魏奶萍

(西安文理學(xué)院,陜西 西安　710065)

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磁阻傳感器測量地磁場的實驗數(shù)據(jù)處理

魏奶萍

(西安文理學(xué)院,陜西 西安710065)

摘 要：介紹了磁阻傳感器的實驗原理，用計算機origin軟件對實驗數(shù)據(jù)進行曲線擬合，擬合結(jié)果與傳統(tǒng)最小二乘法處理數(shù)據(jù)相吻合。計算了霍爾靈敏度和西安市區(qū)地磁場的大小，誤差較小。

關(guān)鍵詞：磁阻傳感器； 地磁場 ；曲線擬合； 數(shù)據(jù)處理

地磁場作為一種天然磁源，在航空、衛(wèi)星、海洋和醫(yī)學(xué)方面有著重要用途。地磁場的數(shù)值比較小，約10-5T量級，但在直流弱磁場測量中，往往需要知道其數(shù)值大小，設(shè)法消除其產(chǎn)生的影響。地磁場測量方法主要有磁聚焦法、光磁共振法、磁旋光成像法、電子自旋共振法及霍爾效應(yīng)法[1-7]，數(shù)值處理也常用最小二乘法和泰勒多項式擬合法[8-9]。隨著磁阻傳感器的廣泛使用，地磁場測量方法顯得簡單、易行，目前它已成為各大學(xué)院校電磁部分選作實驗內(nèi)容之一[9-13]。本文就是在介紹磁阻傳感器的實驗原理基礎(chǔ)之上，對實驗測量的原始數(shù)據(jù)，采用最小二乘法和計算機軟件處理法進行比較，發(fā)現(xiàn)計算機軟件在實驗數(shù)據(jù)尤其是曲線擬合和作圖上，具有快捷、直觀等優(yōu)點，也可以避免人為計算過程造成的誤差。

1實驗原理

1.1磁阻傳感器的原理

對于一定的工作電壓，當(dāng)Ub=5.00V,HMC1021Z磁阻傳感器輸出電壓Uout與外界磁場的磁感應(yīng)強度成正比關(guān)系，Uout=U0+KB

1.2亥姆霍茲線圈的磁場

該實驗采用的是DH4515A磁阻傳感器,N=500、R=0.100m,在I=0.50A的條件下，

亥姆霍茲線圈是一對匝數(shù)和半徑相同的共軸平行放置的圓線圈，兩線圈間距等于圓形線圈的半徑R，設(shè)Z為亥姆霍茲線圈中軸線上某點離中心點O處的距離，則亥姆霍茲線圈軸線上任點的磁感應(yīng)強度為：

2實驗儀器

實驗儀器見圖2。

3數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理見表1。

3.1利用最小二乘法處理實驗數(shù)據(jù)

然后計算的值，求出霍爾靈敏度K,其表1的數(shù)據(jù)處理如表3。

測量值霍爾靈敏度K=50.864(V/T)

3.2用origin軟件處理實驗數(shù)據(jù)

4結(jié)束語

通過利用origin軟件和最小二乘法對地磁場實驗數(shù)據(jù)的處理，可得出以下經(jīng)驗：

(1)最小二乘法雖是一種比較準確的曲線擬合法。但是和origin軟件擬合處理的實驗數(shù)據(jù)相比，還是用計算機軟件完成的簡單、快捷與直觀。

(2)對亥姆霍茲線圈產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度B和磁阻傳感器產(chǎn)生的平均電壓U的數(shù)據(jù)進行線性擬合，繪出了B-U曲線，驗證了它們的線性關(guān)系。計算了霍爾靈敏度KH=50.996mV/(mA·T)。

(3)利用磁阻傳感器測定了西安地區(qū)地磁參量，磁傾角為50.46°，地磁場水平分量為0.038 7mT，誤差較小。

參考文獻：

[1]王玉清，楊德甫.利用磁聚焦法測量地磁場的研究[J].大學(xué)物理，2009(7):36-38.

[2]邱淑紅，宋慶功.光磁共振測量地磁場的改進方法[J].中國民航大學(xué)學(xué)報，2002，(4):20-22.

[3]李小俊，白晉濤，李永安，等.磁旋光成像地球磁場測量方法 [J].自然科學(xué)進展，2007，(11):1168-1173.

[4]蘇學(xué)軍，牟青，曹彪，等.電子自旋共振對地磁場的測量方法[J].實驗室研究與探索，2013，(10):56-59.

[5]劉竹琴.利用亥姆霍茲線圈測量地磁場強度及磁傾角[J].電子測量技術(shù)，2015(5):119-121.

[6]胡燕.利用霍爾器件測量地磁水平分量的實驗研究[J].大學(xué)物理實驗，1998(3)：24-26.

[7]劉安平，韓忠，陳曦，等.利用光泵磁共振實驗測量重慶地區(qū)地磁場[J].大學(xué)物理實驗，2013(5)：19-21.

[8]林立獅，王梅，蘇孟如.泰勒多項式擬合法在地磁場測量資料分析中的應(yīng)用[J].地震研究，1994(4):355-361.

[9]范淑瑞，王曉峰，張合.基于最小二乘法擬合的地磁場測量誤差補償方法[J].探測與控制學(xué)報，2013(4):40-43.

[10] 莊明偉，王小安，徐圖.基于巨磁電阻效應(yīng)的多功能測量儀[J].物理實驗，2012(1):18-20.

[11] 張健，閆昕，祝新霞，等.磁阻傳感器測地磁場實驗的改進[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2013(10):9-10.

[12] 趙曉偉.地磁場測量的研究[J].延安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009(4):48-49.

[13] 楊春振，李可然.新型各項異性磁阻傳感器在地磁場測量中的應(yīng)用[J].大學(xué)物理，2012(6):57-59.

DataProcessingofMagnetoresistanceSensorforMeasuringtheEarth-MagneticField

WEINai-ping

(Xi'anUniversity,ShanxiXi'an710065)

Keywords：magnetoresistancesensor；earth-magnetic；curvefitting；dataprocessing

Abstract：Theprincipleofmagnetoresistancesensorexperimentalisintroduced.Thedatameasuredintheexperimentarecarriedoutcurvefittingbytheoriginsoftware.Theexperimentresultshowsanexcellentaccordancewiththeresultofdataprocessingbytraditionalleastsquaremethod,hallelementsensitivityandXi’anurbanearth-magneticarecalculated,itfoundthattheerrorissmaller.

收稿日期：2015-12-07

基金項目：西安市科技計劃項目(CXY1443WL01)

文章編號：1007-2934(2016)03-0115-03

中圖分類號：TM936.6

文獻標(biāo)志碼：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.003.030