磁通门传感器是测量静磁场和低频交流磁场的矢量传感器，它是基于铁磁材料磁化曲线的非线性以及对称性特性工作的。磁通门传感器具有体积小、重量轻、噪声小、功耗低、动态范围大以及稳定性好等优点，广泛应用于空间磁场测量、磁异常目标探测、水下目标探测与跟踪、无损检测、定位与导航等诸多领域。依托中国科学院平台建设项目，本文在吸取国内外前人工作成果的基础上，深入开展了低噪声磁通门传感器关键技术研究。围绕降低磁通门传感器的噪声这一关键问题，重点研究了磁通门传感器的基本工作原理、影响磁通门传感器噪声的相关因素以及抑制磁通门传感器噪声的相关方法，并以此为基础研制出了多种不同结构的低噪声磁通门传感器。本文的主要工作和创新成果包括:　　1)基于Maxwell有限元仿真软件和Simplorer电路仿真软件，提出了一种有限元电磁联合仿真方法，分析了磁芯内部有效磁导率分布、线圈内磁场分布以及磁通门传感器瞬态响应过程等，具体包括:　　(a)设计了铁磁材料磁化曲线测试电路，分别测试了坡莫合金环形磁芯、钴基非晶薄带状磁芯以及钴基非晶丝状磁芯等多种几何结构磁芯的交流磁化曲线;　　(b)利用Maxwell软件仿真了薄带状磁芯、环形磁芯、丝状磁芯在均匀静磁场中的磁化状态，分析计算了磁芯材料内部有效磁导率分布情况，同时，仿真了亥姆霍兹线圈、螺线管线圈通电后线圈内的磁场分布，计算分析了线圈常数沿线圈中心轴线的分布情况;　　(c)在Maxwell软件中建立了磁通门传感器探头模型并在Simplorer软件中建立了磁通门传感器的电路模型，通过电磁联合仿真，分析了磁通门传感器非线性激励电路的瞬态响应、磁通门传感器的灵敏度以及转换系数。经实验验证，仿真得到的电流波形与实测电流波形几乎完全重合，磁通门传感器的灵敏度仿真值与实测值误差均小于2％，磁通门转换系数仿真值与实测值误差均小于2.5％。　　2)根据仿真结果中磁芯材料有效磁导率的变化曲线与全波函数形状具有相似性，首次提出了时变有效磁导率数学模型，推导出了磁通门传感器灵敏度的数学模型，具体包括:　　(a)通过测量坡莫合金环形磁芯的磁化曲线，计算了磁芯时变有效磁导率波形，验证了时变有效磁导率数学模型的正确性。根据激励电流最大值和最小值，计算了相应的时变有效磁导率最大值和最小值，并最终推导得到了磁通门传感器灵敏度的数学模型;　　(b)通过实验分别测量了不同磁芯制成的磁通门在不同激励参数条件下的灵敏度。对比发现，所有测试结果与理论计算值之间的误差均小于8％。该数学模型适用于多种不同结构的磁通门传感器，计算结果比前人提出的灵敏度数学模型都更为简单而且准确。　　3)首次提出使用电流控制电压源建立磁通门传感器探头等效电路模型，基于该模型建立了包含磁通门探头和信号检测电路的等效电路模型，具体包括:　　(a)根据磁场是由运动电荷产生的这一客观事实，将被测磁场等效于一个外部电流源，而该电流源驱动磁通门传感器会在磁通门传感器感应线圈两端产生与之成正比的偶次谐波，以此建立了磁通门传感器的电流控制电压源等效电路模型;　　(b)引入指数式门积分电路作为偶次谐波检测电路，建立了磁通门传感器等效电路模型，基于该模型推导出了磁通门传感器的系统传输函数，并且分析了温度对磁通门传感器转换系数的影响;　　(c)为了降低磁通门传感器的噪声水平，将感应线圈产生的二次谐波信号通过串联调谐电容耦合输出，通过使用时变有效磁导率的数学模型，推导得到了调谐电容的计算公式。　　4)利用多种不同几何结构的磁芯材料研制了不同结构的磁通门传感器，通过参数优化得到了多种低噪声的磁通门传感器。具体包括:　　(a)利用坡莫合金环形磁芯，研制了在1Hz频点处噪声约为6pTrms/√Hz且在0.1Hz频点处噪声为15pTrms/√Hz的低噪声磁通门传感器;　　(b)利用钴基非晶丝状磁芯，研制了噪声为6pTrms/√Hz@1Hz的轻小型、低功耗、低噪声磁通门传感器，噪声接近世界一流商业磁通门传感器的水平。