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地磁场水平分量的测量 实验

地磁场水平分量的测量 实验
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:03

285a 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

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

//

2

2

2

2

//

2//////,,

,

sin ,cos +=+==?=?=

图2

I

B I B B z csc sec //?=?=;

x

y B B tgD =

(1)

如果知道其中独立的三个,其它四个就可以计算出来。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。

3.2利用正切电流计算原理,测定地磁场的水平分量//B 我们利用亥姆霍兹线圈制成一台正切电流计,亥姆霍兹线圈是一对相同的圆形线圈,彼此平行而且共轴,两线圈平行放置,绕行方向一致,相互串联,其线圈的间距等于线圈的半径。

在中心点附近较大范围内的磁场是相当均匀的,亥姆霍兹线圈在低磁场情况下既做磁化线圈,产生给定的磁场,又可做为弱磁场的计量基准,在较大的空间范围内,由于空间场的不均匀性引起的误差是很小的。在亥姆霍兹线公共轴线的中点处,水平放置一罗盘,即构成了正切电流计,如图3示。 在通电前,先将线圈平面与罗盘指针相平行,即线圈平面与地磁子午面一致。然后在线圈中通以直流电,亥姆霍兹线圈产生的B ’必和地磁场的水平分量//B 相垂直,罗盘之中的磁针就在B ’、//B 两磁场所产生的磁力矩同时作用下偏离地磁子午面,与磁子午面成一定的角度θ,如图4所示。 由图可知

θ

tg B B =//

' (2)

亥姆霍兹线中点的磁场为 2

3

5

8'?

=

R

NI

B μο (3)

式中:N 为线圈的匝数,R 为线圈的平均半径,I

为流经线圈的电流强度,

3

图4

2

7

/10

4A

N -∏?=μο将(29-2)式代入(1)式得θ

μοtg R NI B ?

=

2

/3//

5

8 (4)

即 θ

θμοKtg tg N B R I ==

85

//

2

/3 (5)

式中N

B R K

μο85

//

2

/3=

。对于同一个测量地点和给定的正切电流计,N R B 和,//均为不变

值,故K 为一常量。

由(5)式可知,流过电流计的电流强度与磁针偏转角θ的正切成正比。因此这种电流计称为正切电流计。若能测得流过正切电流计的电流I ,与罗盘指针的偏转角θ,即能测得地磁的水平分量//B 值。 4、 实验内容

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,固定线圈匝

数N=700,使输出电流分别为1mA 、2mA 、3mA 、4mA 、5mA 、10mA 、15mA 、20mA ,读出1θ、2θ、3θ、4θ 4个读数。

4.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

图5

3

205tan 8a RB I u N

θ

=

即可求得地磁场水平分量为

\03

2

85a u N

B b

R

=

?

5.实验结果

N=700匝 R=95 mm

tan θ~I 图

由图线得斜率b=4.44

03

2

85a u N

B b

R

=

?

=8×4π

×10-7

×700×4.44/(51.5

×95)=2.925×10-5

(T )

6.实验结论与分析

本次实验测得的地磁场水平分量为2.925×10-5特斯拉,但因为实验者对实验器材及操作方法不太熟悉对实验结果造成了一定的误差。

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

北京大学物理实验报告:霍尔效应测量磁场(pdf版)

霍尔效应测量磁场 【实验目的】 (1) 了解霍尔效应的基本原理 (2) 学习用霍尔效应测量磁场 【仪器用具】 仪器名参数 电阻箱? 霍尔元件? 导线? SXG-1B毫特斯拉仪±(1% +0.2mT) PF66B型数字多用表200 mV档±(0.03%+2) DH1718D-2型双路跟踪稳压稳流电源0~32V 0~2A Fluke 15B数字万用表电流档±(1.5%+3) Victor VC9806+数字万用表200 mA档±(0.5%+4) 【实验原理】 (1)霍尔效应法测量磁场原理 若将通有电流的导体至于磁场B之中,磁场B(沿着z轴)垂直于电流I S(沿着x轴)的方向,如图1所示则在导体中垂直于B和I S方向将出现一个横向电位差U H,这个现象称之为霍尔效应。 图 1 霍尔效应示意图 若在x方向通以电流I S,在z方向加磁场B,则在y方向A、A′两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场.当载流子所受的横向电场力F E洛伦兹力F B相等时: q(v×B)=qE 此时电荷在样品中不再偏转,霍尔电势差就有这个电场建立起来。 N型样品和P型样品中建立起的电场相反,如图1所示,所以霍尔电势差有不同的符号,由此可以判断霍尔元件的导电类型。

设P型样品的载流子浓度为p,宽度为w,厚度为的d。通过样品电流I S=pqvwd,则空穴速率v=I S/pqwd,有 U H=Ew=I H B =R H I H B =K H I H B 其中R H=1/pq称为霍尔系数,K H=R H/d=1/pqd称为霍尔元件灵敏度。(2)霍尔元件的副效应及其消除方法 在实际测量过程中,会伴随一些热磁副效应,这些热磁效应有: 埃廷斯豪森效应:由于霍尔片两端的温度差形成的温差电动势U E 能斯特效应:热流通过霍尔片在其端会产生电动势U N 里吉—勒迪克效应:热流通过霍尔片时两侧会有温度差产生,从而又产生温差电动势U R 除此之外还有由于电极不在同一等势面上引起的不等位电势差U0 为了消除副效应,在操作时我们需要分别改变IH和B的方向,记录4组电势差的数据 当I H正向,B正向时:U1=U H+U0+U E+U N+U R 当I H负向,B正向时:U2=?U H?U0?U E+U N+U R 当I H负向,B负向时:U3=U H?U0+U E?U N?U R 当I H正向,B负向时:U4=?U H+U0?U E?U N?U R 取平均值有 1 (U1?U2+U3?U4)=U H+U E≈U H (3)测量电路 图 2 霍尔效应测量磁场电路图 霍尔效应的实验电路图如图所示。I M是励磁电流,由直流稳流电源E1提供电流,用数字万用表安培档测量I M。I S是霍尔电流,由直流稳压电源E2提供电流,用数字万用表毫安档测量I S,为了保证I S的稳定,电路中加入电阻箱R进行微调。U H是要测的霍尔电压,接入高精度的数字多用表进行测量。 根据原理(2)的说明,在实验中需要消除副效应。实际操作中,依次将I S、 I M的开关K1、K2置于(+,+)、(?,+)、(?,?)、(+,?)状态并记录U i即可,其 中+表示正向接入,?表示反向接入。

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

用霍尔效应测量螺线管磁场 物理实验报告

华南师范大学实验报告 学生姓名 学 号 专 业 化学 年级、班级 课程名称 物理实验 实验项目 用霍尔效应测量螺线管磁场 实验类型 □验证 □设计 □综合 实验时间 2012 年 3 月 07 实验指导老师 实验评分 一、 实验目的: 1.了解霍尔效应现象,掌握其测量磁场的原理。 2.学会用霍尔效应测量长直通电螺线管轴向磁场分布的方法。 二、 实验原理: 根据电磁学毕奥-萨伐尔定律,通电长直螺线管线上中心点的磁感应强度为: 2 2 M D L I N B +??μ= 中心 (1) 理论计算可得,长直螺线管轴线上两个端面上的磁感应强度为内腔中部磁 感应强度的1/2: 2 2M D L I N 21B 21B +??μ? ==中心端面 (2) 式中,μ为磁介质的磁导率,真空中的磁导率μ0=4π×10-7 (T ·m/A),N 为螺线管的总匝数,I M 为螺线管的励磁电流,L 为螺线管的长度,D 为螺线管的平均直径。 三、 实验仪器: 1.FB510型霍尔效应实验仪 2.FB510型霍尔效应组合实验仪(螺线管) 四、 实验内容和步骤: 1. 把FB510型霍尔效应实验仪与FB510型霍尔效应组合实验仪(螺线管)正确连接。把励磁电流接到螺线 管I M 输入端。把测量探头调节到螺线管轴线中心,即刻度尺读数为13.0cm 处,调节恒流源2,使I s =4.00mA ,按下(V H /V s )(即测V H ),依次调节励磁电流为I M =0~±500mA ,每次改变±50mA, 依此测量相应的霍尔电压,并通过作图证明霍尔电势差与螺线管内磁感应强度成正比。 2. 放置测量探头于螺线管轴线中心,即1 3.0cm 刻度处,固定励磁电流±500mA ,调节霍尔工作电流为:I s =0~ ±4.00mA ,每次改变±0.50mA ,测量对应的霍尔电压V H ,通过作图证明霍尔电势差与霍尔电流成正比。 3. 调节励磁电流为500mA ,调节霍尔电流为 4.00mA ,测量螺线管轴线上刻度为X =0.0cm~13.0cm ,每次移动 1cm ,测各位置对应的霍尔电势差。(注意,根据仪器设计,这时候对应的二维尺水平移动刻度读数为:13.0cm 处为螺线管轴线中心,0.0cm 处为螺线管轴线的端面,找出霍尔电势差为螺线管中央一半的数值的刻度位置。与理论值比较,计算相对误差。按给出的霍尔灵敏度作磁场分布B ~X 图。) 五、 注意事项: 图1

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

霍尔效应测磁场实验报告

实 验 报 告 学生姓名: 学 号: 指导教师: 实验地点: 实验时间: 一、实验室名称:霍尔效应实验室 二、 实验项目名称:霍尔效应法测磁场 三、实验学时: 四、实验原理: (一)霍耳效应现象 将一块半导体(或金属)薄片放在磁感应强度为B 的磁场中,并让薄片平面与磁场方向(如Y 方向)垂直。如在薄片的横向(X 方向)加一电流强度为H I 的电流,那么在与磁场方向和电流方向垂直的Z 方向将产生一电动势H U 。 如图1所示,这种现象称为霍耳效应,H U 称为霍耳电压。霍耳发现,霍耳电压H U 与电流强度H I 和磁感应强度B 成正比,与磁场方向薄片的厚度d 反比,即 d B I R U H H = (1) 式中,比例系数R 称为霍耳系数,对同一材料R 为一常数。因成品霍耳元件(根据霍耳效应制成的器件)的d 也是一常数,故d R /常用另一常数K 来表示,有 B KI U H H = (2) 式中,K 称为霍耳元件的灵敏度,它是一个重要参数,表示该元件在单位磁感应强度和单位电流作用下霍耳电压的大小。如果霍耳元件的灵敏度K 知道(一般由实验室给出),再测出电流H I 和霍耳电压H U ,就可根据式 H H KI U B = (3) 算出磁感应强度B 。

图1 霍耳效应示意图 图2 霍耳效应解释 (二)霍耳效应的解释 现研究一个长度为l 、宽度为b 、厚度为d 的N 型半导体制成的霍耳元件。当沿X 方向通以电流H I 后,载流子(对N 型半导体是电子)e 将以平均速度v 沿与电流方向相反的方向运动,在磁感应强度为B 的磁场中,电子将受到洛仑兹力的作用,其大小为 evB f B = 方向沿Z 方向。在B f 的作用下,电荷将在元件沿Z 方向的两端面堆积形成电场H E (见图2),它会对载流子产生一静电力E f ,其大小为 H E eE f = 方向与洛仑兹力B f 相反,即它是阻止电荷继续堆积的。当B f 和E f 达到静态平衡后,有 E B f f =,即b eU eE evB H H /==,于是电荷堆积的两端面(Z 方向)的电势差为 vbB U H = (4) 通过的电流H I 可表示为 nevbd I H -= 式中n 是电子浓度,得 nebd I v H - = (5) 将式(5)代人式(4)可得 ned B I U H H - = 可改写为

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

新型螺线管磁场测定实验报告

新型螺线管磁场测定 一.实验目的 1.验证霍耳传感器输出电势差与螺线管磁感应强度成正比。 2.测量集成线性霍耳传感器的灵敏度。 3.测量螺线管磁感应强度与位置之间的关系,求得螺线管均匀磁场围及边缘的磁感应强度。 4.学习补偿原理在磁场测量中的应用。 二.实验原理 霍耳元件的作用(如右图2所示):若电流I 流过厚度为d 的半导体薄片,且磁场B 垂直于该半导体,是电子流方向由洛伦茨力作用而发生改变,在薄片两个横向面a 、b 之间应产生电势差, 这种现象称为霍耳效应。在与电流I 、磁场B 垂直方向上产生的电势差称为霍耳电势差,通常用UH 表示。霍耳效应的数学表达式为: IB K IB d R U H H H ==)( (1) 其中RH 是由半导体本身电子迁移率决定的物理常数,称为霍耳系数。B 为磁感应强度,I 为流过霍耳元件的电流强度,KH 称为霍耳元件灵敏度。 虽然从理论上讲霍耳元件在无磁场作用(即B=0)时,UH=0,但是实际情况用数字电压表测时并不为零,这是由于半导体材料结晶不均匀及各电极不对称等引起附加电势差,该电势差U0称为剩余电压。 随着科技的发展,新的集成化(IC)元件不断被研制成功。本实验采用SS95A 型集成霍耳传感器(结构示意图如图3所示)是一种高灵敏度集成霍耳传感器,它由霍耳元件、放大器和薄膜电阻剩余电压补偿组成。测量时输出信号大,并且剩余电压的影响已被消除。对SS95A 型集成霍耳传感器,它由三根引线,分别是:“V+”、“V-”、“Vout ”。其中“V+”和“V-”构成“电流输入端”,“Vout ”和“V-”构成“电压输出端”。由于SS95A 型集成霍耳传感器,它的工作电流已设定,被称为标准工作电流,使用传感器时,必须使工作电流处在该标准状态。在实验时,只要在磁感应强度为零(零磁场)条件下,调节“V+”、“V-”所接的电源电压(装置上有一调节旋钮可供调节),使输出电压为2.500V(在数字电压表上显示),则传感器就可处在标准工作状态之下。

实验报告磁阻传感器和地磁场的测量

实验报告磁阻传感器和 地磁场的测量 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】

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 R U ??? ? ???=

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

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而输出电压out U 可以用下式表示为b out V R R U ??? ? ???= 磁阻传感器的构造示意图 磁阻传感器内的惠斯通电桥 对于一定的工作电压,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。0U 为外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:I R NI B 42 /301096.445 8 -?== μ 上式中N 为线圈匝数(500匝);亥姆霍兹线圈的平均半径cm R 10=;真空磁导率270/104A N -?=πμ。

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

实验报告磁场的研究

电子信息与机电工程学院 普通物理实验 课实验报告 08 级 物理(1) 班 B 2 组 实验日期 2009年4月16日 姓名: 学号 25号 老师评定 实验题目: 磁场的描绘 实验目的: 1、研究载流圆线圈轴线上各点的磁感应强度,把测量的磁感应强度与理论计算值比较, 加深对毕奥-萨伐尔 定律的理解; 2、在固定电流下,分别测量单个线圈(线圈a 和线圈b )在轴线上产生的磁感应强度B (a )和B(b),与亥姆 霍兹线圈产生的磁场B(a+b )进行比较, 3、测量亥姆霍兹线圈在间距d=R /2、 d=R 和d=2R, (R 为线圈半径),轴线上的磁场的分布,并进行比较, 进一步证明磁场的叠加原理; 4、描绘载流圆线圈及亥姆霍兹线圈的磁场分布。 实验仪器: (1)圆线圈和亥姆霍兹线圈实验平台,台面上有等距离1.0cm 间隔的网格线; (2)高灵敏度三位半数字式毫特斯拉计、三位半数字式电流表及直流稳流电源组合仪一台; (3)传感器探头是由2只配对的95A 型集成霍尔传感器(传感器面积4mmx 3mmx 2mm)与探头盒(与台面接触面 实验原理: (1)根据毕奥一萨伐尔定律,载流线圈在轴线(通过圆心并与线圈平面垂直的直线)上某点的磁感应强度为: 232220)(2x R N R I B +=μ (5-1) 式中μ0为真空磁导率,R 为线圈的平均半径,x 为圆心O A 到该点的距离,N 为线圈匝数,I 为通过线圈的电流强度。因此,圆心处的磁感应强度B 0 为: R IN B 20μ= (5-2) 轴线外的磁场分布计算公式较为复杂,这里简略。 (2)亥姆霍兹线圈是一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈,两线圈内的电流方向一致,大小相同,线圈之间的距离d 正好等于圆形线圈的半径R 。这种线圈的特点是能在其公共轴线中点附近产生较广的均匀磁场区,所以在生产和科研中有较大的使用价值,也常用于弱磁场的计量标准。 设:z 为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点O 处的距离,则亥姆霍兹线圈轴线上任意一点的磁感应强度为: 1.毫特斯拉计 2.电流表 3.直流电流源 4.电流调节旋钮 5.调零旋钮 6.传感器插头 7.固定架 8.霍尔传感器 9.大理石 10.线圈 注:ABCD 为接线柱

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