第28卷第4期延安大学学报(自然科学版)V o.l28N o.4 2009年12月Journal o fY anan U niversity(N atural Science Ed ition)D ec12009地磁场测量的研究赵晓伟(延安大学物理与电子信息学院,陕西延安716000)摘要:利用FD-HM-I型亥姆霍兹磁场测定仪及其所配备的高灵敏度毫特斯拉计传感器探头,测量地磁场水平及垂直分量,进一步测量出地磁场的大小和方向,改进了传统的测量地磁场的实验方法。
关键词:地磁场;测量;亥姆霍兹磁场测定仪;毫特斯拉计中图分类号:O44115文献标识码:A文章编号:1004-602X(2009)04-0048-03地磁场作为一种天然磁源,在军事、航空、航海、工业、医学、探矿等科研中有着重要的用途1地磁场的数值比较小,约为10-5T量级,其准确测量比较困难,但在直流磁场测量,特别是弱磁场测量中,却往往需要知道其准确数值,并设法消除其它因素对测量结果的影响。
传统的亥姆霍兹线圈磁场测量实验[1-3],一般用探测线圈配以指针式交流电压表测量磁感应强度,由于线圈体积大、指针式交流电压表等级低等原因,测量的误差较大。
近年来,在研究地磁场方面,科研工作者做了不少研究[4-8]。
本文利用FD-HM-I型亥姆霍兹磁场测定仪及其所配备的高灵敏度毫特斯拉计传感器探头,测量地磁场水平及垂直分量,进一步测量出地磁场的大小和方向。
所用的SS95A型集成霍耳传感器是一种高灵敏度优质磁场测量传感器,它的体积小(面积4mm@3 mm,厚2mm),其内部具有放大器和剩余电压补偿电路,采用此集成霍耳传感器(配直流数字电压表)制成的高灵敏度毫特斯拉计,可以准确测量0~2. 000mT的磁感应强度,其分辨率可达1@10-6T。
因此,用它探测地磁场水平分量、地磁场垂直分量准确度较高,测量出地磁场的大小和方向,误差较小,是测量地磁场大小和方向的一种好方法,颇具推广价值。
1实验原理为了减小干扰,其它铁磁物体远离实验装置。
用水平仪将放置传感器探头的台面调节到水平,先放置一个罗盘,根据罗盘指针N、S极所指的方向测出地磁场水平分量的方向,作一条与罗盘指针N、S 极所指的方向所在直线相互平行的直线,调整传感器探头的方向,使传感器探头的法线方向与罗盘指针N、S极所指的方向相互垂直,移走罗盘,调节亥姆霍兹磁场测定仪面板上的毫特斯拉计调零旋钮,使毫特斯拉计显示为零(本毫特斯拉计为高灵敏度仪器,在台面上不同的位置,毫特斯拉计显示的最后一位可能有所不同,为防止其它杂散信号的影响,使毫特斯拉计显示为零),再调节传感器探头的方向使其与罗盘指针N、S极所指的方向一致(与前面所作直线相互平行),即与地磁场水平分量的方向一致,记录毫特斯拉计显示的数值,即地磁场水平分量B水平的大小。
借助水平仪将传感器探头的法线方向调节到竖直,记录毫特斯拉计显示的数值,即地磁场垂直分量B垂直的大小。
地磁场总量的大小用B地磁表示。
B地磁=B2水平+B2垂直(1)地磁场的方向考虑它与水平方向的夹角,即磁倾角H为H=arct g B垂直B水平(2)这样,我们利用式(1)、式(2)就可以计算出地磁收稿日期:20090826作者简介:赵晓伟(1985)),男,陕西府谷人,延安大学物理与电子信息学院06级本科生。
场的大小和方向。
2实验装置实验装置如图1所示。
FD-HM-I型亥姆霍兹磁场测定仪及其所配备的高灵敏度毫特斯拉计传感器探头,小型水平仪,罗盘。
3实验内容1)为了减小干扰,让其它铁磁物体远离实验装置,按图1所示连接好传感器探头,开机后应预热10分钟,细心检查无误后,再进行测量。
2)用水平仪将放置传感器探头的台面调节到水平。
3)在台面上放置一个罗盘,根据罗盘指针N、S 极所指的方向测量出地磁场水平分量的方向,作一条与罗盘指针N、S极所指的方向所在直线相互平行的直线,移走罗盘。
4)调整传感器探头的方向,使传感器探头的法线方向与罗盘指针N、S极所指的方向相互垂直,调节亥姆霍兹磁场测定仪面板上的毫特斯拉计调零旋钮,使毫特斯拉计显示为零。
5)再调节传感器探头的方向使其法线方向与罗盘指针N、S极所指的方向一致即与地磁场水平分量的方向一致,记录毫特斯拉计显示的最大数值,即地磁场水平分量B水平的大小1重复步骤4)、5),记录毫特斯拉计显示的地磁场水平分量B水平的大小。
6)借助水平仪将传感器探头的法线方向调节到竖直向上,读出毫特斯拉计显示的最大数值,即地磁场垂直分量B垂直的大小。
重复测量地磁场垂直分量B垂直的大小。
4实验数据和结果实验数据见表1。
表1实验数据磁场强度123456平均值不确定度B水平/mT0.0270.0280.0310.0300.0270.0300.0290.001B垂直/mT0.0430.0440.0440.0460.0470.0460.0450.001从以上数据可以得到延安当地的地磁场水平分量B水平=(0.029?0.001)毫特斯拉,地磁场垂直分量B垂直=(01045?01001)毫特斯拉,将B水平、B垂直代入式(1),得到延安当地的地磁场磁感应强度总量的大小为B地磁=01054毫特斯拉,由误差传递公式得L(B地磁)=01002毫特斯拉,测量结果为B地磁=(01054?01002)毫特斯拉再将B水平、B垂直代入式(2),得到延安当地的地磁场磁感应强度的方向与水平方向的夹角磁倾角为H= 5712b,由误差传递公式得L(H)=011b,测量结果为H=(5712?011)b同时,我们用DH4515型地磁场水平分量测试仪测得延安当地的地磁场水平分量为B水平=01028毫特斯拉,与本实验方法得到的地磁场水平分量B水平=01029毫特斯拉进行比较,相对误差为316%,误差较小,说明本文研究地磁场的结果是比较满意的、方法是切实可行的。
5讨论(1)由于集成霍耳传感器体积小,易于移动和定位,实验过程非常简单,测试速度快,提高了工作效率。
(2)利用该方法研究地磁场,改进了传统的实验方法,提高了仪器的利用率。
(3)在大学物理实验教学实践中,可根据实验学时的要求,完成了规定的实验内容之后,选做测量地磁场水平分量、地磁场垂直分量、测量出地磁场的大小和方向实验中的任一部分,其设计具有较强的可操作性,教学内容新颖而又循序渐进,紧密结合实际应用又不超出物理实验教学大纲的要求范围。
可以使学生在实验中掌握地磁场测量技术,激发学生的兴趣和创造意识,收到良好的教学效果。
参考文献:[1]吴振森,武颖丽,胡荣旭,等1综合设计性物理实验[M]1西安:西安电子科技大学出版社,2007.[2]杨述武1普通物理实验(二、电磁学部分)[M]1第3版1北京:高等教育出版社,2000.[3]王希义,王红理,黄丽清1大学物理实验[M]1西安:陕西科学技术出版社,1998.(下转第53页)49第4期地磁场测量的研究教学模式,多给受训教师提供亲身体验的机会,避免培训流于形式;多组织各种有关教学实际的问题进行讨论,为开展校本教研工作提供素材和指导,使得培训与教师的教学、教研结合起来。
412 校长的重视程度和培训条件是影响校本培训正常运行的主要因素学校教学条件和校长的重视程度,会影响学校的学习文化氛围及教师开展学习活动的积极性。
也就是说,不是缺少教师发展的观念,而是缺少促进其发展的环境。
在学校信息技术设施得以改善的前提下,校长必须充分发挥/第一责任人0的作用,确实成为校本培训的领导者、组织者和研究者。
413充分利用校外资源,是保证校本培训有效开展的重要措施校本培训是基于学校的培训,但并不是说培训工作仅在学校内部进行,在必要的时候,要充分利用大学、教育专门机构(如研究所、教研室等)的智力支持也是非常重要的。
也要加强与同一地区内其他学校的联系与合作,促进相互的交流、学习与研讨。
414 在实践的基础上,总结与提升理论在校本培训中,教师可能会更注重实践操作。
因此,为了避免教师的实用主义倾向,轻视教育理论的系统化学习和吸纳,在实施校本培训时,培训的组织者以及主管人员,应及时地总结,提升理论高度。
参考文献:[1]张玉华1校本培训研究与操作[M ]1上海:上海教育出版社,2003191[2]刘堤仿1教师校本培训学[M ]1杭州:浙江大学出版社,2004171[责任编辑 贺小林]The School -base d I T Trai ni ng Research i n t he Sc hool of /DistanceEducation Projects of Countrysi de 0M ode ThreeXUE su -qi n(Yanan U niversity ,Yanan 716000,Ch i n a)Abst ract :A fter the infrast u cture estab lished,the results of teaching usage on resources beco m e a very i m portant part t h at support the susta i n able developm ent o f th i s projec.t For th is reason ,schoo l-based I T training beco m es an e-f fecti v e w ay to ascension the I T use ab ility o f teachers i n the school of /distance education projects o f countrysi d e 0m ode three .K ey w ords :d istance educati o n pro jects o f countrysi d e ;m ode three ;teachers ;I T ;school-based tra i n i n g (上接第49页)[4]李涛,陈骏逸,陆申龙.高斯法测量地磁场水平分量的改进[J].物理与工程,2006,16(2):26~28.[5]王易易,柳月,陆申龙.测量地磁场水平分量的两种方法[J].物理实验,2000,20(9):45~46.[6]黄坤,李娜娜.地磁场大小的测量实验探讨[J].高等函授学报(自然科学版),2007,21(4):54~55.[7]/现代地球磁场监测与地磁基本数据积累0项目组./现代地球磁场监测与地求基本数据积累0项目成果介绍[J].国际地震动态,2006,9:73~77.[8]朱晔明,王思慧,周进.磁场及磁矩的测量实验[J].大学物理,2006,25(4):58~59.[责任编辑 朱联营]St udy onM eas ure m ent of Geo m agnetic Fiel d Z HAO X i ao -wei(College o f Physics and E lectron ic Infor m ation ,Y anan Un i v ersity ,Y anan 716000,China)Abst ract :The ho rizon tal co mponent and perpend icular co m ponent o f geo m agnetic field are m easured,the m agn-i tude and direction o f geo m agnetic field is m easured f u rther usi n g H e l m ho ltz m agnetic field deter m ina tor w ith t h e type of FD -HM -I and pr obe o f h i g hly sensiti v e m ill-tesla dev ice ,the conventional experi m entalm et h od m eas -uring geo m agnetic fie l d i s i m pr oved .K ey w ords :the geo m agneti c fi e l d ;m easure m en;t H el m ho ltz m agnetic fie l d deter m inato r ;m ill-tesla dev ice53第4期 /农远工程0模式三项目学校信息技术校本培训研究。