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各向异性磁阻实验报告
《各向异性磁阻实验报告》
在这个科技飞速发展的时代，磁性材料的研究和应用变得愈发重要。
各向异性
磁阻作为一种新型磁性材料，具有许多独特的特性，因此受到了广泛关注。
为
了更深入地了解各向异性磁阻的性能和特点，我们进行了一系列实验，并撰写
了本报告。
实验一：各向异性磁阻的磁化曲线测量
我们首先对各向异性磁阻样品进行了磁化曲线测量。
通过施加外加磁场，我们
观察到了各向异性磁阻样品的磁化过程，并得到了相应的磁化曲线。
实验结果
表明，各向异性磁阻样品在外加磁场作用下呈现出明显的磁化特性，具有较高
的矫顽力和饱和磁感应强度。
实验二：各向异性磁阻的磁阻率测量
接着，我们对各向异性磁阻样品进行了磁阻率测量。
实验结果显示，各向异性
磁阻样品在不同方向上的磁阻率存在显著差异，表现出明显的各向异性特点。
这一特性使得各向异性磁阻在磁传感器和磁存储器等领域具有广泛的应用前景。
实验三：各向异性磁阻的磁滞回线测量
最后，我们进行了各向异性磁阻样品的磁滞回线测量。
实验结果表明，各向异
性磁阻样品的磁滞回线呈现出非常规的形状，具有明显的非线性特性。
这一特
点为各向异性磁阻在磁存储器和磁传感器等领域的应用提供了新的可能性。
通过以上实验，我们对各向异性磁阻的性能和特点有了更深入的了解。
各向异
性磁阻作为一种新型磁性材料，具有许多独特的特性，因此在磁存储器、磁传
感器和磁电子器件等领域具有广泛的应用前景。
我们相信，随着对各向异性磁
阻的研究不断深入，其在各种领域的应用将会得到进一步拓展和发展。
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。
![[实验报告]磁阻传感器和地磁场的测量.docx](https://img.taocdn.com/s1/m/aa3188624431b90d6c85c79b.png)
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。
各向异性磁阻效应与传感器实验【实验目的】1. 了解正常磁电阻效应、各向异性电阻效应的基本知识。
2. 了解各向异性磁阻传感器原理并对特性进行测量。
3. 测量亥姆霍兹线圈的磁场分布。
【实验原理】1.磁电阻通常磁场会影响电阻率变化，磁电阻表示为。
（1）正常磁电阻效应正常磁电阻效应是由于电子受到洛伦兹力，产生回旋运动，增加了散射几率，导致电阻率增加。
在低磁条件下，随着温度的升高，电阻率增加。
（2）各向异性磁电阻效应AMR依赖于磁场方向和电流方向的夹角。
电阻率表示为：2. 各向异性磁阻传感器各向异性电阻由沉积在硅片上的坡莫合金薄膜形成电阻。
沉积时外加磁场，形成易磁化轴方向，通常通电电流与易磁化轴方向成45度角。
下图是由四个各向异性磁阻原件构成的惠斯特电桥。
无外磁场时，四个阻值相等，输出电压为0。
有外磁场时，合成磁化方向偏转了一个小角度。
结果使R2和R3夹角增大，电阻减小；相反，R1和R4增加，此时输出电压可表示为：式中为电桥工作电压，R为桥臂电阻，故AMR传感器输出电压与磁场强度成正比，可利用磁阻传感器测量磁场。
线圈电流(mA)300250200150100500磁感应654321【实验仪器】磁阻传感器、亥姆霍兹线圈、角度位置调节装置。
【实验步骤】1. 测量准备调节线圈电流至0，再通过调节补偿电流使输出电压为0。
再把线圈电流调至300mA ，调节放大倍数，使输出为1.5V 。
2. 磁阻传感器特性测量将线圈电流逐渐减小至-300mA ，记录相应的输出电压值。
电流换向时，必须按复位键消磁。
测量各向异性时，线圈电流调至200mA ，测量不同夹角时的电压。
实验时要注意把传感器盒和整个仪器同时转动角度。
3. 亥姆霍兹线圈磁场发布测量改变横轴纵轴位移，每0.05R 测量一次。
【数据处理】1.计算磁阻传感器的灵敏度强度(Gs)输出电压(V) 1.510 1.279 1.0350.7830.5250.2620线圈电流(mA)-300-250-200-150-100-50 磁感应强度(Gs)-6-5-4-3-2-1输出电压(V)-1.515-1.282-1.039-0.791-0.532-0.269夹角(度)0102030405060708010.9850.9400.8660.7660.6430.50.3420.17410.9700.8830.750.5870.4130.250.1170.030∴灵敏度K=U/B=0.25612. 各向异性特性输出电压(V)1.035 1.0260.9870.9330.8350.7210.5750.4120.250输出电压(V)1.035 1.050 1.063 1.076 1.087 1.097 1.103 1.110 1.114 1.116不将传感器盒向相反方向旋转时的输出电压：下图为输出电压与的关系图经线性拟合得R=0.9903，可认为U与成线性关系。
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。
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。
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。
图5-10-1磁阻电桥实验5-10 各向异性磁阻传感器与磁场测量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，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。
磁阻传感器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。
【实验目的】1． 了解AMR 的原理并对其特性进行实验研究。
2． 测量赫姆霍兹线圈的磁场分布。
3． 测量地磁场。
【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。
沉积时外加磁场，形成易磁化轴方向。
易磁化轴是指各向异性的磁体能获得最佳磁性能的方向，也就是无外界磁干扰时磁畴整齐排列方向。
铁磁材料的电阻与电流和磁化方向的夹角有关，电流与磁化方向平行时电阻R max 最大，电流与磁化方向垂直时电阻R min 最小，电流与磁化方向成θ角时，电阻可表示为：R = R min ＋(R max －R min )cos2θ （5-10-1） 在磁阻传感器中，为了消除温度等外界因素对输出的影响，由4个相同的磁阻元件构成惠斯通电桥，结构如图5-10-1所示。
图5-10-1中，易磁化轴方向与电流方向的夹角为45度。
理论分析与实践表明，采用45度偏置磁场，当沿与易磁化轴垂直的方向施加外磁场，且外磁场强度不太大时，电桥输出与外加磁场强度成线性关系。
无外加磁场或外加磁场方向与易磁化轴方向平行时，磁化方向即易磁化轴方向，电桥的4个桥臂电阻阻值相同，输出为零。
当在磁敏感方向施加如图29-1所示方向的磁场时，合成磁化方向将在易磁化方向的基础上逆时针旋转。
结果使左上和右下桥臂电流与磁化方向的夹角增大，电阻减小ΔR ；右上与左下桥臂电流与磁化方向的夹角减小，电阻增大ΔR 。
通过对电桥的分析可知，此时输出电压可表示为：U ＝V b ×ΔR/R （5-10-2）式中，V b 为电桥工作电压，R 为桥臂电阻，ΔR/R 为磁阻阻值的相对变化率，与外加磁场强度B 成正比，即ΔR/R=KB ,故AMR 磁阻传感器输出电压与磁场强度的关系为U=KV b B ，因此可利用磁阻传感器测量磁场。
其中K 为磁阻传感器的灵敏度，本仪器所用磁阻传感器的灵敏度为1mV/V.Gauss 。
灵敏度表示，当磁阻电桥的工作电压为1V ，被测磁场磁感应强度为1高斯时，输出信号为1mV 。
商品磁阻传感器已制成集成电路，除图29-1所示的电源输入端和信号输出端外，还有复位/反向置位端和补偿端两对功能性输入端口，以确保磁阻传感器的正常工作。
复位/反向置位的机理可参见图5-10-2。
AMR 置于超过其线性工作范围的磁场中时，磁干扰可能导致磁畴排列紊乱，改变传感器的输出特性。
此时可在复位端输入脉冲电流，通过内部电路沿易磁化轴方向产生强磁场，使磁畴重新整齐排列，恢复传感器的使用特性。
若脉冲电流方向相反，则磁畴排列方向反转，传感器的输出极性也将相反。
本仪器从补偿端每输入5mA 补偿电流，通过内部电路将在磁敏感方向产生1高斯的磁场。
可用来补偿传感器的偏离。
图5-10-3为AMR 的磁电转换特性曲线。
其中电桥偏离是在传感器制造过程中，4个桥臂电阻不严格相等带来的，外磁场偏离是测量某种磁场时，外界干扰磁场带来的。
不管要补偿哪种偏离，都可调节补偿电流，用人为的磁场偏置使图29-5中的特性曲线平移，使所测磁场为零时输出电压为零。
赫姆霍兹线圈是由一对彼此平行的共轴圆形线圈组成。
两线圈内的电流方向一致，大小图5-10-2 复位/反向置位脉冲作用5-10-3相同，线圈之间的距离d 正好等于圆形线圈的半径R 。
这种线圈的特点是能在公共轴线中点附近产生较广泛的均匀磁场，根据毕奥－萨伐尔定律，可以计算出赫姆霍兹线圈公共轴线中点的磁感应强度为：003/285NIB Rμ=⋅ （5-10-3） 式中，N 为线圈匝数，I 为流经线圈的电流强度，R 为赫姆霍兹线圈的平均半径，70104-⨯=πμH/m 为真空中的磁导率。
采用国际单位制时，由上式计算出的磁感应强度单位为特斯拉（1特斯拉＝10000高斯）。
本实验仪N ＝310，R ＝0.14m ，线圈电流为1mA 时，赫姆霍兹线圈中部的磁感应强度为0.02高斯。
赫姆霍兹线圈能在公共轴线中点附近产生较广泛的均匀磁场，在科研及生产中得到广泛的应用。
根据毕奥－萨伐尔定律，可以计算出通电圆线圈在轴线上任意一点产生的磁感应强度矢量垂直于线圈平面，方向由右手螺旋定则确定，与线圈平面距离为1x 的点的磁感应强度为 201223/21()2()R IB x R x μ=+ (5-10-4)若以两线圈中点为坐标原点，则轴线上任意一点的磁感应强度是两线圈在该点产生的磁感应强度之和2200223/2223/23/2023/223/2()2[()]2[()]22511{}1116[1()][1()]22NR I NR IB x R RR x R x B x x R Rμμ=++++-=++++- (5-10-5) 0B 是x ＝0时，即赫姆霍兹线圈公共轴线中点的磁感应强度。
表3列出了x 取不同值时0/B B x 值的理论计算结果。
理论分析表明，在R x 2.0≤，R y 2.0≤的范围内，00/)(B B B x -小于百分之一，x y B B /小于万分之二，固可认为在赫姆霍兹线圈中部较大的区域内，磁场方向沿轴线方向，磁场大小基本不变。
地球本身具有磁性，地表及近地空间存在的磁场叫地磁场。
地磁的北极，南极分别在地理南极，北极附近，彼此并不重合，可用地磁场强度，磁倾角，磁偏角三个参量表示地磁场的大小和方向。
磁倾角是地磁场强度矢量与水平面的夹角，磁偏角是地磁场强度矢量在水平面的投影与地球经线（地理南北方向）的夹角。
在现代的数字导航仪等系统中，通常用互相垂直的三维磁阻传感器测量地磁场在各个方向的分量，根据矢量合成原理，计算出地磁场的大小和方位。
本实验学习用单个磁阻传感器测量地磁场的方法。
在实验室内测量地磁场时，建筑物的钢筋分布，同学携带的铁磁物质，都可能影响测量结果，因此，此实验重在掌握测量方法。
【实验仪器】实验仪结构如图5-10-4所示，核心部分是磁阻传感器，辅以磁阻传感器的角度、位置调节及读数机构，赫姆霍兹线圈等组成。
本仪器所用磁阻传感器的工作范围为±6高斯。
磁阻传感器的输出信号通常须经放大电路放大后，再接显示电路，故由显示电压计算磁场强度时还需考虑放大器的放大倍数。
本实验仪电桥工作电压5V ，放大器放大倍数50，磁感应强度为1高斯时，对应的输出电压为0.25伏。
仪器面板如图5-10-5所示。
恒流源为赫姆霍兹线圈提供电流，电流的大小可以通过旋钮调节，电流值由电流表指示。
电流换向按钮可以改变电流的方向。
补偿(OFFSET)电流调节旋钮调节补偿电流的方向和大小。
电流切换按钮使电流表显示赫姆霍兹线圈电流或补偿电流。
传感器采集到的信号经放大后，由电压表指示电压值。
放大器校正旋钮在标准磁场中校准放大器放大倍数。
复位（R/S ）按钮每按下一次，向复位端输入一次复位脉冲电流，仅在需要时使用。
【实验内容】1. 测量准备(1) 连接实验仪与电源，开机预热20分钟（此段时间内完成步骤2）。
(2) 将磁阻传感器位置调节至赫姆霍兹线圈中心(五个标尺皆在零刻度线上),使磁敏感方向与赫姆霍兹线圈轴线一致。
(3) 调节赫姆霍兹线圈电流为零，按复位键（见图5-10-2，恢复传感器特性）。
(4) 调节补偿电流（见图5-10-3，补偿地磁场等因素产生的偏离），使传感器输出电压为零。
图5-10-4 磁场实验仪 图5-10-5 磁场实验仪(5) 调节赫姆霍兹线圈电流至300mA （此时线圈产生的磁感应强度6高斯）。
(6) 调节放大器校准旋钮，使输出电压为1.500伏。
2. 磁阻传感器特性测量(1) 测量磁阻传感器的磁电转换特性① 按表1数据将赫姆霍兹线圈电流从300mA 逐步调小至0mA ，记录相应的输出电压值。
②切换电流换向开关（赫姆霍兹线圈电流反向，磁场及输出电压也将反向），按复位按键。
逐步调大反向电流，记录反向输出电压值。
(2) 测量磁阻传感器的各向异性特性①将赫姆霍兹线圈电流调节至200mA ，（如果以上步骤结束时的线圈电流为-300 mA ，要将线圈电流调节至200mA ，注意电流换向后按复位按键。
）②测量所测磁场方向与磁敏感方向一致时的输出电压。
③松开传感器绕轴旋转锁紧螺钉，将传感器盒的磁敏感方向旋转至与赫姆霍兹线圈轴向呈不同的角度后锁紧，记录输出电压数据于表2中。
3. 赫姆霍兹线圈的磁场分布测量(1) 赫姆霍兹线圈轴线上的磁场分布测量（线圈电流200mA ）调节传感器磁敏感方向与赫姆霍兹线圈轴线一致，位置调节至赫姆霍兹线圈中心（0,0==y x ），根据表3观测并记录数据（注意测量过程中保证0=y ）。
(2) 赫姆霍兹线圈空间磁场分布测量（线圈电流200mA ）按表4数据改变磁阻传感器的空间位置，记录x 方向的磁场产生的电压x V ，测量赫姆霍兹线圈空间磁场分布。
注意x 变化时，y 保持不变，或者y 变化时x 保持不变。
4. 地磁场测量(1) 将磁阻传感器移至（0,0==y x ）。
(2) 将赫姆霍兹线圈电流调节至零，按电流切换按钮，将补偿电流调节至零，传感器的磁敏感方向调节至与赫姆霍兹线圈轴线垂直并且指北（以便在垂直面内调节磁敏感方向）。
(3) 调节传感器盒上平面与仪器底板平行（即传感器绕轴旋转为０度）。
(4) 将水准气泡盒放置在传感器盒正中，调节仪器水平调节螺钉使水准气泡居中，使磁阻传感器水平。
(5) 松开线圈水平旋转锁紧螺钉，在水平面内仔细调节传感器方位，使输出最大。
(6) 松开传感器绕轴旋转锁紧螺钉，在垂直面内调节磁敏感方向，至输出最大时转过的角度就是磁倾角，记录此角度。
(7) 记录输出最大时的输出电压值1U 后，松开传感器水平旋转锁紧螺钉，将传感器转动180度，记录此时的输出电压2U （可能负值），将2/)(21U U U -= 作为地磁场磁感应强度的测量值（此法可消除电桥偏离对测量的影响）。
【数据处理】表1 AMR 磁电转换特性的测量 放大倍数为50，V b =5V以磁感应强度为横轴，输出电压为纵轴，将上表数据作图，并确定所用传感器的线性工作范围及灵敏度（输出电压/(放大倍数*V b.*磁感应强度)）平均值。
