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1、实验报告模板磁阻传感器和地磁场的测量磁阻传感器和地磁场的丈量一实验目的掌握磁阻传感器的特征。掌握地磁场的丈量方法。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。关于铁、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能够丈量二维或三维磁场)。它利用往常的半导体工艺，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()依靠于磁化强度M和电流I
2、方向间的夹角，拥有以下关系式()()cos2此中、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必定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自己的阻值会生较大的变化，利用合金带阻值这一变化，能够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，该传感器碰到强磁场感觉时，将产生磁畴饱和现象，也能够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，赔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觉强度成平方关系)，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，
3、它能丈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均衡电桥，非均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，图中因为适合配置的四个磁电阻电流方向不同样，当存在外界磁场时，Vb偏置磁场惹起电电流R-RR+阻值变铝合金带外加磁场RVoutR+-R化有增外加磁场+RR玻莫合金薄膜有减。因而输出电压Uout能够用下式表示为UoutRVbR磁阻传感器的结构表示图磁阻传感器内的惠斯通电桥关于必定的工作电压，如b6.00，HMC1021Z磁阻传感器输出电压Uout与外VV界磁场的磁感觉强度成正比关系，UoutU0KB上式中，K为传感器的敏捷度，B为待测磁
4、感觉强度。U0为外加磁场为零时传感器的输出量。因为亥姆霍兹线圈的特色是能在其轴线中心点邻近产生较宽范围的均匀磁场区，因此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觉强度为：B0NI844.96104IR53/2上式中N为线圈匝数（500匝）；亥姆霍兹线圈的均匀半径R10cm；真空磁导率04107N/A2。三实验步骤1、将磁阻传感器搁置在亥姆霍兹线圈公共轴线中点，并使管脚和磁感觉强度方向平行。即传感器的感觉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，丈量磁阻传感器的敏捷度K。2、将磁阻传感器平行固定在转盘上，调整转盘至水平(可用水平器指示)。水平旋转转盘，找到传
5、感器输出电压最大方向，这个方向就是地磁场磁感觉强度的水平重量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U1U2/2KB，求适合地地磁场水平重量B。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觉强度水平重量B方向搁置，不过方向转900。转动调理转盘，分别记下传感器输出最大和最小时转盘指示值和水平面之间的夹角1和2，同时记录此最大读数U1和U2。由磁倾角(12)/2计算的值。4、由直重量U1U2/2KB，计算地磁场磁感觉强度B的值。并计算地磁场的垂BBsin。四实验数据与数据办理丈量传感器敏捷度K励磁电流I/mA磁感觉强度U/mV均匀|U
6、|/mVB/10-4T12正向U/mV反向U/mV10.0045021022022020.0089942044043030.013562065064040.018084090087050.022510711211060.0268129132131用最小二乘法拟合，得K=49.1V/T有关系数为r=0.998丈量磁倾角 43043304404430450453046046304704730U总-1.14-1.13-1.13-1.13-1.13-1.13-1.13-1.13-1.14-1.14/mV测得磁倾角为450丈量地磁场B电压12345均匀结果U/mV17.817.817.817.817.9
7、17.8-4平行1?B/T=0.30510U平行U2/mV-12.2-12.3-12.2-12.2-12.2-12.2|U平行|/mV=15.0U总U1/mV23.723.723.823.823.823.8-4?B总/T=0.409102-16.3-16.3-16.3-16.3-16.3-16.3|U总|/mV=20.1U/mV由 B平行，B总算得磁倾角为=arccosB平行/B总=406五实验结果第一测得了磁阻传感器敏捷度K=49.1V/T，有关系数为r=0.998，因此最小二乘法拟合获取了比较理想的结果。直接测磁倾角测得=450。由B平行，B总间接测得=406。与参照数据4434相比，相对
8、偏差分别为1%，与11%，后者偏差较大。测得武汉大学物理学院5楼处地磁场水平强度为0.30510-4T，与参照数据0.34310-4T对比，相对偏差为12%。测得地磁场总强度为0.40910-4。六偏差剖析因为在室内进行办理，四周的铁磁性物质及建筑物都会对地磁场造成影响。别的还有仪器偏差，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丈量会显示不一样的值。内容总结（1）磁阻传感器和地磁场的丈量一实验目的掌握磁阻传感器的特征（2）关于铁、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（3）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（4）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，该传感器碰到强磁场感觉时，将产生磁畴饱和现象，也能够用来置位或复位极性
