B504实验报告模板-各向异性磁阻传感器与磁场测量

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研究性实验报告——各向异性磁阻传感器与磁场测量

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 基础物理学 研究性实验报告 题目:各向异性磁阻传感器(AMR)与地磁场测量第一作者: 第二作者: 学院:航空科学与工程学院 专业:飞行器设计与工程 班级:110519 2013年5月14日 1

目录 摘要 ............................................................................................... 错误!未定义书签。关键词 ........................................................................................... 错误!未定义书签。 一、实验要求 ............................................................................... 错误!未定义书签。 二、实验原理 ............................................................................... 错误!未定义书签。 三、实验仪器介绍 ....................................................................... 错误!未定义书签。 四、实验内容 ............................................................................... 错误!未定义书签。 1、测量前的准备工作 ......................................................... 错误!未定义书签。 2、磁阻传感器特性测量...................................................... 错误!未定义书签。 3、测量磁阻传感器的各向异性特性.................................. 错误!未定义书签。 4、赫姆霍兹线圈的磁场分布测量...................................... 错误!未定义书签。 5、地磁场测量 ..................................................................... 错误!未定义书签。 五、思考题 ................................................................................... 错误!未定义书签。 六、误差分析 ............................................................................... 错误!未定义书签。 七、AMR传感器的应用举例 ...................................................... 错误!未定义书签。 八、实验感想 ............................................................................... 错误!未定义书签。参考文献 ....................................................................................... 错误!未定义书签。附录——原始实验数据(影印版).................................................. 错误!未定义书签。 各向异性磁阻传感器与磁场测量 摘要:物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应,磁阻传感器利用磁阻效应制成。磁阻传感器可用于直接测量磁场或磁场变化,如弱磁场测量。也可通过磁场变化测量其它物理量,如利用磁阻效应已制成各种位移、角度、转速传感器,广泛用于各类需要自动检测与控制的领域。磁阻元件的发展经历了半导体磁阻(MR),各向异性磁阻(AMR),巨磁阻(GMR),庞磁阻(CMR)等阶段。本实验研究AMR的特性并利用它对磁场进行测量。 关键词:AMR,磁阻效应,电磁转换,磁场测量

霍尔效应法测量螺线管磁场分布

霍尔效应法测量螺线管磁场分布 1879年美国霍普金斯大学研究生霍尔在研究载流导体在磁场中受力性质时发现了一种电磁现象,此现象称为霍尔效应,半个多世纪以后,人们发现半导体也有霍尔效应,而且半导体霍尔效应比金属强得多。近30多年来,由高电子迁移率的半导体制成的霍尔传感器已广泛用于磁场测量和半导体材料的研究。用于制作霍尔传感器的材料有多种:单晶半导体材料有锗,硅;化合物半导体有锑化铟,砷化铟和砷化镓等。在科学技术发展中,磁的应用越来越被人们重视。目前霍尔传感器典型的应用有:磁感应强度测量仪(又称特斯拉计),霍尔位置检测器,无接点开关,霍尔转速测定仪,100A-2000A 大电流测量仪,电功率测量仪等。在电流体中的霍尔效应也是目前在研究中的“磁流体发电”的理论基础。近年来,霍尔效应实验不断有新发现。1980年德国冯·克利青教授在低温和强磁场下发现了量子霍尔效应,这是近年来凝聚态物理领域最重要发现之一。目前对量子霍尔效应正在进行更深入研究,并取得了重要应用。例如用于确定电阻的自然基准,可以极为精确地测定光谱精细结构常数等。 通过本实验学会消除霍尔元件副效应的实验测量方法,用霍尔传感器测量通电螺线管内激励电流与霍尔输出电压之间关系,证明霍尔电势差与螺线管内磁感应强度成正比;了解和熟悉霍尔效应重要物理规律,证明霍尔电势差与霍尔电流成正比;用通电长直通电螺线管轴线上磁感应强度的理论计算值作为标准值来校准或测定霍尔传感器的灵敏度,熟悉霍尔传感器的特性和应用;用该霍尔传感器测量通电螺线管内的磁感应强度与螺线管轴线位置刻度之间的关系,作磁感应强度与位置刻线的关系图,学会用霍尔元件测量磁感应强度的方法. 实验原理 1.霍尔效应 霍尔元件的作用如图1所示.若电流I 流过厚度为d 的半导体薄片,且磁场B 垂直作用于该半导体,则电子流方向由于洛伦茨力作用而发生改变,该现象称为霍尔效应,在薄片两个横向面a 、b 之间与电流I ,磁场B 垂直方向产生的电势差称为霍尔电势差. 霍尔电势差是这样产生的:当电流I H 通过霍尔元件(假设为P 型)时,空穴有一定的漂移速度v ,垂直磁场对运动电荷产生一个洛仑兹力 )(B v q F B ?= (1) 式中q 为电子电荷,洛仑兹力使电荷产生横向的偏转,由于样品有边界,所以偏转的载流 子将在边界积累起来,产生一个横向电场E ,直到电场对载流子的作用力F E =qE 与磁场作用的洛仑兹力相抵消为止,即 qE B v q =?)( (2) 这时电荷在样品中流动时不再偏转,霍尔电势差就是由这个电场建立起来的。 如果是N 型样品,则横向电场与前者相反,所以N 型样品和P 型样品的霍尔电势差有不同的符号,据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Р,宽度为ω,厚度为d ,通过样品电流I H =Рqv ωd ,则空穴的速度v= I H /Рq ωd 代入(2)式有 d pq B I B v E H ω= ?= (3) 上式两边各乘以ω,便得到 d B I R pqd B I E U H H H H == =ω (4)

测量学实验报告_1

测量学实验报告 测量学实验报告 测量学(又名测地学)涉及人类生存空间,及通过把空间区域列入统计(列入卡片索引),测设定线和监控来对此进行测定。它的任务从地形和地球万有引力场确定到卫土地测量学(不动产土地),土地财产证明,土地空间新规定和城市发展。 一、实验目的;由于测量学是一门实践性很强的学科,而测量实验对培养学生思维和动手能力、掌握具体工作程序和内容起着相当重要的作用。实习目的与要求是熟练掌握常用测量仪器(水准仪、经纬仪)的使用,认识并了解现代测量仪器的用途与功能。在该实验中要注意使每个学生都能参加各项工作的练习,注意培养学生独立工作的能力,加强劳动观点、集体主义和爱护仪器的教育,使学生得到比较全面的锻炼和提高.

测量实习是测量学理论教学和实验教学之后的一门独立的实践性教学课程,目的在于: 1、进一步巩固和加深测量基本理论和技术方法的理解和掌握,并使之系统化、整体化; 2、通过实习的全过程,提高使用测绘仪器的操作能力、测量计算能力.掌握测量基本技术工作的原则和步骤; 3.在各个实践性环节培养应用测量基本理论综合分析问题和解决问题的能力,训练严谨的科学态度和工作作风。 二、实验内容 步骤简要:1)拟定施测路线。选一已知水准点作为高程起始点,记为a,选择有一定长度、一定高差的路线作为施测路线。然后开始施测第一站。以已知高程点a作后视,在其上立尺,在施测路线的前进方向上选择适当位置为第一个立

尺点(转点1)作为前视点,在转点1处放置尺垫,立尺(前视尺)。将水准仪安置在前后视距大致相等的位置(常用步测),读数a1,记录;再转动望远镜瞄前尺读数b1,并记录 2)计算高差。h1=后视读数一前视读数=a1-b1,将结果记入高差栏中。然后将仪器迁至第二站,第一站的前视尺不动变为第二站的后视尺,第一站的后视尺移到转点2上,变为第二站的前视尺,按与第一站相同的方法进行观测、记录、计算。按以上程序依选定的水准路线方向继续施测,直至回到起始水准点bm1为止,完成最后一个测站的观测记录。 3)成果检核。计算闭合水准路线的高差闭合差;若高差闭合差超限,应先进行计算校核,若非计算问题,则应进行返工重测。 实习过程中控制点的选取很重要,控制点应选在土质坚实、便于保存和安置水准仪的地方,相邻导线点间应通视良好,便于测角量距,边长约60米至100米左右。我觉得我们组测量时就有一个点的通视不是很好,有树叶遮挡,但是那也没办法,因为那个地方的环境所致,幸好我们可以解决.还

传感器测速实验报告(第一组)

传感器测速实验报告 院系: 班级: 、 小组: 组员: 日期:2013年4月20日

实验二十霍尔转速传感器测速实验 一、实验目的 了解霍尔转速传感器的应用。 二、基本原理 利用霍尔效应表达式:U H=K H IB,当被测圆盘上装有N只磁性体时,圆盘每转一周磁场就变化N次。每转一周霍尔电势就同频率相应变化,输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。 本实验采用3144E开关型霍尔传感器,当转盘上的磁钢转到传感器正下方时,传感器输出低电平,反之输出高电平 三、需用器件与单元 霍尔转速传感器、直流电源+5V,转动源2~24V、转动源电源、转速测量部分。 四、实验步骤 1、根据下图所示,将霍尔转速传感器装于转动源的传感器调节支架上,调节探头对准转盘内的磁钢。 图9-1 霍尔转速传感器安装示意图 2、将+15V直流电源加于霍尔转速器的电源输入端,红(+)、黑( ),不能接错。 3、将霍尔传感器的输出端插入数显单元F,用来测它的转速。 4、将转速调解中的转速电源引到转动源的电源插孔。 5、将数显表上的转速/频率表波段开关拨到转速档,此时数显表指示电机的转速。 6、调节电压使转速变化,观察数显表转速显示的变化,并记录此刻的转速值。

五、实验结果分析与处理 1、记录频率计输出频率数值如下表所示: 电压(V) 4 5 8 10 15 20 转速(转/分)0 544 930 1245 1810 2264 由以上数据可得:电压的值越大,电机的转速就越快。 六、思考题 1、利用霍尔元件测转速,在测量上是否有所限制? 答:有,测量速度不能过慢,因为磁感应强度发生变化的周期过长,大于读取脉冲信号的电路的工作周期,就会导致计数错误。 2、本实验装置上用了十二只磁钢,能否只用一只磁钢? 答:如果霍尔是单极的,可以只用一只磁钢,但可靠性和精度会差一些;如果霍尔 是双极的,那么必须要有一组分别为n/s极的磁钢去开启关断它,那么至少要两只磁钢。

磁场的测定(霍尔效应法)汇总

霍尔效应及其应用实验(FB510A 型霍尔效应组合实验仪) (亥姆霍兹线圈、螺线管线圈) 实 验 讲 义 长春禹衡时代光电科技有限公司

实验一 霍尔效应及其应用 置于磁场中的载流体,如果电流方向与磁场垂直,则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场,这个现象是霍普金斯大学研究生霍尔于1879年发现的,后被称为霍尔效应。如今霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段,而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量的电测量、自动控制和信息处理等方面。在工业生产要求自动检测和控制的今天,作为敏感元件之一的霍尔器件,将有更广泛的应用前景。掌握这一富有实用性的实验,对日后的工作将有益处。 【实验目的】 1.了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件对材料要求的知识。 2.学习用“对称测量法”消除副效应的影响,测量试样的S H I ~V 和M H I ~V 曲线。 3.确定试样的导电类型。 【实验原理】 1.霍尔效应: 霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中,这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积,从而形成附加的横向电场,即霍尔电场H E 。如图1所示的半导体试样,若在X 方向通以电流S I ,在Z 方向加磁场B ,则在Y 方向即试样A A '- 电极两侧就开始聚集异号电荷而产生相应的附加电场。电场的指向取决于试样的导电类型。对图1(a )所示的N 型试样,霍尔电场逆Y 方向,(b )的P 型试样则沿Y 方向。即有 ) (P 0)Y (E )(N 0)Y (E H H 型型?>?< 显然,霍尔电场H E 是阻止载流子继续向侧面偏移,当载流子所受的横向电场力H E e ?与洛仑兹力B v e ??相等,样品两侧电荷的积累就达到动态平衡,故有

测量学实验报告.

测量学实验报告 2018-09-06 测量学实验报告 测量学(又名测地学)涉及人类生存空间,及通过把空间区域列入统计(列入卡片索引),测设定线和监控来对此进行测定。它的任务从地形和地球万有引力场确定到卫土地测量学(不动产土地),土地财产证明,土地空间新规定和城市发展。 一、实验目的;由于测量学是一门实践性很强的学科,而测量实验对培养学生思维和动手能力、掌握具体工作程序和内容起着相当重要的作用。实习目的与要求是熟练掌握常用测量仪器(水准仪、经纬仪)的使用,认识并了解现代测量仪器的用途与功能。在该实验中要注意使每个学生都能参加各项工作的练习,注意培养学生独立工作的能力,加强劳动观点、集体主义和爱护仪器的教育,使学生得到比较全面的锻炼和提高. 测量实习是测量学理论教学和实验教学之后的一门独立的实践性教学课程,目的在于: 1、进一步巩固和加深测量基本理论和技术方法的理解和掌握,并使之系统化、整体化; 2、通过实习的全过程,提高使用测绘仪器的操作能力、测量计算能力.掌握测量基本技术工作的原则和步骤; 3.在各个实践性环节培养应用测量基本理论综合分析问题和解决问题的能力,训练严谨的科学态度和工作作风。 二、实验内容 步骤简要:1)拟定施测路线。选一已知水准点作为高程起始点,记为a,选择有一定长度、一定高差的路线作为施测路线。然后开始施测第一站。以已知高程点a作后视,在其上立尺,在施测路线的前进方向上选择适当位置为第一个立尺点(转点1)作为前视点,在转点1处放置尺垫,立尺(前视尺)。将水准仪安置在前后视距大致相等的位置(常用步测),读数a1,记录;再转动望远镜瞄前尺读数b1,并记录 2)计算高差。h1=后视读数一前视读数=a1-b1,将结果记入高差栏中。然后将仪器迁至第二站,第一站的前视尺不动变为第二站的后视尺,第一站的后视尺移到转点2上,变为第二站的前视尺,按与第一站相同的方法进行观测、记录、计算。按以上程序依选定的水准路线方向继续施测,直至回到起始水准点bm1为止,完成最后一个测站的观测记录。

基本测量实验报告

基本测量(实验报告格式)、实验项目名称实验一:长度和圆柱体体积的测量实验二:密度的测量 二、实验目的实 验一目的: 1、掌握游标的原理,学会正确使用游标卡尺。 2、了解螺旋测微器的结构和原理,学会正确使用螺旋测微器。 3 、掌握不确定度和有效数字的概念,正确表达测量结果。 实验二目的: 1、掌握物理天平的正确使用方法。 2、用流体静力称量法测定形状不规则的固体的密度。 3、掌握游标卡尺,螺旋测位器,物理天平的测量原理及正确使用方法 4、掌握不确定度和有效数字的概念,正确表达测量结果 5、学会直接测量量和间接测量量的不确定度的计算,正 确表达测量结果 三、实验原理 实验一原理:

1、游标卡尺的使用原理 游标副尺上有n个分格,它和主尺上的(n-1)格分格的总长度相等,一般主尺上每一分格的长度为1mm,设游标上每一个分格的长度为x,则有nx=n-1,主尺上每一分格与游标上每一分格的差值为1-x= (mm)是游标卡尺的最小读数,即游 标卡尺的分度值。若游标上有20个分格,则该游标卡尺的 分度值为=0.05mm,这种游标卡尺称为20分游标卡尺;若游标上有50个分格,其分度值为=0.02mm,称这种游标卡尺为50分游标卡尺。 2、螺旋测微器的读数原理: 螺旋测微器是依据螺旋放大的原理制成的,即螺杆在螺母中旋转一周,螺杆便沿着旋转轴线方向前进或后退一个螺距的距离。因此,沿轴线方向移动的微小距离,就能用圆周上的读数表示出来。 3、当待测物体是一直径为d、高度为h的圆柱体时, V =兀* * h 物体的体积为:一4 d2只要用游标卡尺测出高度 h,用螺旋测微器测出直径d,代 入上式即可

霍尔效应法测量磁场

霍尔效应测磁场 霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应。1879 年美国霍普金斯大学研究生霍尔在研究金属导电机理时发现了这种电磁现象, 故称霍尔效应。后来曾有人利用霍尔效应制成测量磁场的磁传感器,但因金属 的霍尔效应太弱而未能得到实际应用。随着半导体材料和制造工艺的发展,人 们又利用半导体材料制成霍尔元件,由于它的霍尔效应显著而得到实用和发 展,现在广泛用于非电量的测量、电动控制、电磁测量和计算装置方面。在电 流体中的霍尔效应也是目前在研究中的“磁流体发电”的理论基础。近年来,霍尔效应实验不断有新发现。1980年原西德物理学家冯·克利青研究二维电子气系统的输运特性,在低温和强磁场下发现了量子霍尔效应,这是凝聚态物理领域最重要的发现之一。目前对量子霍尔效应正在进行深入研究,并取得了重要应用,例如用于确定电阻的自然基准,可以极为精确地测量光谱精细结构常数等。 在磁场、磁路等磁现象的研究和应用中,霍尔效应及其元件是不可缺少的,利用它观测磁场直观、干扰小、灵敏度高、效果明显。 【实验目的】 1.霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作用 2.测绘霍尔元件的V H—Is,了解霍尔电势差V H与霍尔元件工作电流Is、磁感应强度B之间的关系。 3.学习利用霍尔效应测量磁感应强度B及磁场分布。 4.学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。 【实验原理】 霍尔效应从本质上讲,是运动的带电粒子在 磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。当带电 粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中,这种 偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正 负电荷在不同侧的聚积,从而形成附加的横向电 场。如图13-1所示,磁场B位于Z的正向,与 之垂直的半导体薄片上沿X正向通以电流Is(称 为工作电流),假设载流子为电子(N型半导体材 料),它沿着与电流Is相反的X负向运动。 由于洛仑兹力f L作用,电子即向图中虚线 箭头所指的位于y轴负方向的B侧偏转,并使B 侧形成电子积累,而相对的A侧形成正电荷积累。 与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力f E的作用。随着电荷积累的增加,f E增大,当两力大小相等(方向相反)时,f L=-f E,则电子积累便达到动态平衡。这时在A、B两端面之间建立的电场称为霍尔电场E H,相应的电势差称为霍尔电势V H。 设电子按均一速度v,向图示的X负方向运动,在磁场B作用下,所受洛仑兹力为:

测量学实验报告文档

测量学实验报告文档 Survey experiment report document 编订:JinTai College

测量学实验报告文档 小泰温馨提示:实验报告是把实验的目的、方法、过程、结果等记录下来,经过整理,写成的书面汇报。本文档根据实验报告内容要求展开说明,具有实践指导意义,便于学习和使用,本文下载后内容可随意修改调整及打印。 测量学(又名测地学)涉及人类生存空间,及通过把空间区域列入统计(列入卡片索引),测设定线和监控来对此进行测定。它的任务从地形和地球万有引力场确定到卫土地测量学(不动产土地),土地财产证明,土地空间新规定和城市发展。 一、实验目的;由于测量学是一门实践性很强的学科,而测量实验对培养学生思维和动手能力、掌握具体工作程序和内容起着相当重要的作用。实习目的与要求是熟练掌握常用测量仪器(水准仪、经纬仪)的使用,认识并了解现代测量仪器的用途与功能。在该实验中要注意使每个学生都能参加各项工作的练习,注意培养学生独立工作的能力,加强劳动观点、集体主义和爱护仪器的教育,使学生得到比较全面的锻炼和提高. 测量实习是测量学理论教学和实验教学之后的一门独立的实践性教学课程,目的在于:

1、进一步巩固和加深测量基本理论和技术方法的理解和 掌握,并使之系统化、整体化; 2、通过实习的全过程,提高使用测绘仪器的操作能力、 测量计算能力.掌握测量基本技术工作的原则和步骤; 3.在各个实践性环节培养应用测量基本理论综合分析问 题和解决问题的能力,训练严谨的科学态度和工作作风。 步骤简要: 1)拟定施测路线。选一已知水准点作为高程起始点,记 为a,选择有一定长度、一定高差的路线作为施测路线。然后 开始施测第一站。以已知高程点a作后视,在其上立尺,在施测路线的前进方向上选择适当位置为第一个立尺点(转点1)作为前视点,在转点1处放置尺垫,立尺(前视尺)。将水准仪安置在前后视距大致相等的位置(常用步测),读数 a1,记录;再转动望远镜瞄前尺读数b1,并记录 2)计算高差。h1=后视读数一前视读数=a1-b1,将结果 记入高差栏中。然后将仪器迁至第二站,第一站的前视尺不动变为第二站的后视尺,第一站的后视尺移到转点2上,变为第二站的前视尺,按与第一站相同的方法进行观测、记录、计算。

测量学实验报告

测量学C实验 指导书 班级: 学号: 组别: 姓名:

实验须知 实验是配合课堂教学的一个重要教学环节,同时也是培养学生掌握实验的基本技能和进行基本训练的一个主要手段,为了保证实验的顺利进行,必须注意下列事项: 1、实验之前,希望同学们要预习实验指导书,了解本次实验的目的,原理和要求: 2、严格按操作步骤认真操作,实验报告要客观、详细记录实验步骤,实验成果等。 3、爱护实验仪器,非本次实验用的仪器或虽是本次实验所用的仪器,但在老师没有讲解之前都不得随便乱动,以免损坏仪器; 4、实验中不慎损坏仪器或丢失仪器中的附件,均应主动地告诉老师,按照有关规定处理;

目录 实验一水准仪的使用 (1) 实验二经纬仪的使用 (5) 实验三碎部测量 (12)

实验一水准仪的使用 (1)水准仪的使用 一、目的 1、了解DS3级水准仪的构造及各部分的名称和作用 2、掌握水准仪使用的基本操作 3、练习水准尺读数 二、要求 实验学时安排为2学时,每人安置2~3次水准仪,读尺4~5次。 三、仪器及工具 每组:水准仪一台、水准尺一把、记录板一块。 四、预习内容 水准测量的仪器及工具,水准仪的使用 五、实验步骤 1、安置水准仪:测量仪器所安置的地点称为测站。打开三脚架,使其高度适中,架头大致水平,牢固地架设在地面上。然后打开仪器箱(记清仪器各部件位置,以便装箱时按原来位置放置),双手握基座取出仪器,放在三脚架上,用连接螺旋将水准仪固连在三脚架上。用手推一下仪器,检查仪器是否真正连接牢固。 2、熟悉仪器:认识水准仪构造及各部分的名称、作用。 3、粗略整平: (1)置圆气泡于两脚螺旋之间(或于一脚螺旋上方),转动这两个脚螺旋使圆气泡在这两脚螺旋方向居中(气泡移动方向与左手大姆指旋转方向一致)。 (2)转动第三个脚螺旋使圆气泡居中,反复练习几次。 4、瞄准对光: (1)将望远镜对向明亮的背景(白墙或白纸),转动目镜对光螺旋使十字丝看得非常清晰。 (2)松开制动螺旋,用镜筒上的准星瞄准水准尺(立水准尺在离水准仪约30米处),拧紧制动螺旋。 (3)转动物镜对光螺旋,使水准尺的像十分清晰,然后眼睛在目镜上下作微小移动,观察水准尺与十字丝面是否有相对移动。若有,则存在视差,为此,可反复调节对光螺旋,直到视差消除为止。 (4)旋转微动螺旋,使水准尺的象靠近十字丝的纵丝。

实验3.09磁场分布

实验3.9 磁场分布测量 磁场的测量有许多方法,常用的有电磁感应法,半导体(霍耳效应)探测法和核磁共振法。本实验使用的是电磁感应法测量磁场,它是以简单的线圈作为测量元件,利用电磁感应原理直接测量亥姆霍兹(Helmholtz )线圈产生的磁场。值得一提的是本实验所使用的亥姆霍兹线圈在物理研究中有许多用处,如产生磁共振,消除地磁的影响等,获1997年诺贝尔物理奖的实验中,就有若干对这种线圈,因此熟悉这种线圈产生的磁场是很有意义的。 3.9.1实验目的 1.学习电磁感应法测磁场的原理; 2.学习用探测线圈测量载流线圈的磁场的方法; 3.验证矢量叠加的原理; 4.了解亥姆霍兹线圈磁场的特点。 3.9.2实验原理 3.9.2.1电磁感应法测磁场 当导线中通有变化电流时,其周围空间必然产生变化磁场。处在变化磁场中的闭合回路,由于通过它的磁通量发生变化,回路中将有感应电动势产生。通过测量此感应电动势的大小就可以计算出磁场的量值。这就是感应法测磁场的实质。 因为磁场是一矢量场,所以测量磁场的任务,就是要测出场中各点的磁感应强度的大小和方向。 为叙述简单起见,先假定有一个均匀的交变磁场,其量值随时间t 按正弦规律变化 t B B m i ωsin = 式中B m 为磁感应强度的峰值,其有效值记作B ,ω为角频率。再假设置于此磁场中的探测线圈T (线圈面积为S ,共有N 匝)的法线n 与B m 之间的夹角为θ,如图3.9.1所示,则通过T 的总磁通φi 为 θωφcos sin t NSB N m i i =?=B S 由于磁场是交变的,因此在线圈中会出现感 应电动势,其值为 θωωφ cos cos t B NS dt d e m i -=-= (3.9.1) 如果把T 的两条引线与一个交流数字电压表连接,交流数字电压表的读数U 表示被测量值的有效值(rms ),当其内阻远大于探测线圈的电阻时有 θωcos rms B NS e U == (3.9.2) 从(3.9.2)式可知,当N ,S ,ω,B 一定时,角θ越小,交流数字电压表读数越大。当θ =0时,交流数字电压表的示值达最大值U max ,(3.9.2)式成为 ω NS U B max = (3.9.3) 测量时,把探测线圈放在待测点,用手不断转动它的方位,直到数字电压表的示值达到最大为止。把所得读数U max 代入(3.9.3)式就可算出该点的磁场值。 图3.9.1感应法测磁场原理图

磁阻效应及磁阻传感器实验

一、实验题目:磁阻效应及磁阻传感器的特性研究 二、实验目的:1、了解磁阻效应的基本原理及测量磁阻效应的方法; 2、测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系; 3、画出锑化铟传感器电阻变化与磁感应强度的关系曲线,并进行相应的曲线 和直线拟合; 4、学习用磁阻传感器测量磁场的方法。 三、实验原理: 磁阻效应是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。和霍尔效应一样,磁阻效应也是由于载流子在磁场中受到的洛仑兹力而产生的。若外加磁场与外加电场垂直,称为横向磁阻效应;若外加磁场与外加电场平行,称为纵向磁阻效应。磁阻效应还与样品的形状有关,不同几何形状的样品,在同样大小的磁场作用下,其电阻不同,该效应称为几何磁阻效应。由于半导体的电阻率随磁场的增加而增加,有人又把该磁阻效应称为物理磁阻效应。目前,磁阻效应广泛应用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存储(磁卡、硬盘)等领域。 一定条件下,导电材料的电阻值R随磁感应强度B变化规律称为磁阻效应。如图1所示,当半导体处于磁场中时,导体或半导体的载流子将受洛仑兹力的作用,发生偏转,在两端产生积聚电荷并产生霍尔电场。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,则小于此速度的电子将沿霍尔电场作用的方向偏转,而大于此速度的电子则沿相反方向偏转,因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少,即沿电场方向的电流密度减小,电阻增大,也就是由于磁场的存在,增加了电阻,此现象称为磁阻效应。如果将图1中U H短路,磁阻效应更明显。因为在上述的情况里,磁场与外加电场垂直,所以该磁阻效应称为横向磁阻效应。 当磁感应强度平行于电流时,是纵向情况。若载流子的有效质量和弛豫时间与移动方向无关,纵向磁感应强度不引起载流子漂移运动的偏转,因而没有纵向霍尔效应的磁阻。而对于载流子的有效质量和弛豫时间与移动方向有关的情形,若作用力的方向不在载流子的有效质量和弛豫时间的主轴方向上,此时,载流子的加速度和漂移移动方向与作用力的方向不相同,也可引起载流子漂移运动的偏转现象,其结果总是导致样品的纵向电流减小电阻增加。在磁感应强度与电流方向平行情况下所引起的电阻增加的效应,被称为纵向磁阻效应。 通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小,即用Δρ/ρ(0)表示。其中ρ(0)为零磁场时的电阻率,设磁电阻电阻值在磁感受应强度为B的磁场的电阻率为ρ(B),则Δρ=ρ(B)-ρ(0)。由于磁阻传感器电阻的相对变化率ΔR/ R(0)正比于Δρ/ρ(0),这里ΔR=R (B)-R(0)。因此也可以用磁阻传感器电阻的相对改变量ΔR/ R(0)来表示磁阻效应的大小。 测量磁电阻电阻值R与磁感应强度B的关系实验装置及线路如图2所示。尽管不同的磁阻装置有不同的灵敏度,但其电阻的相对变化率ΔR/ R(0)与外磁场的关系都是相似的。实验证明,磁阻效应对外加磁场的极性不灵敏,就是正负磁场的相应相同。一般情况下外加磁场较弱时,电阻相对变化率ΔR/ R(0)正比于磁感应强度B的二次方;随磁场的加强,ΔR/ R (0)与磁感应强度B呈线性函数关系;当外加磁场超过特定值时,ΔR/ R(0)与磁感应强

磁场分布

§3.3 磁场分布 【预习重点】 1.毕奥-萨伐尔定律、载流圆线圈在轴线上某点的磁感应强度公式。 2.亥姆霍兹线圈的组成及其磁场分布的特点。 3.霍尔效应、霍尔传感器原理。 【实验目的】 1.测亥姆霍兹线圈在轴线上的磁场分布。 2.测载流圆线圈在轴线上的磁场分布,验证磁场叠加原理。 3.比较两载流圆线圈距离不同时轴线上磁场分布情况。 【实验原理】 一、圆线圈 载流圆线圈在轴线(通过圆心并与线圈平面垂直的直线)上磁场情况如图1。根据毕奥萨伐尔定律,轴线上某点的磁感应强度B 为 I N x R B ?+?= 2 /322 2 0) (2μ (3.3.1) 式中I 为通过线圈的电流强度,N 为线圈匝数,R 线圈平均半径,x 为圆心到该点的距离,0μ为真空磁导率。而圆心处的磁感应强度0B 为 I N R B ?= 20 0μ (3.3.2) 轴线外的磁场分布情况较复杂,这里简 略。

二、亥姆霍兹线圈 亥姆霍兹线圈是一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈,每一线圈N 匝,两线圈内的电流方向一致,大小相同,线圈之间距离d 正好等于圆形线圈的平均半径R 。其轴线上磁场分布情况如图3.3.2所示,虚线为单线圈在轴线上的磁场分布情况。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,故在生产和科研中有较大的实用价值,也常用于弱磁场的计量标准。 设x 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一点的磁感应强度大小B ′为 3/23/222222 01222R R B N I R R x R x μ??????????????′=???++++??? ???????????????????????? (3.3.3) 而在亥姆霍兹线圈轴线上中心O 处磁感应强度大小′ 0B 为 003/285N I B μ??′= (3.3.4) 三、双线圈 若线圈间距d 不等于R 。设x 为双线圈中轴线上某点离中心点O 处的距离,则双线圈轴 线上任一点的磁感应强度大小B ′′为 3/23/222222 01222d d B N I R R x R x μ??????????????′′=???++++??????????????????????????? (3.3.5) 四、霍尔效应、霍尔传感器 1.霍尔效应 霍尔效应是具有载流子的导体(或半导体)同时处在电场和磁场中而产生电势的一种现象。如图3.3.3(带正电的载流子)所示,把一块宽为b ,厚为d 的导电板放在磁感应强度为B 的磁场中,并在导电板中通以纵向电流I ,此时在板的横向两侧面A ,A ′之间就呈现出一定的电势差,这一现象称为霍尔效应,所产生的电势差U H 称霍尔电压。霍尔效应的数学表达式为: U H =R H d IB R H 是由半导体本身载流子迁移率决定的物理常数,称为霍尔系数。霍尔效应可以用洛伦兹力来解释。详见附页。 2.霍尔传感器 近年来,在科研和工业中,集成霍尔传感器被广泛应用于磁场测量,它测量灵敏度高,体积小,易于在磁场中移动和定位。本实验用SS95A 型集成霍尔传感器测量载流圆线圈磁场分布,其工作原理也基于霍尔效应,即U H =R H d IB =K H IB K H =R H /d K H 称为霍尔元件灵敏度,B 为磁感应强度,I 为流过霍尔元件的电流强度。理论上B 为零时,

测量学实验报告范本

测量学实验报告 Record the situati on and less ons lear ned, find out the exist ing p roblems and form future coun termeasures. 名: 位: 间:

编号:FS-DY-20114 测量学实验报告 i说明:本报告资料适用于记录基本情况、过程中取得的经验教训、发现存在的问题 I I i以及形成今后的应对措施。文档可直接下载或修改,使用时请详细阅读内容。 I ! ____________________________________________________________________________ 测量学实验报告 测量学(又名测地学)涉及人类生存空间,及通过把空 间区域列入统计(列入卡片索引),测设定线和监控来对此进行测定。它的任务从地形和地球万有引力场确定到卫土地测量学(不动产土地),土地财产证明,土地空间新规定和城市发展。 、实验目的;由于测量学是一门实践性很强的学科,而 测量实验对培养学生思维和动手能力、掌握具体工作程序和内容起着相当重要的作用。实习目的与要求是熟练掌握常用测量仪器(水准仪、经纬仪)的使用,认识并了解现代测量仪器的用途与功能。在该实验中要注意使每个学生都能参加各项工作的练习,注意培养学生独立工作的能力,加强劳动观点、集体主义和爱护仪器的教育,使学生得到比较全面的锻炼和提高.

测量实习是测量学理论教学和实验教学之后的一门独 立的实践性教学课程,目的在于: 1、进一步巩固和加深测量基本理论和技术方法的理解 和掌握,并使之系统化、整体化; 2、通过实习的全过程,提高使用测绘仪器的操作能力、 测量计算能力.掌握测量基本技术工作的原则和步骤; 3.在各个实践性环节培养应用测量基本理论综合分析问 题和解决问题的能力,训练严谨的科学态度和工作作风。 、实验内容 步骤简要:1)拟定施测路线。选一已知水准点作为高程 起始点,记为a,选择有一定长度、一定高差的路线作为施 测路线。然后开始施测第一站。以已知高程点a作后视,在其上立尺,在施测路线的前进方向上选择适当位置为第一个立尺点(转点1)作为前视点,在转点1处放置尺垫,立尺 (前视尺)。将水准仪安置在前后视距大致相等的位置(常用 步测),读数a1,记录;再转动望远镜瞄前尺读数b1,并记2)计算高差。h1=后视读数一前视读数=a1-b1,将结果记

巨磁电阻实验报告

巨磁电阻实验报告 【目的要求】 1、了解GMR效应的原理 2、测量GMR模拟传感器的磁电转换特性曲线 3、测量GMR的磁阻特性曲线 4、用GMR传感器测量电流 5、用GMR梯度传感器测量齿轮的角位移,了解GMR转速(速度)传感器的原理 【原理简述】 根据导电的微观机理,电子在导电时并不是沿电场直线前进,而是不断和晶格中的原子产生碰撞(又称散射),每次散射后电子都会改变运动方向,总的运动是电场对电子的定向加速与这种无规散射运动的叠加。称电子在两次散射之间走过的平均路程为平均自由程,电子散射几率小,则平均自由程长,电阻率低。电阻定律 R=ρl/S中,把电阻率ρ视为常数,与材料的几何尺度无关,这是因为通常材料的几何尺度远大于电子的平均自由程(例如铜中电子的平均自由程约34nm),可以忽略边界效应。当材料的几何尺度小到纳米量级,只有几个原子的厚度时(例如,铜原子的直径约为0.3nm),电子在边界上的散射几率大大增加,可以明显观察到厚度减小,电阻率增加的现象。 电子除携带电荷外,还具有自旋特性,自旋磁矩有平行或反平行于外磁场两种可能取向。早在1936年,英国物理学家,诺贝尔奖获得者N.F.Mott指出,在过渡金属中,自旋磁矩与材料的磁场方向平行的电子,所受散射几率远小于自旋磁矩与材料的磁场方向反平行的电子。总电流是两类自旋电流之和;总电阻是两类自旋电流的并联电阻,这就是所谓的两电流模型。 在图2所示的多层膜结构中,无外磁场时,上下两层磁性材料是反平行(反铁磁)耦合的。施加足够强的外磁场后,两层铁磁膜的方向都与外磁场方向一致,外磁场使两层铁磁膜从反平行耦合变成了平行耦合。电流的方向在多数应用中是平行于膜面的。 电 阻 \ 欧 姆 磁场强度/ 高斯 图3 某种GMR材料的磁阻特性

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 ??? ? ???=

霍尔效应法测量螺线管磁场分布

霍尔效应法测量螺线管磁场分布 1879年美国霍普金斯大学研究生霍尔在研究载流导体在磁场中受力性质时发现了一种电磁现象,此现象称为霍尔效应,半个多世纪以后,人们发现半导体也有霍尔效应,而且半导体霍尔效应比金属强得多。近30多年来,由高电子迁移率的半导体制成的霍尔传感器已广泛用于磁场测量和半导体材料的研究。用于制作霍尔传感器的材料有多种:单晶半导体材料有锗,硅;化合物半导体有锑化铟,砷化铟和砷化镓等。在科学技术发展中,磁的应用越来越被人们重视。目前霍尔传感器典型的应用有:磁感应强度测量仪(又称特斯拉计),霍尔位置检测器,无接点开关,霍尔转速测定仪,100A-2000A 大电流测量仪,电功率测量仪等。在电流体中的霍尔效应也是目前在研究中的“磁流体发电”的理论基础。近年来,霍尔效应实验不断有新发现。1980年德国·克利青教授在低温和强磁场下发现了量子霍尔效应,这是近年来凝聚态物理领域最重要发现之一。目前对量子霍尔效应正在进行更深入研究,并取得了重要应用。例如用于确定电阻的自然基准,可以极为精确地测定光谱精细结构常数等。 通过本实验学会消除霍尔元件副效应的实验测量方法,用霍尔传感器测量通电螺线管激励电流与霍尔输出电压之间关系,证明霍尔电势差与螺线管磁感应强度成正比;了解和熟悉霍尔效应重要物理规律,证明霍尔电势差与霍尔电流成正比;用通电长直通电螺线管轴线上磁感应强度的理论计算值作为标准值来校准或测定霍尔传感器的灵敏度,熟悉霍尔传感器的特性和应用;用该霍尔传感器测量通电螺线管的磁感应强度与螺线管轴线位置刻度之间的关系,作磁感应强度与位置刻线的关系图,学会用霍尔元件测量磁感应强度的方法. 实验原理 1.霍尔效应 霍尔元件的作用如图1所示.若电流I 流过厚度为d 的半导体薄片,且磁场B 垂直作用于该半导体,则电子流方向由于洛伦茨力作用而发生改变,该现象称为霍尔效应,在薄片两个横向面a 、b 之间与电流I ,磁场B 垂直方向产生的电势差称为霍尔电势差. 霍尔电势差是这样产生的:当电流I H 通过霍尔元件(假设为P 型)时,空穴有一定的漂移速度v ,垂直磁场对运动电荷产生一个洛仑兹力 )(B v q F B ?= (1) 式中q 为电子电荷,洛仑兹力使电荷产生横向的偏转,由于样品有边界,所以偏转的载流 子将在边界积累起来,产生一个横向电场E ,直到电场对载流子的作用力F E =qE 与磁场作用的洛仑兹力相抵消为止,即 qE B v q =?)( (2) 这时电荷在样品中流动时不再偏转,霍尔电势差就是由这个电场建立起来的。 如果是N 型样品,则横向电场与前者相反,所以N 型样品和P 型样品的霍尔电势差有不同的符号,据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Р,宽度为ω,厚度为d ,通过样品电流I H =Рqv ωd ,则空穴的速度v= I H /Рq ωd 代入(2)式有 d pq B I B v E H ω= ?= (3) 上式两边各乘以ω,便得到 d B I R pqd B I E U H H H H == =ω (4) 其中pq R H 1 = 称为霍尔系数,在应用中一般写成

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