地球磁场的测量解读

地球磁场的测量

【实验目的】

1. 利用旋转感应线圈测量地磁场。

2. 掌握Cassy Leb计算机测量和数据处理系统的原理和使用方法。

【实验原理】

感应线圈在地磁场中绕直径旋转,通过线圈的磁通为:

t (n B R N t (2???π?=σ 式中N为感应线圈的匝数,R为半径,t (n 是旋转环的法向矢量。如果角速度ω 为常数,通过感应线圈的磁通为

Φ(t=

t cos(B R N 2

ω???π?⊥其中,ω 为角速度,B ┴是地磁场垂直于旋转轴的有效磁场,产生的感应电压为:

U=

ω???π?⊥B R N 2测量几个不同方向旋转轴相应的有效磁场就可计算地磁场的大小和在实验室坐标系中的方位角。

图(1地磁场测量实验装置

【供选择的研究课题】

1. 垂直于旋转轴的地磁场有效分量的测量。

2. 地磁场大小和在实验室坐标系中方位角的测量。

【实验仪器】

旋转感应线圈,编号55506;实验马达,编号34735;实验马达控制器,编号34736;Cassy计算机测量和数据处理系统。

【实验提示】

1. 阅读实验指导书或参考实验报告,了解实验一般要求和实验的基本过程。

2. 阅读实验有关仪器的使用说明书。

3. 阅读Cassy Leb 计算机测量和数据处理系统使用说明书。更详细的使用方法参考联

机文档。

4.打开计算机,在C:\Data文件夹打开已有的实验文件,了解实验参数设置的数量级和实验数据显示的特点。

5.在C:\StuData文件夹建立本组学生私用文件夹(以学号命名。在实验过程中所有实验文件都应都存入该文件夹。在学生私用文件夹中建立一个以学生姓名命名的文本文件,用以记录实验有关信息。

6.点击CassyLeb图标,打开应用程序,选择Cassy标签,选择μvbox 图标选

±3mv。

图(2实验参数设置示意图

7.完成研究课题(1,在安装好测量装置,设置实验测量参数后经老师许可完成实验。将文档命名为试验文档编号存入私用文件夹,并将实验中有关情况记录在实验备注文件中。拷贝实验数据(表格和图形,编号存入私用文件夹。

8.选择供选用的研究课题,或提出自己的研究课题完成实验,把有关文档编号存入私用文件夹,把实验情况记入备注文件。

9.拷贝私用文件夹中有关文档,选择合适的数据处理方法,完成实验报告。

10.在测量第三个方向有效磁场时要重新安装旋转马达和线圈。具体方法参看实验指导书。

【实验注意事项】

1.实验操作前应仔细阅读有关说明书,了解各种仪器的使用方法。

2.实验中二位同学应注意相互配合,防止连接导线缠绕过紧。

3.转动线圈时应先将电压控制开关移到零位,设置好方向再旋转电压开关逐渐增大电压。实验完成后要复位。

4.注意安全。实验时身体应离开旋转部件至少30厘米以上。

5. 拷贝实验数据的软盘,实验前交给老师统一进行格式化。

【讨论思考题】

1.实验测得的是地磁场在实验室参考系中的方位角。试提出将它转化到标准方位角的实验方案。

2.最少应测出几个不同指向旋转轴有关的有效地磁场分量才能确定地磁场?请作出详细分析。

3.分析实验数据显示图中在线圈旋转初始阶段和结束阶段产生异常峰值的原因。

4.说明μVbox设置方法,分析Cassy-s传感器组件,CassyLeb软件和传感器之间的

关系。

5.说明计算机测量和数据处理系统的优缺点。

6.对实验中出现的各种问题必须进行分析并作出结论。有可能的话作出简单的数量级估算和进行实验验证。看一看自己的判断是否正确。

地磁磁场的基本特征及应用

地磁磁场的基本特征及应用 地球磁场：地球周围存在的磁场，包括磁层顶以下的固体地球内部和外部所有场源产生的磁场。地球磁场不是孤立的，它受到外界扰动的影响，宇宙飞船就已经探测到太阳风的存在。因为太阳风是一种等离子体，所以它也有磁场，太阳风磁场对地球磁场施加作用，好像要把地球磁场从地球上吹走似的。尽管这样，地球磁场仍有效地阻止了太阳风长驱直入。在地球磁场的反抗下，太阳风绕过地球磁场，继续向前运动，于是形成了一个被太阳风包围的、彗星状的地球磁场区域，这就是磁层。 地球磁层位于距大气层顶600～1000公里高处，磁层的外边界叫磁层顶，离地面5～7万公里。在太阳风的压缩下，地球磁力线向背着太阳一面的空间延伸得很远，形成一条长长的尾巴，称为磁尾。在磁赤道附近，有一个特殊的界面，在界面两边，磁力线突然改变方向，此界面称为中性片。中性片上的磁场强度微乎其微，厚度大约有1000公里。中性片将磁尾部分成两部分：北面的磁力线向着地球，南面的磁力线离开地球。 地磁学：是研究地磁场的时间变化、空间分布、起源及其规律的学科。固体地球物理学的一个分支。

时间范围：已可追溯到太古代（约35亿年前）——现代 空间范围：从地核至磁层边界（磁层顶），磁层离地心最近的距离： 8～ 13个地球半径组成和变化规律及应用： 磁偶极子：带等量异号磁量的两个磁荷，如果观测点距离远大于它们之间的距离，那么这两个磁荷组成的系统称为磁偶极子。 地磁场的构成 地球磁场近似于一个置于地心的同轴偶极子的磁场。这是地球磁场的基本特征。这个偶极子的磁轴和地轴斜交一个角度，。如图1.1所示，N、S 分别表示地磁北极和地磁南极。按磁性来说，地磁两极和磁针两极正好相反。同时，磁极的位置并不是固定的，每年会移动数英里，两个磁极的移动彼此之间是独立的，关于地磁极的概念有两种不同的思路和结果：理论的和实测的。理论的地磁极是从地球基本磁场中的偶极子磁场出发的。实测的地磁极是从全球地磁图（等偏角地磁图和等倾角地磁图）上找出的磁倾角为90°的两个小区域，这两个地点不在地球同一直径的两端，大约偏离2500千米。由

量子弱磁场共振分析仪使用手册

量子弱磁场共振分析仪使用手册 一、前言 1.原理说明 人体是大量细胞的集合体，细胞在不断的生长、发育、分化、再生、死亡，细胞通过自身分裂，不断自我更新。成人每秒大约有2500万个细胞在进行分裂，人体内的血细胞以每分钟大约1亿个的速率在不断更新，在细胞的分裂、生长等过程中，构成细胞最基本单元的原子的原子核和核外电子这些带电体也在一刻不停地高速运动和变化之中，也就不断地向外发射电磁波。人体所发生的电磁波信号代表了人体的特定状态，人体健康、亚健康、疾病等不同状态下，所发射的电磁波信号也是不同的，如果能测定出这些特定的电磁波信号，就可以测定人体的生命状态。 量子医学认为人生病最根本原因是原子核外电子的自旋和轨道发生变化，继而引起构成物质的原子变化，再引起生物小分子的变化，再引起生物大分子的变化，接着引起整个细胞的变化，最后引起器官的变化。因为电子是一个带电体，当原子核外电子的自旋和轨道发生变化时，原子对外发出的电磁波就会发出变化，人体疾病和身体营养状况变化所发生的电磁波变化，其能量是极其微弱的，通常只有毫微高斯至微高斯，通过手握传感器来测定微弱磁场的频率和能量，经仪器放大、计算机处理后与仪器内部设置的疾病、营养指标的标准量子共振谱比较，输出相应的量价值，其量价值的大小标志着疾病性质、成份和营养水平等。这就有点类似于收音机收听电台的原理，空中有很多无线电波，如果要收听某个指定的电台，那就要把收音机调至该频率，这时就发生共振，就能收听到该电台，量子共振就是利用该原理进行检测。 2.什么是量子弱磁场共振分析仪 ［量子弱磁场共振分析仪］是涉及医学、生物信息学、电子工程学等多学科高科技创新项目。它以量子医学为理论基础，运用先进的电子设备采集人体细胞弱磁场，进行科学的分析，对被测者的健康状况和主要问题做出分析判断，并提出规范的防治建议。［量子弱磁场共振分析仪］是身体全方位健康保健咨询和前言保健科学的个体化指南，具有全面、无创、实用、简便、快捷、经济、易于推广普及等特点和优势，随着科研工作的深入和发展，对人类健康事业将会做出更大贡献，有着广阔的开发和应用前景。

实验五 地磁场测定

实验五 地磁场测定 一．概述 地磁场作为一种天然磁源，在军事、航空、航海、工业、医学、探矿等科研中有着重要用途。本仪器采用新型坡莫合金磁阻传感器测量地磁场的重要参量，通过实验可以掌握磁阻传感器定标以及测量地磁场水平分量和磁倾角的方法，了解测量弱磁场的一种重要手段和实验方法，本仪器与其他地磁场实验仪(如正切电流计测地磁场实验仪)相比具有以下优点： 1．实验转盘经过精心设计，可自由转动，方便地调节水平和铅直。内转盘相隔ο180，具有两组游标，这样既提高了测量精度，又消除了偏心差。 2．新型磁阻传感器的灵敏度高达50V/T ，分辨率可达8710~10--T ，稳定性好。用本仪器做实验，便于学生掌握新型传感器定标，及用磁阻传感器测量弱磁场的方法，测量地磁场参量准确度高； 3．本仪器不仅可测地磁场水平分量，而且能测出地磁场的大小与方向，这是正切电流计等地磁场实验仪所不能达到的。 本仪器可用于高校、中专的基础物理实验、综合性设计性物理实验及演示实验。 二．仪器技术要求 1．磁阻传感器 工作电压 6V ，灵敏度50V/T 2．亥姆霍兹线圈 单只线圈匝数N=500匝，半径10cm. 3．直流恒流源 输出电流0—200.0mA 连续可调 4．直流电压表 量程0—19.99mV ，分辨率0.01mV

5．测量地磁场水平分量不确定度小于3% 6．测量磁倾角不确定度小于3% 7．仪器的工作电压AC 220±10V 三．仪器外型

FD-HMC-2型 磁阻传感器与地磁场实验仪 (以下实验讲义和实验结果由复旦大学物理实验教学中心提供) 一．简介 地磁场的数值比较小，约510-T 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量地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度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重要方法。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应用前景。 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 )()(⊥⊥-+=∥ （1） 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

地磁场测量的意义

地磁测量的重要意义 地磁场的特点 由于地球本身具有磁性，所以地球及附近的空间存在着磁场, 这个磁场就是地磁场。地磁场是地球的基本资源之一，与人类生活息息相关，它在地球科学、航空航天、资源探测、交通通讯、国防建设、地震预报等领域有着重要的应用。正是因为地磁场有如此重要应用价值，人们对地磁场的测量又迫切的需求。因此，磁场的测量已成为热点课题之一[1]。可以将地磁场近似地看作是地球中心有一个磁铁棒放，它的Ｎ极大体上对着南极，从而产生的磁场，其磁感线性状如图1.1所示。事实上，地球磁场的产生是通过电流在导电液体核中流动的发电机效应产生磁场的。 图1.1 地球磁场示意图 地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分，它们是不同的两种磁场。基本磁场是地磁场的主要组成部分，它源于地球的内部，相对来说比较稳定，变化缓慢。变化磁场起源于地球外部，并且很微弱[2]。 地磁场是一个向量场。常用的地磁参量有7个，即地磁场总强度F，地磁场的水平强度H，垂直强度Z，X和Y分别为水平强度的北向和东向分量，D和I 分别为磁偏角和磁倾角。其中以磁偏角的观测历史为最早。

在地磁场观测中，通常用三个参量来表示地磁场的方向和大小： (1)磁偏角A，即地球表面任一点的地磁场磁感应强度矢量B所在的垂直平面（地磁子午面）与地理子午面之间的夹角； (2) 磁倾角Φ，即地磁场磁感应强度矢量B与水平面之间的夹角； (3) 地磁场磁感应强度的水平分量B，即地磁场磁感应强度矢量B在水平面 上的投影[3]。 地磁场的重要应用 地磁场数值较小约0. 5 ×10- 4T，其强度与方向也随地点而异。地磁场被视 为地球的一种重要的天然磁源，它在国家科研中有着重要用途。在地球科学的研究中，作为以地球系统的过程与变化及其相互作用为研究对象的基础学科，研究和掌握地磁场的固有特性及其变化规律是地球科学研究的重要内容。在交通运输方面，可以通过检测由于车辆干扰而引起的地磁场的变化来反应车辆本身的特点及运动情况[4]。 除此之外，地磁还可以用于石油定向斜井钻井中；在海洋中，进行地磁测量可以保证航海的安全、海洋工程建设及了解海底构造；在陆地上，人们通过大规模的地磁测量及分析地磁偏角的变化去测定强磁性铁矿床、弱磁性铁矿床以及铜、镍、铬、金刚石等各种矿石的分布；在科学研究方面，地磁测量有助于人类了解地球的成因和延边过程，掌握火山的活动规律，地震预报等[5]；在军事上，可以作为战场环境重要参数对军事斗争的前期准备、部队战斗力的发挥都具有重要意义。 目前国内外在石油开采中，大都利用地磁测量和地磁偏角进行地下储油分布及及其构造的探测。 虽然人们天天生活在地球磁场的影响下，但是我们却无法靠自身的五官来感受和估计地磁场的大小和方向。所以利用地球磁场固有特点，设计和制备应用于地磁测量的磁性传感器，这对于地球科学、航天航空、资源探测、交通运输、空间天气、测绘等诸多技术领域都拥有巨大的应用价值。

第二章地球磁场

第二章地球磁场 （Lisa Tauxe著，常燎译） 建议补充读物 Butler (1992)，3－7页，10－11页。 更多信息可参看：Merrill et al. (1996) 第一、二章。 2.1 地球磁场 古地磁学主要研究过去的地球磁场行为。人类的直接测量仅仅能够追溯到几个世纪前，因此，古地磁学仍然是研究过去地球磁场行为的唯一手段。由于古地磁学涉及地球磁场，因此有必要了解一些有关地球磁场的知识。这一讲我们主要回顾现今地球磁场的一些基本性质。 地磁场由地球液态外核的对流引起（外核由铁、镍和一些未知的较轻成分构成）。产生对流的能量的来源目前还不清楚，但是一般认为一部分来源于是地球的冷却过程，另外一部分则来源于由铁/镍构成的液态外核的浮力，这一浮力则由纯铁内核的冷却引起。这个导电流体的运动受控于液态外核的浮力、地球自传以及导电流体和磁场的相互作用（这是一个异常复杂的非线性过程）。确定导电流体的运动方式以及其产生的磁场状态是一个极具挑战性的课题，但是我们已经知道这种导电流体的运动是一种自激发电机过程，它可以产生并维持巨大的磁场。 2.1.1 地球参考场 在很多情况下，确定地球磁场在一特定时间的空间分布非常有用。对地球磁场及其变化率的数学近似可以比较准确地估计地球磁场在给定时间和地点的值（最少在几百年以内）。由第一章可知，地表的磁场大致是个标量的势场，并服从拉普拉斯方程： 这个方程可以改写为： 这个方程的一个解是： 对地球磁场，一般可以写作半径为r，纬度余弦θ，经度?的标量势：

其中，g 和h 是高斯系数，可以从特定的年代计算得出，单位为nT ，或磁通量（注意，公式中μ0由tesla [B ]转换到Am -1 [H ]）。角标e 和i 代表外场或者内场的起源，a 是地球半径（6.371 х 106 m ），μ0是自由空间的磁导率（参看第一讲中的表1.1），m l P 正比于勒让德多项式，其由传统的施密特多项式归一化而来（可参看建议的读物）。 图2.2展示了三种矢量场的全球倾角分布及对应的面谐函数的：即轴向的（m ＝0）偶极子场（l ＝1），四极子场（l ＝2），以及八极子场（l ＝3）。它们的贡献分别由0 1g ，0 2g 和0 3g 确定。相关的多项式（图2.1）为： 如果转动图2.2a 中的轴向偶极子场，使其北极指向格林威治子午线，那么它就由系数0 1 h 确定，如果指向90?E ，则将由系数1 1h 而定。所以，总的偶极子贡献将是轴向和两个沿赤道 的偶极子项的矢量相加，即。总的四极子贡献（l ＝2）由五个系数 而定，总的八极子（l ＝3）贡献则由七个系数而定。 一般来讲，如果下标（l ）和上标（m ）的差为奇数（比如，轴向偶极子0 1g 和八极子0 3g ），则相应的地球磁场对于赤道是非对称的。然而，如果l 和m 的差为偶数（如，轴向四极子0 2g ），则相应的地球磁场是对称的。图2.2a 表示，由与现今地磁场方向一致的单一偶极子场产生的倾角。在北半球，倾角都是正的（向下），而在南半球是负的（向上）。相反，由四极子场产生的倾角（图 2.2b ）是在极区是向下的，在赤道处则是向上的。由轴向八极子场（图2.2c ）产生的倾角关于赤道也是非对称的，在两个极区的方向相反，并在中纬度地区被具有相反方向的条带分开。 地球磁场是一个矢量场，所以在每个点都有方向和强度（图2.3）。无论选择怎样的坐

地磁场水平分量的测量解读

实验二十九 地磁场水平分量的测量 1、教学目标 （1）学习测量地磁场水平分量的方法； （2）了解正切电流计的原理； （3）学习分析系统误差的方法 2、教学难点、重点 难点：地磁场的相关概念；正切电流计的原理。 重点：测量方法和测量公式。 3、实验室提供的仪器和用具 亥姆霍兹线圈（N=640匝，R=10cm ），地质罗盘（DL-I 型），直流稳压电源（DF173系列），电阻箱（ZX21型），直流电流表（0.5级，10Ma ），换向开关，水准器。 4、实验原理 4.1 地磁场与地磁要素 地球是一个大磁体，地球本身及其周围空间存着磁场叫做“地球磁场”又称地磁场，其主要部分是一个偶极场。地心偶极子轴线与地球表面的两个交点称为地磁极，地磁的南（北）极实际上是地心磁偶极子的北（南）极，如图1。地心磁偶极子的磁轴m m S N 与地球的旋转轴NS 斜交一个角度o 5.11,00≈θθ。所以地磁极与地理极相近但不 相同，地球磁场的强度和方向随 地点、时间而发生变化。 地球表面任何一点的地磁 场的磁感应强度矢量B 具有一定 的大小和方向。在地理直角坐标 系中如图2所示。O 点表示测量 点，x 轴指向北，即为地理子午 线（经线）的方向；y 轴指向东， 即为地理纬线方向；z 轴垂直于 地平面而指向地下。XOy 代表地 平面。B 在xOy 平面上的投影//B 称为水平分量，水平分量所指的 方向就是磁针北极所指的方向，即磁子午线的方向；水平分量偏离地理真北极的角度D 称为磁偏角，也就是磁子午线与地理子午线的夹角。由地理子午线起算，磁偏角东为正，西偏为负。B 偏离水平面的角度I 称为磁倾角。在北半球的大部分地区磁针的N 极下倾，而在南半球，则磁针的N 极向上仰，规定N 极下倾为正，上仰为负。B 的水平分量//B 在x 、y 轴上的投影，分别称为北向分量x B 和东向分量y B ；B 在Z 轴上的投影z B 称为垂直分量。故某一地点O 的地 磁要素有：⑴地磁场总磁感应强度B ，⑵磁倾角I ，⑶磁偏角D ， ⑷水平分量//B ，⑸垂直分量z B ，⑹北向分量x B ，⑺东向分量y B 。 不难看出，它们是B 在各个坐标体系中的坐标值，比如z y x B B B ,,就是 图 1

地磁场的测定

地磁场的测定 行军、航海利用地磁场对指南针的作用来定向。人们还可以根据地磁场在地面上分布的特征寻找矿藏。地磁场的变化能影响无线电波的传播。当地磁场受到太阳黑子活动而发生强烈扰动时，远距离通讯将受到严重影响，甚至中断。假如没有地磁场，从太阳发出的强大的带电粒子流（通常叫太阳风），就不会受到地磁场的作用发生偏转而直射地球。在这种高能粒子的轰击下，地球的大气成份可能不是现在的样子，生命将无法存在。所以地磁场这顶“保护伞”对我们来说至关重要。所以我们研究小组将对地磁场进行一系列的测定。下面我先对地磁场进行一些简单的介绍： 地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分。基本磁场是地磁场的主要部分，起源于地球内部，比较稳定，属于静磁场部分。变化磁场包括地磁场的各种短期变化，主要起源于地球内部，相对比较微弱。地球变化磁场可分为平静变化和干扰变化两大类型。大量的事实和证据表明，地磁场的磁极曾经互换过。 地磁场不是毫无变化的，它的强度与地磁极位置会改变。科学家发现，地磁极会周期性地逆反定向，这过程称为地磁反转。最近一次的反转是大约78万年前的布容尼斯－松山反转（Brunhes–Matuyama reversal）。对于澳大利亚红英安岩和枕状玄武岩的古地磁学（paleomagnetism）研究发现，地磁场的存在，估计至少已有35亿年之久[1]。地磁场会在太空与太阳风和其它带电粒子群流互相作用，因而形成磁层。地球磁层并不是球状的，在面对太阳的一面，其边界离地心的距离约为七万千米（随太阳风强度的不同而变化）。 磁极的位置 特性 地表上的地磁场强度并不均匀，强度因地理位置而有所变化：从0.3高斯（南美地区和南非）到0.6高斯（加拿大的磁北极附近，澳大利亚南部和一部分西伯利亚地区）。 地磁场类似磁铁棒，但是这种相似只是粗略的。磁铁棒或是其它永久磁铁的磁场是由于铁原子中的电子有序的运动而形成的。然而，地核的温度高于居里点（铁的居里点：绝对温度1043K），铁原子的电子轨道的方向会变得随机化，这样的

地球磁场

地球磁场 地球磁场 地球磁场言是偶极型的，近似于把一个磁铁棒 放到地球中心，使它的北极大体上对着南极而 产生的磁场形状，但并不与地理上的南北极重 合，存在磁偏角。当然，地球中心并没有磁铁 棒，而是通过电流在导电液体核中流动的发电 机效应产生磁场的。 简介 自然地球磁场图片 地球磁场The Earth magnetic field不是孤立的，它 受到外界扰动的影响，宇宙飞船就已经探测到太 阳风的存在。太阳风是从太阳日冕层向行星际空 间抛射出的高温高速低密度的粒子流，主要成分 是电离氢和电离氦。 因为太阳风是一种等离子体，所以它也有磁场， 太阳风磁场对地球磁场施加作用，好像要把地球 磁场从地球上吹走似的。尽管这样，地球磁场仍 有效地阻止了太阳风长驱直入。在地球磁场的反 抗下，太阳风绕过地球磁场，继续向前运动，于 是形成了一个被太阳风包围的、彗星状的地球磁场区域，这就是磁层。[1] 地球磁层位于距大气层顶600～1000公里高处，磁层的外边界叫磁层顶，离地面5～7万公里。在太阳风的压缩下，地球磁力线向背着太阳一面的空间延伸得很 远，形成一条长长的尾巴，称为磁尾。在磁赤 道附近，有一个特殊的界面，在界面两边，磁 力线突然改变方向，此界面称为中性片。中性 片上的磁场强度微乎其微，厚度大约有1000公 里。中性片将磁尾部分成两部分：北面的磁力 线向着地球，南面的磁力线离开地球。 地球磁场 1967年发现，在中性片两侧约10个地球半径 的范围里，充满了密度较大的等离子体，这一 区域称作等离子体片。当太阳活动剧烈时，等 离子片中的高能粒子增多，并且快速地沿磁力 线向地球极区沉降，于是便出现了千姿百态、 绚丽多彩的极光。由于太阳风以高速接近地球 磁场的边缘，便形成了一个无碰撞的地球弓形 激波的波阵面。波阵面与磁层顶之间的过渡区叫做磁鞘，厚度为3～4个地球半径。

弱磁场测量仪器的进展和应用解读

电源同频的和不同频的交流分量也都有相应的限制。界上至少有二十几个研究小组在开展这方面的工作〔〕。在环境的杂散磁场中的磁场影响最大千扰磁场 , 。 , 随时间作单调变化、用噪声源 , 测量人体磁场时 , 为消除各种 , 例如 , 离高压线较近的工频电车汽车的移动。、一方面可以采用磁屏蔽的办法另一附近有火车、方面也可以利用一次或二次微分形式的梯度探头。大型机电设备的动作等造成的干扰磁场。、赫尔辛基工业大学建成了目前最好的磁屏 , , 测量环境杂散磁场直流分量或波动的最简蔽室〔。〕该室除用于测量人体的心磁图和脑单仪器是磁通门磁强计它的灵敏度高测量的范围宽偿力 , 、磁图外还可用于研究磁场对细菌生长的作用。可以直读、有的仪器还带有地磁场补。以及某些化学反应中磁化率的变化测试磁场的变化很方便同时也可以用质需要和赫姆霍茨。由于环境污染而造成的矽肺病场可达。一 , 其稳态磁 , , 子旋进磁强计〔〕这种磁强计有很高的分辨 , , 。以上 , 。沉积在肺中的磁性物质很。 , 但是测量的范围很有限难用射线测出场较高 , 而利用磁场测量可以判明工线圈配合起来使用应线圈法来测量

示。。操作和计算也较复杂 , 并且可用作了解肺功能缺陷的手段除用测量外 , 由于肺磁测量环境杂散磁场交流分量一般利用感还可以利用高。其中最简单的是利用平均值电压表 , 灵敏度的磁通门梯度计来测量四、为了有较高的灵敏度 , 可采用匝数多展望弱磁场测量技术和弱磁传感器的应用十分的感应线圈 , 。并接到积分器、放大器后再显或者用高灵敏度的数字磁通表来直接测量广泛对于有严重干扰的杂散磁场 , , 在最近十几年来已经有了很迅速的发 , 必须找出其 , 展。展望未来的十年 , 弱磁场磁强计也必然会。来源而消除掉。对于无法消除的杂散磁场。要成为磁测量仪器的开路先锋场测量技术的发展、今后 , 我国弱磁采取屏蔽的方法在一些国家的弱磁场试验室。至少有以下几方面任务 , 中都建设有大型的多层磁屏蔽室推广磁通门磁强计的应用、发展高灵 , , 有时候还要求知道某种设备内部器件的移敏的、小探头的梯度探头的等系列化形式一“ 动带来的干扰磁场以及仪器内部电路之间的干扰磁场、其测量上限要求扩展到工。霍尔效应磁强计量范围相接续。、名以便和变压器的漏磁场等等。 , 这时利用小型核磁共振磁强计等仪器的测 , 的磁通门探头是比较合适的、为此对探头的材料。、工艺和生物磁浏量 , 结构等都要作相应的研究和改进但是 , 。、虽然人们很早就认识到生物磁现象只有到的心脏、光泵磁强计在国外已经成为商品化的 , 年代初由于超导量子磁强计的出现大脑、、稳定仪器泛应用。在空间 , 、地面等不同条件下得到广才为人体磁场的测量提供了最可能的手段肺等器官都有微弱的磁场。人其国内今后应注重对仪器的稳定性和灵以期供给一批实用的商品化 , 敏度方面的研究仪器理学。、中有交变的也有稳态的“ ‘ ” , 例如 , 健康人的心脏磁场变化可达生的磁场为一伴随骨骼肌收缩产、。国外对人体磁场的研究已经深入到生。“ , 脑磁场在睡眠时为测量人体某些器 , 精神生理学和医学的领域 , 。国内急需商、‘ 、一‘吕睡醒时为。品化的并且希望能迅速应用到临床 , 官的磁场可以诊断一些疾病测量已成为引人注目的课题法国、因此人体磁场的目前 , 诊断中去由于人体磁场的研究和磁学生理学等都

地磁场测定实验

地磁场的测量 一、实验目的 1．掌握坡莫合金磁阻传感器的定标 2．测量地磁场水平分量和磁倾角的方法 二、实验仪器 FD-HMC-2型磁阻传感器与地磁场实验仪 三、实验原理 地磁场作为一种天然磁源，在军事、航空、工业、医学、探矿等科研中有着重要用途。地磁场的数值比较小，约5 10 T量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往要知道其数值，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量地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平和垂直分量；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重要方法。由于磁阻传感器体积小，灵敏度高，易安装，因而在弱磁测量方面有广泛应用前景。 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，镍及合金等磁性金属，当外加磁场平行与磁体部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各相异性磁阻效应。

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和三维磁场）。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，具有以下关系公式 θρρρθρ2//cos )()(⊥⊥-+= 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发生较大的变化，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 型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。传感器部结构如图2所示。图2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 铝合金带玻莫合金薄膜外加磁场电流 θＩ Ｍ外加磁场–+ Vout 偏置磁场 R +△R R +△R R -△ R R -△R Vb 图1 磁阻传感器的构造示意图 图2 磁阻传感器内的惠斯通电桥

磁场及其描述汇总

磁场及其描述 目标认知 学习目标 1．了解磁现象，理解电流的磁效应及其伟大意义。 2．通过磁的相互作用现象，知道磁场的存在和磁场的基本性质。 3．了解地磁场的分布以及地磁场对地球生命及人类活动的意义。 4．理解磁感线的意义，能够熟练地运用安培定则确定电流的磁场方向。 5．理解磁场的方向；理解磁感应强度的定义、磁通量的定义和计算方法；理解匀强磁场的特点以及在匀强磁场中磁通量的计算。 学习重点难点 1．对磁现象及其电本质的理解，对地磁的理解。 2．电流的磁场及方向的判断——安培定则。 3．磁感强度的定义及磁通量的计算。 知识要点梳理 知识点一：磁现象 要点诠释： 1．磁性、磁体 物质具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。 具有磁性的物体叫磁体。 2．磁极 磁体的各部分磁性强弱不同，磁性最强的区域叫磁极。任何磁体都有两个磁极，一个叫南极（又称S极），另一个叫北极（又称N极）。 3．磁极间的相互作用 同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。 4．磁化、磁性材料 变无磁性物体为有磁性物体叫磁化，变有磁性物体为无磁性物体叫退磁。 磁性材料可分为软磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料，不容易去磁的物质叫硬磁性材料。一般来讲软磁性材料剩磁较小，硬磁性材料剩磁较大。 软磁性材料可应用于需被反复磁化的场合，例如振片磁头、计算机记忆元件、电磁铁等；硬磁性材料可应用于制作永久磁铁。 知识点二：电流的磁效应 要点诠释： 1．电流对小磁针的作用 1820年，丹麦物理学家奥斯特发现，导线通电后，其下方与导线平行的小磁针发生偏转，如图所示。

说明：在做奥斯特实验时，为排除地球磁场的影响，小磁针应南北放置，通电导线也应南北放置。2．磁铁对通电导线的作用 如图所示，磁铁会对通电导线产生力的作用，使导体棒偏转。 3．电流和电流间的相互作用 如图所示，有互相平行而且距离较近的两条导线，当导线中分别通以方向相同和方向相反的电流时，观察到发生的现象是：同向电流相吸，异向电流相斥。 知识点三：磁场 要点诠释： 1．定义 磁体或电流周围存在一种特殊物质，能够传递磁体与磁体、磁体与电流之间、电流与电流之间的相互作用，这种特殊的物质叫磁场。 （说明：所有的磁作用都是通过磁场发生的，磁场和电场一样，是物质存在的另一种形式，是客观存在的。 2．磁场的基本性质 对放入其中的磁极、电流或运动电荷产生力的作用。 3．磁场的产生 （1）永磁体周围存在磁场； （2）电流周围存在磁场——电流的磁效应； （3）运动的电荷周围存在磁场——磁现象的电本质。 电流是大量运动电荷形成的，所以运动电荷周围空间也有磁场。静止电荷周围空间没有磁场。4．磁场的方向

弱磁场测量方法解读

弱磁场测量方法的研究 杨阳胡超陈冬梅戴厚德阳万安 中科院深圳先进技术研究院 摘要磁场测量技术是研究磁现象的重要手段，在国防、工业、医疗、交通等领域有广泛的应用。随着电子信息技术的进展，磁场测量有向弱磁方向发展的趋势。本文根据当前磁场测量的现状以及发展趋势，介绍常见的弱磁场测量基本原理和方法；并针对我们开发的基于3轴AMR 磁传感器HMC1043和单片机的手持式智能三轴磁场测量与定位仪，用实例介绍有关弱磁场测量的技术手段。关键词弱磁场，测量，3轴磁场传感器 1 前言 磁场测量技术是研究磁现象有关物理现象的重要手段，已经逐渐形成为一门独立的科学。在科学研究、国防建设、工业生产、医疗仪器、日常生活等领域，磁场测量常常起着越来越重要的作用。磁场测量是一门历史悠久并且不断发展的技术科学[1]，是电磁测量技术的一个重要分支。远在公元一千年前，我们的祖先就知道了指南针有极性，并将其制成罗盘用于旅行和航海，这可称为世界上第一个磁场测量的仪器[2]。目前，由于磁测量技术的广泛应用，大大丰富了磁测量的内容，该技术几乎涉及所有的电测量方法。利用了各种电磁现象，发展了许许多多的技术应用；并且随着电子技术、计算机技术、自动化技术、冶金工艺、机械制造与工艺技术的发展，磁场测量已经走向小型化、电子化、数字化、和自动化，性能大为改善，磁场测量已向宽量程和高精度发展，特别是弱磁场的测量。弱磁场测量为磁技术的应用开辟了新的领域，如人体体内磁目标的跟踪定位。 针对这一趋势，我们设计了手持式智能三轴磁场计以对弱磁场进行测量。设计中采用低功耗、高灵 敏度、和高线性度的霍尼韦尔HMC1043三轴AMR（各

向异性磁阻）磁场传感器，并通过单片机和其它放大控制电路，准确的测量出目标空间3维磁场的强度，判断出磁场的极性，该磁场计还特别适合弱磁场的测量。 本文以下内容将介绍磁场特点及测量原理、基本测量方法、手持式智能三轴磁场检测仪的设计，最后给予总结。 2 磁场与测量原理 磁场测量技术所涉及的范围很广，从被测磁场 强度范围看，它可以从10-15T （特斯拉）至103T 以上；从其频率看，它包括直流、工频、高频、及各种脉冲；从测量技术所应用的各种原理来看，它涉及到电磁效应、光磁效应、压磁效应、热效应等各种效应；从测量中所采用的技术来看，它包括指针仪表、数字仪表直至电子计算机的系统测量。磁场测量包括磁参数和磁性材料磁特性的测量。磁参数的测量指的是磁场强度和磁通的测量。磁性测量一般是指的材料试样的测试，用以反映磁性材料的磁性参数。目前在国内厂家对于磁性测量的装置相对较多，但对于磁参数测量的装置生产的相对较少。因此，研究和发展高精度、灵敏度强、稳定性好、使用简单，成本低廉的磁场测量装置有着深远的意义。 对宏观磁场和磁性材料进行磁学量测量的仪器。通常按测量对象不同分为两大类。 第一类仪器用于测量磁场强度、磁通密度、磁通量、磁矩等表征磁场特征的物理量。典型仪器有磁通计、磁强计、磁位计等。这类仪器的工作原理可分三种：第一种是利用磁的力效应，用于测量地磁场强度和检验磁性材料；第二种根据法拉第的电磁感应定律，由感应电动势求出磁通的变化，再导出各种待求的磁场量；第三种利用磁致物理效应（如霍尔效应等）来测量磁通密度，对静止的或变动的磁场量均适用。 第二类仪器用于测量磁导率、磁化强度、磁化

用磁阻效应测量地磁场

用磁阻效应测量地磁场 地磁场的数值比较小，约10－5 T 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量地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度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征及测量地磁场的一种重要方法。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应用前景。 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。 本实验所用得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1所示。薄膜的电阻率ρ（θ）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 2()()cos ρθρρρθ⊥⊥=+-P （1） 其中ρP 、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2所示。图2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 out b R U U R ???=? ??? （2） 图1 磁阻传感器的构造示意图 图2 磁阻传感器内的惠斯通电桥 对于一定的工作电压，如U b =5.00V ，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：

无磁、弱磁材料磁性能的测量方法

无磁、弱磁材料磁性能的测量方法 最近几年，我们国家的经济以及科技都获取了显著的发展。比如弱磁探测相关的技术就得以明显发展。在这种背景之下，无磁以及弱磁材料对设备的性能影响变得更加明显。所以，我们必须认真开展无磁以及弱磁物质的磁性测试以及筛选工作。作者具体分析了几类常见的测量措施，并且简单的比对了它们的运用区间以及测量关键点等相关内容。 标签：无磁材料；弱磁材料；磁天平；磁导率；磁化率 引言 所谓的无磁材料，具体的说指的是那种不具有磁性的材料，像是最常见的铜铝等。而弱磁材料，指的是那种磁性非常低的材料。在过去的时候，当我们设计零件的时候，非常关注永磁型物质的性能，对于那些没有磁性的物质的性能却在很大程度上忽略了。不过由于当前时期，电子工艺不断发展，此时电子设备开始朝着小型化以及高精确性方向发展，这时那种没有磁性的物质的性能对设备的特性影响就变得非常受关注了。目前很多行业都使用无磁材料，比如我们国家的国防工作。潜艇中所用的系列无磁不锈钢，导航系统所用的铜材，铜漆包线、铝材、钛合金、陶瓷等全部属于无磁物质，这些物质的磁导率等特性会对设备的精确性等产生非常明显的影响。通过长久的开展无磁材料性能测试工作，我们发现了非常多的问题，很多的使用人都不熟悉此类物质的特性，也不知道怎样检测它们的性能，在选择以及运用的时候不知道怎样测试它们的品质，最终的后果是使得设备不符合规定，有的根本不能正常使用，最终只能再次检查，这就在无形之中加大了材料的浪费率，而且浪费时间和金钱。作者在这个前提之下，具体分析了无磁以及弱磁物质的性能测量工作。 1 测量方法研究 文章讲到的磁性指的是无磁以及无磁物质的磁化率以及剩磁等数值，我们常使用磁天平、振动样品磁强计和磁通门磁强计等来测试，它们的原理并非是完全一样的。 1.1 磁天平的测量原理 磁天平的基本原理概括来说就是通过非均匀磁场作用在磁性物质上的力的测量，以此来获取磁性数值的一种措施。按照测量措施来区分的话，它又可以分成古依法和法拉第法等[2]。古依法测量原理，将横截面积均匀的长棒状样品悬挂在天平挂钩上，并放置在由电磁铁产生的磁场中，要求样品下端处于电磁铁两极头的中心点，上端处于在磁场零点处或是接近零点处。 1.2 振动样品磁强计的测量原理

地磁场水平分量的测量实验

地磁场水平分量的测量 姓名：王秋来 专业班级：物科院11级物理学 学号：37 【摘要】某一地点O 的地磁要素有：⑴地磁场总磁感应强度B ，⑵磁倾角I ，⑶磁偏角D ，⑷水平分量//B ，⑸垂直分量z B ，⑹北向分量x B ，⑺东向分量y B 。 确定某一点的地磁场通常用磁偏角，磁倾角和水平分量//B 三个独立要素。 利用正切电流计算原理，测定地磁场的水平分量//B 地磁场水平分量为：032 85a u N B b R = ? 【关键字】地磁场，水平分量，正切电流计，磁偏角。 1、实验目的 （1）学习测量地磁场水平分量的方法； （2）了解正切电流计的原理； （3）学习分析系统误差的方法 2、实验室提供的仪器和用具 亥姆霍兹线圈（N=700匝），地质罗盘（DL-I 型），直流稳压电源（DF173系列），电阻箱（ZX21型），直流电流表。 3、实验原理 地磁场与地磁要素 地球是一个大磁体，地球本身及其周围空间存着磁场叫做“地球磁场”又称地磁场，其主要部分是一个偶极 图1

场。地心偶极子轴线与地球表面的两个交点称为地磁极，地磁的南（北）极实际上是地心磁偶极子的北（南）极，如图1。地心磁偶极子的磁轴m m S N 与地球的旋转轴NS 斜交一个角度o 5.11,00≈θθ。所以地磁极与地理极相近但不相同，地球磁场的强度和方向随地点、时间而发生变化。 地球表面任何一点的地磁场的磁感应强度矢量B 具有一定的大小和方向。在地理直角坐标系中如图2所示。O 点表示测量点，x 轴指向北，即为地理子午线（经线）的方向；y 轴指向东，即为地理纬线方向；z 轴垂直于地平面而指向地下。XOy 代表地平面。B 在xOy 平面上的投影//B 称为水平分量，水平分量所指的方向就是磁针北极所指的方向，即磁子午线的方向；水平分量偏离地理真北极的角度D 称为磁偏角，也就是磁子午线与地理子午线的夹角。由地理子午线起算，磁偏角东为正，西偏为负。B 偏离水平面的角度I 称为磁倾角。在北半球的大部分地区磁针的N 极下倾，而在南半球，则磁针的N 极向上仰，规定N 极下倾为正，上仰为负。B 的水平分量 //B 在x 、y 轴上的投影，分别称为北向分量x B 和东向分量y B ；B 在Z 轴上的投影z B 称为垂直分量。故某一地点O 的地磁要素有：⑴地磁场总磁感应强度B ，⑵磁倾角I ，⑶磁偏角D ，⑷水平分量//B ，⑸垂直分量z B ，⑹北向分量 x B ，⑺东向分量y B 。 不难看出，它们是B 在各个坐标体系中的坐标值，比如z y x B B B ,,就是B 在直角坐标系中的坐标值，而,,//B B z D 和D 、//B 、I 则分别是B 在柱面坐标系和球坐标系中的坐标值，这三种坐标体系是彼此独立的，在它们之间，存在着如下的变换关系： z y x z y x B B B B B B tgI B B D B B D B B 2//2222//2//////,,,sin ,cos +=+==?=?= 图2

如何对弱磁场传感器进行选型

如何对弱磁场传感器进行选型 根据目前市场上测量弱磁场应用范围比较广的弱磁场传感器主要是磁通门传感器，它具有分辨率高、精度高、测量弱磁场范围宽，线性度好、易于集成，经济可靠耐用等其他弱磁场传感器无可比拟的优点，那么针对磁通门传感器又有不同的分类，在实际工作中，我们该如何选择适合自己测量的传感器呢？ 选型前，我们需要考虑几个重要的因素： 1、根据测量对象和测量环境来考虑传感器类型 磁通门传感器常用于0-10G的磁场中，完全适用于地磁检测、包裹检测、水下磁场监控、剩磁检测、微弱磁场测量、实验室等环境中，具有高性价比和高可靠性的特点，模拟信号输出和数字信号RS485输出皆可，方便客户选择。 2、灵敏度的选择 在线性范围内，传感器的灵敏度越高越好。灵敏度越高，测量精度就越高。弱磁场传感器最大能测量0.1nT微弱磁场，灵敏度非常高。 3、频率响应特性 传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽！磁通门高斯计的频率响应范围可达到DC-1KHZ,大大提高了传感器的响应速度。 4、线性误差 线性误差越小，越能保证测量结果的准确性。那么弱磁场传感器的线性误差最小可达0.0015%，能实现多种弱磁场环境的精准测量。 5、稳定性 影响传感器长期稳定性的因素有传感器本身结构和使用环境。弱磁场传感器采用特种工程塑料PEEK等材料，能保证在苛刻的空间环境，水下2000米甚至更复杂的环境中长期使用达12年之久。 6、精度 精度是传感器的一个重要的性能指标，传感器的精度越高，其价格越昂贵，弱磁场传感器的精度可达0.5%，可根据测量环境选择合适精度的传感器。 因此，在常见的检测微弱磁场环境中，选择和使用不同型号类型的磁通门传感器和弱磁场高斯计就显得非常必要！如三维磁通门智能变送器GFP703常用于10G以下的磁场中，具有高分辨率0.1nT、高可靠性的特点,能进行高精度RS485数字输出，提供5-36VDC宽幅电源，高防护等级和DC/AC测量模式切换易于集成到系统之中，可适用于各种不同的环境和场合，是测量弱磁场的良好选择！

地磁场水平分量的测量

地磁场水平分量的测量 地磁场的数值比较小，约T 105-数量级，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场磁感应强度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重要方法。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应用前景。 【实验目的】 1.掌握各向异性磁阻传感器的原理和特性 2.了解各向异性磁阻传感器测量磁场的基本原理 3.学会用磁阻传感器测定地磁场 【实验仪器】 地磁场实验仪、底座、转轴，带角度刻度的转盘、磁阻传感器的引线、亥姆霍磁线圈 【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。 磁阻传感器由长而薄的玻莫合金(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： θρ-ρ+ρ=θρ⊥⊥2cos )()(∥ （1） 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。 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