[实验报告]磁阻传感器和地磁场的测量.docx

-△ -△ △RRR △ R R R . 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 ( ) 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 ( ) ( ∥ )cos2 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， 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。 合金带自身的阻值会生 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， 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， 补偿 )， 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 U out 可以用下式 表示为 U out Vb 电流 θ 外加磁场 Ｍ Ｉ 铝合金带 玻莫合金薄膜 Vb R 外加磁场 R +R + 偏置磁场 △RR △R R R △ R- – Vout + 磁阻传感器的构造示意图 磁阻传感器内的惠斯通电桥 ’ . B407 B 4 0 7 2 1 . 对于一定的工作电压，如 Vb 6.00V， 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， Uout U 0 KB 上式中， K 为传感器的灵敏度， B 为待测磁感应强度。 U 0 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 ： 0 NI 8 3/ 2 R 5 44.96 10 I 上式中 4 N 为线圈匝数（ 500 匝） ；亥姆霍兹线圈的平均半径 R 10cm ；真空磁导率 10 N / A 。 三． 实验步骤 1、将磁阻传感器放置在亥姆霍兹线圈公共轴线中点，并使管脚和磁感应强度方向平行。 即传感器的感应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，测量 磁阻传感器的灵敏度 K 。 2、将磁阻传感器平行固定在转盘上，调整转盘至水平 ( 可用水准器指示 ) 。水平旋转转盘， 找到传感器输出电压最大方向，这个方向就是地磁场磁感应强度的水平分量 B∥ 的方向。记 录 此 时 传 感 器 输 出 电 压 U 1 后， 再 旋 转 转 盘， 记 录