磁阻传感器与磁场测量
磁阻传感器与地磁场测量实验报告
磁阻传感器与地磁场测量实验报告本实验旨在通过使用磁阻传感器测量地磁场的强度，从而了解磁阻传感器的工作原理和地磁场的特性。
首先，我们需要理解磁阻传感器的基本原理。
磁阻传感器是一种利用磁阻效应测量磁场强度的传感器，它的工作原理是基于材料在外加磁场作用下磁阻发生变化的特性。
在外加磁场的作用下，磁阻传感器的磁阻值会发生变化，通过测量这种变化可以得到磁场的强度。
在实验中，我们首先搭建了一个简单的实验电路，将磁阻传感器连接到电压表上，并将磁阻传感器放置在地面上。
接着，我们对磁阻传感器进行校准，使其能够准确测量地磁场的强度。
在进行校准时，我们需要注意避免外界磁场的干扰，以确保测量结果的准确性。
随后，我们开始进行地磁场的测量。
在实验中，我们发现地磁场的强度并不是均匀的，而是存在一定的变化。
这种变化可能是由地球内部的地磁场和外部磁场的相互作用所导致的。
通过实验数据的分析，我们可以得出地磁场的强度在不同位置存在一定的差异，这为我们进一步研究地磁场的特性提供了重要的参考。
通过本次实验，我们深入了解了磁阻传感器的工作原理和地磁场的特性。
磁阻传感器作为一种重要的传感器，在许多领域都有着广泛的应用，比如导航、地质勘探、磁力传动等。
而地磁场作为地球的重要特征之一，对于我们了解地球内部结构和地球物理现象具有重要意义。
因此，通过本次实验，我们不仅对磁阻传感器有了更深入的了解，同时也对地磁场有了更加全面的认识。
总的来说，本次实验取得了预期的效果，我们通过实际操作深入理解了磁阻传感器的工作原理和地磁场的特性，这对我们今后的学习和科研工作都具有重要的意义。
希望通过今后的实验和研究，我们能够进一步深化对磁阻传感器和地磁场的认识，为相关领域的发展做出更大的贡献。
磁阻传感器与磁场测量
北航基础物理实验研究性报告各向异性磁阻传感器（AMR）与地磁场测量第一作者： 13271138 卢杨第二作者： 13271127 刘士杰所在院系：化学与环境学院2015年5月27日星期三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。
磁场的测量可利用电磁感应，霍耳效应，磁阻效应等各种效应。
其中磁阻效应法发展最快，测量灵敏度最高。
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，地磁场测量，各种导航系统中的罗盘，计算机中的磁盘驱动器，各种磁卡机等等。
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，各种接近开关，隔离开关，广泛用于汽车，家电及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：磁阻传感器；磁电转换；赫姆霍兹线圈；车辆检测；罗盘目录一、实验目的 (4)二、实验原理 (4)三、实验仪器介绍 (6)四、实验内容 (8)1.测量前的准备工作 (8)2.磁阻传感器特性测量 (8)a.测量磁阻传感器的磁电转换特性 (8)b.测量磁阻传感器的各向异性特性 (9)3.赫姆霍兹线圈的磁场分布测量 (9)a. 赫姆霍兹线圈轴线上的磁场分布测量 (9)b．赫姆霍兹线圈空间磁场分布测量 (11)4．地磁场测量 (12)五、实验数据及数据处理 (13)1.磁阻传感器特性测量 (13)a.测量磁阻传感器的磁电转换特性 (13)b．测量磁阻传感器的各向异性特性 (14)2．赫姆霍兹线圈的磁场分布测量 (15)a．赫姆霍兹线圈轴线上的磁场分布测量 (15)b．赫姆霍兹线圈空间磁场分布测量 (16)3．地磁场测量 (17)六、误差分析与思考题 (17)1、误差分析 (17)2、思考题 (18)七、实验中注意事项及改进方法 (19)1、注意事项 (19)2、实验改进 (19)八、总结与收获 (20)九、原始数据照片 (20)一、实验目的1．熟悉和了解AMR的原理2．测量磁阻传感器的磁电转换特性和各向异性特性3．测量赫姆霍兹线圈的磁场分布4．测量地磁场磁场强度，磁倾角，磁偏角二、实验原理各向异性磁阻传感器AMR（Anisotropic Magneto-Resistive sensors）由沉积在硅片上的坡莫合金（Ni80 Fe20）薄膜形成电阻。
实验十五用磁阻传感器分析和测定地磁场
【实验目的】1.了解磁阻传感器测量磁场的基本原理。
用磁阻传感器测定地磁场的方法。
3.了解地磁场的方向与强度。
【仪器和用具】测量地磁场装置如图一所示。
它主要包括底座、转轴，带角刻度的转盘、磁阻传感器的引线、亥姆霍兹线圈、地磁场测定仪控制主机(包括数字式电压表、5V 直流电源等)图一【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。
磁阻传感器是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，如图二所示。
薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度和电流方向间的夹角，具有以下关系式θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥ （1）其中、分别是电流平行于和垂直于时的电阻率。
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。
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，而非平衡电桥输出后接到一集成运算放大器上，将信号放大输出。
传感器内部结构如图三所示。
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b out U R R U ⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛∆= （2）铝合金带玻莫合金薄膜外加磁场电流θＩＭ外加磁场–+Vout偏置磁场R +△RR +△RR -△RR -△RVb图二 磁阻传感器的构造示意图 图三 磁阻传感器内的惠斯通电桥对于一定的工作电压，如V U b 00.5=，HMC1021Z 磁阻传感器输出电压out U 与外界磁场的磁感应强度成正比关系，KB U U out +=0 （3）（3）式中，为传感器的灵敏度，为待测磁感应强度。
用磁阻传感器测量地磁场
用磁阻传感器测量地磁场地磁场的数值较小约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定地磁场磁感应强度及地磁磁感应强度的水平分量和垂直分量；测量地磁场的磁倾角。
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应用前景[实验目的]1．了解磁阻传感器的特性；2．掌握测量地磁场的一种重要方法。
[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1所示，该薄膜的电阻率ρ(θ)依赖于磁化强度M 和电流I 方向的夹角θ ，具有以下关系式θρρρθρ2cos )//()(⊥⊥-+=(1)其中⊥ρρ、//分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。
当沿着坡莫合金膜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，坡莫合金膜的电阻值会发生较大的变化，利用这一变化，可以测量磁场的大小和方向。
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构成一个非平衡直流电桥(关于直流电桥，请阅实验 )，非平衡电桥输出部分接集成运算放大器，将信号放大输出，如图5-50所示。
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：/b U U R R =⨯∆(2)式中U b 是电桥的工作电压，∆R/R 是外磁场引起的磁电阻阻值的相对变化。
磁阻传感器与地磁场测量实验报告
磁阻传感器与地磁场测量实验报告一、实验目的1、了解磁阻传感器的工作原理和特性。
2、掌握利用磁阻传感器测量地磁场的方法。
3、学会对实验数据进行处理和分析，得出地磁场的相关参数。
二、实验原理1、磁阻效应磁阻效应是指某些金属或半导体在磁场中电阻值发生变化的现象。
磁阻传感器就是利用磁阻效应来测量磁场的。
2、地磁场地磁场是地球周围存在的磁场，其强度和方向在不同的地理位置有所不同。
地磁场可以分解为水平分量和垂直分量。
3、测量原理通过将磁阻传感器放置在不同的方向，测量磁场在不同方向上的分量，然后利用三角函数关系计算出地磁场的大小和方向。
三、实验仪器1、磁阻传感器实验仪包括磁阻传感器、亥姆霍兹线圈、数字电压表等。
2、电脑及数据采集软件四、实验步骤1、仪器连接与调试将磁阻传感器与实验仪连接好，打开电源，预热一段时间，确保仪器正常工作。
2、测量地磁场水平分量（1）将磁阻传感器水平放置，旋转传感器，使数字电压表的示数最大，此时传感器的方向即为地磁场水平分量的方向。
（2）记录此时的电压值，根据仪器的标定系数，计算出地磁场水平分量的大小。
3、测量地磁场垂直分量（1）将磁阻传感器垂直放置，同样旋转传感器，使数字电压表的示数最大。
（2）记录电压值，计算出地磁场垂直分量的大小。
4、数据记录与处理将测量得到的数据记录下来，利用三角函数计算地磁场的大小和方向。
五、实验数据｜测量项目｜电压值（V）｜标定系数（V/T）｜磁场分量大小（T）｜｜｜｜｜｜｜地磁场水平分量｜＿____ ｜＿____ ｜＿____ ｜｜地磁场垂直分量｜＿____ ｜＿____ ｜＿____ ｜六、数据处理1、地磁场大小根据公式＄B ＝＼sqrt{B_{H}＾｛2} ＋ B_{V}＾｛2}｝＄，其中＄B_{H}＄为地磁场水平分量，＄B_{V}＄为地磁场垂直分量，计算地磁场的大小。
2、地磁场方向利用反正切函数＄＼theta ＝＼arctan\frac{B_{V}｝｛B_{H}｝＄计算地磁场的方向。
磁阻传感器与地磁场测量报告
磁阻传感器与地磁场测量报告磁阻传感器和地磁场测量是一种关于使用磁阻传感器测量地磁场的研究。
本研究旨在通过使用磁阻传感器测量地磁场来探究磁阻传感器在地磁场中的应用。
在本文中，我们首先介绍了磁阻传感器的构造和工作原理，然后介绍了地磁场的基础概念和测量方法。
最后，我们通过实验验证了磁阻传感器在地磁场中的应用。
磁阻传感器是一种基于磁阻效应的传感器，其由一个磁敏材料和一个电阻构成。
当外加磁场作用于磁敏材料时，材料的电阻值会发生变化。
这种变化可以被转换成输出电压或电流，从而被用来测量磁场强度。
在测量地磁场时，我们需要了解地磁场的基础概念。
地磁场是由地球内部的液态外核的运动产生的。
地磁场在地球表面形成了一个巨大的磁场，常被描述为一个从南极到北极的磁场线圈。
这种磁场可以被用来定位地球上任意一点的方向和位置。
为了测量地磁场，我们通常使用磁力计。
磁力计可以被用来测量磁场的强度和方向。
磁力计可以分为两种类型：主动型和被动型。
主动型磁力计依靠外部电源来产生磁场，而被动型磁力计则是使用磁阻传感器来测量地磁场。
在本研究中，我们使用磁阻传感器来测量地磁场。
我们将磁阻传感器安装在一个旋转支架上，并将其置于地球表面上。
当磁阻传感器的敏感部分指向地球磁北极时，输出的电压为最大值。
当磁阻传感器指向地球磁南极时，输出的电压为最小值。
通过旋转支架，我们可以测量不同方向的地磁场。
在实验中，我们还验证了磁阻传感器的线性响应性和灵敏度。
我们发现，磁阻传感器的响应是线性的，并且可以测量非常小的磁场强度。
此外，我们发现，磁阻传感器的输出信号还受到外部干扰的影响。
地磁场的测量实验报告
地磁场的测量实验报告一、实验目的地磁场是地球的重要物理场之一，它对地球的生态、通信、导航等方面都有着重要的影响。
本次实验的目的是测量地磁场的水平分量和垂直分量，并了解地磁场的基本特性。
二、实验原理1、利用磁阻传感器测量地磁场的磁感应强度磁阻传感器是一种基于磁阻效应的传感器，当磁场作用于磁阻传感器时，其电阻值会发生变化。
通过测量电阻值的变化，可以计算出磁场的磁感应强度。
2、测量地磁场的水平分量和垂直分量将磁阻传感器水平放置，测量得到的磁感应强度即为地磁场的水平分量；将磁阻传感器垂直放置，测量得到的磁感应强度即为地磁场的垂直分量。
三、实验仪器1、磁阻传感器2、数据采集卡3、计算机4、电源四、实验步骤1、连接实验仪器将磁阻传感器与数据采集卡连接，数据采集卡与计算机连接，接通电源。
2、校准磁阻传感器在无磁场的环境中，对磁阻传感器进行校准，消除零漂和误差。
3、测量地磁场的水平分量将磁阻传感器水平放置，在计算机上记录测量数据。
4、测量地磁场的垂直分量将磁阻传感器垂直放置，在计算机上记录测量数据。
5、重复测量多次为了提高测量的准确性，对水平分量和垂直分量分别进行多次测量，并取平均值。
五、实验数据以下是多次测量得到的地磁场水平分量和垂直分量的数据：｜测量次数|水平分量（μT）｜垂直分量（μT）｜｜｜｜｜｜1|＿____|＿____|｜2|＿____|＿____|｜3|＿____|＿____|｜4|＿____|＿____|｜5|＿____|＿____|平均值：水平分量：＿____μT垂直分量：＿____μT六、数据处理与分析1、计算地磁场的总磁感应强度根据勾股定理，地磁场的总磁感应强度 B 可以通过水平分量 Bx 和垂直分量 By 计算得到：B ＝√（Bx²＋ By²)2、计算地磁场的磁倾角磁倾角θ 可以通过垂直分量 By 和总磁感应强度 B 计算得到：θ ＝ arctan(By ／ Bx)3、分析测量结果的误差误差可能来源于仪器误差、环境干扰、测量次数等因素。
用磁阻传感器测量地磁场的实验报告
用磁阻传感器测量地磁场的实验报告一、引言地磁场是地球表面或附近空间的磁场，是由地球内部流动的液态外核形成的。
地磁场在地球物理学、地磁导航等领域具有重要作用。
而磁阻传感器是一种能够测量磁场强度变化的传感器，可以用于测量地磁场。
本实验旨在通过使用磁阻传感器，测量地磁场的变化，从而探究地磁场的性质及其变化规律。
二、实验目的1.使用磁阻传感器测量地磁场的变化；2.探究地磁场的性质及其变化规律；3.分析实验结果，加深对地磁场的理解。
三、实验原理地球磁场的方向是指向地磁极的，地磁场强度的大小和方向随着地理位置和时间的变化而变化。
磁阻传感器是一种能够测量磁场强度变化的传感器，其工作原理是基于霍尔效应。
当受到外部磁场的作用时，传感器内部产生霍尔电位差，从而输出相应的电压信号，通过对电压信号的测量，可以得到磁场强度的大小。
四、实验材料和装置1.磁阻传感器2.数字万用表3.磁铁4.实验记录表5.实验数据处理软件五、实验步骤1.将磁阻传感器连接至数字万用表，设置为电压测量模式；2.将磁阻传感器放置于地面上，记录下磁场强度的数值；3.在磁阻传感器周围移动磁铁，观察并记录磁场强度的变化；4.将实验数据输入至数据处理软件，进行数据分析；5.根据分析结果，得出地磁场的性质及其变化规律。
六、实验结果与分析通过实验数据的测量和分析，我们得到了地磁场强度随地理位置和外界磁场影响下的变化规律。
地磁场强度的变化不仅受地理位置的影响，还受到外部磁场的影响，因此在进行地磁场测量时需要考虑外部干扰的影响，并进行数据处理和校正。
七、结论与展望本实验通过磁阻传感器测量地磁场的变化，探究了地磁场的性质及其变化规律。
在实验过程中，我们也发现了一些问题和不确定因素，如外部磁场的影响等，需要进一步研究和改进。
通过本实验的学习，我们对地磁场有了更深入的理解，同时也为未来的地磁场研究和应用提供了一定的参考价值。
八、个人观点与理解地磁场是一个十分复杂的自然现象，其变化规律和影响因素需要进一步深入研究。
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北航基础物理实验研究性报告各向异性磁阻传感器（AMR）与地磁场测量第一作者： 13271138 卢杨第二作者： 13271127 刘士杰所在院系：化学与环境学院2015年5月27日星期三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。
磁场的测量可利用电磁感应，霍耳效应，磁阻效应等各种效应。
其中磁阻效应法发展最快，测量灵敏度最高。
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，地磁场测量，各种导航系统中的罗盘，计算机中的磁盘驱动器，各种磁卡机等等。
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，各种接近开关，隔离开关，广泛用于汽车，家电及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：磁阻传感器；磁电转换；赫姆霍兹线圈；车辆检测；罗盘目录一、实验目的 (4)二、实验原理 (4)三、实验仪器介绍 (6)四、实验内容 (8)1.测量前的准备工作 (8)2.磁阻传感器特性测量 (8)a.测量磁阻传感器的磁电转换特性 (8)b.测量磁阻传感器的各向异性特性 (9)3.赫姆霍兹线圈的磁场分布测量 (9)a. 赫姆霍兹线圈轴线上的磁场分布测量 (9)b．赫姆霍兹线圈空间磁场分布测量 (11)4．地磁场测量 (12)五、实验数据及数据处理 (13)1.磁阻传感器特性测量 (13)a.测量磁阻传感器的磁电转换特性 (13)b．测量磁阻传感器的各向异性特性 (14)2．赫姆霍兹线圈的磁场分布测量 (15)a．赫姆霍兹线圈轴线上的磁场分布测量 (15)b．赫姆霍兹线圈空间磁场分布测量 (16)3．地磁场测量 (17)六、误差分析与思考题 (17)1、误差分析 (17)2、思考题 (18)七、实验中注意事项及改进方法 (19)1、注意事项 (19)2、实验改进 (19)八、总结与收获 (20)九、原始数据照片 (20)一、实验目的1．熟悉和了解AMR的原理2．测量磁阻传感器的磁电转换特性和各向异性特性3．测量赫姆霍兹线圈的磁场分布4．测量地磁场磁场强度，磁倾角，磁偏角二、实验原理各向异性磁阻传感器AMR（Anisotropic Magneto-Resistive sensors）由沉积在硅片上的坡莫合金（Ni80 Fe20）薄膜形成电阻。
沉积时外加磁场，形成易磁化轴方向。
铁磁材料的电阻与电流和磁化方向的夹角有关，电流与磁化方向平行时电阻Rmax最大，电流与磁化方向垂直时电阻Rmin最小，电流与磁化方向成θ角时，电阻可表示为：R = Rmin ＋(Rmax－Rmin)cos2θ在磁阻传感器中，为了消除温度等外界因素对输出的影响，由4个相同的磁阻元件构成惠斯通电桥，结构如图1所示。
图1中，易磁化轴方向与电流方向的夹角为45度。
理论分析与实验表明，采用45度偏置磁场，当沿与易磁化轴垂直的方向施加外磁场，且外磁场强度不太大时，电桥输出与外加磁场强度成线性关系。
无外加磁场或外加磁场方向与易磁化轴方向平行时，磁化方向即易磁化轴方向，电桥的4个桥臂电阻阻值相同，输出为零。
当在磁敏感方向施加如图1所示方向的磁场时，合成磁化方向将在易磁化方向的基础上逆时针旋转。
结果使左上和右下桥臂电流与磁化方向的夹角增大，电阻减小ΔR；右上与左下桥臂电流与磁化方向的夹角减小，电阻增大ΔR。
通过对电桥的分析可知，此时输出电压可表示为：U＝V×ΔR/R （1）b为电桥工作电压，R为桥臂电阻，ΔR/R为磁阻阻值的相对变化率，与外加磁式中Vb场强度成正比，故AMR磁阻传感器输出电压与磁场强度成正比，可利用磁阻传感器测量磁场。
商品磁阻传感器已制成集成电路，除图1所示的电源输入端和信号输出端外，还有复位/反向置位端、补偿端两个功能性输入端口，以确保磁阻传感器的正常工作。
复位/反向置位端的作用是：当AMR置于超过其线性工作范围的磁场中时，磁干扰可能导致磁畴排列紊乱，改变传感器的输出特性。
此时按下复位/反向置位端，通过内部电路沿易磁化轴方向产生强磁场，使磁畴重新沿易磁化轴方向整齐排列，恢复传感器的使用特性。
补偿端的作用是：当4个桥臂电阻不严格相等，或是外界磁场干扰，使得被测磁场为零而输出电压不为零时，此时可调节补偿电流，通过内部电路在磁敏感方向产生磁场，用人为的磁场偏置补偿传感器的偏离。
三、实验仪器介绍实验仪结构如图2所示，核心部分是磁阻传感器，辅以磁阻传感器的角度、位置调节及读数机构，赫姆霍兹线圈等组成。
本仪器所用磁阻传感器的工作范围为±6高斯，灵敏度为1mV/V/Guass 。
当磁阻电桥的工作电压为1V ，被测磁场磁感应强度为1高斯时，输出信号为1mV 。
磁阻传感器的输出信号通常须经放大电路放大后，再接显示电路，故由显示电压计算磁场强度时还需考虑放大器的放大倍数。
本实验仪电桥工作电压5V ，放大器放大倍数50，磁感应强度为1高斯时，对应的输出电压为0.25伏。
赫姆霍兹线圈是由一对彼此平行的共轴圆形线圈组成。
两线圈内的电流方向一致，大小相同，线圈之间的距离d 正好等于圆形线圈的半径R 。
这种线圈的特点是能在公共轴线中点附近产生较广泛的均匀磁场，根据毕奥－萨伐尔定律，可以计算出赫姆霍兹线圈公共轴线中点的磁感应强度为：003/285NI B R μ=⋅磁阻传感器盒传感器轴向移动锁紧螺钉 传感器绕轴旋转锁紧螺钉传感器水平旋转锁紧螺钉 赫姆霍兹线圈 传感器横向移动锁紧螺钉线圈水平旋转锁紧螺钉 信号接口盒仪器水平调节螺钉图2 磁场实验仪式中N 为线圈匝数，I 为流经线圈的电流强度，R 为赫姆霍兹线圈的平均半径，m H /10470-⨯=πμ为真空中的磁导率。
采用国际单位制时，由上式计算出的磁感应强度单位为特斯拉（1特斯拉＝10000高斯）。
本实验仪N ＝310，R ＝0.14m ，线圈电流为1mA 时，赫姆霍兹线圈中部的磁感应强度为0.02高斯。
实验仪的前面板示意图如图3所示。
恒流源为赫姆霍兹线圈提供电流，电流的大小可以通过旋钮调节，电流值由电流表指示。
电流换向按钮可以改变电流的方向。
补偿(OFFSET)电流调节旋钮调节补偿电流的方向和大小。
电流切换按钮使电流表显示赫姆霍兹线圈电流或补偿电流。
图3 仪器前面板示意图传感器采集到的信号经放大后，由电压表指示电压值。
放大器校正旋钮在标准磁场中校准放大器放大倍数。
复位（R/S）按钮每按下一次，向复位端输入一次复位脉冲电流，仅在需要时使用。
四、实验内容1.测量前的准备工作连接实验仪与电源，开机预热20分钟。
将磁阻传感器位置调节至赫姆霍兹线圈中心，传感器磁敏感方向与线圈轴线一致。
调节赫姆霍兹线圈电流为零，按复位键恢复传感器特性，调节补偿电流以补偿地磁场等因素产生的偏离，使传感器输出为零。
调节赫姆霍兹线圈电流至300mA（线圈产生的磁感应强度6高斯），调节放大器校准旋钮，使输出电压为1 .500伏。
2.磁阻传感器特性测量a.测量磁阻传感器的磁电转换特性磁电转换特性是磁阻传感器最基本的特性。
磁电转换特性曲线的直线部分对应的磁感应强度，即磁阻传感器的工作范围，直线部分的斜率除以电桥电压与放大器放大倍数的乘积，即为磁阻传感器的灵敏度。
按表1数据从300mA逐步调小赫姆霍兹线圈电流，记录相应的输出电压值。
切换电流换向开关（赫姆霍兹线圈电流反向，磁场及输出电压也将反向），逐步调大反向电流，记录反向输出电压值。
注意：电流换向后，必须按复位按键消磁。
表1 AMR磁电转换特性的测量用传感器的线性工作范围及灵敏度。
b.测量磁阻传感器的各向异性特性AMR只对磁敏感方向上的磁场敏感，当所测磁场与磁敏感方向有一定夹角α时，AMR 测量的是所测磁场在磁敏感方向的投影。
由于补偿调节是在确定的磁敏感方向进行的，实验过程中应注意在改变所测磁场方向时，保持AMR方向不变。
将赫姆霍兹线圈电流调节至200mA，测量所测磁场方向与磁敏感方向一致时的输出电压。
松开线圈水平旋转锁紧螺钉，每次将赫姆霍兹线圈与传感器盒整体转动10度后锁紧，松开传感器水平旋转锁紧螺钉，将传感器盒向相反方向转动10度（保持AMR方向不变）后锁紧，记录输出电压数据于表2中。
表2 AMR方向特性的测量磁感应强度4高斯3.赫姆霍兹线圈的磁场分布测量赫姆霍兹线圈能在公共轴线中点附近产生较广泛的均匀磁场。
a. 赫姆霍兹线圈轴线上的磁场分布测量根据毕奥－萨伐尔定律，可以计算出通电圆线圈在轴线上任意一点产生的磁感应强度矢量垂直于线圈平面，方向由右手螺旋定则确定，与线圈平面距离为X的点的磁感应强1度为：201223/21()2()R IB x R x μ=+赫姆霍兹线圈是由一对彼此平行的共轴圆形线圈组成。
两线圈内的电流方向一致，大小相同，线圈匝数为N ，线圈之间的距离d 正好等于圆形线圈的半径R ，若以两线圈中点为坐标原点，则轴线上任意一点的磁感应强度是两线圈在该点产生的磁感应强度之和：2200223/2223/23/2023/223/2()2[()]2[()]22511{}1116[1()][1()]22NR I NR IB x R R R x R x B x x R R μμ=++++-=++++- 式中B 0是X ＝0时，即赫姆霍兹线圈公共轴线中点的磁感应强度。
表3列出了X 取不同值时B(X)/B 0值的理论计算结果。
调节传感器磁敏感方向与赫姆霍兹线圈轴线一致，位置调节至赫姆霍兹线圈中心（X ＝0），测量输出电压值。
已知R=140mm ，将传感器盒每次沿轴线平移0.1R ，记录测量数据。
表3 赫姆霍兹线圈轴向磁场分布测量 B 0＝ 4高斯b．赫姆霍兹线圈空间磁场分布测量由毕奥－萨伐尔定律，同样可以计算赫姆霍兹线圈空间任意一点的磁场分布，由于赫姆霍兹线圈的轴对称性，只要计算（或测量）过轴线的平面上两维磁场分布，就可得到空间任意一点的磁场分布。
理论分析表明，在X ≤ 0.2R，Y ≤0.2R的范围内，（BX －B）/B小于百分之一，BY/BX小于万分之二，故可认为在赫姆霍兹线圈中部较大的区域内，磁场方向沿轴线方向，磁场大小基本不变。
按表4数据改变磁阻传感器的空间位置，记录X方向的磁场产生的电压VX，测量赫姆霍兹线圈空间磁场分布。
表4赫姆霍兹线圈空间磁场分布测量 B＝ 4高斯4．地磁场测量地球本身具有磁性，地表及近地空间存在的磁场叫地磁场。
地磁的北极，南极分别在地理南极，北极附近，彼此并不重合，可用地磁场强度，磁倾角，磁偏角三个参量表示地磁场的大小和方向。
磁倾角是地磁场强度矢量与水平面的夹角，磁偏角是地磁场强度矢量在水平面的投影与地球经线（地理南北方向）的夹角。