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电磁感应法测交变磁场在工业、国防、科研中都需要对磁场进行测量，测量磁场的方法有不少，如冲击电流计法、霍耳效应法、核磁共振法、天平法、电磁感应法等等，本实验介绍电磁感应法测磁场的方法，它具有测量原理简单，测量方法简便及测试灵敏度较高等优点。
一、实验目的1．了解用电磁感应法测交变磁场的原理和一般方法，掌握201FB 型交变磁场实验仪及测试仪的使用方法。
2．测量载流圆形线圈和亥姆霍兹线圈的轴向上的磁场分布。
3．了解载流圆形线圈（或亥姆霍兹线圈）的径向磁场分布情况。
4．研究探测线圈平面的法线与载流圆形线圈（或亥姆霍兹线圈）的轴线成不同夹角时所产生的感应电动势的值的变化规律。
二、实验仪器FB201－Ⅰ型交变磁场实验仪，信号频率可调范围30~200Hz ，信号输出电流，单个圆线圈可 900mA ≥ ，两个圆线圈串联400mA ≥。
亥姆霍兹线圈每个400匝，允许最大电流1A 。
三、实验原理1．载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场：（1）载流圆线圈中心轴线上的磁场分布:一半径为R ，通以电流I 的圆线圈，轴线上磁场的公式为 ：2/322200)(2X R R I N B +⋅⋅⋅=μ （1）式中0N 为圆线圈的匝数，X 为轴上某一点到圆心O '的距离，70410/,H m μπ-=⨯磁场的分布图如图1所示。
本实验取匝400N 0=，A 400.0I =，m 107.0R =，圆心O '处0X =，可算得磁感应强度为：T 10940.0B 3-⨯= , T 10328.1B 2B 3m -⨯==（2）亥姆霍兹线圈中心轴线上的磁场分布:两个相同圆线圈彼此平行且共轴，通以同方向电流I ，理论计算证明：线圈间距a 等于线圈半径R 时，两线圈合磁场在轴上（两线圈圆心连线）附近较大范围内是均匀的，这对线圈称为亥姆霍兹线圈，如图2所示。
这种均匀磁场在科学实验中应用十分广泛，例如，显像管中的行、场偏转线圈就是根据实际情况经过适当变形的亥姆霍兹线圈。
电磁感应法测交变磁场在工业、国防、科研中都需要对磁场进行测量，测量磁场的方法有不少，如冲击电流计法、霍耳效应法、核磁共振法、天平法、电磁感应法等等，本实验介绍电磁感应法测磁场的方法，它具有测量原理简单，测量方法简便及测试灵敏度较高等优点。
一、实验目的1．了解用电磁感应法测交变磁场的原理和一般方法，掌握201FB 型交变磁场实验仪及测试仪的使用方法。
2．测量载流圆形线圈和亥姆霍兹线圈的轴向上的磁场分布。
3．了解载流圆形线圈（或亥姆霍兹线圈）的径向磁场分布情况。
4．研究探测线圈平面的法线与载流圆形线圈（或亥姆霍兹线圈）的轴线成不同夹角时所产生的感应电动势的值的变化规律。
二、实验仪器FB201－Ⅰ型交变磁场实验仪，信号频率可调范围30~200Hz ，信号输出电流，单个圆线圈可 900mA ≥ ，两个圆线圈串联400mA ≥。
亥姆霍兹线圈每个400匝，允许最大电流1A 。
三、实验原理1．载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场：（1）载流圆线圈中心轴线上的磁场分布:一半径为R ，通以电流I 的圆线圈，轴线上磁场的公式为 ：2/322200)(2X R R I N B +⋅⋅⋅=μ （1）式中0N 为圆线圈的匝数，X 为轴上某一点到圆心O '的距离，70410/,H m μπ-=⨯磁场的分布图如图1所示。
本实验取匝400N 0=，A 400.0I =，m 107.0R =，圆心O '处0X =，可算得磁感应强度为：T 10940.0B 3-⨯= , T 10328.1B 2B 3m -⨯==（2）亥姆霍兹线圈中心轴线上的磁场分布:两个相同圆线圈彼此平行且共轴，通以同方向电流I ，理论计算证明：线圈间距a 等于线圈半径R 时，两线圈合磁场在轴上（两线圈圆心连线）附近较大范围内是均匀的，这对线圈称为亥姆霍兹线圈，如图2所示。
这种均匀磁场在科学实验中应用十分广泛，例如，显像管中的行、场偏转线圈就是根据实际情况经过适当变形的亥姆霍兹线圈。
实验四十五 用电磁感应法测磁场分布在工业、国防、科研中都需要对磁场进行测量，测量磁场的方法不少，如冲击电流计法、霍耳效应法、核磁共振法、天平法、电磁感应法等等。
本实验介绍电磁感应法测磁场的方法，它具有测量原理简单、测量方法简便及测试灵敏度较高等优点。
一 实 验 目 的（1）了解用电磁感应法测交变磁场的原理和一般方法，掌握FB-201型交变磁场实验仪及测试仪的使用方法。
（2）测量载流圆形线圈和亥姆霍兹线圈的轴向上的磁场分布。
（3）了解载流圆形线圈（或亥姆霍兹线圈）的径向磁场分布情况。
（4）研究探测线圈平面的法线与载流圆形线圈（或亥姆霍兹线圈）的轴线成不同夹角时所产生的感应电动势的值的变化规律。
二 实 验 原 理1. 载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场 （1）载流圆线圈磁场一半径Ｒ，通以电流I 的圆线圈，轴线上磁场分布的公式为： 2/322200)(2X R IR N B +=μ （1）式中N 0为圆线圈的匝数，为轴上某一点到圆心X O ′的距离。
,H/m 10470−×=πμ它的分布图如图1所示。
图1 载流圆线圈磁场分布图2 亥姆霍兹线圈的磁场分布本实验取:圆心处, m 100.0 ,A 400.0 ,4000===R I N 匝 'O 0=X ，图 3探测线圈在磁场可算得圆心O'处磁感应强度为： (T)1001.13−×=B （2）亥姆霍兹线圈(图23-2)两个相同圆线圈彼此平行且共轴，通以同方向电流I ，理论计算证明：线圈间距等于线圈半径时，两线圈合磁场在轴上（两线圈圆心连线）附近较大范围内是均匀的，这样的一对线圈称为亥姆霍兹线圈。
这种均匀磁场在科学实验中应用十分广泛，例如，显像管中的行、场偏转线圈就是根据实际情况经过适当变形的亥姆霍兹线圈。
a R2. 用电磁感应法测磁场的原理 设均匀交变磁场为（由通交变电流的线圈产生）:t B B m sin ω= 磁场中一探测线圈的磁通量为: Φ=NSB m cosθsinωt ，式中：Ｎ为探测线圈的匝数，S 为该线圈的截面积，θ为B v与线圈法线夹角，如图23-3所示。
（⼤学物理实验）磁场测量与描绘实验指导书磁场测量与描绘实验指导书在⼯业⽣产和科学研究的许多领域都要涉及到磁场测量问题，如磁探矿、地质勘探、磁性材料研制、磁导航、同位素分离、电⼦束和离⼦束加⼯装置、受控热核反应以及⼈造地球卫星等。
近三⼗多年来，磁场测量技术发展很快，⽬前常⽤的测量磁场的⽅法有⼗多种，较常⽤的有电磁感应法、核磁共振法、霍尔效应法、磁通门法、光泵法、磁光效应法、磁膜测磁法以及超导量⼦⼲涉器法等。
每种⽅法都是利⽤磁场的不同特性进⾏测量的，它们的精度也各不相同，在实际⼯作中将根据待测磁场的类型和强弱来确定采⽤何种⽅法。
本实验仪采⽤电磁感应法测量通有交流电的螺线管产⽣的交变磁场，通过这个实验掌握低频交变磁场的测量⽅法，加深对法拉第电磁感应定律和毕奥—萨伐尔定律的理解及对交变磁场的认识。
⼀、实验⽬的1．学习交变磁场的测量原理和⽅法。
2．学习⽤探测线圈测量交变磁场中各点的磁感应强度。
3．掌握载流直螺线管轴线上各点磁场的分布情况。
4．了解螺线管周围磁场的分布及其描绘⽅法。
5．加深理解磁场和电流的相互关系。
⼆、实验原理1．交变磁场的测量原理当导线中通有交变电流时，其周围空间就会产⽣交变磁场。
当直螺线管通过电流时，在螺线管内就产⽣磁场。
如果通过的电流是交变电流，则产⽣的磁场就是交变磁场。
在交变磁场中各点的磁感应强度是随时间变化的，我们⼀般⽤磁感应强度的有效值来描述磁场。
交变磁场的测量可以⽤探测线圈和交流数字毫伏表组成的闭合回路进⾏测量。
将探测线圈置于被测的磁场中，则根据法拉第电磁感应定律，通过探测线圈的交变磁通在回路中感应出电动势。
通过测量此感⽣电动势的⼤⼩，就可计算出磁感应强度B 的⼤⼩和⽅向。
2． B 的⼤⼩和⽅向确定通常为了精确测量磁场中某⼀点的磁感应强度，探测线圈都做得很⼩，因此线圈平⾯内的磁场可以认为是均匀的。
如图1所⽰，若线圈的横截⾯积为S ，匝数为N ，置于载流螺线管产⽣的待测交变磁场B 中，线圈平⾯的法线n 与磁感应强度B 的夹⾓为θ，则通过该线圈的磁通量θφcos NSB =。
测量磁场分布摘 要：本文通过测量载流圆形线圈和亥姆霍兹线圈的轴向上的磁场分布，了解电磁感应法测量磁场的原理和一般方法，并对场强叠加原理加以验证。
关键字：圆线圈 亥姆霍兹线圈 双线圈 磁场分布 电磁感应法引言：在工业、国防、科研中都需要对磁场进行测量，测量磁场的方法不少，如冲击电流计法、霍耳效应法、核磁共振法、天平法、电磁感应法等等。
本实验介绍电磁感应法测磁场的方法，它具有测量原理简单、测量方法简便及测试灵敏度较高等优点。
实验目的：1.了解用电磁感应法测交变磁场的原理和一般方法。
2.载流圆线圈在轴线上的磁场分布。
3.亥姆霍兹线圈在轴线上的磁场分布，验证磁场叠加原理。
4.较两载流圆线圈距离不同时轴线上磁场分布情况。
原理简述：1.载流圆线圈轴线上磁场的分布载流圆线圈在轴线（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：2/32220)X R (2NIR B +=μ式中μ为真空磁导率：,H/m 10470-⨯=πμN 为圆线圈的匝数，式中I 为通过线圈的电流强度，N 为线圈匝数，R 为线圈平均半径，x 为圆心到该点的距离。
2.载流双线圈轴线上磁场的分布磁场与电场一样满足叠加原理。
总磁场的磁感应强度等于各个运动电荷或载流线段产生的磁场的磁感应强度的矢量和，这个结论称为磁场的叠加原理。
两个尺寸结构完全相同圆线圈彼此平行且共轴，通以方向一致，大小相同的电流I ，其中一个固定，另一个可沿其共轴平行移动。
若O 点为两线圈轴线中点，则两线圈在P 点产生的磁感应强度方向沿轴线向右。
根据毕奥—萨伐尔定律和场强叠加原理，可求得轴线上P 点的磁感应强度大小为：2/322202/32220])X 2a(R [2NIR ])X 2a (R [2NIR B -++++=μμ式中,H/m 10470-⨯=πμN 为圆线圈的匝数，R 为内外平均半径，a 为两线圈间距。
由上式可以看出，磁场分布与两线圈距离a 有关。
电磁感应法测交变磁场一、引言在工业、国防、科研中都需要对磁场进行测量，测量磁场的方法有不少，如冲击电流计法、霍耳效应法、核磁共振法、天平法、电磁感应法等等，本实验介绍电磁感应法测磁场的方法，它具有测量原理简单，测量方法简便及测试灵敏度较高等优点。
二、实验原理1．载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场：（1）载流圆线圈中心轴线上的磁场分布: 一半径为R ，通以电流I 的圆线圈，轴线上磁场的公式为 ：2/322200)(2X R R I N B +⋅⋅⋅=μ （1）式中0N 为圆线圈的匝数，X 为轴上某一点到圆心O '的距离，70410/H m μπ-=⨯，磁场的分布图如图1所示。
本实验取匝400N 0=，A 400.0I =，m 107.0R =，圆心O '处0X =，可算得磁感应强度为：T10940.0B 3-⨯= ,T 10328.1B 2B 3m -⨯==（2）亥姆霍兹线圈中心轴线上的磁场分布:两个相同圆线圈彼此平行且共轴，通以同方向电流 ，理论计算证明：线圈间距 等于线圈半径 时，两线圈合磁场在轴上（两线圈圆心连线）附近较大范围内是均匀的，这对线圈称为亥姆霍兹线圈，如图2所示。
这种均匀磁场在科学实验中应用十分广泛，例如，显像管中的行、场偏转线圈就是根据实际情况经过适当变形的亥姆霍兹线圈。
2．用电磁感应法测磁场的原理： 设均匀交变磁场为t B B m sin ω⋅=磁场中一探测线圈的磁通量为t B S N m sin cos ωθ⋅⋅⋅⋅=Φ 式中：N 为探测线圈的匝数，S 为该线圈的截面积，θ为B与线圈法线夹角。
如图3所示。
线圈产生的感应电动势为cos cos cos m md N S B t t dtεωθωεωΦ=-=⋅⋅⋅⋅⋅=-⋅式中θωεcos ⋅⋅⋅⋅=m mB S N 是线圈法线和磁场成θ角时，感应电动势的幅值。
当0=θ ，m B S N ⋅⋅⋅=ωεmax ，这时的感应电动势的幅值最大。
大学物理实验电磁感应法测交变磁场资料大学物理实验中，电磁感应法是一种常用的测量交变磁场的方法。
以下是关于这种方法的一些基本资料。
电磁感应法是一种基于法拉第电磁感应定律的测量方法。
这个定律表明，当一个导体回路在变化的磁场中时，会在回路中产生感应电流。
这个感应电流的大小正比于磁场的强度和变化率。
因此，通过测量这个感应电流，就可以得出磁场强度和变化率的信息。
在大学物理实验中，通常使用电磁感应法来测量交变磁场。
具体实验过程如下：1.准备实验器材：一个线圈、一个交流电源、一个电流表、一个电压表、一个电阻箱、一个调压器、一对导线以及磁性材料或螺线管等交变磁场源。
2.将线圈绕在磁性材料或螺线管上，放置在交变磁场中。
3.将交流电源接入电路，使磁场源产生交变磁场。
4.使用电流表和电压表测量线圈中的感应电流和感应电动势。
5.根据法拉第电磁感应定律，可得出以下关系式：E=n(dΦ)/(dt)其中E为感应电动势，n为线圈匝数，Φ为磁通量，t为时间。
6.由于感应电流与感应电动势成正比，因此可以通过测量感应电流来得出磁场强度的变化率。
7.通过电阻箱和调压器调节磁场源的磁场强度，并记录不同磁场强度下的感应电流值。
8.根据实验数据绘制磁场强度变化率与感应电流关系的曲线图。
9.对实验数据进行处理和分析，得出实验结论。
在进行实验时，需要注意以下几点：1.线圈绕组应尽量均匀分布，以减小误差和提高测量精度。
2.测量时应尽量减小误差和干扰，如使用屏蔽线来减少外界磁场对测量的影响。
3.在测量过程中，应保证所有测量点的位置和测量条件的一致性，以便进行比较和分析。
4.实验过程中应注意安全操作，避免触电和烫伤等事故的发生。
通过电磁感应法测交变磁场实验，我们可以得出以下结论：1.交变磁场可以引起线圈中产生感应电流，并且感应电流的大小与磁场强度和变化率成正比。
2.通过测量线圈中的感应电流，可以得出磁场强度和变化率的信息，进一步了解交变磁场的变化规律和性质。
实验四十五 用电磁感应法测磁场分布在工业、国防、科研中都需要对磁场进行测量，测量磁场的方法不少，如冲击电流计法、霍耳效应法、核磁共振法、天平法、电磁感应法等等。
本实验介绍电磁感应法测磁场的方法，它具有测量原理简单、测量方法简便及测试灵敏度较高等优点。
一 实 验 目 的（1）了解用电磁感应法测交变磁场的原理和一般方法，掌握FB-201型交变磁场实验仪及测试仪的使用方法。
（2）测量载流圆形线圈和亥姆霍兹线圈的轴向上的磁场分布。
（3）了解载流圆形线圈（或亥姆霍兹线圈）的径向磁场分布情况。
（4）研究探测线圈平面的法线与载流圆形线圈（或亥姆霍兹线圈）的轴线成不同夹角时所产生的感应电动势的值的变化规律。
二 实 验 原 理1. 载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场 （1）载流圆线圈磁场一半径Ｒ，通以电流I 的圆线圈，轴线上磁场分布的公式为： 2/322200)(2X R IR N B +=μ （1）式中N 0为圆线圈的匝数，为轴上某一点到圆心X O ′的距离。
,H/m 10470−×=πμ它的分布图如图1所示。
图1 载流圆线圈磁场分布图2 亥姆霍兹线圈的磁场分布本实验取:圆心处, m 100.0 ,A 400.0 ,4000===R I N 匝 'O 0=X ，图 3探测线圈在磁场可算得圆心O'处磁感应强度为： (T)1001.13−×=B （2）亥姆霍兹线圈(图23-2)两个相同圆线圈彼此平行且共轴，通以同方向电流I ，理论计算证明：线圈间距等于线圈半径时，两线圈合磁场在轴上（两线圈圆心连线）附近较大范围内是均匀的，这样的一对线圈称为亥姆霍兹线圈。
这种均匀磁场在科学实验中应用十分广泛，例如，显像管中的行、场偏转线圈就是根据实际情况经过适当变形的亥姆霍兹线圈。
a R2. 用电磁感应法测磁场的原理 设均匀交变磁场为（由通交变电流的线圈产生）:t B B m sin ω= 磁场中一探测线圈的磁通量为: Φ=NSB m cosθsinωt ，式中：Ｎ为探测线圈的匝数，S 为该线圈的截面积，θ为B v与线圈法线夹角，如图23-3所示。
电磁感应法测交变磁场电磁感应法是一种常见的测量交变磁场的方法，其基本原理是：当一个导体在交变磁场中运动或被磁场穿过时，它内部将产生感应电动势，从而产生感应电流。
利用感应电流可以测量磁场的强度、方向和空间分布等信息。
本文将介绍电磁感应法测量交变磁场的基本原理、测量步骤和技术特点等内容。
电磁感应法是利用法拉第电磁感应定律来测量交变磁场的一种方法。
根据电磁感应定律，任何导体在磁场中运动或被穿过都会产生感应电动势。
这个电动势的大小与导体运动的速度、磁场的强度、导体的长度和方向有关。
当导体固定不动时，磁场的变化也可以引起导体内部的感应电流。
感应电流的大小取决于磁场的强度、导体的电阻和导体的形状等因素。
在测量交变磁场时，通常使用感应线圈或探头将感应电动势和感应电流转换为电信号，然后通过电路进行放大和信号处理，最终得到所需的测量结果。
1.选择合适的感应线圈或探头：根据不同的测量要求选择不同类型的感应线圈或探头。
常见的感应线圈包括光电式感应线圈、电阻式感应线圈等，探头包括霍尔元件、磁敏电阻等。
2.校准感应线圈或探头：通过一个已知的磁场源将感应线圈或探头放置在磁场中，标定测量系统的灵敏度和精度。
4.感应电动势转换为电信号：在感应线圈或探头中产生的感应电动势通过一个放大器或信号处理器被转换成电信号。
5.分析和处理电信号：可通过示波器、计算机等工具进行分析和处理电信号，以获得所需的测量结果。
1.灵敏度高：电磁感应法对交变磁场的变化非常敏感，可以检测微小的磁场变化。
2.可测量低频和高频磁场：电磁感应法可测量低频和高频磁场，适用于多种不同的测量需要。
3.适用于动态测量：电磁感应法可以对动态磁场进行测量，即磁场随时间变化的情况。
4.具有一定的空间分辨率：感应线圈或探头的布置位置和形状可以影响电磁感应法的空间分辨率。
总之，电磁感应法是一种可靠、灵敏、适用于动态测量，并且可以测量低频和高频磁场的技术手段。
在实际应用中，电磁感应法可以用于磁场分布、磁场强度、磁场方向等参数的测量和分析，具有广泛的应用前景和实用价值。
电磁法测电磁感应实验完整报告实验简介本实验旨在通过电磁法测量电磁感应现象，并探索其原理和影响因素。
实验器材- 直流电源- 电磁线圈- 磁铁- 电压表- 电流表- 示波器- 导线实验步骤1. 将直流电源接通并调节合适的电压。
2. 将电磁线圈与电压表和电流表连接。
3. 将磁铁靠近电磁线圈，观察并记录读数。
4. 改变磁铁位置和距离，重复步骤3。
5. 在电磁线圈上引入交流电源，将示波器连接至电磁线圈和地线。
6. 观察示波器上的波形，并记录相关数据。
实验结果电磁感应现象观察根据实验结果，当磁铁靠近电磁线圈时，电压表和电流表会显示相应的变化。
具体变化情况如下：- 静态磁场下，电压表和电流表的读数较低。
- 随着磁铁靠近电磁线圈，电压表和电流表的读数逐渐增加。
- 当磁铁离开电磁线圈时，电压表和电流表的读数会逐渐回到初始值。
交变电源下的波形观察根据实验结果，当在电磁线圈上引入交流电源并观察示波器上的波形时，可以看到以下现象：- 波形频率随着交流电源的频率变化而变化。
- 波形幅值随着交流电源的电压变化而变化。
结论根据本实验的结果，可以得出以下结论：1. 当磁铁靠近电磁线圈时，会产生电磁感应现象，导致电压和电流的变化。
2. 电磁感应的大小受到磁铁与电磁线圈的距离和位置的影响。
3. 引入交流电源后，电磁感应现象会呈现出不同的波形特征，频率和幅值与交流电源的性质相关。
实验总结通过本次实验，我们深入了解了电磁感应现象，并通过观察和记录数据来分析其特征。
同时，我们也了解了交流电源对电磁感应的影响。
这些实验结果为电磁感应现象的应用提供了理论依据。
参考文献。
钢筋保护层厚度电磁感应法
钢筋保护层厚度是钢筋混凝土结构设计和施工中常常需要关注的参数之一。
其中，电磁感应法是一种常用的无损检测方法。
电磁感应法的原理是通过利用线圈产生交变磁场，并检测钢筋的感应电流以获取钢筋位置和深度信息。
通过分析感应电流信号，可以确定钢筋位置和保护层厚度。
该方法的优点在于使用方便、快速、无损、不需要接触表面和不会损伤结构的钢筋。
在进行钢筋保护层厚度的电磁感应法检测时，需根据检测对象的具体情况选择不同的检测仪器和线圈，并根据不同的要求进行相应的设置和操作，以获取准确的保护层厚度信息。
需要注意的是，电磁感应法不能测量钢筋的直径和材质，因此在进行保护层测量前需要提前确定这些参数。
此外，在使用电磁感应法进行检测时，也需注意环境干扰和检测误差等因素，以保证测量结果的准确性和可靠性。
一种利用感应线圈测量弱交变磁场的方法王昱森;高红;李华;王玫;张俊英【摘要】随着电子产品的普及,电磁辐射危害人体健康的事实得到更多人的重视,电磁辐射的测量和评估也成为现在的研究热点.利用感应线圈测量弱交变磁场,通过大量的实验对这种方法进行了验证,得到了评估磁场强度的一种简单准确的方法,并利用该方法制作了三维磁场探头.【期刊名称】《大学物理》【年(卷),期】2017(036)007【总页数】4页(P70-73)【关键词】电磁辐射;感应线圈;实验【作者】王昱森;高红;李华;王玫;张俊英【作者单位】北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京100191;北京航空航天大学物理科学与核能工程学院,北京100191;北京航空航天大学物理科学与核能工程学院,北京100191;北京航空航天大学物理科学与核能工程学院,北京100191;北京航空航天大学物理科学与核能工程学院,北京100191【正文语种】中文【中图分类】O441电磁辐射源分为自然界电磁辐射源和人工型电磁辐射源两大类.利用电磁感应法测量交流磁场强度是目前最为常用的方法，其原理是法拉第电磁感应定律，即磁通量的变化会产生感应电动势.本文介绍了对这一方法的验证装置.本文中交流电通过亥姆霍兹线圈，从而产生交流磁场.通过测定密匝线圈的感应电动势并计算，从而得到了交流磁场的强度.通过与理论值的对比，得出电磁感应法能够较为准确地测量交流磁场强度.在此基础之上，进一步通过正交线圈制作了三维磁场探头.1.1 电磁感应法电磁感应法是当下最常用的测量磁场的方法.当感应线圈放置在交变磁场中时，产生的感应电动势为若交变磁场为正弦信号，则输出电压为其中，NA即感应线圈的总圈数和面积的乘积，是一个十分关键的量，称作线圈常数.这是衡量感应线圈性能的最主要指标.在实验中采用的线圈主要为密匝多层线圈，其线圈常数不能简单套用NA进行计算，本实验中采用符号ξ代表密匝多层线圈常数，其计算方法为积分公式中，N为线圈总匝数，D1为线圈外径，D2为线圈内径.该公式是通过积分方法求得了密匝线圈的平均截面直径后进一步得到整个线圈的线圈常数.求和公式中，假设线圈层与层之间无交叠，且每层的匝数相同.d为导线直径,n表示线圈的层数，即(D1-D2)/d并取整后得到之值.N0为线圈每层的匝数，即为线圈高度与导线直径比值取整后所得之值.此外，在进行测量时，由于线圈的几何形状因素的客观存在，对测量值必定会产生一定的影响.因此，线圈的几何形状需按照如下公式设计，以保证其测量的交变磁场磁感应强度可以基本视为中心点处的值[1].公式为：其中，l为线圈长度.本次实验中自制的线圈主要参数为：D1：15.30 mm，D2：10.00 mm，N：6850匝(计数器)，l：9.00 mm，线圈常数理论值：0.835(积分公式).电磁感应法的优点是若是线圈选取得当，可以灵敏地测量微弱的辐射.但是这种方法也存在带宽受限，易受环境中辐射影响等缺点[2].1.2 交变磁场的产生本文通过亥姆霍兹线圈来产生磁场.亥姆霍兹线圈具有良好的磁场发生性能，在两线圈中点附近可以近似认为匀强磁场，且方向与线圈轴线方向一致.本次实验中采用的亥姆霍兹线圈参数为：N=310，R=0.14 m(亥姆霍兹线圈半径).须指出，用亥姆霍兹线圈产生交变磁场的方法系参考文献[3]中的思路.利用亥姆霍兹线圈在实验点产生的磁感应强度可用下式求得[4]：本文进行了两组对照实验，分别为改变磁感应强度而保持频率为1000 Hz和改变频率而保持磁感应强度不变两种加载方式.2.1 输出电压和磁感应强度之间的关系保持交变磁场频率为1000 Hz，改变磁感应强度得到如表1数据.此处须指出，后文所提到的电流、磁感应强度、电压等物理量均指有效值.经一元线性回归，得感应线圈输出电压值与实验点理论磁感应强度呈较好的线性关系.经计算可得，在1000 Hz的频率下，感应线圈对磁感应强度的灵敏度为4155.908 V/T.这样的灵敏度及其适宜于测量弱交变磁场，即空间电磁辐射产生的弱交变磁场.但是，在计算感应线圈输出电压时，若感应线圈的线圈常数通过积分求得，则得到的输出电压理论值与其实测得值不符.经过分析，问题在于线圈常数的理论公式为积分公式，是将线圈视作一个连续体，线与线之间没有间隙，这显然与实际情况不符，因此实际线圈常数必然小于理论公式值.为更好的反映线圈的灵敏度特性，取出实验数据中线性度更好的后半段进行线性回归后，得到另一线圈常数为0.7097.经计算得到理论输出电压如表2，并与表1中第三列展示的实际输出电压值进行对比，得到相对误差[(实测输出电压-理论输出电压)/理论输出电压].可见其相对误差逐渐减小，并不断向0趋近，这与预期情况是十分符合的，也验证了分析时采用的利用交变磁场较大时的实际输出电压值进行回归得到线圈常数的计算方法的正确性.所以以0.7097作为线圈常数.进一步分析表2数据，可以得到：在亥姆霍兹线圈产生磁感应强度值相对较小时，相对误差非常大，但是随着磁感应强度的逐渐增大，相对误差值逐渐向0逼近.这是由于在磁感应强度较小时，环境中的电磁辐射产生的磁感应强度起到了主导作用，导致以线圈交变磁场为基础的理论磁感应强度值与实测值有较大偏差；而随着线圈产生的磁感应强度逐渐增强，环境辐射逐渐降到次要地位，对总交变磁场的影响逐渐减弱，因此理论输出电压与实测输出电压的误差逐渐减小.可以看出，环境影响和亥姆霍兹线圈产生的磁感应强度不是线性叠加的，而是存在某种耦合关系，因此不能单纯的以线性的方式计算环境交变磁场和线圈交变磁场的叠加.2.2 输出电压和频率之间的关系在实验中保持线圈电流为8870 μA，改变交变磁场频率大小，得到数据如图1所示.与利用线圈常数0.7097计算得到的理论输出值进行比较.其结果符合情况也非常一致.我们同样可以发现，在线圈电流频率较小时，理论输出电压值和实测输出电压值的相对误差相当大，而在交变磁场频率提升到较大值之后，可以发现误差值逐渐减小，并逼近0.这同样是由于：在低频率下，线圈交变磁场磁感应强度过小，受到环境交变磁场影响较大；而在高频率的情况下，由于线圈磁感应强度本身较大，因此受到环境干扰相对减弱，误差因而减小.结合和对比改变线圈电流大小和频率的两组试验，我们可以清楚的看到：本线圈的设计合理，测量相当灵敏，在待测交变磁场磁感应强度值较大时，可以得到非常精准的读数.但是，在环境交变磁场占主导地位时，由于线圈对环境干扰的灵敏，使得读数变得不准确.这也从另一个侧面反映出了线圈的灵敏.2.3 检测探头性能为更好地将实验中的测量弱交变磁场的原理应用到实践中，本文制作了一款弱交变磁场检测探头，如图2所示.由3个正交的感应线圈组装成为全向探头，分别对外输出不同方向的交变磁场，最终进行合成，得到总交变磁场.为验证探头相关性能，进行了如下的实验:将3个探头分别置于与亥姆霍兹线圈产生的磁场磁感应强度夹角为向探头上加载交变磁场，保持频率为1000 Hz.进行读数，得到数据如图3所示.分析数据可得到，线圈输出电压基本符合按照0.7097作为线圈常数计算得到的值. 值得注意的是：在亥姆霍兹线圈电流较小，亦即亥姆霍兹线圈产生的交变磁场较小时，3个线圈的输出电压值十分相近，这也再一次验证了在前述实验中的假设，即在线圈磁场较弱时，环境中的电磁辐射产生的磁场起到了主要作用.而在线圈交变磁场磁感应强度值相对较大时，输出电压值则很好的符合了角度关系.特别是：线圈轴线与交变磁场垂直的一组数据中，可以发现，该组读数值几乎不受线圈交变磁场变化的影响.这很好的体现了线圈在进行测量时的独立性.可以说，在使用这款检测探头进行弱交变磁场的磁感应强度检测时，在磁场强度相对较强的情况下，可以得到较为精准的读数.在实际的电磁辐射测量时可以通过输出的电压值，结合交变磁场的频率求出交变磁场的磁感应强度.本文采用感应线圈法进行了弱交变磁场的磁感应强度的测量，提出和完善了部分以感应线圈测量弱交变磁场磁感应强度的理论，通过实验，取得了理论和实验相符合的结果.而且，本文中还自行设计了一款利用电磁感应法原理进行弱交变磁场测量的全向检测探头，进行测试发现，跟理论值相符合，验证了理论的实用性.【相关文献】[1] 殷春浩，崔亦飞，电磁测量原理及应用[M].北京：中国矿业大学出版社，2008.[2] 郭宏福，马超，邓敬亚，等.电波测量原理与实验[M].西安：西安电子科技大学出版社，2015.[3] 李朝荣，徐平，唐芳，等.基础物理实验[M].修订版.北京：北京航空航天大学出版社，2010.[4] 陈杰，梁四洋，刘冰.便携式电磁辐射测量仪的设计[J].电子测量技术，2009(6)：58-60.。
