磁阻传感器与地磁场测量
测量地磁场实验报告
测量地磁场实验报告一、实验目的地磁场是地球的重要物理场之一，测量地磁场对于研究地球的内部结构、地质演化以及导航等领域都具有重要意义。
本次实验的目的是通过多种方法测量地磁场的强度和方向，加深对磁场概念的理解，并掌握相关实验仪器的使用。
二、实验原理1、磁阻传感器法磁阻传感器是一种基于磁阻效应的传感器，当磁场发生变化时，传感器的电阻值会发生相应的变化。
通过测量电阻值的变化，可以计算出磁场的强度和方向。
2、霍尔效应法当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象称为霍尔效应。
通过测量霍尔电势差，可以计算出磁场的强度。
3、磁通门传感器法磁通门传感器是利用高导磁率的软磁材料在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量磁场的一种传感器。
三、实验仪器1、磁阻传感器实验仪包括磁阻传感器、信号处理电路、数据采集系统等。
2、霍尔效应实验仪包含霍尔元件、恒流源、电压表等。
3、磁通门传感器实验仪由磁通门传感器、放大器、示波器等组成。
4、指南针四、实验步骤1、磁阻传感器法（1）将磁阻传感器安装在实验支架上，并调整其方向，使其与地磁场方向平行。
（2）连接实验仪器，打开电源，预热一段时间。
（3）通过数据采集系统读取磁阻传感器输出的电压信号，并根据传感器的灵敏度计算出磁场强度。
（4）旋转磁阻传感器，测量不同方向上的磁场强度，从而确定地磁场的方向。
2、霍尔效应法（1）将霍尔元件安装在实验支架上，并接入恒流源和电压表。
（2）调整霍尔元件的位置，使其处于地磁场中。
（3）测量霍尔元件两端的电压，并根据霍尔系数和电流计算出磁场强度。
3、磁通门传感器法（1）连接磁通门传感器实验仪的各个部分，打开电源。
（2）将磁通门传感器放置在水平面上，调整示波器的参数，观察输出信号。
（3）根据输出信号的幅度和相位，计算地磁场的强度和方向。
4、指南针法（1）将指南针水平放置在桌面上，待其稳定后，读取指南针指示的方向，即为地磁场的方向。
磁阻传感器与地磁场测量实验报告
磁阻传感器与地磁场测量实验报告本实验旨在通过使用磁阻传感器测量地磁场的强度，从而了解磁阻传感器的工作原理和地磁场的特性。
首先，我们需要理解磁阻传感器的基本原理。
磁阻传感器是一种利用磁阻效应测量磁场强度的传感器，它的工作原理是基于材料在外加磁场作用下磁阻发生变化的特性。
在外加磁场的作用下，磁阻传感器的磁阻值会发生变化，通过测量这种变化可以得到磁场的强度。
在实验中，我们首先搭建了一个简单的实验电路，将磁阻传感器连接到电压表上，并将磁阻传感器放置在地面上。
接着，我们对磁阻传感器进行校准，使其能够准确测量地磁场的强度。
在进行校准时，我们需要注意避免外界磁场的干扰，以确保测量结果的准确性。
随后，我们开始进行地磁场的测量。
在实验中，我们发现地磁场的强度并不是均匀的，而是存在一定的变化。
这种变化可能是由地球内部的地磁场和外部磁场的相互作用所导致的。
通过实验数据的分析，我们可以得出地磁场的强度在不同位置存在一定的差异，这为我们进一步研究地磁场的特性提供了重要的参考。
通过本次实验，我们深入了解了磁阻传感器的工作原理和地磁场的特性。
磁阻传感器作为一种重要的传感器，在许多领域都有着广泛的应用，比如导航、地质勘探、磁力传动等。
而地磁场作为地球的重要特征之一，对于我们了解地球内部结构和地球物理现象具有重要意义。
因此，通过本次实验，我们不仅对磁阻传感器有了更深入的了解，同时也对地磁场有了更加全面的认识。
总的来说，本次实验取得了预期的效果，我们通过实际操作深入理解了磁阻传感器的工作原理和地磁场的特性，这对我们今后的学习和科研工作都具有重要的意义。
希望通过今后的实验和研究，我们能够进一步深化对磁阻传感器和地磁场的认识，为相关领域的发展做出更大的贡献。
[实验报告]磁阻传感器和地磁场的测量
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磁阻传感器和地磁场的测量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，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。
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（二维和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和电流丄方向2间的夹角=，具有以下关系式（）（// ）COS其中=、=分别是电流丄平行于M和垂直于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，可以测量磁场大小和方向。
同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，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。
HMC1021Z磁阻传感器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R U outV bR对于一定的工作电压，如 V b 6.00V , HMC1021Z 磁阻传感器输出电压 U out 与外界磁场的 磁感应强度成正比关系，U out U o KB上式中，K 为传感器的灵敏度， 旦为待测磁感应强度。
实验十五用磁阻传感器分析和测定地磁场
【实验目的】1.了解磁阻传感器测量磁场的基本原理。
用磁阻传感器测定地磁场的方法。
3.了解地磁场的方向与强度。
【仪器和用具】测量地磁场装置如图一所示。
它主要包括底座、转轴，带角刻度的转盘、磁阻传感器的引线、亥姆霍兹线圈、地磁场测定仪控制主机(包括数字式电压表、5V 直流电源等)图一【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，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。
磁阻传感器是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(二维和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，如图二所示。
薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度和电流方向间的夹角，具有以下关系式θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥ （1）其中、分别是电流平行于和垂直于时的电阻率。
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，可以测量磁场大小和方向。
同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，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。
磁阻传感器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，而非平衡电桥输出后接到一集成运算放大器上，将信号放大输出。
传感器内部结构如图三所示。
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out U 可以用下式表示b out U R R U ⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛∆= （2）铝合金带玻莫合金薄膜外加磁场电流θＩＭ外加磁场–+Vout偏置磁场R +△RR +△RR -△RR -△RVb图二 磁阻传感器的构造示意图 图三 磁阻传感器内的惠斯通电桥对于一定的工作电压，如V U b 00.5=，HMC1021Z 磁阻传感器输出电压out U 与外界磁场的磁感应强度成正比关系，KB U U out +=0 （3）（3）式中，为传感器的灵敏度，为待测磁感应强度。
磁阻传感器与地磁场实验仪
实验6—8 用磁阻传感器测量地磁场地磁场的数值比较小，约T 510-量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往需要知道其数值，并设法消除其影响，地磁场作为一种天然磁源，在军事、工业、医学、探矿等科研中也有着重要用途。
本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测定地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平分量和垂直分量；测量地磁场的磁倾角，从而掌握磁阻传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法。
由于磁阻传感器体积小，灵敏度高、易安装，因而在弱磁场测量方面有广泛应用前景。
【实验目的】1. 掌握磁阻传感器的特性。
2. 掌握地磁场的测量方法。
【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，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。
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(二维和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)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ，具有以下关系式θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥ (6-8-1)其中∥ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于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，可以测量磁场大小和方向。
同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，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。
用磁阻传感器测量地磁场
用磁阻传感器测量地磁场地磁场的数值较小约10-5T 量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往需要知道其数值，并设法消除其影响，地磁场作为一种天然磁源，在军事、工业、医学、探矿等科研中也有着重要用途。
本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测定地磁场磁感应强度及地磁磁感应强度的水平分量和垂直分量；测量地磁场的磁倾角。
由于磁阻传感器体积小、灵敏度高、易安装，因而在弱磁场测量方面有广泛应用前景[实验目的]1．了解磁阻传感器的特性；2．掌握测量地磁场的一种重要方法。
[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，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。
HMC1021Z 型磁阻传感器是由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成的一维磁阻微电路集成芯片，其坡莫合金膜，如图1所示，该薄膜的电阻率ρ(θ)依赖于磁化强度M 和电流I 方向的夹角θ ，具有以下关系式θρρρθρ2cos )//()(⊥⊥-+=(1)其中⊥ρρ、//分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。
当沿着坡莫合金膜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，坡莫合金膜的电阻值会发生较大的变化，利用这一变化，可以测量磁场的大小和方向。
HMC1021Z 磁阻传感器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构成一个非平衡直流电桥(关于直流电桥，请阅实验 )，非平衡电桥输出部分接集成运算放大器，将信号放大输出，如图5-50所示。
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：/b U U R R =⨯∆(2)式中U b 是电桥的工作电压，∆R/R 是外磁场引起的磁电阻阻值的相对变化。
磁阻传感器与地磁场测量实验报告
磁阻传感器与地磁场测量实验报告一、实验目的1、了解磁阻传感器的工作原理和特性。
2、掌握利用磁阻传感器测量地磁场的方法。
3、学会对实验数据进行处理和分析，得出地磁场的相关参数。
二、实验原理1、磁阻效应磁阻效应是指某些金属或半导体在磁场中电阻值发生变化的现象。
磁阻传感器就是利用磁阻效应来测量磁场的。
2、地磁场地磁场是地球周围存在的磁场，其强度和方向在不同的地理位置有所不同。
地磁场可以分解为水平分量和垂直分量。
3、测量原理通过将磁阻传感器放置在不同的方向，测量磁场在不同方向上的分量，然后利用三角函数关系计算出地磁场的大小和方向。
三、实验仪器1、磁阻传感器实验仪包括磁阻传感器、亥姆霍兹线圈、数字电压表等。
2、电脑及数据采集软件四、实验步骤1、仪器连接与调试将磁阻传感器与实验仪连接好，打开电源，预热一段时间，确保仪器正常工作。
2、测量地磁场水平分量（1）将磁阻传感器水平放置，旋转传感器，使数字电压表的示数最大，此时传感器的方向即为地磁场水平分量的方向。
（2）记录此时的电压值，根据仪器的标定系数，计算出地磁场水平分量的大小。
3、测量地磁场垂直分量（1）将磁阻传感器垂直放置，同样旋转传感器，使数字电压表的示数最大。
（2）记录电压值，计算出地磁场垂直分量的大小。
4、数据记录与处理将测量得到的数据记录下来，利用三角函数计算地磁场的大小和方向。
五、实验数据｜测量项目｜电压值（V）｜标定系数（V/T）｜磁场分量大小（T）｜｜｜｜｜｜｜地磁场水平分量｜＿____ ｜＿____ ｜＿____ ｜｜地磁场垂直分量｜＿____ ｜＿____ ｜＿____ ｜六、数据处理1、地磁场大小根据公式＄B ＝＼sqrt{B_{H}＾｛2} ＋ B_{V}＾｛2}｝＄，其中＄B_{H}＄为地磁场水平分量，＄B_{V}＄为地磁场垂直分量，计算地磁场的大小。
2、地磁场方向利用反正切函数＄＼theta ＝＼arctan\frac{B_{V}｝｛B_{H}｝＄计算地磁场的方向。
地磁场的测量实验报告
地磁场的测量实验报告一、实验目的地磁场是地球的重要物理场之一，它对地球的生态、通信、导航等方面都有着重要的影响。
本次实验的目的是测量地磁场的水平分量和垂直分量，并了解地磁场的基本特性。
二、实验原理1、利用磁阻传感器测量地磁场的磁感应强度磁阻传感器是一种基于磁阻效应的传感器，当磁场作用于磁阻传感器时，其电阻值会发生变化。
通过测量电阻值的变化，可以计算出磁场的磁感应强度。
2、测量地磁场的水平分量和垂直分量将磁阻传感器水平放置，测量得到的磁感应强度即为地磁场的水平分量；将磁阻传感器垂直放置，测量得到的磁感应强度即为地磁场的垂直分量。
三、实验仪器1、磁阻传感器2、数据采集卡3、计算机4、电源四、实验步骤1、连接实验仪器将磁阻传感器与数据采集卡连接，数据采集卡与计算机连接，接通电源。
2、校准磁阻传感器在无磁场的环境中，对磁阻传感器进行校准，消除零漂和误差。
3、测量地磁场的水平分量将磁阻传感器水平放置，在计算机上记录测量数据。
4、测量地磁场的垂直分量将磁阻传感器垂直放置，在计算机上记录测量数据。
5、重复测量多次为了提高测量的准确性，对水平分量和垂直分量分别进行多次测量，并取平均值。
五、实验数据以下是多次测量得到的地磁场水平分量和垂直分量的数据：｜测量次数|水平分量（μT）｜垂直分量（μT）｜｜｜｜｜｜1|＿____|＿____|｜2|＿____|＿____|｜3|＿____|＿____|｜4|＿____|＿____|｜5|＿____|＿____|平均值：水平分量：＿____μT垂直分量：＿____μT六、数据处理与分析1、计算地磁场的总磁感应强度根据勾股定理，地磁场的总磁感应强度 B 可以通过水平分量 Bx 和垂直分量 By 计算得到：B ＝√（Bx²＋ By²)2、计算地磁场的磁倾角磁倾角θ 可以通过垂直分量 By 和总磁感应强度 B 计算得到：θ ＝ arctan(By ／ Bx)3、分析测量结果的误差误差可能来源于仪器误差、环境干扰、测量次数等因素。
用磁阻传感器测量地磁场的实验报告
用磁阻传感器测量地磁场的实验报告一、引言地磁场是地球表面或附近空间的磁场，是由地球内部流动的液态外核形成的。
地磁场在地球物理学、地磁导航等领域具有重要作用。
而磁阻传感器是一种能够测量磁场强度变化的传感器，可以用于测量地磁场。
本实验旨在通过使用磁阻传感器，测量地磁场的变化，从而探究地磁场的性质及其变化规律。
二、实验目的1.使用磁阻传感器测量地磁场的变化；2.探究地磁场的性质及其变化规律；3.分析实验结果，加深对地磁场的理解。
三、实验原理地球磁场的方向是指向地磁极的，地磁场强度的大小和方向随着地理位置和时间的变化而变化。
磁阻传感器是一种能够测量磁场强度变化的传感器，其工作原理是基于霍尔效应。
当受到外部磁场的作用时，传感器内部产生霍尔电位差，从而输出相应的电压信号，通过对电压信号的测量，可以得到磁场强度的大小。
四、实验材料和装置1.磁阻传感器2.数字万用表3.磁铁4.实验记录表5.实验数据处理软件五、实验步骤1.将磁阻传感器连接至数字万用表，设置为电压测量模式；2.将磁阻传感器放置于地面上，记录下磁场强度的数值；3.在磁阻传感器周围移动磁铁，观察并记录磁场强度的变化；4.将实验数据输入至数据处理软件，进行数据分析；5.根据分析结果，得出地磁场的性质及其变化规律。
六、实验结果与分析通过实验数据的测量和分析，我们得到了地磁场强度随地理位置和外界磁场影响下的变化规律。
地磁场强度的变化不仅受地理位置的影响，还受到外部磁场的影响，因此在进行地磁场测量时需要考虑外部干扰的影响，并进行数据处理和校正。
七、结论与展望本实验通过磁阻传感器测量地磁场的变化，探究了地磁场的性质及其变化规律。
在实验过程中，我们也发现了一些问题和不确定因素，如外部磁场的影响等，需要进一步研究和改进。
通过本实验的学习，我们对地磁场有了更深入的理解，同时也为未来的地磁场研究和应用提供了一定的参考价值。
八、个人观点与理解地磁场是一个十分复杂的自然现象，其变化规律和影响因素需要进一步深入研究。
实验37 磁阻传感器与地磁场的测定
教师签字： 月 日
3
大学物理实验预习报告
姓名 实验班号 实验三十七
实验目的：
实验号 磁阻传感器与地磁场的测定
实验原理及仪器介绍：
1. 什么是地磁场？表示地磁场的方向和大小的三个参量是什么？
2. 简述用磁阻传感器测地磁场的原理。
3. 用磁阻传感器测地磁场为什么要先定标（测灵敏度 K） ，采用什么方法定标。
1
实验内容：
1. 测量地磁场时为什么要将亥姆霍兹线圈与直流电源的连线拆去。
2. 水平旋转转盘时，传感器输出电压的最大方向是地磁场哪个分量的方向。
3. 测量磁倾角时怎样将转盘面调整为地磁子午面方向？
4. 公式 U out U 0 KB 其中“B”在“实验内容 1”和“实验内容 2”表示的意义是否相 同，详细解释说明。
2
数据表格：
1. 记录所用测量仪器的仪器误差：
2. 列出数据记录表格：
磁阻传感器与地磁场测量
磁阻传感器与地磁场测量填空题1.地磁场是一个向量场。
地磁场磁感应强度矢量B 与水平面之间的夹角称为 地磁倾角 。
地磁场强度矢量B 在水平面上的投影为地磁场的 水平分量 。
地磁场磁感应强度矢量B 总和地磁场的水平分量B // 构成的平面称为地磁的 子午面 。
2.磁阻效应是指某些金属或半导体的电阻值 随外加磁场变化而变化 的现象。
3.用亥姆霍兹线圈轴心中点附近产生的磁场作为已知量，测量磁阻传感器的灵敏度K 。
测励磁电流为正向和反向时两次传感器输出电压的目的是 消除地磁沿亥姆霍兹线圈轴线方向分量的影响 。
4.已知地磁倾角β，地磁场磁感应强度B 总的值。
计算地磁场的垂直分量的公式为βsin 总B B =⊥。
5．磁阻传感器遇强磁场时，会产生 磁畴饱和 现象而使灵敏度降低。
这时可按 “复位”按钮 使恢复到原灵敏度。
6．HMC1021Z 磁阻传感器的工作电路是以 非平衡电桥 形式输出，它直接将磁阻变化转换成电压输出，7．对于一定的工作电压，HMC1021Z 磁阻传感器输出电压out U 与外界磁场的磁感应强度B 成 正比 关系，即：KB U U out +=0问答题1.什么是磁阻效应？简述磁阻效应的物理机制？磁阻效应是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。
磁阻效应是由于载流子在磁场中受到洛伦兹力而产生的。
在达到稳态时，某—速度的载流子所受到的电场力与洛伦兹力相等，载流子在两端聚集产生霍尔电场，比该速度慢的载流子将向电场力方向偏转，比该速度快的载流子则向洛伦兹力方向偏转。
这种偏转导致载流子的漂移路径增加。
或者说，沿外加电场方向运动的载流子数减少，从而使电阻增加。
2.说明HMC1021Z 型磁阻传感器的结构特点和输出特性？HMC1021Z 磁阻传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡直流电桥，非平衡电桥输出部分接集成运算放大器，将信号放大输出。
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。
磁阻传感器与地磁场测量实验报告
磁阻传感器与地磁场测量实验报告实验报告：磁阻传感器与地磁场测量一、实验目的本实验旨在探究磁阻传感器在测量地磁场中的应用，了解磁阻传感器的原理、特点及使用方法。
二、实验器材1. 磁阻传感器 1个2. 电源 1个3. 数据采集仪 1个4. 计算机 1台5. 实验架 1个三、实验原理磁阻传感器是一种磁性材料薄膜附着在硅芯片表面的敏感元件，其敏感面积的大小取决于薄膜的厚度和直径。
当磁感应强度发生改变时，薄膜内磁感应强度的变化会引起电阻的变化，通过对电阻变化的测量，就可以得到外磁场的强度和方向。
地磁场是指地球磁场的分布和变化情况，其大小和方向存在着规律性变化。
在进行地磁场测量时，磁阻传感器可以通过测量地磁场的变化来得到地磁场的分布和变化情况，实现对地球磁场的研究。
四、实验步骤1. 搭建实验装置。
使用实验架将磁阻传感器固定在平面上，调整位置和方向以保证其与地面平行。
将电源和数据采集仪接入磁阻传感器。
2. 测量磁阻传感器的输出电压。
将电源接通后，使用数据采集仪对磁阻传感器的输出电压进行测量。
3. 更改磁场环境。
使用不同的磁体对磁阻传感器进行干扰，测量磁阻传感器的输出电压并记录。
4. 数据处理。
根据实验数据，计算出磁阻传感器测量的磁场大小，绘制磁场分布图。
五、实验结果与分析通过测量数据和处理结果可得到如下结论：1. 磁阻传感器可以准确地测量地磁场的变化情况。
在实验过程中，我们成功的用磁阻传感器测量了地磁场的强度和方向，并绘制出了磁场分布图。
2. 磁阻传感器的精度和灵敏度取决于其敏感层的材料和尺寸。
在实验过程中我们发现不同的磁阻传感器具有不同的敏感度和精度。
六、实验结论本实验成功的探究了磁阻传感器在测量地磁场中的应用，并了解了磁阻传感器的原理、特点及使用方法。
通过实验，我们认识到磁阻传感器在物理、地理等领域的广泛应用前景。
磁阻传感器与地磁场测量实验报告
磁阻传感器与地磁场测量实验报告磁阻传感器是一种能够感知磁场变化的传感器，广泛应用于导航、位置检测、智能手机等领域。
本实验旨在通过使用磁阻传感器，测量地磁场的变化，并对实验结果进行分析和讨论。
实验仪器与材料：1. Arduino开发板。
2. 磁阻传感器。
3. 电磁铁。
4. 电源。
5. 万用表。
6. 电磁铁控制模块。
实验步骤：1. 将磁阻传感器连接至Arduino开发板，并通过串口将数据传输至计算机。
2. 将电磁铁与电磁铁控制模块连接至电源，产生磁场。
3. 在实验室内不同位置，测量地磁场的强度，并记录数据。
4. 分析实验数据，得出结论。
实验结果与分析：通过实验测量，我们得到了地磁场在不同位置的强度数据。
实验结果表明，地磁场的强度受到地理位置的影响较大，不同位置的地磁场强度存在一定的差异。
同时，我们还发现在电磁铁附近，地磁场的强度会发生显著的变化，这与电磁场的产生有关。
在实验过程中，我们还发现磁阻传感器对于地磁场的测量具有较高的灵敏度和稳定性，能够准确地感知地磁场的变化。
这为磁阻传感器在导航、位置检测等领域的应用提供了可靠的数据支持。
结论：通过本次实验，我们成功地利用磁阻传感器对地磁场进行了测量，并得出了地磁场在不同位置的强度分布规律。
实验结果表明，磁阻传感器在地磁场测量中具有较高的准确性和可靠性，为相关领域的应用提供了有力支持。
总结：本次实验不仅加深了我们对磁阻传感器原理的理解，还为我们提供了实际操作的机会。
通过实验，我们不仅学会了如何使用磁阻传感器进行地磁场测量，还对地磁场的特性有了更深入的了解。
相信这对我们今后的学习和科研工作具有一定的帮助。
地磁场测量实验报告
一、实验目的1. 理解地磁场的基本概念及其测量方法。
2. 掌握使用磁阻传感器测量地磁场的原理和操作技巧。
3. 通过实验，验证地磁场在不同位置的分布情况，并分析其特点。
二、实验原理地磁场是指地球表面及其周围空间存在的磁场。
地磁场的强度和方向因地理位置、时间等因素而有所不同。
磁阻传感器是一种利用磁阻效应原理来测量磁场强度的传感器。
当磁阻传感器置于磁场中时，其电阻值会发生变化，通过测量电阻值的变化，可以计算出磁场的强度。
三、实验仪器1. 磁阻传感器2. 亥姆霍兹线圈3. 数字多用表4. 磁力计5. 移动平台6. 铝制样品7. 标准磁标四、实验步骤1. 搭建实验装置：将亥姆霍兹线圈放置在移动平台上，确保线圈轴线与地面平行。
将磁阻传感器固定在亥姆霍兹线圈上，使其感应面与线圈轴线垂直。
2. 产生磁场：通过亥姆霍兹线圈产生一个均匀的磁场。
调节亥姆霍兹线圈中的电流，使磁场强度达到预定值。
3. 测量磁场强度：使用数字多用表测量磁阻传感器的电阻值。
记录不同位置下的电阻值，并计算出相应的磁场强度。
4. 测量地磁场：将磁力计放置在待测位置，记录其读数。
重复测量多次，取平均值作为该位置的地磁场强度。
5. 数据分析：将测量得到的地磁场强度与磁力计读数进行对比，分析地磁场的分布特点。
五、实验结果与分析1. 磁场强度分布：通过实验，发现地磁场强度在亥姆霍兹线圈产生的磁场中呈现均匀分布。
在远离线圈的位置，地磁场强度逐渐减弱。
2. 地磁场特点：地磁场强度在不同地理位置、时间等因素的影响下存在差异。
通过实验，发现地磁场强度在南北方向上较为稳定，而在东西方向上存在一定程度的波动。
3. 误差分析：实验过程中，可能存在以下误差来源：a. 磁阻传感器精度：磁阻传感器的精度会影响测量结果的准确性。
b. 亥姆霍兹线圈磁场均匀性：亥姆霍兹线圈产生的磁场并非完全均匀，可能导致测量结果存在偏差。
c. 环境因素：温度、湿度等环境因素可能对磁阻传感器的性能产生影响。
磁阻传感器与地磁场的测量
Uout U0 KB 上式中， K 为传感器的灵敏度， B 为待测磁感应强度， U0 为外加磁场为零时传感器
的输出电压。
对于同一台仪器，U0 一定，磁场 B 和输出电压Uout 成线性关系。
由于亥姆霍磁线圈的特点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。亥姆霍磁线圈公共轴线中心点位置的磁感应强度为：
注：采用正向、反向二次测量还可以在计算时抵消毫伏表初读数，从而消除毫伏表初读
数对测量值的影响。也就是说毫伏表可以不必调零。
3、测量地磁场的垂直分量 B
（1）将带有磁阻传感器的转盘平面调整为铅直。
（2）旋转磁阻传感器转盘，使箭头指向下方（即让游标的 0 刻度线对准外侧刻度盘的
90 度），记录传感器输出电压 U1。 （3）在第（2）步的基础上，再旋转转盘 180°，记录传感器输出电压 U2（负值）。
夹角）之间的夹角。
（3）水平分量 B∥，地磁场矢量 B 在水平面上的投影。
测量地磁场的这三个参量，就可确定某一地点地磁场 B 矢量的方向和大小。当然这三个
参量的数值随时间不断地在改变，但这一变化极其缓慢，极为微弱。
2
物理实验电子教案
2、磁阻传感器与地磁场的测量
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；当外加磁场方向
与金属的内部磁化方向不平行时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效
应。
磁阻传感器是由长而薄的玻莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维
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
[实验报告]磁阻传感器和地磁场的测量
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上式中， 为传感器的灵敏度， 为待测磁感应强度。 为外
令狐采学创作
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加磁场为零时传感器的输出量。
由于亥姆霍兹线圈的特点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：
上式中 N 为线圈匝数（500 匝）；亥姆霍兹线圈的平均半径
个方向就是地磁场磁感应强度的水平分量 的方向。记录此时
传感器输出电压 后，再旋转转盘，记录传感器输出最小电压
，由
，求得当地地磁场水平分量 。
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 方向放置，只是方向转 900。转
动调节转盘，分别记下传感器输出最大和最小时转盘指示值和
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。
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测得武汉大学物理学院 5 楼处地磁场水平强度为 0.305×104T， 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。 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不同的值。
水平面之间的夹角 和 ，同时记录此最大读数 和 。由磁
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倾角 4、由
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计算 的值。 ，计算地磁场磁感应强度 的值。并计算
实验报告磁阻传感器和地磁场的测量
磁阻传感器和地磁场的测量一．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，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。
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(二维和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)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ，具有以下关系式θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥其中∥ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于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，可以测量磁场大小和方向。
同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，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。
HMC1021Z 磁阻传感器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out U 可以用下式表示为b out V R U ⨯⎪⎫⎛∆=示意图 压，如V V b 00.6=，HMC1021Z 磁阻传感器输出电压out U 与外界磁场的磁感应强度成正比关系，KB U U out +=0上式中，K 为传感器的灵敏度，B 为待测磁感应强度。
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如果将A、B端短接，霍尔电场将不存在，所有 电子将向A端偏转，使电阻变得更大，因而磁阻 效应加强。所以，可以看出，霍耳效应比较明显 的样品，磁阻效应就小；反之，霍耳效应比较小 的样品，磁阻效应就大。
通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻
式中ρ0和ρB分别为无磁场和有磁场时的电阻率。
❖ 若外加磁场与外加电场垂直，称为横向磁阻效 应；若外加磁场与外加电场平行，称为纵向磁 阻效应。一般情况下，载流子的有效质量的驰 豫时间与方向无关，则纵向磁感强度不引起载 流子偏移，因而纵向磁阻效应不明显。
❖ 目前，磁阻效应广泛用于磁传感、磁力计、电 子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS 导航、仪器仪表、磁存储(磁卡、硬盘)等领域。
不同的磁阻装置有不同的灵敏度，其电阻的相 对变化率△R/R与外磁场的关系如图所示。
可见磁阻效应对外磁场的极性 不灵敏，即正负磁场的响应相同； 在外加磁场较小时△R／R与磁场 强度的平方成正比，之后有一段 线性区域，但当外加磁场超过特 定值时，响应趋于饱和。
描述空间某一点地磁场的强度和方向，需要3 个独立的地磁要素。测量地磁场的这三个参量， 就可确定某一地点地磁场B矢量的方向和大小。
水平分量B∥：地磁场矢量B
在水平面上的投影。
x
B∥
α
β
y
磁倾角β：地磁场强度矢量B
与水平面(即图6中的O-XY平面) B⊥ B
之间的夹角。
z
磁偏角α：地球表面任一点的地磁场矢量所在垂
105
实验介绍
❖ 地球本身具有磁性，所以地球和近地空间之间存 在着磁场，叫做地磁场。地磁场的数值比较小， 约10-5T量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场 测量中，往往需要知道其数值，并设法消除其影 响。
❖ 地磁场作为一种天然磁源，在军事、工业、医学、 探矿等众多领域有着广泛的应用。
❖ 本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测定地磁场 磁感应强度及地磁场的水平分量和垂直分量；测 量地磁场的磁倾角。从而掌握磁阻传感器的特性 及测量地磁场的一种方法。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
如图所示的长方形半导体薄片 （N型）处于图示方向的磁场中， 设CD方向通有直流电流，半导体内 的载流子将受到洛仑兹力的作用而 发生偏转，在A、B两端产生电荷积 聚，因而产生霍尔电场。
如果霍尔电场作用和某一速度的载流子的洛仑兹 力作用刚好抵消，那么小于或等于该速度的载流子 将发生偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数 目将减少，使CD方向的电阻增大，表现横向磁阻效 应。
直平面(图6中B∥与Z构成的平面，称地磁子午 面)，与地理子午面(图6中X、Z构成的平面)之 间的隔角。
2.磁阻效应
❖ 磁阻效应是指某些置于磁场中的金属或半导体的 电阻值随外加磁场变化而变化的现象。许多金属、 合金及金属化合物材料处于磁场中时，传导电子 受到强烈磁散射，使电阻显著增大，这种现象称 磁阻效应。同霍尔效应一样，磁阻效应也是由于 载流子在磁场中受到洛伦兹力而产生的。
B 0 NI 8
R 53/ 2
式中N为线圈匝数，I为线圈流过的电流强度，R 为亥姆霍兹线圈的平均半径， μ0为真空磁导率。
真空磁导率μ0 =4π×10-7N/A2
U
三、实验内容
1.测量磁阻传感器的灵敏度K
用亥姆霍兹线圈轴线中 心点附近产生的均匀磁场作 为标准磁场给磁阻传感器定 标，获得磁阻传感器的灵敏 度K。
U out U 0 KB
式中，K为传感器的灵敏度，B为外界磁场的 磁感应强度，U0为外加磁场为零时传感器的输出 量。用一个标准磁场对传感器进行定标，获得输 出灵敏度K后，即可通过传感器的输出测量磁场强 度。
4.标准磁场
※为了确定磁阻传感器的灵敏度，需要有一个标
准磁场来定标。由于亥姆霍兹线圈的特点是能在 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由下式给出：
2.了解HMC1021Z型磁阻传感器的结构 原理及特性；
3. 用磁阻传感器测地磁场磁感应强度及地 磁场的水平分量和地磁倾角。
二、实验原理
1.地磁场
地磁场是一个向量场。常用的地
x
B∥
α
β
y
磁要素有7个，即地磁场总强度B， 水平强度B∥，垂直强度B⊥，X和Y B⊥ B
分别为B∥的北向和东向分量，α和 z β分别为磁偏角和磁倾角。
U out U 0 KB
将带有磁阻传感器的转盘水平放置，调节底板上螺 丝使转盘水平(可用水准器指示)，把转盘刻度调节 到角度θ=0o；
仪器主机恒流源逆时针旋至最小，亥姆霍兹线圈串 联接入励磁电流，磁阻传感器输出复位、调零。
测正向和反向两次的目的是消除地磁沿亥姆霍兹线 圈轴线方向(水平)分量的影响。改变电流方向时， 应先调解电流输出为零，再改变电流输入方向。
3.磁阻传感器
❖ 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。它利 用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅 片上如图所示。
∥
•薄膜的电阻率依赖于磁化强度M和电流I方向 间的夹角θ，具有以下关系式
( ) (∥ ) cos2
❖ 其中 ∥、 分 别是电流平行于M和垂直于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，可以测量磁场大小和方向。
❖ 由于磁阻传感器体积小，灵敏度高，易安装，因 而在弱磁场测量方面有广泛的应用前景。
预习要点
1.什么是磁阻效应？ 2.磁阻传感器的结构原理及输出特性？ 3.了解地磁场的知识？ 4. 如何用亥姆霍兹线圈其轴线中心点附近产
生的均匀磁场作弱磁场的标准磁场，给磁 阻传感器定标？
一、实验目的和学习要求
1. 了解什么是磁阻效应？磁阻效应的物理 机制？
※ HMC1021Z磁阻传感器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直流 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所示。
U b 5.00V
对于一定的工作电压，如U=5.00V， HMC1021Z磁阻传感器输出电压与外界磁场的 磁感应强度成正比关系。