中国民航大学：《大学物理实验》课程教学资源（PPT课件讲稿）磁阻传感器与地磁场测量

磁阻传感器与地磁场测量 刘金环

磁阻传感器与地磁场测量 刘金环

实验介貂 地球本身具有磁性，所以地球和近地空间之间存 在着磁场，叫做地磁场。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、 探矿等众多领域有着广泛的应用

实验介绍 • 地球本身具有磁性，所以地球和近地空间之间存 在着磁场，叫做地磁场。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、 探矿等众多领域有着广泛的应用。 5 10 −

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的应用前景

• 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的应用前景

预习要点 1.什么是磁阻效应？ 2.磁阻传感器的结构原理及输出特性？ 3.了解地磁场的知识？ 4.如何用亥姆霍兹线圈其轴线中心点附近产 生的均匀磁场作弱磁场的标准磁场，给磁 阻传感器定标？

预习要点 1.什么是磁阻效应？ 2.磁阻传感器的结构原理及输出特性？ 3.了解地磁场的知识？ 4. 如何用亥姆霍兹线圈其轴线中心点附近产 生的均匀磁场作弱磁场的标准磁场，给磁 阻传感器定标？

一、实验目的和学习要求 1.了解什么是磁阻效应？磁阻效应的物理 机制？ 2.了解HMC1021Z型磁阻传感器的结构 原理及特性； 3.用磁阻传感器测地磁场磁感应强度及地 磁场的水平分量和地磁倾角

一、实验目的和学习要求 1. 了解什么是磁阻效应？磁阻效应的物理 机制？ 2.了解HMC1021Z型磁阻传感器的结构 原理及特性； 3. 用磁阻传感器测地磁场磁感应强度及地 磁场的水平分量和地磁倾角

二、实验原理 1.地磁场 地磁场是一个向量场。常用的地 磁要素有7个，即地磁场总强度B 水平强度BⅡ，垂直强度BL,X和Y B 分别为B的北向和东向分量，Q和 βB分别为磁偏角和磁倾角。 描述空间某一点地磁场的强度和方向，需要3 个独立的地磁要素。测量地磁场的这三个参量， 就可确定某一地点地磁场B矢量的方向和大小

二、实验原理 1.地磁场 地磁场是一个向量场。常用的地 磁要素有7个，即地磁场总强度B， 水平强度B∥，垂直强度B⊥，X和Y 分别为B∥的北向和东向分量，α和 β分别为磁偏角和磁倾角。 x B B∥ B⊥ y z β α 描述空间某一点地磁场的强度和方向，需要3 个独立的地磁要素。测量地磁场的这三个参量， 就可确定某一地点地磁场B矢量的方向和大小

*水平分量B川：地磁场矢量B B 在水平面上的投影。 *磁倾角β：地磁场强度矢量B 与水平面（即图6中的O-XY平面） 之间的夹角。 *磁偏角α：地球表面任一点的地磁场矢量所在垂 直平面（图6中BⅡ与Z构成的平面，称地磁子午 面)，与地理子午面（图6中X、Z构成的平面）之 间的隔角

磁偏角α：地球表面任一点的地磁场矢量所在垂 直平面(图6中B∥与Z构成的平面，称地磁子午 面)，与地理子午面(图6中X、Z构成的平面)之 间的隔角。 水平分量B∥：地磁场矢量B 在水平面上的投影。 磁倾角β：地磁场强度矢量B 与水平面(即图6中的O-XY平面) 之间的夹角。 x B B∥ B⊥ y z β α

2.磁阻效应 磁阻效应是指某些置于磁场中的金属或半导体的 电阻值随外加磁场变化而变化的现象。许多金属、 合金及金属化合物材料处于磁场中时，传导电子 受到强烈磁散射，使电阻显著增大，这种现象称 磁阻效应。同霍尔效应一样，磁阻效应也是由于 载流子在磁场中受到洛伦兹力而产生的

2.磁阻效应 • 磁阻效应是指某些置于磁场中的金属或半导体的 电阻值随外加磁场变化而变化的现象。许多金属、 合金及金属化合物材料处于磁场中时，传导电子 受到强烈磁散射，使电阻显著增大，这种现象称 磁阻效应。同霍尔效应一样，磁阻效应也是由于 载流子在磁场中受到洛伦兹力而产生的

如图所示的长方形半导体薄片 D端 (N型)处于图示方向的磁场中 A站 设CD方向通有直流电流，半导体内 端 的载流子将受到洛仑兹力的作用而 C端 发生偏转，在A、B两端产生电荷积 聚，因而产生霍尔电场。 如果霍尔电场作用和某一速度的载流子的洛仑兹 力作用刚好抵消，那么小于或等于该速度的载流子 将发生偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数 目将减少，使CD方向的电阻增大，表现横向磁阻效 应

如图所示的长方形半导体薄片 （N型）处于图示方向的磁场中， 设CD方向通有直流电流，半导体内 的载流子将受到洛仑兹力的作用而 发生偏转，在A、B两端产生电荷积 聚，因而产生霍尔电场。 如果霍尔电场作用和某一速度的载流子的洛仑兹 力作用刚好抵消，那么小于或等于该速度的载流子 将发生偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数 目将减少，使CD方向的电阻增大，表现横向磁阻效 应

如果将A、B端短接，霍尔电场将不存在，所有 电子将向A端偏转，使电阻变得更大，因而磁阻 效应加强。所以，可以看出，霍耳效应比较明显 的样品，磁阻效应就小；反之，霍耳效应比较小 的样品，磁阻效应就大。 通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻 P8- 式中po和p分别为无磁场和有磁场时的电阻率

如果将A、B端短接，霍尔电场将不存在，所有 电子将向A端偏转，使电阻变得更大，因而磁阻 效应加强。所以，可以看出，霍耳效应比较明显 的样品，磁阻效应就小；反之，霍耳效应比较小 的样品，磁阻效应就大。 通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻 式中ρ0和ρB分别为无磁场和有磁场时的电阻率