地磁场强度水平分量的测量

地磁场强度水平分量的测量五．数据记录与处理

由直线方程:y = 96.83x - 2.7357

斜率k=96.83

而k=2RB/uI u=4πx10-7R=0.105m I=0.05A

得B1=2.90x10-5T

由直线方程:y = 0.1595x - 0.0013

斜率k= 0.1595

而k=2RB/uN u=4πx10-7R=0.105m N=30

得B2=2.86x10-5T

平均值B=（B1+B2）/2

=（2.90x10-5+2.86x10-5）÷2

=2.88x10-5T

相对平均偏差d r=0.7%

六．误差分析

1，实验仪器不可能调到绝对水平，导致测量误差。

2，读数时，电流表示数时刻在改变导致误差。

3，在读取罗盘偏转角时，只精确到了整数位，导致误差。

地磁场水平分量的测量-实验

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z B ，⑹北向分量x B ，⑺东向分量y B 。 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：032 85a u N B b R = ? 【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

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

m m S N 与地球的旋转轴NS 斜交一个角度o 5.11,00≈θθ。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，即为地理纬线方向；z 轴垂直于地平面而指向地下。XOy 代表地平面。B 在xOy 平面上的投影//B 称为水平分量，水平分量所指的方向就是磁针北极所指的方向，即磁子午线的方向；水平分量偏离地理真北极的角度D 称为磁偏角，也就是磁子午线与地理子午线的夹角。由地理子午线起算，磁偏角东为正，西偏为负。B 偏离水平面的角度I 称为磁倾角。在北半球的大部分地区磁针的N 极下倾，而在南半球，则磁针的N 极向上仰，规定N 极下倾为正，上仰为负。B 的水平分量 //B 在x 、y 轴上的投影，分别称为北向分量x B 和东向分量y B ；B 在Z 轴上的投影z B 称为垂直分量。故某一地点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z B ，⑹北向分量 x B ，⑺东向分量y B 。 不难看出，它们是B 在各个坐标体系中的坐标值，比如z y x B B B ,,就是B 在直角坐标系中的坐标值，而,,//B B z D 和D 、//B 、I 则分别是B 在柱面坐标系和球坐标系中的坐标值，这三种坐标体系是彼此独立的，在它们之间，存在着如下的变换关系： z y x z y x B B B B B B tgI B B D B B D B B 2//2222//2//////,,,sin ,cos +=+==?=?= 图2

实验五 地磁场测定

实验五 地磁场测定 一．概述 地磁场作为一种天然磁源，在军事、航空、航海、工业、医学、探矿等科研中有着重要用途。本仪器采用新型坡莫合金磁阻传感器测量地磁场的重要参量，通过实验可以掌握磁阻传感器定标以及测量地磁场水平分量和磁倾角的方法，了解测量弱磁场的一种重要手段和实验方法，本仪器与其他地磁场实验仪(如正切电流计测地磁场实验仪)相比具有以下优点： 1．实验转盘经过精心设计，可自由转动，方便地调节水平和铅直。内转盘相隔ο180，具有两组游标，这样既提高了测量精度，又消除了偏心差。 2．新型磁阻传感器的灵敏度高达50V/T ，分辨率可达8710~10--T ，稳定性好。用本仪器做实验，便于学生掌握新型传感器定标，及用磁阻传感器测量弱磁场的方法，测量地磁场参量准确度高； 3．本仪器不仅可测地磁场水平分量，而且能测出地磁场的大小与方向，这是正切电流计等地磁场实验仪所不能达到的。 本仪器可用于高校、中专的基础物理实验、综合性设计性物理实验及演示实验。 二．仪器技术要求 1．磁阻传感器 工作电压 6V ，灵敏度50V/T 2．亥姆霍兹线圈 单只线圈匝数N=500匝，半径10cm. 3．直流恒流源 输出电流0—200.0mA 连续可调 4．直流电压表 量程0—19.99mV ，分辨率0.01mV

5．测量地磁场水平分量不确定度小于3% 6．测量磁倾角不确定度小于3% 7．仪器的工作电压AC 220±10V 三．仪器外型

FD-HMC-2型 磁阻传感器与地磁场实验仪 (以下实验讲义和实验结果由复旦大学物理实验教学中心提供) 一．简介 地磁场的数值比较小，约510-T 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量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。 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 )()(⊥⊥-+=∥ （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

地磁场水平分量的测量解读

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m m S N 与地球的旋转轴NS 斜交一个角度o 5.11,00≈θθ。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， 即为地理纬线方向；z 轴垂直于 地平面而指向地下。XOy 代表地 平面。B 在xOy 平面上的投影//B 称为水平分量，水平分量所指的 方向就是磁针北极所指的方向，即磁子午线的方向；水平分量偏离地理真北极的角度D 称为磁偏角，也就是磁子午线与地理子午线的夹角。由地理子午线起算，磁偏角东为正，西偏为负。B 偏离水平面的角度I 称为磁倾角。在北半球的大部分地区磁针的N 极下倾，而在南半球，则磁针的N 极向上仰，规定N 极下倾为正，上仰为负。B 的水平分量//B 在x 、y 轴上的投影，分别称为北向分量x B 和东向分量y B ；B 在Z 轴上的投影z B 称为垂直分量。故某一地点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z B ，⑹北向分量x B ，⑺东向分量y B 。 不难看出，它们是B 在各个坐标体系中的坐标值，比如z y x B B B ,,就是 图 1

地磁场及其基本要素

第一节地磁场及其基本要素 地磁场：地球周围存在的磁场。 地磁场三要素: 磁感应强度磁偏角磁倾角 磁感应强度 为某地点的磁力大小的绝对值，（磁场强度） 是一个具有方向（磁力线方向）和大小的矢量 一般在磁两极附近磁感应强度大（约为60μT（微特拉斯）；在磁赤道附近最小（约为30μT ） 磁偏角 是磁力线在水平面上的投影与地理正北方向之间形成的夹角，即磁子午线与地理子午线之间的夹角。 磁偏角的大小各处都不相同。在北半球，如果磁力线方向偏向正北方向以东称为东偏，偏向正北方向以西称为西偏。 我国东部地区磁偏角为西偏，甘肃酒泉以西地区为东偏。 磁轴与地球自转轴的夹角现在约为11.5度，1980年实测的磁北极位于北纬78.2度、西经102.9度（加拿大北部），磁南极位于南纬65.5度，东经139.4度（南极洲）。 长期观测证实，地磁极围绕地理极附近进行着缓慢的迁移。 磁倾角 是指磁针北端与水平面的交角。通常以磁针北端向下为正值，向上为负值。 地球表面磁倾角为零度的各点的连线称为地磁赤道；由地磁赤道到地磁北极，磁倾角由0°逐渐变为+90°；由地磁赤道到地磁南极，磁倾角由0°变成-90°。

地球的磁场强度矢量余地磁要素 地磁倾角 （二）地磁场的组成 地磁场由基本磁场、变化磁场和磁异常三个部分组成。在地球中心假定的磁柱被称为磁偶极子，由它产生的偶极子磁场占地磁场成分的95%以上，是构成稳定地磁场的主体，即地球的基本磁场。基本地磁场的强度在地表附近较强，向上在空气中逐渐减弱。说明它主要为地内因素所控制。 变化磁场 表现为日变化、年变化、多年(短周期或长周期)变化以及突发性变化 主要由于来自地球外部的带电粒子的作用（非偶极磁场，叠加在基本磁场上） 太阳是这些带电粒子流的主要来源，而当它的表面出现黑子、耀斑(活动特别强烈的区域)并正对着地球时，便会把大量带电的粒子抛向地球，使迭加在基本磁场上的变化磁场突然增强，使地磁场发生大混乱，出现磁暴。地球两极常在随后出现奇异的极光，这也是太阳抛射来的带电粒子流为地磁极吸引。 地球磁层 仪器探测证实了地磁场形成一个在高层大气之外，形状类似慧星的磁性包层，这就是地球磁层。 太阳风与地磁场相持不下所形成的曲面是磁层的边界，叫做磁层顶.在朝太阳的一侧，磁层顶离地心约有5万多到7万多km远；背着太阳的一侧，可能是这些数字的100倍以上。 磁层的形成，使地球磁场拦截了太阳辐射来的带电粒子，还有来自宇宙的射线，使它们

地磁场测量的意义

地磁测量的重要意义 地磁场的特点 由于地球本身具有磁性，所以地球及附近的空间存在着磁场, 这个磁场就是地磁场。地磁场是地球的基本资源之一，与人类生活息息相关，它在地球科学、航空航天、资源探测、交通通讯、国防建设、地震预报等领域有着重要的应用。正是因为地磁场有如此重要应用价值，人们对地磁场的测量又迫切的需求。因此，磁场的测量已成为热点课题之一[1]。可以将地磁场近似地看作是地球中心有一个磁铁棒放，它的Ｎ极大体上对着南极，从而产生的磁场，其磁感线性状如图1.1所示。事实上，地球磁场的产生是通过电流在导电液体核中流动的发电机效应产生磁场的。 图1.1 地球磁场示意图 地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分，它们是不同的两种磁场。基本磁场是地磁场的主要组成部分，它源于地球的内部，相对来说比较稳定，变化缓慢。变化磁场起源于地球外部，并且很微弱[2]。 地磁场是一个向量场。常用的地磁参量有7个，即地磁场总强度F，地磁场的水平强度H，垂直强度Z，X和Y分别为水平强度的北向和东向分量，D和I 分别为磁偏角和磁倾角。其中以磁偏角的观测历史为最早。

在地磁场观测中，通常用三个参量来表示地磁场的方向和大小： (1)磁偏角A，即地球表面任一点的地磁场磁感应强度矢量B所在的垂直平面（地磁子午面）与地理子午面之间的夹角； (2) 磁倾角Φ，即地磁场磁感应强度矢量B与水平面之间的夹角； (3) 地磁场磁感应强度的水平分量B，即地磁场磁感应强度矢量B在水平面 上的投影[3]。 地磁场的重要应用 地磁场数值较小约0. 5 ×10- 4T，其强度与方向也随地点而异。地磁场被视 为地球的一种重要的天然磁源，它在国家科研中有着重要用途。在地球科学的研究中，作为以地球系统的过程与变化及其相互作用为研究对象的基础学科，研究和掌握地磁场的固有特性及其变化规律是地球科学研究的重要内容。在交通运输方面，可以通过检测由于车辆干扰而引起的地磁场的变化来反应车辆本身的特点及运动情况[4]。 除此之外，地磁还可以用于石油定向斜井钻井中；在海洋中，进行地磁测量可以保证航海的安全、海洋工程建设及了解海底构造；在陆地上，人们通过大规模的地磁测量及分析地磁偏角的变化去测定强磁性铁矿床、弱磁性铁矿床以及铜、镍、铬、金刚石等各种矿石的分布；在科学研究方面，地磁测量有助于人类了解地球的成因和延边过程，掌握火山的活动规律，地震预报等[5]；在军事上，可以作为战场环境重要参数对军事斗争的前期准备、部队战斗力的发挥都具有重要意义。 目前国内外在石油开采中，大都利用地磁测量和地磁偏角进行地下储油分布及及其构造的探测。 虽然人们天天生活在地球磁场的影响下，但是我们却无法靠自身的五官来感受和估计地磁场的大小和方向。所以利用地球磁场固有特点，设计和制备应用于地磁测量的磁性传感器，这对于地球科学、航天航空、资源探测、交通运输、空间天气、测绘等诸多技术领域都拥有巨大的应用价值。

地磁场和磁场中的临界极值问题

地磁场和磁场中的临界极值问题 问题一、地磁场 1、下列关于地磁场的描述正确的是（） A.指南针总是指向南北是因为受到地磁场的作用 B.地磁两极与地理两极完全重合 C.地球周围的地磁场的磁感线是从地磁南极出发到地磁北极 D.我国宋代学者沈括正确找到了地磁场产生的原因 2、科考队进入某一磁矿区域后，发现指南针原来指向正北的N极逆时针转过30°（如 图的虚线），设该处的地磁场磁感应强度水平分量为B，则磁矿所产生的磁感应强度 水平分量的最小值为（） A．B B．2B 3、指南针是我国古代的四大发明之一。当指南针静止时，其N极指向如图1虚线(南北向)所示，若某一条件下该指南针静止时N极指向如图实线(N极北偏东向)所示。则判断正确的是() A．可能在指南针上面有一导线东西放置，通有东向西的电流 B．可能在指南针上面有一导线东西放置，通有西向东的电流 C．可能在指南针上面有一导线南北放置，通有北向南的电流 D．可能在指南针上面有一导线南北放置，通有南向北的电流 4、已知龙岩市区地磁场磁感应强度B约为4.0×10－5T，其水平分量约为3.0×10－5T。若龙岩市区一高层建筑安装了高50 m的竖直金属杆作为避雷针，在某次雷雨天气中，当带有正电的乌云经过避雷针的上方时，经避雷针开始放电，某一时刻的放电电流为1.0×105 A，此时金属杆受到地磁场对它的安培力方向和大小分别为() A．方向向东，大小约为150 N B．方向向东，大小约为200 N C．方向向西，大小约为150 N D．方向向西，大小约为200 N 5、每时每刻都有大量宇宙射线向地球射来，地磁场可以改变射线中大多数带电粒子的运动方向，使它们不能到达地面，这对地球上的生命有十分重要的意义。假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来，在地磁场的作用下，它将( ) A．向东偏转B．向南偏转C．向西偏转D．向北偏转 6、2010年地球再次受到“太阳风暴”袭击，如图所示，在“太阳风暴”中若有一个质子以3.6×105 km/h速度垂直射向北纬60°的水平地面，经过此地面上空100 km处时，质子速 度方向与该处地磁场方向间的夹角为30°，该处磁感应强度B＝6×10－5T(e＝ 1.6×1019C)，则() A．该质子在此处受洛伦兹力方向向东，大小约为5×10－19N B．该质子一定会落到北纬60°的地面上

全国各地区地磁场强度表

磁场： 磁场，物理概念，是指传递实物间磁力作用的场。磁场是一种看不见、摸不着的特殊的场。磁场不是由原子或分子组成的，但磁场是客观存在的。磁场具有波粒的辐射特性。磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的，所以两磁体不用在物理层面接触就能发生作用。电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或电场的变化而产生的。 用现代物理的观点来考察，物质中能够形成电荷的终极成分只有电子（带单位负电荷）和质子（带单位正电荷），因此负电荷就是带有过剩电子的点物体，正电荷就是带有过剩质子的点物体。运动电荷产生磁场的真正场源是运动电子或运动质子所产生的磁场。例如电流所产生的磁场就是在导线中运动的电子所产生的磁场。 地磁场： 地磁场是指地球内部存在的天然磁性现象。地球可视为一个磁偶极（magnetic dipole），其中一极位在地理北极附近，另一极位在地理南极附近。通过这两个磁极的假想直线（磁轴）与地球的自转轴大约成11.3度的倾斜。地球的磁场向太空伸出数万公里形成地球磁圈引力。地球磁圈对地球而言有屏障太阳风所挟带的带电粒子的作用。地球磁圈在白昼区(向日面)受到带电粒子的力影响而被挤压，在地球黑夜区（背日面）则向外伸出。 概述：

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，起源于固体地球内部，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，主要起源于固体地球外部，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，而是直射地球。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。 地磁场强度大约是0.5-0.6高斯，也就是5-6*E-5特斯拉（50-60μT）。

全国各地区地磁场强度表

水平分量（高斯）重力分量（高斯）北京0.300.45上海0.350.35哈尔滨0.26 0.48南京0.34 0.36青岛0.30 0.40广州0.38 0.24香港0.37 0.22武汉0.34 0.36西安0.36 0.40郑州0.38 0.35厦门0.350.22椎骨0.260.42横滨0.300.33韩国首尔0.310.39阿曼0.350.24菲律宾马尼拉0.38 0.12越南胡志明市0.41 0.03缅甸仰光0.41 0.14泰国曼谷0.415 0.07马来西亚girongpo 0.40 -0.10新加坡0.40 -0.10印度尼西亚雅加达0.37 -0.24印度新德里0.350.30斯里兰卡科伦坡0.400.00巴基斯坦卡拉奇0.350.26伊朗德黑兰0.280.36土耳其伊斯坦布尔0.250.37黎巴嫩贝鲁特0.300.30伊拉克巴格达0.300.30以色列0.30 0.35科威特0.31 0.30利雅得0.34 0.22阿联酋迪拜0.34 0.22蒙古乌兰巴托0.22 0.54孟加拉国达卡0.38 0.24巴林0.31 0.30埃及开罗0.30 0.26尼日利亚拉各斯0.34 0.04利比亚的黎波里0.28 0.25阿尔及利亚阿尔及尔0.26 0.30苏丹喀土穆0.350.07塞内加莱达喀尔0.310.10加纳阿克拉0.3 10.04中国日本世界国家/地区亚洲和非洲著名国家的地磁场清单地区水平分量（Gauss）重力直接分量（Gauss）世界国家/地区清单-南非约翰内斯堡0.14 -0.28喀麦隆0.320.08迈阿密0.26 0.36锚地0.15 0.55檀香山0.29 0.22纽约0.17 0.53洛杉矶0.26 0.42旧金山0.26 0.44达拉斯，德克萨斯州0.250.44蒙特利尔0.150.54温哥华0.18 0.53墨西哥城0.30 0.32古巴哈瓦那0.270.40危地马拉0.31 28圣何塞哥斯达黎加0.31 0.24巴拿马巴拿马0.30 0.24牙买加0.27 0.31委内瑞拉加拉加0.28 0.25哥伦比亚波哥大0.30 0.20厄瓜多尔基多

地磁场水平分量的测量

地磁场水平分量的测量 地磁场的数值比较小，约T 105-数量级，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.掌握各向异性磁阻传感器的原理和特性 2.了解各向异性磁阻传感器测量磁场的基本原理 3.学会用磁阻传感器测定地磁场 【实验仪器】 地磁场实验仪、底座、转轴，带角度刻度的转盘、磁阻传感器的引线、亥姆霍磁线圈 【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片上，如图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： θρ-ρ+ρ=θρ⊥⊥2cos )()(∥ （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。 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

地磁场水平分量的测量知识讲解

地磁场水平分量的测

地磁场水平分量的测量 地磁场的数值比较小，约10 5T数量级，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.掌握各向异性磁阻传感器的原理和特性 2.了解各向异性磁阻传感器测量磁场的基本原理 3.学会用磁阻传感器测定地磁场 【实验仪器】 地磁场实验仪、底座、转轴，带角度刻度的转盘、磁阻传感器的引线、亥姆霍磁线 圈 【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 着在硅片上，如图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，具有以下关系式： 2 （）（// ）cos （1）其中//、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，非平衡电桥输出部分接集成运算放大器，将

地磁场的测定

地磁场的测定 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。所以我们研究小组将对地磁场进行一系列的测定。下面我先对地磁场进行一些简单的介绍： 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。大量的事实和证据表明，地磁场的磁极曾经互换过。 地磁场不是毫无变化的，它的强度与地磁极位置会改变。科学家发现，地磁极会周期性地逆反定向，这过程称为地磁反转。最近一次的反转是大约78万年前的布容尼斯－松山反转（Brunhes–Matuyama reversal）。对于澳大利亚红英安岩和枕状玄武岩的古地磁学（paleomagnetism）研究发现，地磁场的存在，估计至少已有35亿年之久[1]。地磁场会在太空与太阳风和其它带电粒子群流互相作用，因而形成磁层。地球磁层并不是球状的，在面对太阳的一面，其边界离地心的距离约为七万千米（随太阳风强度的不同而变化）。 磁极的位置 特性 地表上的地磁场强度并不均匀，强度因地理位置而有所变化：从0.3高斯（南美地区和南非）到0.6高斯（加拿大的磁北极附近，澳大利亚南部和一部分西伯利亚地区）。 地磁场类似磁铁棒，但是这种相似只是粗略的。磁铁棒或是其它永久磁铁的磁场是由于铁原子中的电子有序的运动而形成的。然而，地核的温度高于居里点（铁的居里点：绝对温度1043K），铁原子的电子轨道的方向会变得随机化，这样的

地磁场水平分量的测量

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。 地磁场强度大约是0.5-0.6高斯，也就是5-6*E-5特斯拉（50-60μT）。 【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 【实验原理】： 亥姆霍兹线圈（Helmholtz coil）是一 种制造小范围区域均匀磁场的器件。由于亥 姆霍兹线圈具有开敞性质，很容易地可以将 其它仪器置入或移出，也可以直接做视觉观 察，所以，是物理实验常使用的器件。因德 国物理学者赫尔曼·冯·亥姆霍兹而命名。

地磁场测定实验

地磁场的测量 一、实验目的 1．掌握坡莫合金磁阻传感器的定标 2．测量地磁场水平分量和磁倾角的方法 二、实验仪器 FD-HMC-2型磁阻传感器与地磁场实验仪 三、实验原理 地磁场作为一种天然磁源，在军事、航空、工业、医学、探矿等科研中有着重要用途。地磁场的数值比较小，约5 10-T量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往要知道其数值，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量地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平和垂直分量；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，因而在弱磁测量方面有广泛应用前景。 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，镍及合金等磁性金属，当外加磁场平行与磁体部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各相异性磁阻效应。 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 ρ依半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图1所示。薄膜的电阻率) (θ 赖于磁化强度M和电流I方向间的夹角θ，具有以下关系公式

θρρρθρ2//cos )()(⊥⊥-+= 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发生较大的变化，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 型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。传感器部结构如图2所示。图2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 U R R U ?=)(? 对于一定的工作电压，如b U =5.00V ，HMC1021Z 型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 式中，K 为传感器的灵敏度，B 为待测磁感应强度。0U 为外加磁场为零时传感器的输出量。 本实验先利用亥姆霍兹线圈产生的磁场对传感器进行定标，求出传感器的灵敏度K ，然后，根据传感器的电压输出，求地磁场。 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 2305 8R NI B μ= 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，0μ为真空磁导率。本实验亥姆霍兹线圈每个线圈匝数N =500匝，线圈的半径R =10cm ；真空磁导率270/104A N -?=πμ 亥姆霍兹线圈轴线上中心位置的磁感应强度为（二个线圈串联） I I R NI B 42372301096.445 100.0500104858--?=?????==πμ 式中，B 为磁感应强度，单位T （特斯拉）；I 为通过线圈的电流，单位A （安培）。 四、仪器简介

地磁场的测量

实验6. 地磁场的测量 一、实验目的 1.了解地球磁场及其分布特点 2.了解磁力计的工作原理 3.学习phyphox软件测量地磁场的方法 二、实验仪器 智能手机、phyphox软件、计算器 三、实验原理 1.地磁场的分布 如图1所示，地球的磁场象一个条形磁体一样由磁南极指向磁北极。在磁极点处磁场和当地的水平面垂直，在赤道磁场和当地的水平面平行，所以在北半球磁场方向倾斜指向地面。用来衡量磁感应强度大小的单位是Tesla（国际单位）或者Gauss（1Tesla=10000Gauss）。随着地理位置的不同，通常地磁场的强度是0.4-0.6 Gauss。需要注意的是，磁北极和地理上的北极并不重合，通常他们之间有11度左右的夹角。

图1 地磁场分布图 地磁场是一个矢量，对于一个固定的地点来说，这个矢量可以被分解为两个与当地水平面平行的分量和一个与当地水平面垂直的分量。如果保持电子罗盘和当地的水平面平行，那么罗盘中磁力计的三个轴就和这三个分量对应起来，如图2所示。 图2 地磁场矢量分解示意图 2.磁力计基本工作原理 在LSM303DLH中磁力计采用各向异性磁致电阻（Anisotropic Magneto-Resistance）材料来检测空间中磁感应强度的大小。这种具有晶体结构

的合金材料对外界的磁场很敏感，磁场的强弱变化会导致AMR自身电阻值发生变化。 在制造过程中，将一个强磁场加在AMR上使其在某一方向上磁化，建立起一个主磁域，与主磁域垂直的轴被称为该AMR的敏感轴，如图3所示。为了使测量结果以线性的方式变化，AMR材料上的金属导线呈45o角倾斜排列，电流从这些导线上流过，如图4所示。由初始的强磁场在AMR材料上建立起来的主磁域和电流的方向有45o的夹角。 图3 AMR材料示意图 图 4 45度角排列的导线 当有外界磁场Ha时，AMR上主磁域方向就会发生变化而不再是初始的方向了，那么磁场方向和电流的夹角θ也会发生变化，如图5所示。对于AMR材料来说，θ角的变化会引起AMR自身阻值的变化，并且呈线性关系，如图6所示。 图5 无外磁场、有外磁场(Ha)时夹角的变化

用磁阻效应测量地磁场

用磁阻效应测量地磁场 地磁场的数值比较小，约10－5 T 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量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征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。 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。 本实验所用得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1所示。薄膜的电阻率ρ（θ）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 2()()cos ρθρρρθ⊥⊥=+-P （1） 其中ρP 、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2所示。图2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 out b R U U R ???=? ??? （2） 图1 磁阻传感器的构造示意图 图2 磁阻传感器内的惠斯通电桥 对于一定的工作电压，如U b =5.00V ，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：

地磁场水平分量测量

地磁场水平分量的测量 【实验目的及要求】 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 【仪器及用具】 亥姆霍兹线圈、罗盘、直流稳压电源、电阻值、直流电流表、换向开关、水准器 【实验原理】 1、 地磁场 地球是一个大磁体，地球本身及其周围空间存在着磁场叫做“地球磁”，又称“磁场场”，其主要部分是一个偶极场。地心磁偶极子轴线与地球表面的两个交点成为地磁极，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m N 、m S 与地球的旋转轴NS 斜交一个0θ，0θ≈11.50，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。 2.利用正切电流计原理，测定地磁场的水平分量G B 。 从电学的右手定则可以知道，当线圈中通过电流流过时，线圈的周围就会产生一定量的磁场，右手握拳，假设四个小手指所环绕的方向就是电流的流向，那么大拇指所指的方向就是磁场的方向。 当大地磁场R B 正交，两个矢量相加后产生磁场矢量为C B 它们之间存在以下关系： G R B ctg B θ=? 圆环线圈产生的磁场，在轴线上磁场强度计算公式为： 3 2 2 22 1()2R uNR I B R x =+ 由此可知，矢量相加后的磁场 C B 大小与圆环线圈产生的磁场强度及大地磁场G B 强度及它们之间的夹角有关。 圆环线圈产生的磁场计算公式已经在上面给出。 G O x

【实验方案设计】 测量： 1.分别测量电流源输出50mA 时，圆环线圈在10匝、20匝、30匝、50匝、100匝是的罗盘转角。 2.将电流源接到30匝线端子上，调节电流大小，分别测量20mA 、40mA 、60mA 、80mA 、100mA 、150mA 时的罗盘转角。 调节方法： 1.实验开始前，将电流源输出旋钮调到最小位置上 2.调整机架，使罗盘指针和线圈轴线基本在一垂线上 3.将测试仪电流输出端子连接圆环线圈选定匝数的接线端上 【实验过程】 1.连接好线，调节正切电流计底座脚螺丝使水准器气泡调节至中间，这会使罗盘位于水平位置，这样线圈平面就铅直了 2.旋转整个正切电流计装置使线圈平面与罗盘磁针平行，即使线圈平面与地磁子午面一致，并使磁针的N 极指向“0”刻度线，这样线圈通电后由线圈产生的磁场B G 与地磁水平分量B R 相互垂直。 3.旋转电流调节旋钮，改变通入正切电流计的电流值，从罗盘上读得磁针的偏转角1θ，为了消除罗盘磁针偏心误差，需从罗盘商读的两个读数1θ，2θ，通过调节接线使电流换向，同样在罗盘上又可读3θ、4θ，则偏转角 12341 ()4 θθθθθ=+++ 5.固定电流值，使输出电流I=50mA,使线圈匝数分别为10匝、20匝、30匝、50匝、100匝，同样方法读出1θ、2θ、3θ、4θ 4个读数。 6.固定线圈匝数N=30，使输出电流分别为20mA 、40mA 、60mA 、80mA 、100mA 、150mA ，读出1θ、2θ、3θ、4θ 4个读数。 7.测得一系列的偏转角θ值。作I~tan θ图，由图线求出斜率b 值，代入 3 2 05t a n 8a RB I u N θ = 即可求得地磁场水平分量为 032 85a u N B b R = ? 【实验结果及数据处理】

一种海洋环境地磁场三分量的测量方法

文章编号:1009-3486(2005)06-0080-04 一种海洋环境地磁场三分量的测量方法 3 闫 辉,肖昌汉 (海军工程大学电气与信息工程学院,湖北武汉430033) 摘 要:提出了一种利用安装在舰船上的三分量磁传感器进行地磁场测量的方法.从理论上解决了在任意舰船姿态下,消除测量中舰船磁场干扰的问题.为测量船在海上测量地磁场的三分量奠定了理论基础.根据我国舰船普遍安装的导航设备的精度,进行了计算机仿真.从仿真结果看,其误差不超过50nT ,能够满足舰载消磁系统对三分量磁场的精度要求. 关键词:地磁场;测量船;消磁系统 中图分类号:T M 154.3 文献标识码:A A method of measuring three component geomagnetic field on ocean YAN H ui,XIAO Chang han (College of Electrical and Information Engineering,Naval Univ.of Engineering,Wuhan 430033,China)Abstract:A m ethod is presented to measure the three component geom ag netic field w ith a magnetic sensor equipped on a ship.It theor etically so lves the pro blem of how to eliminate the disturbance of the ship s magnetic field in any moving condition,and constructs the theor etical base for surveying ships to measure the three co mponent geom ag netic field at sea.A sim ulation is do ne according to the precision of the navig ation systems that are equipped on ships in o ur countr y.T he result of the simu lation can reach 50nT in precisio n,w hich can m eet the requir ed pr ecision of the degaussing sy stem on ship. Key words:magnetic field;surveying ship;degaussing sy stem 测地磁消舰磁 是舰载消磁系统所采用的消磁方法,但对有些舰船来讲,安装磁传感器难度较大.如果能够预先测量出舰船航行海域的地磁场值并建立数据库,那么舰船在航行的过程中就可以根据当地的地磁场值进行消磁系统的电流调整,从而改善舰载消磁系统的控制方法. 目前,地磁场数据的获得主要是通过建立地磁模式组的方法.国际地磁学与高空大气物理学协会(IAGA)的一个专门小组每5年公布一次国际地磁参考场(IGRF),我国则每10年出版一次中国地磁图[1].这2种地磁场模型的建立,其数据大都来自陆地上的地磁台站,而海洋上特定地点的地球磁场还受当地的地理构造等诸多因素的影响而具有特殊性.这就导致了全球地磁场模型和局部地磁场模型都不能及时准确地描述海洋地磁场.因此,用于舰载消磁系统的电流调整时造成的误差比较大.为了更准确地获得海洋上特定地点的地磁场值,可以在海上进行实地测量. 目前,在海上进行的磁场测量主要是获得磁场总量[2],但在舰载消磁系统进行跨纬度调整等应用中,需要的却是三分量的地磁场[3].磁场的三分量值可以利用安装在舰船桅杆上的三分量磁传感器来测量,但这样测得的磁场值并不是地磁场值,而是一个包含了舰船本身磁场和传感器自身干扰的复杂的磁 第17卷 第6期 2005年12月 海军工程大学学报 JO U RN A L OF NA V A L U NI VERSIT Y O F EN GIN EERIN G Vo l.17 No.6 Dec.2005 3收稿日期:2005 06 10;修订日期:2005 07 12 作者简介:闫 辉(1978 ),男,硕士生.