[实验报告]磁阻传感器和地磁场的测量

1、磁阻传感器和地磁的测量1 .实验目的掌握磁阻传感器的特性。掌握地磁的测量方法。2 .实验原理物质在磁场中电阻率变化的现象称为磁阻效应。 铁、钴、镍及其合金等磁性金属，在施加磁场与磁铁内部的磁化方向平行的情况下，电阻几乎不会因施加的磁场而变化； 如果施加磁场偏离金属的内部磁化方向，这种金属的电阻就会减少，这就是强磁性金属的各向异性磁阻效应。HMC1021Z型磁阻传感器由长且薄的坡莫合金(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)。 利用通常的半导体工艺，使铁镍合金薄膜附着在硅片上。 薄膜的电阻率取决于磁化强度和电流方向所成的角度，具有以下关系式这里，分别是

2、电流平行且垂直时的电阻率。 沿着铁镍合金带的长度方向流过一定的直流电流，在与电流垂直的方向施加外部磁场的话，合金带自身的电阻值发生很大变化，利用合金带的电阻值的变化，可以测量磁场的大小和方向。 同时在硅晶片上设计了两条铝制的电流带。 一个是位置和复位带，该传感器受到强磁场感应时会产生磁区饱和现象，另一个是也能用于位置和复位极性的偏置磁场带，产生偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分(施加磁场弱的情况下，磁阻的相对变化值与磁感应强度成为平方关系HMC1021Z磁阻传感器是能够测量与引脚平行方向的磁场的单边缘封装的磁场传感器。 传感器由4根铁镍合金的磁阻构成一个非平衡桥，在非平衡桥的输出部分连接运算

3、放大器，对信号进行放大输出。 传感器内部的结构如图6-8-2所示，图中适当配置的4个磁阻电流的方向不同，因此如果存在外部磁场，电阻值的变化就减少。 因此，输出电压可以用下式表示磁阻传感器的结构图像磁阻传感器内的惠斯顿桥一定的工作电压，例如HMC1021Z磁阻传感器的输出电压与外部磁场的磁感应强度成比例在上式中，是传感器的灵敏度，是应测量的磁感应强度。 施加磁场为零时传感器的输出量。亥姆霍兹线圈的特征因为在其轴线的中心点附近能够产生大范围的均匀磁场，所以常用作为弱磁场的标准磁场。 亥姆霍兹线圈的共同轴线中心点位置的磁感应强度上式中的n是线圈匝数(500匝)的亥姆霍兹线圈的平均半径真空磁导率。3

4、.实验顺序1 .把磁阻传感器放置在亥姆霍兹线圈的共同轴的中点上，使销和磁感应强度方向平行。 即，传感器的传感面与亥姆霍兹线圈的轴线垂直。 将亥姆霍兹线圈产生的磁场作为已知量来测量磁阻传感器的灵敏度。2 .将磁阻传感器平行固定在转台上，水平调整转台(可以用水平仪指示)。 使旋转盘水平旋转，传感器输出电压最大的方向，该方向是地磁的磁感应强度的水平分量的方向。 在记录此时的传感器输出电压之后，旋转转台，记录传感器输出最小电压，由此求出当地的磁场电平成分。3 .垂直调整带磁阻传感器的转台的平面，沿地磁的磁感应强度的水平成分的方向放置装置，只是使方向旋转900。 转动调节盘，记录传感器输出的最大值和最小

5、值的拨盘指示值和水平面的角度之和，同时记录该最大值和和。 根据磁梯度计算的值。根据4，计算地磁的磁感应强度的值。 计算地磁的垂直分量。4 .实验数据和数据处理测定传感器灵敏度k励磁电流I/mA磁感应强度B/10-4TPR PS平均U/mV正向U1/mV反向U2/mV10.00.45021.022.022.020.00.89942.044.043.030.01.3562.065.064.040.01.8084.090.087.050.02.2510711211060.02.68129132131如果用最小二乘法拟合，则K=49.1V/T的相关系数为r=0.998测定磁梯度体43043304404

6、430450453046046304704730u总/PS-1.14-1.13-1.13-1.13-1.13-1.13-1.13-1.13-1.14-1.14测量的磁倾斜角为450测量地磁b电压12345平均结果u平行U1/mV17.817.817.817.817.917.8u并行/mV=15.0b平行/T=0.30510-4U2/mV-12.2-12.3-12.2-12.2-12.2-12.2u总U1/mV23.723.723.823.823.823.8u合计/mV=20.1b合计/T=0.40910-4U2/mV-16.3-16.3-16.3-16.3-16.3-16.3b平行，b的磁梯度终于达到=arccosB平行/B总=4065 .实验结果首先测量了磁阻传感器灵敏度K=49.1V/T，相关系数r=0.998，因此最小二乘法拟合得到了比较理想的结果。 直接测定了磁倾斜角，测定了=450。 b平行，b间接测量=406。 与参考数据4434相比，相对误差分别为1%、11%，后者的误差较大。 武汉大学物理学院5楼的地磁水平强度为0.30510-4T，与参考数据0.34310-4T相比，相对误差为12%。