孙炫东2020年4月1日自选实验报告2主要完成的项目•通电螺线管的磁场•手机磁传感器原理的探究•iphone磁传感器轴线方位的探究•通电螺线管产生的磁场和电流关系的探究•音叉频率的测量•使用phyphox的FFT频谱功能对音叉频率进行测量•关于phyphox的FFT频谱功能的误差分析•使用拍频测量方法对音叉频率进行测量•拍频测量中的误差•phyphox中音频功能编程相关的问题3手机磁传感器的基本原理【1】手机磁传感器采用各向异性磁致电阻（AnisotropicMagneto-Resistance）材料来检测空间中磁感应强度的大小。这种具有晶体结构的合金材料对外界的磁场很敏感，磁场的强弱变化会导致AMR自身电阻值发生变化。在制造过程中，将一个强磁场加在AMR上使其在某一方向上磁化，建立起一个主磁域M，与主磁域M垂直的轴被称为该AMR的敏感轴。为了使测量结果以线性的方式变化，AMR材料上的金属导线呈45º角倾斜排列，电流从这些导线上流过。由初始的强磁场在AMR材料上建立起来的主磁域M和电流I的方向有45º的夹角。【1】https://blog.csdn.net/jj163zhuangzi/article/details/507313524手机磁传感器的基本原理当有外界磁场Ha时，AMR上主磁域方向就会发生变化而不再是初始的方向了，那么磁场方向和电流的夹角θ也会发生变化，对于AMR材料来说，θ角的变化会引起AMR自身阻值R的变化，并且呈线性关系。5手机磁传感器的基本原理磁传感器利用惠斯通电桥检测AMR阻值的变化。R1/R2/R3/R4是初始状态相同的AMR电阻，但是R1/R2和R3/R4具有相反的磁化特性。当检测到外界磁场的时候，R1/R2阻值增加∆R而R3/R4减少∆R。这样在没有外界磁场的情况下，电桥的输出为零；而在有外界磁场时电桥的输出为一个微小的电压∆V。当R1=R2=R3=R4=R，在外界磁场Ha的作用下电阻变化为∆R时，电桥输出ΔV正比于ΔR。这就是手机磁力计的工作原理。6通电螺线管的磁场我购买了一套中学电学实验器材。电路图如上图所示。实验中，手机如右图所示放置在通电螺线管左侧，电流从红线流入，黑线流出。在通电螺线管内部，磁场从右向左。7通电螺线管的磁场——iphone磁传感器轴线方位的探究实验步骤：1.选取手机长宽高任意一轴对准螺线管轴线。开始使用phyphox自带的磁力计记录磁场变化。2.绕螺线管的轴旋转手机360°3.观察磁力计xyz轴的变化。按照几何，xyz轴中于螺线管相平行的轴对应的数据应该没有方向变化。另外两轴的数据应该有正负变化。例如，左边两图中，y轴数据没有正负变化，说明左一图中螺线管轴于指向的是手机y轴。8通电螺线管的磁场9通电螺线管的磁场实验步骤：1.首先断开开关，放置手机，使磁传感器y轴与螺线管轴平行。使用磁力计记录地磁。在之后的数据分析中需要扣除地磁。2.闭合开关，通过调节滑动变阻器，调节通过螺线管的电流。记录特定电流下螺线管产生的磁场。注：滑动变阻器本身也是一个螺线管，所以为了保证变阻器不影响测量，实验室将其放置在2m以外。10通电螺线管的磁场11音叉频率的测量——傅里叶变换法测量音叉频率的第一种方法是使用phyphox自带的频谱分析程序。其原理是录取一段时长的声波（时长由设置中的采样数确定），然后进行快速傅里叶变换，得到音叉的频谱。频谱的峰值对应音叉的频率。在实验中，对四个音叉进行频谱分析（2个标定为512Hz，2个标定为256Hz）。12音叉频率的测量——傅里叶变换法音叉编号标定频率(Hz)phyphox测得频率(Hz)A1512480.47A2512490.72A3256262.21A4256254.8813音叉频率的测量——FFT中样本数对误差的影响设定放出的音频频率样本数FFT测得频率误差512.002048515.620.71%512.004096515.620.71%512.008192509.77-0.44%512.0016384512.700.14%512.0032768512.700.14%在使用FFT对音叉进行频率测量时，误差来自于采样数（即录音时长）。使用一台手机利用phyphox的Tonegenerator功能产生标准的512Hz声音，再使用另一台手机，在不同采样数设定下进行频谱分析。结果如上表所示，明显观察到，提高采样数可以减小FFT中的误差。14音叉频率的测量——拍频法实验原理：考虑两列传播方向相同，振幅相同的声波：它们的频率分别是f1和f2，它们合成的声波形式为：当f1和f2相差不大时，f1-f2这一项相较于f1...
