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        磁阻傳感器測量地磁場的實驗數(shù)據(jù)處理

        2016-07-08 07:12:43魏奶萍
        大學物理實驗 2016年3期
        關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)處理測量實驗

        魏奶萍

        (西安文理學院,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Ub=5.00V,HMC1021Z磁阻傳感器輸出電壓Uout與外界磁場的磁感應強度成正比關(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:

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        [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].自然科學進展,2007,(11):1168-1173.

        [4]蘇學軍,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].探測與控制學報,2013(4):40-43.

        [10] 莊明偉,王小安,徐圖.基于巨磁電阻效應的多功能測量儀[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].赤峰學院學報(自然科學版),2013(10):9-10.

        [12] 趙曉偉.地磁場測量的研究[J].延安大學學報(自然科學版),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用[J].大學物理,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

        文獻標志碼:A

        DOI:10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.003.030

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