基本信息
- 项目名称：
- 磁场特性和磁敏元件综合实验仪
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 磁场特性和磁敏元件综合实验仪内容涵盖Hall效应、SMR半导体磁电阻效应、AMR各向异性磁电阻效应、GMR巨磁电阻效应（2007年诺贝尔物理学奖获奖项目）等近代物理效应；国内首创将磁路研究引入基础教学实验；亥姆霍兹线圈磁场特性研究测试，既简捷又可以测得多种磁场特征点，便于学生将理论与实验有机的结合。 本实验仪具有多主题、多途径、层次化、自选择、自设计实验内容与实施路线，可开展创新研究型教学，形成教与学、教学与创新互动的全新教学模式。
- 详细介绍：
- 本实验仪可以进行的研究内容包括： 1)磁敏感元件在强弱磁场中的特性研究实验（涉及的磁敏感元件有Hall元件、集成Hall元件、半导体磁敏电阻（SMR）、巨磁电阻（GMR）、隧道结巨磁电阻（TMR）、各向异性金属薄膜磁电阻（AMR）等），包括磁场强度、磁场方位对敏感元件的影响； 2）磁集束研究实验，主要研究截面积、匝数、感应线圈串并联对磁场强度的影响；各种磁路结构特性研究实验，包括E型磁路、U型、C型磁路及磁路开闭环和磁路间隙在直流、交流信号中的磁路特性研究； 3）研究磁场分布特点的实验，主要研究匝数可变、间距可变的亥姆霍兹线圈特性。 4）如果结合有限元理论分析方法，理论与实验结果吻合较好，可以从根本上解决在物理教学中磁路特性只能类比电路的传统教学方法。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 该项目旨在将当代科学研究的前沿技术向基础教学转化，推动实验教学内容更新、教学仪器更新、教学方式的层次化。内容上综合了电磁场理论、功能敏感材料物理属性、敏感元件制备工艺等多种交叉学科知识拓展点。 本项目的创新点： 1、将科研最新成果引入基础科学教学，研制成功一套教学仪器揭示磁电子技术内涵，力求简明直观地展示基本物理原理与磁路特性研究和磁检测技术之间的关系。 2、首次在国内教学仪器中实现磁路特性研究实验，对于多种磁敏感元件，特别是针对近代最新敏感元件（如GMR）特性研究与磁场分布测试实验，开发出可变间距和可转动方位的亥姆霍兹线圈及其轴向、径向磁场测量方法，简易、直观、耐用、有效。 3、本教学仪器搭建了一个可以不断将科技前沿成果引入其中的创新平台，可以通过不断的拓展其功能，将新型敏感元件、传感器以及涉及传感器技术应用成果引入到本教学仪器实验内容当中，激发同学们的创新意识。 4、通过本教学仪器，可以实现教学思路及模式上的创新，根据不同专业不同年级的学生，在实验的编排上依照层次化教学，从基础实验到综合实验，再到结合和本专业特点进行创新研究实验。形成适合理工科多专业的实验教学平台。
科学性、先进性
- 通过广泛的调研发现，目前在国内外各高校的物理实验教学中，对于磁场特性分析的实验少而又少，而与磁检测技术相关的基础实验几乎是空白。而本套教学仪器所设计的实验内容新颖且与当代科技发展相适应，弥补了普通物理教学中对磁场特性的描述仅仅停留在文字上的缺憾。该套实验仪涵盖了磁电阻效应（GMR、AMR、SMR、Hall等）和磁场特性（U型电路、E型电路、磁集束、亥姆霍兹线圈磁场等）等多方面的内容。
获奖情况及鉴定结果
- 2008年，获校大学生课外学术科技作品竞赛一等奖
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 购买专利使用权；技术入股合作生产
作品可展示的形式
- 实物、产品；现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本教学仪器可以在各高等院校物理教学中以工科物理实验仪、理科物理实验仪、演示实验仪等形式出现。也可以在高中物理探究型实验中得到应用。 其特点为：实验内容新，与现代科学技术结合紧密；实验内容丰富，可以排出十多个实验内容，可以充分调动同学们的实验积极性和探索性，开展层次化教学。 如果能实现百余台（套）的市场销售，可以达到数百万元的经济效益。 本教学仪器在通过国家教委教学评估过程中，得到专家组的高度评价。本系列教学仪器已在学校理科、工科教学得到推广应用，获得老师和同学的一致好评，并在北京航空航天大学等多所高等院校得到教学应用或签订购买协议。
同类课题研究水平概述
- 通过广泛的调研发现，目前在国内外各高校的物理实验教学中，对于磁场与磁路特性进行分析的实验少而又少，而与磁检测技术相关的基础实验几乎是空白，急需内容新颖且与当代科技发展相适应的基础实验予以补充，弥补普通物理教学中磁场特性描述仅仅停留在文字上的缺憾。 通过调研，目前（与本套实验仪相比，研究时间先后未知）国内已有同类霍尔效应、巨磁电阻、各向异性磁电阻实验仪，虽然单项功能比之不如，但是我们的仪器操作更加简便，成本更低，而且功能更加全面具体，有利于在高等院校物理实验中进行普及。 本项目结合学校传感器技术梯队在磁敏传感器的科研成果，初步设计并开发出有关磁敏感元件、磁场特性分析的综合实验仪。在我校通过国家教委教学评估过程中，得到专家组的高度评价，并提出有益的改进建议。
