文档介绍：磁阻传感器与地磁场测量报告

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10-5T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。
【实验目的】 
了解磁阻和磁阻传感器的基本原理。
学习利用磁阻传感器对地磁场的测量。
掌握利用磁阻传感器测量地磁场实验仪的灵敏度的方法。
【实验仪器及用具】
测量地磁场装置如图所示。它主要包括底座、转轴,带角刻度的转盘、磁阻传感器的引线、亥姆霍磁线圈、地磁场测定仪控制主机(包括数字式电压表、5V直流源等)

仪器面板示意图
FD-HMC-2型磁阻传感器与地磁场实验仪
;;;
;。
【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,镍及合金等磁性金属,当外加磁场平行与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相异性磁阻效应。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
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。
HMC1021Z磁阻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Uout可以用下式表示为
对于一定的工作电压,磁阻传感器输出电压Uout与外界磁场的磁感应强度成正比关系
上式中,K为传感器的灵敏度,B为待测磁感应强度。U0为外加磁场为零时传感器的输出电压。
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
式中N为单只线圈匝数;I为线圈流过的电流强度;R为亥姆霍兹线圈的平均半径;μ0为真空磁导率;B为磁感应强度,单位T。
【实验内容】
1测量磁阻传感器的灵敏度K。 
将赫姆霍兹线圈电流调节至零,将补偿电流调节至零,传感器的磁敏感方向调节至与赫姆霍兹线圈轴线垂直(以便在垂