实验报告磁阻传感器和地磁场的测量

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 为待测磁感应强度。U 0 为外加磁场为零时传感器的输出量。
由于亥姆霍兹线圈的特点就是能在其轴线中心点附近产生较宽范围的均匀磁场区,所以 常用作弱磁场的标准磁场。亥姆霍兹线圈公共轴线中心点位置的磁感应强度
为: B
0 NI R
U2‘/mV
U总
U1/mV
U2/mV
1 17、8 -12、2 23、7 -16、3
2 17、8 -12、3 23、7 -16、3
相关系数为 r=0、998
测量磁倾角
44
45
45
-1、13 -1、13 -1、13
46 -1、13
测量地磁场 B
3
4
17、8 17、8
-12、2 -12、2
23、8 23、8
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 (二维与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 与电流 I 方向间的
夹角 ,具有以下关系式 ( ) (∥ ) cos2
HMC1021Z 磁阻传感器就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
-16、3 -16、3
5 17、9 -12、2 23、8 -16、3
平均 17、8 -12、2 23、8 -16、3
46
47
-1、13 -1、14
结果 /mV=15、0
/mV=20、1
47 -1、14
=0、305×10-4 =0、409×10-4
由 , 算得磁倾角为
=40
五． 实验结果
首先测得了磁阻传感器灵敏度 K=49、1V/T,相关系数为 r=0、998,所以最小二乘法拟合获
实验报告磁阻传感器和地磁场的测量
磁阻传感器与地磁场的测量
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,这就就是强磁金属的各向异性磁阻效应。
得了比较理想的结果。 直接测磁倾角测得 =45 。由 , 间接测得 =40 。与参
考数据 44 相比,相对误差分别为 1%,与 11% ,后者误差较大。 测得武汉大学物理学院 5 楼处地磁场水平强度为 0、305×10-4T, 与参考数据 0、343×10-4T 相比,相对误差为 12% 。 测得地磁场总强度为 0、409×10-4。
65.0
84.0
90.0
平均 /mV
22.0 43.0 64.0 87.0
实验报告磁阻传感器和地磁场的测量
50、0
2.25
107
112
110
60、0
2.68
129
132
131
用最小二乘法拟合,得 K=49、1V/T
43
43
U 总/mV -1、14 -1、13
测得磁倾角为 45
44 -1、13
电压
U 平行 U1‘/mV
其中 ∥ 、 分别就是电流 I 平行于 M 与垂直于 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,可以测量磁场大小与方向。同时制作时还在硅片上设 计了两条铝制电流带,一条就是置位与复位带,该传感器遇到强磁场感应时,将产生磁畴饱与 现象,也可以用来置位或复位极性;另一条就是偏置磁场带,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。
六． 误差分析
由于在室内进行处理,周围的铁磁性物质及建筑物都会对地磁场造成影响。此外还有仪器 误差,操作者所用的磁阻传感器接触不良,有时在同一个角度处两次测量会显示 104 I
上 式 中 N 为 线 圈 匝 数 (500 匝 ); 亥 姆 霍 兹 线 圈 的 平 均 半 径 R 10cm ; 真 空 磁 导 率 0 4 10 7 N / A2 。
三． 实验步骤
1、将磁阻传感器放置在亥姆霍兹线圈公共轴线中点,并使管脚与磁感应强度方向平行。即 传感器的感应面与亥姆霍兹线圈轴线垂直。用亥姆霍兹线圈产生磁场作为已知量,测量磁阻
B
的值。并计算地磁场的垂直分量
B B sin 。
四． 实验数据与数据处理
励磁电流 I/mA
10、0 20、0 30、0 40、0
磁感应强度 B/10-4T 0.450 0.899 1.35 1.80
测量传感器灵敏度 K
U/mV
正向 U1/mV
反向 U2/mV
21.0
22.0
42.0
44.0
62.0
3、将带有磁阻传感器的转盘平面调整为铅直,并使装置沿着地磁场磁感应强度水平分量 B∥
方向放置,只就是方向转 900。转动调节转盘,分别记下传感器输出最大与最小时转盘指示值
与水平面之间的夹角
1
与
2
,同时记录此最大读数
U1
与
U
2
。由磁倾角
(1
2 ) / 2
计算 的值。
4、由
U
1
U
2
/2
KB ,计算地磁场磁感应强度
U out
R R
Vb
电流 外加磁场
Ｍ
θＩ
铝合金带
玻莫合金薄膜
Vb 偏置磁场
磁
外加磁场
R-△R
R+△ R
阻
– Vout 传
R+△ R
R-△R
+
感
器
的
构造示意图
磁阻传感器内的惠斯通电桥
对于一定的工作电压,如Vb 6.00V ,HMC1021Z 磁阻传感器输出电压U out 与外界磁场的磁
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传感器的灵敏度 K 。
2、将磁阻传感器平行固定在转盘上,调整转盘至水平(可用水准器指示)。水平旋转转盘,找
到传感器输出电压最大方向,这个方向就就是地磁场磁感应强度的水平分量 B∥ 的方向。记录
此 时 传 感 器 输 出 电 压 U1 后 , 再 旋 转 转 盘 , 记 录 传 感 器 输 出 最 小 电 压 U2 , 由 U1 U2 / 2 KB∥ ,求得当地地磁场水平分量 B∥ 。