磁阻传感器与地磁场的测量实验

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10T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?(?)依赖于磁化强度M和电流I方向间的夹角?，具有以下关

现代物理实验电磁学实验指导

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10T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 ( )依赖于磁化强度M和电流I方向间的

测量地磁场

第31卷　第4期2009年8月

武汉理工大学学报 信息与管理工程版JOURNALOFWUT(INFORMATION&MANAGEMENTENGINEERING)

Vol.31No.4

Aug.2009

文章编号:1007-144X(2009)04-0584-03文献标志码:A

用自旋阀巨磁电阻传感器测量地磁场

康伟芳,杨　溢

1

2

(1.东北电力大学理学院,吉林吉林132012;2.上海复旦天欣科教仪器有限公司,上海200433)

摘　要:介绍了自旋阀巨磁电阻传感器的结构和工作原理,研究了该传感器的特性,并用它准确测量了地磁场的主要参量。由于自旋阀受强磁场干扰能很快恢复其灵敏度,且灵敏度较高,因此,其适合作为弱磁场测量升级替换产品。

关键词:巨磁电阻;自旋阀;地磁场水平分量;磁倾角中图分类号:O472.6

DOI:.3963-..04.018

　　20世纪80现,20,生活,从MP3、数码照相机到笔记本电脑等,都得益于巨磁电阻在存储和读出功能方面的技术突破,且其体积比原存储器大大缩小,便于携带。

与此同时,利用巨磁电阻效应的传感器件不断地被研制成功,其中主要有多层膜磁电阻和自旋阀磁电阻两种,多层膜巨磁电阻的结构比自旋阀的结构简单,但在极弱磁场作用时,

地磁场水平分量的测量

姓名：王秋来 专业班级：物科院11级物理学 学号：1108405037

【摘要】某一地点O的地磁要素有：⑴地磁场总磁感应强度B，⑵磁倾角I，⑶磁偏角D，⑷水平分量B//，⑸垂直分量Bz，⑹北向分量Bx，⑺东向分量B。

y确定某一点的地磁场通常用磁偏角，磁倾角和水平分量B//三个独立要素。 利用正切电流计算原理，测定地磁场的水平分量B// 地磁场水平分量为：Ba?8u0N3?b

52R【关键字】地磁场，水平分量，正切电流计，磁偏角。 1、实验目的

（1）学习测量地磁场水平分量的方法； （2）了解正切电流计的原理； （3）学习分析系统误差的方法 2、实验室提供的仪器和用具

亥姆霍兹线圈（N=700匝），地质罗盘（DL-I型），直流稳压电源（DF173系列），电阻箱（ZX21型），直流电流表。 3、实验原理

3.1 地磁场与地磁要素 地球是一个大磁体，地球本身及其周围空间存着磁场叫做“地球磁场”又称地磁场，其主要部分是一个偶极

图1

场。地心偶极子轴线与地球表面的两个交点称为地磁极，地磁的南（北）极实际上是地心磁偶极子的北（南）极，如图1。地心磁偶极子的磁轴NmSm与地球的旋转轴NS斜交一个角度?0,?0

地磁场

为什么磁体能指南北呢？原来地球是一个巨大的天然磁体，它的磁场与条形磁体的磁场一样。如下图所示。

地磁场对人类的生产、生活都有重要意义。

行军、航海利用地磁场对指南针的作用来定向。人们还可以根据地磁场在地面上分布的特征寻找矿藏。地磁场的变化能影响无线电波的传播。当地磁场受到太阳黑子活动而发生强烈扰动时，远距离通讯将受到严重影响，甚至中断。假如没有地磁场，从太阳发出的强大的带电粒子流（通常叫太阳风），就不会受到地磁场的作用发生偏转而直射

地球。在这种高能粒子的轰击下，地球的大气成份可能不是现在的样子，生命将无法存在。所以地磁场这顶“保护伞”对我们来说至关重要。

地磁场的发现

我国宋代科学家沈括（1034——1094）在公元1086年写的《梦溪笔谈》中，最早记载了地磁偏角“方家（术士）以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也”。沈括是历史上第一个从理论高度来研究磁偏现象的人。提出较系统的原始理论的是英国人吉尔伯特。他在1600年著的《磁体》一书中，把当时许多有关磁体性质的事实都记了下来，同时创造性地作了划时代的实验：把一块天然磁石磨制成一个大磁球，用小铁丝制的小磁针装在枢轴上，放到该磁球附近，在这磁球面上发现小磁针的各种行为与我们

地磁场水平分量的测量

【摘要】：

地磁场水平分量（horizontal component of geomagnetic field）：地磁场的总磁场强度矢量T在参考坐标系的XOY水平面上的投影，称为地磁场水平分量，通常用符号H表示。水平分量的数值在赤道附近最大，约为0.03～0.04mT，由赤道向两极数值逐渐减小，两极为零。地球上除高纬度地区以外，大部分地区地磁场水平分量是大致指北的，这个方向称为磁北。中国由南到北，水平分量逐渐减小，约从0.04到0.02mT。

【关键词】：

地磁场水平分量、亥姆霍兹线圈、正切电流

【引言】：

地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分。基本磁场是地磁场的主要部分，起源于地球内部，比较稳定，属于静磁场部分。变化磁场包括地磁场的各种短期变化，主要起源于地球内部，相对比较微弱。地球变化磁场可分为平静变化和干扰变化两大类型。行军、航海利用地磁场对指南针的作用来定向。人们还可以根据地磁场在地面上分布的特征寻找矿藏。地磁场的变化能影响无线电波的传播。当地磁场受到太阳黑子活动而发生强烈扰动时，远距离通

讯将受到严重影响，甚至中断。假如没有地磁场，从太阳发出的强大的带电粒子流（通常叫太阳风），就不会受到地磁场的作用发生偏转而直射

实验二十九 地磁场水平分量的测量

实验二十九 地磁场水平分量的测量

1、教学目标

（1）学习测量地磁场水平分量的方法； （2）了解正切电流计的原理； （3）学习分析系统误差的方法

2、教学难点、重点

难点：地磁场的相关概念；正切电流计的原理。 重点：测量方法和测量公式。 3、实验室提供的仪器和用具

亥姆霍兹线圈（N=640匝，R=10cm），地质罗盘（DL-I型），直流稳压电源（DF173系列），电阻箱（ZX21型），直流电流表（0.5级，10Ma），换向开关，水准器。

4、实验原理

4.1 地磁场与地磁要素

地球是一个大磁体，地球本身及其周围空间存着磁场叫做“地球磁场”又称地磁场，其主要部分是一个偶极场。地心偶极子轴线与地球表面的两个交点称为地磁极，地磁的南（北）极实际上是地心磁偶极子的北（南）极，如图1。地心磁偶极子的磁轴NmSm与地球的旋转轴NS斜交一个角度?0,?0?11.5o。所以地磁极与地理极相近但不相同，地球磁场的强度和方向随地点、时间而发生变化。

地球表面任何一点的地磁场的磁感应强度矢量B具有一定的大小和方向。在地理直角坐标系中如图2所示。O点表示测量点，x轴指向北，即为地理子午线（经线）的方向；y轴指向东，即为地理纬线方

学科分类号（二级）140.35

本科学生毕业论文（设计）

题 目地磁场水平分量测量实验的误差

分析

姓 名 薛强德

学 号 054090119 院、 系 物理与电子信息学院 专 业 物理学 指导教师 刘燕 职称（学历） 副教授

地磁场水平分量测量实验的误差分析

摘要：研究了地磁场水平分量的实验误差来源及减小误差的方法。在实验中，将测量电流所用的磁电式电流表改为数字多用表，并对正切电流计进行了电磁屏蔽。整个实验分为四部分进行，主要针对周边及空间电磁影响进行分析，所得地磁场水平分量实验值更加贴近理论值，并对实验做了误差分析。

关键词：地磁场；测量；电磁屏蔽；误差分析

我国宋代科学家沈括（1031—1095）在公元1086年写的《梦溪笔谈》中，最早记载了地磁偏角，“方家（术士）以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也”。沈括是历史上第一个从理论高度来研究磁偏现象的人。提出较系统的原始理论的是英国人吉尔伯特。他在1600年

实验二十九 地磁场水平分量的测量

实验二十九 地磁场水平分量的测量

1、教学目标

（1）学习测量地磁场水平分量的方法； （2）了解正切电流计的原理； （3）学习分析系统误差的方法

2、教学难点、重点

难点：地磁场的相关概念；正切电流计的原理。 重点：测量方法和测量公式。 3、实验室提供的仪器和用具

亥姆霍兹线圈（N=640匝，R=10cm），地质罗盘（DL-I型），直流稳压电源（DF173系列），电阻箱（ZX21型），直流电流表（0.5级，10Ma），换向开关，水准器。

4、实验原理

4.1 地磁场与地磁要素

地球是一个大磁体，地球本身及其周围空间存着磁场叫做“地球磁场”又称地磁场，其主要部分是一个偶极场。地心偶极子轴线与地球表面的两个交点称为地磁极，地磁的南（北）极实际上是地心磁偶极子的北（南）极，如图1。地心磁偶极子的磁轴NmSm与地球的旋转轴NS斜交一个角度?0,?0?11.5o。所以地磁极与地理极相近但不相同，地球磁场的强度和方向随地点、时间而发生变化。

地球表面任何一点的地磁场的磁感应强度矢量B具有一定的大小和方向。在地理直角坐标系中如图2所示。O点表示测量点，x轴指向北，即为地理子午线（经线）的方向；y轴指向东，即为地理纬线方

地磁传感器研究设计

一 要求

（1）针对所选用磁场敏感头的工作特性，选择合适器件，明确磁场检测模块的工作原理。

（2）鉴于磁场检测单元的温度敏感特性，设计信号调理模块，实现了宽温度范围内的灵敏度补偿与零点补偿。

（3）鉴于数字式磁场强度传感器的应用特点，设计出传感数字化与逻辑控制模块。

（4）绘制各个模块的硬件电路图和整体电路图，并对所进行的设计进行相关的调试和校准。

二 系统概述 2.1 系统组成

系统由传感器、信号预处理电路、处理器、显示器和系统软件等部分组成。传感器部分采用霍尔传感器，负责将电机的转速转化为脉冲信号。信号预处理电路包含待测信号放大、波形变换、波形整形电路等部分，其中放大器实现对待测信号的放大,降低对待测信号的幅度要求，实现对小信号的测量；波形变换和波形整形电路实现把正负交变的信号波形变换成可被单片机接受的TTL/CMOS兼容信号。 处理器采用STC89C51单片机，显示器采用8位LED数码管动态显示。系统原理框图如图所示：

串口键盘单片机RAM电机霍尔传感器信号处理LED显示转速测量系统原理框图

系统软件主要包括测量初始化模块、信号频率测量模块、浮点数算术运算模块、浮点数到BCD码转换模块、显示模块、按键功能模块