磁阻传感器和地磁场测定实验.pdf

用磁阻传感器测量地磁场用磁阻传感器测量地磁场 实验内容： 11、、测量地磁测量地磁场场实验实验仪仪的灵的灵敏度敏度 （（定标定标）；）； 2．测量当地地磁场水平分量、测定磁倾角 实验原理实验原理 ßß物质在磁场中电阻率发物质在磁场中电阻率发生生变化变化的的现象现象称为称为 磁阻效应。对于铁、钴磁阻效应。对于铁、钴、、镍及镍及其其合金合金等磁等磁 性金属性金属性金属性金属，，，，当外加磁场平当外加磁场平当外加磁场平当外加磁场平行行行行于磁于磁于磁于磁体体体体内部内部内部内部磁化磁化磁化磁化 方向时，电阻几乎不随方向时，电阻几乎不随外外加磁加磁场场变化变化；当；当 外加磁场偏离金属的内外加磁场偏离金属的内部部磁化磁化方方向时向时，此，此 类金属的电阻发生改变类金属的电阻发生改变，，这就这就是是强磁强磁金属金属 的各向异性磁阻效应。的各向异性磁阻效应。 磁阻传感器的构造示意图磁阻传感器的构造示意图 n 磁阻传感器是由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成的一维磁阻 微电路集成芯片，其坡莫合金膜，如图所示，该薄膜的电阻率 r(q)依赖于磁化强 M和电流I方向的夹角q ，具有以下关系式 地磁场地磁场 --55 ßß地磁场的地磁场的数值比较小数值比较小，，约约1010 量量级级 ßß地磁场地磁场作作为一为一种天然种天然磁磁源源，在，在军事军事、、工业工业、、 医学医学、、探矿探矿等等科研科研中中也也有有着重要着重要 途途。。本本 实验采实验采实验采实验采 新型新型新型新型坡莫合金坡莫合金坡莫合金坡莫合金磁磁磁磁阻传阻传阻传阻传感感感感器测器测器测器测定定定定地地地地 磁场磁感应强磁场磁感应强 及地磁及地磁场场磁感磁感应强应强 的的水水 平平分分量量和垂和垂直分直分量量；；测量测量地地磁场磁场的磁的磁倾角倾角，， 从从而而掌握掌握磁阻传感器的磁阻传感器的特特性及性及测测量地量地磁场磁场 的一的一种重要种重要方方法法 ßß地地球本身具有球本身具有磁性，所磁性，所以以地地球球和近和近地地空间空间 之间存之间存在在着着磁场，磁场，叫做叫做地地磁场磁场。。地磁地磁场的场的 强强度和度和方向随地方向随地点点((甚至甚至随时随时间间))而而异。异。地磁地磁 场的场的场的场的北极北极北极北极、、、、南极分别南极分别南极分别南极分别在地在地在地在地理南极理南极理南极理南极、、、、北北北北极附极附极附极附 近近，，彼彼此此并并不不重重合，如合，如图图所示所示，而，而且且两者两者 间间的偏的偏差差随时随时间间不不断断地在地在缓慢缓慢变变化。化。地磁地磁 轴与轴与地地球自转轴并球自转轴并不不重重合，合，有有交角交角。。 ßß 在一在一个个不不太大太大的的范围范围内内，，地磁场地磁场基本上基本上是是均匀均匀的，的，可可 三三个个参参量量来表来表 示地磁场的方向示地磁场的方向和大小和大小：： ßß 11)) 磁偏磁偏角角，地，地球球表面任表面任一一点点的地磁场的地磁场矢矢量所在量所在垂直垂直平平面面((图中图中与与ZZ构构 成的平成的平面面，称地磁，称地磁子午面子午面))，，与与地地理理子午面子午面((图中图中XX 、、ZZ构构成成的平的平面面))之间之间 的的夹角夹角。。 ßß 22)) 磁磁倾角倾角 ，地磁场，地磁场矢矢量量与水与水平平面面((即即图的图的矢矢量量和和OXOX与与OYOY构成平构成平面面的的 夹角夹角))之间之间的的夹角夹角。。 ßß 33)) 水水平平分分量量 ，地磁场，地磁场矢矢量量在在水水平平面面上上的的投影投影。。 ßß 测量地磁场的这测量地磁场的这三三个个参参量，就量，就可确可确定定某某一地一地点点地磁场地磁场矢矢量的方向量的方向和和 大小大小。当。当然然这这三三个个参参量的量的数值数值随时随时间间不不断断地地在在改变，改变，但但这这一一变化变化极极其其 缓慢缓慢，，极极为微为微弱弱。。 磁阻传感器磁阻传感器输出输出电路电路 利利 四四个个同样同样的磁阻传感器的磁阻传感器组组成一电成一电桥桥,,由于由于磁磁阻传阻传 感器感器与与地磁场地磁场夹角夹角的不的不同同,,此电此电桥桥为不平为不平衡衡电电桥桥 对于一对于一定定的的工作工作电电