近年来，随着科学技术的进步和人类社会的发展，越来越多的场合需要测量及监控磁场，因而促进了各类磁场传感器技术的蓬勃发展。其中，感应式磁场传感器以其工作频带宽，动态范围大，灵敏度高，造价低，性能稳健等优点广泛地应用于各种磁场测量场合。尽管人们很早就开始使用线圈感应磁场，但是直到1967年，Zijlstra才第一次详细的描述并发表了感应式磁场传感器的工作原理，从此拉开了感应式磁场传感器研究的序幕。时至今日，感应式磁场传感器技术已经发展了近半个世纪，在电磁法地球物理勘探，包括大地电磁测深方法（MT方法）、音频大地电磁测深方法（AMT方法）和可控源音频大地电测测深方法（CSAMT方法）等，海洋地球物理观测，包括海洋大地电磁测深方法（MMT方法）和海洋可控源电磁方法（Marine CSEM方法）等，以及石油电磁测井等诸多领域都有着广泛的应用。但我国高端地球物理电磁法勘探仪器设备长期依赖进口，制约我国发展国产化电磁法勘探仪器装备的瓶颈技术之一是高灵敏度磁场传感器。

本文围绕着国土资源部深部探测实验研究专项SinoProbe项目之一—地面电磁探测系统（SEP）研制，重点研究了感应式磁场传感器的噪声形成机理及影响因素，并以此为基础研发出一系列优化设计算法并形成了具有自主知识产权的优化设计软件，同时解决了高磁导率、低损耗的磁芯制备工艺技术，低频低噪声微弱信号检测电路等关键技术难点，研制出适用于不同环境下的高性能频率域感应式磁场传感器。论文的主要工作和创新性成果包括：

1) 全面深入研究了感应式磁场传感器的内部固有噪声的形成机理及影响因素，包括磁芯损耗噪声（RC噪声），磁芯温度噪声（TC噪声），线圈电阻热噪声（TR噪声），线圈电阻1/f噪声（FR噪声），电路等效输入电压噪声（CV噪声），电路电压偏置温漂噪声（CT噪声），电路等效输入电流噪声（CI噪声），反馈电阻噪声（FB噪声）和衰减电阻噪声（TT噪声）。

2) 对感应式磁场传感器上述9类噪声源在频率域建模、分析、测量和计算并加以实验验证。首次提出TC噪声并建模、测试与分析；通过构建的实验系统测试了RC噪声和CT噪声等并确定了模型参数；对CV噪声和CI噪声，测量其噪声谱图至1000s以下，可以更准确开展建模分析研究；对FR噪声，应用HOOGE提出的1/f噪声模型，使之可量化计算。

3) 基于噪声分析的基础，提出了谐振型窄带感应式磁场传感器的设计理念，即通过将传感器线圈的谐振频率调整至工作频带的中心频率，使传感器电路的电压噪声在工作频带内急剧下降，从而实现传感器整体噪声降低的目的。谐振型窄带感应式磁场传感器在MT方法和AMT方法的“死区”问题上和透地通信等方面都有着巨大的应用潜力。

4) 基于噪声源的分析基础，本文提出了一系列感应式磁场传感器的优化方法，完善了感应式磁场传感器的优化设计方法，研制出具有自主知识产权的感应式磁场传感器优化软件（IMOD），填补了国内空白。具体包括：

a) 磁芯材料的优化，包括初始磁导率，饱和磁通，矫顽力，磁滞损耗等的优化方向和方法。

b) 磁芯形状的优化，包括加入磁通聚集器、采用管状磁芯及框架磁芯结构等优化方法。

c) 电路的优化，综合分析多类仪器中的低噪声放大电路，取长补短，提出了多器件并联及变压器降噪等优化方法。

d) 线圈参数的优化，采用拉格朗日乘子法和等值线图法等优化方法。

e) 以磁通负反馈型宽带感应式磁场传感器和谐振型窄带感应式磁场传感器为例，详细阐述了感应式磁场传感器的优化设计方法和流程，通过样机性能测试验证了优化方法的正确性和软件的可靠性。

在感应式磁场传感器的噪声源分析及优化算法的基础上，研制出了一系列新型频率域感应式磁场传感器。这些传感器具有噪声低，重量轻，性能稳健等特点，已广泛应用于地球物理勘探领域的MT方法、AMT/CSAMT方法等，海洋地球物理观测的MMT方法、Marine CSEM方法等，以及电磁法测井、海洋磁异常探测、地面透地通信等领域。各类感应式磁场传感器的技术性能与国外同类产品的先进技术水平相当，填补了国内技术空白，解决了长期制约我国地球物理电磁法勘探仪器装备国产化的瓶颈技术。