磁阻传感器与地磁场测量

图 1 地理南、北极与地磁南、北图 2 地磁场的磁偏角、磁倾角和水平分磁阻传感器与地磁场测量I.关于地磁场的简介地球本身具有磁性，所以地球和近地空间之间存在着磁场，称为地磁场。地磁场的强度和方向随地点不同（甚至随时间）而不相同。地磁场的北极、南极分别在地理南极、北极附近,彼此并不重合，如图 1 所示，而且两者间的偏差随时间不断地在缓慢变化。地磁轴与地球自转轴并不重合，大约有 11°交角。在一个不太大的范围内，地磁场基本上是均匀的，可用三个参量来表示地磁场的方向和大小（如图 2 所示）：（1）磁偏角幺，地球表面任一点的地磁场矢量所在垂直平面（图 2 中 B 与 z 构成的平面，//称地磁子午面），与地理子午面（图 2 中 x、z 构成的平面）之间的夹角。（2）磁倾角卩，磁场强度矢量 B 与水平面（即图 2 的矢量B 和 Ox 与 Oy 构成平面的夹角）之间的夹角。（3）水平分量 B，地磁场矢量 B 在水平面上的投影。//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。当然这三个参量的数值随时间不断地在改变，但这一变化极其缓慢，极为微弱。n.本实验的方法介绍实验方法利用磁阻传感器测量弱磁场的方法，实现地磁场水平分量的测量，并测出地磁场的大小与方向。二.实验所用的设备及材料地理南极W 磁北当存因而输出电压 U可以用下式表示为：o电玻莫合金薄膜图 3图 4 磁阻传感器内的惠斯通电对定的工作电压 U，磁阻传感器输出电压 U与外界磁场的磁感应强度成正比关磁阻传感器与地磁场实验仪。三.实验的构思及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、钻、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 3 所示。薄膜的电阻率 P(0)依赖于磁化强度 M 和电流 I 方向间的夹角 0，具有以下关系式：P(0)二 P+(p-P)COS20(1)丄〃丄其中 P、P 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〃丄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...