/°
b1 b2
/°
/mV
地磁场竖直分量B﬩
§ 方法1:由于水平分量时已调至
U 0 为零，只
需将传感器调至竖直方向(传感器指90度)， 此时即为地磁场竖直分量。 § 方法2:同水平分量测量，将传感器调至90 度，再转180度，两次数据相减除2即为地 磁场竖直分量。
磁倾角计算b 值
在磁阻传感器沿着地磁场磁感应强度水 平分量方向放置时，将转盘平面调整为铅 直，此时磁阻传感器的感应面仍垂直地磁 场水平分量，转动传感器正向下，记录下 电压数值。
1 2
1
2
磁阻传感器定标数据记录表
励磁电流 I/mA 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 磁感应强度 B/10-4T U/mV 正向U1 反向U2
U
平均 /mV
地磁场测量结果表
1 2 3 4 5 平 均 结果
U //
/mV /mV
U1
U2
U1¢
U
b
/mV
¢ U2
o
地磁场B和地磁倾角的测量
§ 1）调节底座和刻度盘水平 § 2）转动底座使地磁场测定仪电压表读数达
最大或最小值，此时转盘面与地磁子午面 垂直 § 3）将转盘调整为铅直，转动调节转盘角度 ，分别记录传感器输出最大和最小值U1¢ 和 ¢ 及此时转盘的指示值 b 和 b 2 U2 1 § 4）由 b = ( b + b ) 2 计算 b 值；由 U ¢ - U ¢ 2 = KB 计算地磁场磁感应强度 B ,和垂直分量 B^ = B sin b
测量公式
U = U 0 + KB + KB // sin q
U为输出电压,即为Uout U0为外界磁场为0是的电压值 KB 为亥姆霍兹线圈产生的磁场对 应的电压值. KB//sinƟ为地磁场产生的电压值
实验步骤
定标:用亥姆霍磁线圈产生磁场作为已知量，测量
磁阻传感器的灵敏度
1) 将亥姆霍兹线圈与直流电源连接好。 2) 使磁阻传感器的管脚和磁感应强度的方向平行，即转盘 刻度调节到0角度 。调节底板上螺丝使转盘至水平（用水准 仪指示）。 3) 按一下复位键，调节电流到零，电压调零。 4) 依次调节电流到10 .0，20.0 ，30 .0，40 .0，50 .0， 60.0。分别记录下正向电压读数 。 5) 调节电流到零，电流换向，按一下复位键，电压调零， 重复步骤4），记录下反向电压读数 。测正向和反向两次， 目的是消除地磁沿亥姆霍兹线圈方向(水平)分量的影响。 平均电压U = U 正 - U 反 / 2 ，利用逐差法计算出灵敏度
§ 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 强度和方向随地点(甚至随时间)而异。地磁 场的北极、南极分别在地理南极、北极附 近，彼此并不重合，如图所示，而且两者 间的偏差随时间不断地在缓慢变化。地磁 轴与地球自转轴并不重合，有 交角。
§ 在一个不太大的范围内，地磁场基本上是均匀的，可用三个参量来表 § § § §
数据计算
§ 1、地磁场： B// =U// K =
B= B +B =
2 // 2 ^
§ 2、磁倾角：
B^ b = arctan B//
注意：
§ (1)实验仪器周围的一定范围内不应存在铁
磁金属物体，以保证测量结果的准确性。 § (2)本磁阻传感器遇强磁场时，会产生磁畴 饱和现象，使灵敏度降低。这时应按“复 位”按钮，可使它恢复到原灵敏度。 § (3)调零旋钮以及调零换向开关调节的均是 U0值,调零旋钮可以连续调节,调零换向只是 一个大范围的一次性调节,如果电压显示未 溢出可以不需要调节U0
测量方法解释
§ 0度时测得电压为
U 0o = U 0 + KB// sin q
§ 180度时测得电压为
U180o = U 0 + KB// sin(180o + q )
§ sin q 和 sin( 180+q) 应该数值相等符号相反。 § 方法一通过调零抵消 U 0 。 § 方法二通过相减抵消 U 0 。
示地磁场的方向和大小： 1) 磁偏角 ，地球表面任一点的地磁场矢量所在垂直平面(图中 与Z构 成的平面，称地磁子午面)，与地理子午面(图中X、Z构成的平面)之间 的夹角。 2) 磁倾角 ，地磁场矢量 与水平面(即图的矢量 和OX与OY构成平面的 夹角)之间的夹角。 3) 水平分量 ，地磁场矢量 在水平面上的投影。 测量地磁场的这三个参量，就可确定某一地点地磁场 矢量的方向和 大小。当然这三个参量的数值随时间不断地在改变，但这一变化极其 缓慢，极为微弱。
§ 由于亥姆霍磁线圈的特点是能在其轴线中心点附近产生较
宽范围的均匀磁场区，所以常用作弱磁场的标准磁场。亥 姆霍磁线圈公共轴线中心点位置的磁感应强度为
m 0 NI 8 B= 3/ 2 R 5
上式中N=400匝为每个线圈匝数；R=10cm亥姆霍兹线圈的平 均半径 ；真空磁导率 ；I 为线圈流过的电流 单位 （安培）；B 为磁感应强度
度,记录当时数据.调节调零旋钮使0度和180度数据 数值相等、符号相反。此时U 0 为零，转动传感器 找到数值极大时即为地磁场水平分量。 § 方法2:将磁阻传感器平行固定在转盘上，调整转盘 至水平。水平旋转转盘，找到传感器输出电压最大 方向，这个方向就是地磁场磁感应强度的水平分量 B//的方向。记录此时传感器输出电压U1后，再旋 转转盘，记录传感器输出最小的电压U2。由|U1U2|/2=KB//，求得当地地磁场水平分量B//。
定标原理解释
§ 电流正向时测得电压为:
§ 电流反向时测得电压为:
U + = U 0 + KBH + + KB// sin q
U - = U 0 + KBH - + KB// sin q
§ 两式相减即可抵销 U 0 ,地磁场影响。
地磁场水平分量B//
§ 方法1:将传感器调至0度,记录当前数据;再转至180
用磁阻传感器测量地磁场
实验内容： 1、测量地磁场实验仪的灵敏度（定标）； 2．测量当地地磁场水平分量的现象称为
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 类金属的电阻发生改变，这就是强磁金属 的各向异性磁阻效应。
磁阻传感器的构造示意图
磁阻传感器是由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成的一维磁阻 微电路集成芯片，其坡莫合金膜，如图所示，该薄膜的电阻率 r(q)依赖于磁化强度M和电流I方向的夹角q ，具有以下关系式
n
地磁场
§ 地磁场的数值比较小，约 10-5量级 § 地磁场作为一种天然磁源，在军事、工业、
医学、探矿等科研中也有着重要用途。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磁感应强度的水 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 的一种重要方法
磁阻传感器输出电路
利用四个同样的磁阻传感器组成一电桥,由于磁阻传 感器与地磁场夹角的不同,此电桥为不平衡电桥 对于一定的工作电压：磁阻传感器输出电压与外界 磁场的磁感应强度成正比关系
0
K为传感器的灵敏度，B为待测磁感应强度，U0为外 加磁场为零时传感器的输出电压。
亥姆霍磁线圈的磁场与传感器定标