磁阻传感器与地磁场测量 刘金环
磁阻传感器与地磁场测量 刘金环
实验介貂 地球本身具有磁性,所以地球和近地空间之间存 在着磁场,叫做地磁场。地磁场的数值比较小, 约10-5T量级,但在直流磁场测量,特别是弱磁场 测量中,往往需要知道其数值,并设法消除其影 响。 地磁场作为一种天然磁源,在军事、工业、医学、 探矿等众多领域有着广泛的应用
实验介绍 • 地球本身具有磁性,所以地球和近地空间之间存 在着磁场,叫做地磁场。地磁场的数值比较小, 约10-5T量级,但在直流磁场测量,特别是弱磁场 测量中,往往需要知道其数值,并设法消除其影 响。 • 地磁场作为一种天然磁源,在军事、工业、医学、 探矿等众多领域有着广泛的应用。 5 10 −
本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测定地磁场 磁感应强度及地磁场的水平分量和垂直分量;测 量地磁场的磁倾角。从而掌握磁阻传感器的特性 及测量地磁场的一种方法。 由于磁阻传感器体积小,灵敏度高,易安装,因 而在弱磁场测量方面有广泛的应用前景
• 本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测定地磁场 磁感应强度及地磁场的水平分量和垂直分量;测 量地磁场的磁倾角。从而掌握磁阻传感器的特性 及测量地磁场的一种方法。 • 由于磁阻传感器体积小,灵敏度高,易安装,因 而在弱磁场测量方面有广泛的应用前景
预习要点 1.什么是磁阻效应? 2.磁阻传感器的结构原理及输出特性? 3.了解地磁场的知识? 4.如何用亥姆霍兹线圈其轴线中心点附近产 生的均匀磁场作弱磁场的标准磁场,给磁 阻传感器定标?
预习要点 1.什么是磁阻效应? 2.磁阻传感器的结构原理及输出特性? 3.了解地磁场的知识? 4. 如何用亥姆霍兹线圈其轴线中心点附近产 生的均匀磁场作弱磁场的标准磁场,给磁 阻传感器定标?
一、实验目的和学习要求 1.了解什么是磁阻效应?磁阻效应的物理 机制? 2.了解HMC1021Z型磁阻传感器的结构 原理及特性; 3.用磁阻传感器测地磁场磁感应强度及地 磁场的水平分量和地磁倾角
一、实验目的和学习要求 1. 了解什么是磁阻效应?磁阻效应的物理 机制? 2.了解HMC1021Z型磁阻传感器的结构 原理及特性; 3. 用磁阻传感器测地磁场磁感应强度及地 磁场的水平分量和地磁倾角
二、实验原理 1.地磁场 地磁场是一个向量场。常用的地 磁要素有7个,即地磁场总强度B 水平强度BⅡ,垂直强度BL,X和Y B 分别为B的北向和东向分量,Q和 βB分别为磁偏角和磁倾角。 描述空间某一点地磁场的强度和方向,需要3 个独立的地磁要素。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
二、实验原理 1.地磁场 地磁场是一个向量场。常用的地 磁要素有7个,即地磁场总强度B, 水平强度B∥,垂直强度B⊥,X和Y 分别为B∥的北向和东向分量,α和 β分别为磁偏角和磁倾角。 x B B∥ B⊥ y z β α 描述空间某一点地磁场的强度和方向,需要3 个独立的地磁要素。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
*水平分量B川:地磁场矢量B B 在水平面上的投影。 *磁倾角β:地磁场强度矢量B 与水平面(即图6中的O-XY平面) 之间的夹角。 *磁偏角α:地球表面任一点的地磁场矢量所在垂 直平面(图6中BⅡ与Z构成的平面,称地磁子午 面),与地理子午面(图6中X、Z构成的平面)之 间的隔角
磁偏角α:地球表面任一点的地磁场矢量所在垂 直平面(图6中B∥与Z构成的平面,称地磁子午 面),与地理子午面(图6中X、Z构成的平面)之 间的隔角。 水平分量B∥:地磁场矢量B 在水平面上的投影。 磁倾角β:地磁场强度矢量B 与水平面(即图6中的O-XY平面) 之间的夹角。 x B B∥ B⊥ y z β α
2.磁阻效应 磁阻效应是指某些置于磁场中的金属或半导体的 电阻值随外加磁场变化而变化的现象。许多金属、 合金及金属化合物材料处于磁场中时,传导电子 受到强烈磁散射,使电阻显著增大,这种现象称 磁阻效应。同霍尔效应一样,磁阻效应也是由于 载流子在磁场中受到洛伦兹力而产生的
2.磁阻效应 • 磁阻效应是指某些置于磁场中的金属或半导体的 电阻值随外加磁场变化而变化的现象。许多金属、 合金及金属化合物材料处于磁场中时,传导电子 受到强烈磁散射,使电阻显著增大,这种现象称 磁阻效应。同霍尔效应一样,磁阻效应也是由于 载流子在磁场中受到洛伦兹力而产生的
如图所示的长方形半导体薄片 D端 (N型)处于图示方向的磁场中 A站 设CD方向通有直流电流,半导体内 端 的载流子将受到洛仑兹力的作用而 C端 发生偏转,在A、B两端产生电荷积 聚,因而产生霍尔电场。 如果霍尔电场作用和某一速度的载流子的洛仑兹 力作用刚好抵消,那么小于或等于该速度的载流子 将发生偏转,因而沿外加电场方向运动的载流子数 目将减少,使CD方向的电阻增大,表现横向磁阻效 应
如图所示的长方形半导体薄片 (N型)处于图示方向的磁场中, 设CD方向通有直流电流,半导体内 的载流子将受到洛仑兹力的作用而 发生偏转,在A、B两端产生电荷积 聚,因而产生霍尔电场。 如果霍尔电场作用和某一速度的载流子的洛仑兹 力作用刚好抵消,那么小于或等于该速度的载流子 将发生偏转,因而沿外加电场方向运动的载流子数 目将减少,使CD方向的电阻增大,表现横向磁阻效 应
如果将A、B端短接,霍尔电场将不存在,所有 电子将向A端偏转,使电阻变得更大,因而磁阻 效应加强。所以,可以看出,霍耳效应比较明显 的样品,磁阻效应就小;反之,霍耳效应比较小 的样品,磁阻效应就大。 通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻 P8- 式中po和p分别为无磁场和有磁场时的电阻率
如果将A、B端短接,霍尔电场将不存在,所有 电子将向A端偏转,使电阻变得更大,因而磁阻 效应加强。所以,可以看出,霍耳效应比较明显 的样品,磁阻效应就小;反之,霍耳效应比较小 的样品,磁阻效应就大。 通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻 式中ρ0和ρB分别为无磁场和有磁场时的电阻率