第二章磁敏传感器PPT学习教案.pptx

磁敏传感器是用于检测磁场强度或变化的一种关键设备，在电子工程和物理实验中广泛应用。本章节将详细讨论其中的一种——质子旋进式磁敏传感器，以及相关的测磁原理和技术。 质子旋进式磁敏传感器基于质子在外磁场中的旋进现象，利用磁共振的原理进行工作。在物理学中，所有物质都具有一定的磁性，水分子（H2O）中的氢质子在外部磁场的作用下会产生磁矩，并进行旋进运动。这种旋进运动的频率与外磁场的强度成正比，可以通过观察这个频率来间接测量磁场的大小。 质子的旋进频率（f）可以通过质子的旋磁比（γp）和外磁场强度（T）计算得出，公式为：f = γp * T / 2π。旋磁比γp是一个常数，对于质子来说约为2.67513 S-1T-1。当质子在磁场中旋进时，其在xy平面的投影会形成一个圆锥轨迹，角频率ω等于拉莫尔频率，即ω = γp * T。 在实际应用中，由于驰豫时间的存在，质子磁矩的旋进信号会逐渐衰减。为了测量微弱的磁场，通常需要采取预极化方法或者辅助磁场来增强信号幅度。例如，通过在垂直于外磁场方向施加一个远大于外磁场的极化场H，使质子磁矩沿着极化场方向排列，形成宏观磁矩。当极化场移除后，质子将以拉莫尔频率在原外磁场中旋进，切割线圈产生感应电动势，通过测量感应电压的频率，可以确定外磁场的大小。 预极化法不仅可以提高信噪比，还能使得在弱磁场环境下也能捕捉到清晰的信号。例如，如果外磁场T为0.5×10^-4T，极化场H为100×10^-4T，信噪比可以提升200倍。 此外，除了质子旋进式磁敏传感器，还有其他类型的磁敏传感器，如光泵式磁敏传感器、SQUID（超导量子干涉器）磁敏传感器、磁通门式磁敏传感器、感应式磁敏传感器、半导体磁敏传感器（包括霍尔器件、磁敏二极管、磁敏三极管、磁敏电阻）、机械式磁敏传感器以及光纤式磁敏传感器等，它们各有特点，适用于不同的磁场测量场景。 磁敏传感器是现代科技领域不可或缺的一部分，广泛应用于地质探测、医学成像、磁存储设备以及各类电子设备中，通过精确的磁场测量技术，为科学研究和工业应用提供了强大的支持。