磁阻传感器测量地磁场的实验数据处理

魏奶萍

(西安文理学院,陕西 西安　710065)



磁阻传感器测量地磁场的实验数据处理

魏奶萍

(西安文理学院,陕西 西安710065)

摘 要：介绍了磁阻传感器的实验原理，用计算机origin软件对实验数据进行曲线拟合，拟合结果与传统最小二乘法处理数据相吻合。计算了霍尔灵敏度和西安市区地磁场的大小，误差较小。

关键词：磁阻传感器； 地磁场 ；曲线拟合； 数据处理

地磁场作为一种天然磁源，在航空、卫星、海洋和医学方面有着重要用途。地磁场的数值比较小，约10-5T量级，但在直流弱磁场测量中，往往需要知道其数值大小，设法消除其产生的影响。地磁场测量方法主要有磁聚焦法、光磁共振法、磁旋光成像法、电子自旋共振法及霍尔效应法[1-7]，数值处理也常用最小二乘法和泰勒多项式拟合法[8-9]。随着磁阻传感器的广泛使用，地磁场测量方法显得简单、易行，目前它已成为各大学院校电磁部分选作实验内容之一[9-13]。本文就是在介绍磁阻传感器的实验原理基础之上，对实验测量的原始数据，采用最小二乘法和计算机软件处理法进行比较，发现计算机软件在实验数据尤其是曲线拟合和作图上，具有快捷、直观等优点，也可以避免人为计算过程造成的误差。

1实验原理

1.1磁阻传感器的原理

对于一定的工作电压，当Ub=5.00V,HMC1021Z磁阻传感器输出电压Uout与外界磁场的磁感应强度成正比关系，Uout=U0+KB

1.2亥姆霍兹线圈的磁场

该实验采用的是DH4515A磁阻传感器,N=500、R=0.100m,在I=0.50A的条件下，

亥姆霍兹线圈是一对匝数和半径相同的共轴平行放置的圆线圈，两线圈间距等于圆形线圈的半径R，设Z为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点O处的距离，则亥姆霍兹线圈轴线上任点的磁感应强度为：

2实验仪器

实验仪器见图2。

3数据处理

数据处理见表1。

3.1利用最小二乘法处理实验数据

然后计算的值，求出霍尔灵敏度K,其表1的数据处理如表3。

测量值霍尔灵敏度K=50.864(V/T)

3.2用origin软件处理实验数据

4结束语

通过利用origin软件和最小二乘法对地磁场实验数据的处理，可得出以下经验：

(1)最小二乘法虽是一种比较准确的曲线拟合法。但是和origin软件拟合处理的实验数据相比，还是用计算机软件完成的简单、快捷与直观。

(2)对亥姆霍兹线圈产生的磁感应强度B和磁阻传感器产生的平均电压U的数据进行线性拟合，绘出了B-U曲线，验证了它们的线性关系。计算了霍尔灵敏度KH=50.996mV/(mA·T)。

(3)利用磁阻传感器测定了西安地区地磁参量，磁倾角为50.46°，地磁场水平分量为0.038 7mT，误差较小。

参考文献：

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[6]胡燕.利用霍尔器件测量地磁水平分量的实验研究[J].大学物理实验，1998(3)：24-26.

[7]刘安平，韩忠，陈曦，等.利用光泵磁共振实验测量重庆地区地磁场[J].大学物理实验，2013(5)：19-21.

[8]林立狮，王梅，苏孟如.泰勒多项式拟合法在地磁场测量资料分析中的应用[J].地震研究，1994(4):355-361.

[9]范淑瑞，王晓峰，张合.基于最小二乘法拟合的地磁场测量误差补偿方法[J].探测与控制学报，2013(4):40-43.

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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

基金项目：西安市科技计划项目(CXY1443WL01)

文章编号：1007-2934(2016)03-0115-03

中图分类号：TM936.6

文献标志码：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.003.030