北航物理研究性实验报告——各向异性磁阻传感器(AMR)与地磁场测量

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。

磁阻传感器和地磁场的测量一． 实验目的掌握磁阻传感器的特性。

掌握地磁场的测量方法。

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6-8-1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 )()(⊥⊥-+=∥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。

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6-8-2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 可以用下式表示为b out V R U ⨯⎪⎫ ⎛∆=对于一定的工作电压，如V V b 00.6=，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上式中，K 为传感器的灵敏度，B 为待测磁感应强度。

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。

各向异性磁电阻测量实验摘要：本文阐述了各向异性磁电阻的实验原理及测量方法，分别测量了电流方向与磁场方向平行和垂直两种情况下电阻虽磁场的变化,最后对本实验进行了讨论。

关键词：各向异性磁电阻、AMR曲线、磁电阻测量引言一般所谓磁电阻是指在一定磁场下材料电阻率改变的现象。

1988年，在分子束外延制备的Ｆｅ／Ｃｒ多层膜中发现ＭＲ可达50％。

并且在薄膜平面上，磁电阻是各向同性的。

人们把这称之为巨磁电阻（简记为GMR），90年代，人们又在Ｆｅ／Ｃｕ、Ｆｅ／Ａｌ、Ｆｅ／Ａｇ、Ｆｅ／Ａｕ、Ｃｏ／Ｃｕ、Ｃｏ／Ａｇ和Ｃｏ／Ａｕ等纳米多层膜中观察到了显著的巨磁电阻效应。

1992年人们又发现在非互溶合金（如Ｆｅ、Ｃｏ与Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等在平衡态不能形成合金）颗粒膜如Ｃｏ-Ａｇ、Ｃｏ-Ｃｕ中存在巨磁电阻效应，在液氮温度可达55%，室温可达到20％，并且有各向同性的特点。

1994４年，人们又发现Ｆｅ／Ａｌ2Ｏ3／Ｆｅ隧道结在4.2Ｋ的ＭＲ为30％，室温达18％，之后在其他一些铁磁层／非铁磁层／铁磁层隧道结中亦观察到了大的磁电阻效应，人们将此称为隧道结磁电阻（简记为TMR）。

目前ＭＲ室温达24％的ＴＭＲ材料已制成，用ＴＭＲ材料已制成计算机硬盘读出磁头，其灵敏度比普通ＭＲ磁头高10倍，比ＧＭＲ磁头高数倍。

20世纪90年代后期，人们在掺碱土金属稀土锰氧化物中发现ＭＲ可达103%～106%，称之为庞磁电阻（简记为CMR）。

目前锰氧化物CMR材料的磁电阻饱和磁场较高，降低其饱满和场是将之推向应用的重要研究课题。

利用磁电阻效应可以制成计算机硬盘读出磁头；可以制成磁随机存储器（ＭＲＡＭ）；还可测量位移、角度、速度、转速等。

实验目的（1）初步了解磁性合金的AMR。

（2）初步掌握室温磁电阻的测量方法。

实验原理一些磁性金属和合金的ＡＭＲ与技术磁化相对应，即与从退磁状态到趋于磁饱和的过程相应的电阻变化。

外加磁场方向与电流方向的夹角不同，饱和磁化时电阻率不一样，即有各向异性。

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。

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。

磁阻传感器和地磁场的测量一． 实验目的掌握磁阻传感器的特性。

掌握地磁场的测量方法。

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6-8-1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 )()(⊥⊥-+=∥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。

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6-8-2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 可以用下式表示为b out V R U ⨯⎪⎫⎛∆=对于一定的工作电压，如V V b 00.6=，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上式中，K 为传感器的灵敏度，B 为待测磁感应强度。

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引言地磁场是地球上存在的一种自然磁场，它在地球的表面上呈现出一定的分布规律。

磁阻传感器是一种可以测量磁场强度的传感器，通过测量磁场对传感器内部电阻的影响来实现磁场测量。

本实验旨在通过使用磁阻传感器来测量地磁场的强度，并对实验结果进行分析和讨论。

实验方法实验使用的磁阻传感器是一种常见的磁敏传感器，它由磁敏电阻和信号调理电路组成。

实验中，我们将磁阻传感器固定在一个支架上，使其与地面平行。

然后，我们将传感器放置在不同的位置，记录下每个位置的磁场强度值。

为了减小外界磁场对实验结果的干扰，我们选择在没有大型金属物体附近进行实验，并且避免使用磁性材料。

实验结果通过实验，我们得到了一系列不同位置下的磁场强度值。

实验结果显示，磁场强度在不同位置下存在一定的差异。

在某些位置，磁场强度较高，而在其他位置，磁场强度较低。

这表明地磁场的分布并不均匀，存在一定的空间变化。

讨论与分析地磁场的分布受到地球内部的磁场产生机制和地表地质结构的影响。

地球内部的磁场产生主要是由于地球的自转和地核的涡电流所引起的。

而地表地质结构则会对地磁场的传播和分布产生影响。

例如，地下有大型矿床或岩石构造会改变地磁场的分布，使得某些地区的磁场强度较高。

在实验中，我们观察到磁场强度在不同位置下的变化，这可能是由于地表地质结构的不均匀性所引起的。

例如，在我们实验中的某些位置，可能存在地下矿床或其他地质构造，导致磁场强度较高。

而在其他位置，可能存在磁场较弱的区域。

这种空间变化可能与地球上的地质构造有关，需要进一步的研究来探究。

此外，实验中还需要考虑到其他可能的干扰因素。

例如，周围的电子设备、电源线以及人体本身都可能产生磁场干扰，影响实验结果的准确性。

因此，在进行磁场测量实验时，需要选择合适的实验环境，并采取措施来减小干扰。

结论通过使用磁阻传感器测量地磁场的强度，我们观察到了地磁场在不同位置下的变化。

磁阻传感器与地磁场测量实验报告实验报告：磁阻传感器与地磁场测量一、实验目的本实验旨在探究磁阻传感器在测量地磁场中的应用，了解磁阻传感器的原理、特点及使用方法。

二、实验器材1. 磁阻传感器 1个2. 电源 1个3. 数据采集仪 1个4. 计算机 1台5. 实验架 1个三、实验原理磁阻传感器是一种磁性材料薄膜附着在硅芯片表面的敏感元件，其敏感面积的大小取决于薄膜的厚度和直径。

当磁感应强度发生改变时，薄膜内磁感应强度的变化会引起电阻的变化，通过对电阻变化的测量，就可以得到外磁场的强度和方向。

地磁场是指地球磁场的分布和变化情况，其大小和方向存在着规律性变化。

在进行地磁场测量时，磁阻传感器可以通过测量地磁场的变化来得到地磁场的分布和变化情况，实现对地球磁场的研究。

四、实验步骤1. 搭建实验装置。

使用实验架将磁阻传感器固定在平面上，调整位置和方向以保证其与地面平行。

将电源和数据采集仪接入磁阻传感器。

2. 测量磁阻传感器的输出电压。

将电源接通后，使用数据采集仪对磁阻传感器的输出电压进行测量。

3. 更改磁场环境。

使用不同的磁体对磁阻传感器进行干扰，测量磁阻传感器的输出电压并记录。

4. 数据处理。

根据实验数据，计算出磁阻传感器测量的磁场大小，绘制磁场分布图。

五、实验结果与分析通过测量数据和处理结果可得到如下结论：1. 磁阻传感器可以准确地测量地磁场的变化情况。

在实验过程中，我们成功的用磁阻传感器测量了地磁场的强度和方向，并绘制出了磁场分布图。

2. 磁阻传感器的精度和灵敏度取决于其敏感层的材料和尺寸。

在实验过程中我们发现不同的磁阻传感器具有不同的敏感度和精度。

六、实验结论本实验成功的探究了磁阻传感器在测量地磁场中的应用，并了解了磁阻传感器的原理、特点及使用方法。

通过实验，我们认识到磁阻传感器在物理、地理等领域的广泛应用前景。