻。（2） 基本准确度: 0.05%（3） 测量范围: 13M。（4） 信号源: 最大电流：1A;电流模式：大电流，小电流，脉冲电流。（5） 量程: 十量程自动和手动。（6） 测试速度 60 次/秒。（7） 显示结果: 直读、ABS、%和分选结果。（8） 最大读数 30,000。（9） 校正: 全量程内短路清零，具有REL 相对值功能。（10） 比较器: 30 组比较器，显示和输出NG-LO, GD-IN, NG-HI 讯响和音量可调。（11） 触发方式: 内部触发、手动触发、外部触发和远程触发。（12） 标配接口 RS232C 接口;Handler 接口（PLC 接口）。（13） 测试端: 4 端屏蔽(包括2个检测端和2个驱动端)和外屏蔽地端。（14） 温度补偿: 准确度：0.2;测温范围：080。（15） 四色真空荧光屏VFD 显示；键盘锁；数据保持功能。（16） 电源要求: 电压：198VAC240VAC 频率：50Hz 功率：最大15VA。（17） 外尺寸：264 (宽)x107(高)x350 (深)mm。（18） 重量：4kg。（19） 附件： L501 开尔文夹。2、样品支架和四探针组件探针用精选的无磁、圆头触点的弹性探针，接触可靠，不会伤及样品膜面。接线方式见图10 ，通过调换探针头可组成方型四探针和直线型四探针。本线圈励磁常数为40Oe/A，探针间距为2.5mm。I0V0utI0图10. 四探针头接线方式使用时，亥姆霍兹线圈底座面板上的励磁电流接线柱与BKT-10A电源输出相连；恒流输入+、恒流输入-与AT510的Drive+、Drive-相连；信号输出+、信号输出-与AT510的Sense+、Sense-相连。放置样品时将探针轻轻抬起，将磁性薄膜样品放入（要注意样品易磁轴方向和工作电流施加的方向！），旋转样品架到需要的角度即可。4、数据采集软件使用本数据采集软件用Visual Basic编写而成，执行光盘的SETUP安装程序可将软件安装到指定目录中。运行本数据采集软件前需要安装RS232/USB转接器的驱动程序，安装后在控制面板中将X通道（磁场）设为COM1，Y通道（电阻）设为COM2。运行数据采集软件MR2011.EXE，出现图11界面，使用时首先选择数据记录模式和磁场扫描范围：图11. 数据采集软件MR2011.EXE用户运行界面（R-H模式）图12. 数据采集软件MR2011.EXE用户运行界面（R-t模式）R-H模式为记录样品电阻随磁场的变化如图11；R-t模式为记录电阻随时间的变化如图12。采样间隔可根据数据采样的密度适当选择。设置好后点击“测量”按钮可开始测量，测量数据曲线实时显示在屏幕上。设置好保存文件的路径和文件名可将数据保存在设定文件中。 测量过程中可以随时调节“扫场速度”和“采样间隔”得到理想的数据曲线。选择“电阻变化率”可以计算曲线的变化比率。 “暂停”按钮可暂停记录数据，再按一次继续记录数据；“停止”按钮将停止本次数据采集。数据文件可以用Origin数据处理软件导入对数据进行处理。 软件的详细使用请参见附录一。四、实验测试步骤1. 检查仪器之间的连线是否正确。2. 确认连线无误后打开自动扫描电源、AT510电源及计算机电源，使系统预热15分钟。3. 认真观察镀有金属薄膜的玻璃衬底，确定具有金属薄膜的一面。4. 把样品放在样品架上，使具有金属薄膜的一面向上。让四探针的针尖轻轻接触到金属薄膜的表面，只要四探针的所有针尖同薄膜有良好的接触即可。注意磁性薄膜材料的易磁轴方向和电流施加的方向，对各向异性磁电阻薄膜，易磁轴方向要与磁场方向垂直。5. 根据样品的材料特性选择适当的驱动电流模式：一般金属合金类电阻率较小的薄膜选择“大电流”模式；半导体类电阻率较大的薄膜选择“小电流”模式；热稳定性不好易漂移的薄膜选择“脉冲电流”模式。6. 设置自动扫描电源的磁场扫描范围，点击“测量”按键则磁场自动扫描一个周期。7. 如对测量结果满意可将数据文件保存，后台用Origin软件处理、打印数据曲线。如对测量结果不满意可改变设置参数重测。8. 更换样品重发3-7步骤。9. 实验完毕，关闭仪器电源，取下样品。10. 退出数据采集软件，关闭系统。注意：不可再磁场扫描过程中关闭扫描电源开关和退出系统。附录一数据采集程序使用说明书一、光盘内容本仪器所带的光盘中包括数据采集应用程序、仪器使用说明书和数据采集卡USB接口驱动程序，开发环境Visual Basic 6.0安装程序。二、环境配置1、运行环境设置本数据采集软件用Visual Basic编写而成，执行光盘的SETUP安装程序可将软件安装到指定目录中。如果安装过程中报告出现系统动态链接库错误导致安装中断时，可先安装光盘中附带的VB6.0后再安装本数据采集软件。运行本数据采集软件前需要安装RS232/USB转接器的驱动程序，安装后在控制面板中将X通道（磁场）设为COM1，Y通道（电阻）设为COM2。软件开发平台如下：q 操作系统：Windows XP或Windows 7q 开发环境：Visual Basic 6.0 2、分辨率：最佳效果1024768。三、MR2011软件使用说明1 程序启动双击应用程序所在目录“MR2011.exe”图标（也可将MR2011.exe建一快捷方式拖放到桌面上）如图1所示。图1、应用程序所在目录图标程序启动后界面如图2所示。左侧为采集数据实时显示区，右侧为程序操作控制区。数据显示区范围变化采用自适应技术，根据采集到的数据大小自动调整显示区上下左右的边界，以最合适的比例范围显示数据曲线。每次调整显示区边界后将自动刷新屏幕，已采的数据点位蓝色，新采的数据点位红色。R-H模式时，数据显示区左侧和下侧分别显示R和H通道的坐标和单位；R-t模式时，数据显示区左侧和下侧分别显示时间轴和R通道的坐标和单位。数据显示区上端显示数据采集器当前状态，有：数据序号；数据数值。如图3所示。图2、用户程序界面图3、数据曲线及数据采集信息2 模式选择模式选择按钮如图4 所示：图4、数据采集及显示模式l 数据记录模式： 、RH模式，同时采集磁场和电阻数据并显示。 、R-t模式，只电阻数据随时间的变化。如图5所示。图5、电阻随时间的变化l 数据显示模式：、 电阻变化模式：对采集到的数据不做处理计算。、 电阻变化率模式（仅R-H模式下有效）：对采集到的数据自动计算其磁电阻比率（Y-Ymin）/Ymin%。l 驱动电流模式：图6、驱动电流模式选择根据样品的材料特性选择适当的驱动电流模式：一般金属合金类电阻率较小的样品选择“大电流”模式；半导体类电阻率较大的样品选择“小电流”模式；热稳定性不好易漂移的样品选择“脉冲电流”模式。3 磁场控制图7、磁场控制窗口确定线圈常数时需要用高斯计测量几个固定电流下亥姆霍兹线圈中心处的磁场，计算出单位电流对应磁场，然后取平均作为该线圈的线圈常数。输入数值后双击有效。本套仪器亥姆霍兹线圈的线圈常数为40Oe/A。磁场范围：选择磁场自动扫描时磁场的变化范围。磁场最大变化范围为400Oe扫场速度调节：测量时可以调节磁场变化速度的快慢，分十档数值越小速度越快。磁场定值输出：填入0400Oe范围内的数值，双击鼠标可控制亥姆霍兹线圈产生相应的磁场。（注意！ 施加大磁场时持续时间不可过长，否则线圈会因发热过大损坏！） 磁场自动扫描：R-H或R-t模式自动测量时要选此选项，右边的数值会实时显示磁场数值。4 采样间隔数据采样间隔从0.5s10s有5档可选，缺省值为0.5s，用户可根据数据曲线实际需要选择，并且数据采集过程中也可调整。如图7 所示。图8、采样间隔选择窗口5 数据平滑处理如图9，按下数据平滑按钮可将调采集到的数据按五点二次平滑算法进行处理。图9、数据平滑6 程序控制程序运行控制按钮如图10所示图10、程序控制按钮放好样品、检查仪器连线，选定好测量模式和线圈常数及磁场范围后，点击“测量”按钮即可开始测量。测量过程中可以暂停和继续数据采集，按“停止”按钮将停止本次数据采集；按“保存文件”按钮可将本次采集的数据保存，用户可选择数据保存目录和文件名，如图11所示。图11、存