巨磁阻抗(Giant Magneto-Impedance,GMI)效应指的是在较高频率交变电流的激励下软磁材料的交流阻抗(或交流电压)随着外部施加磁场的改变而显著变化的现象。基于GMI效应的磁传感器(GMI磁传感器)具有灵敏度高、响应速度快、体积小、功耗低等特点,因而在远距离目标探测和脑磁信号检测领域具有广泛的应用前景。然而,在非磁屏蔽条件下,GMI磁传感器的应用却面临着许多新的挑战。本文以采用钴基非晶丝为敏感元件的GMI磁传感器技术为研究重点,对钴基非晶丝的GMI特性、GMI磁传感器的探头结构、GMI磁传感器的电路结构、偏置磁场自平衡技术以及GMI磁传感器的实现电路进行了系统的研究。主要研究内容如下:研究了钴基非晶丝GMI效应的产生机理和理论模型,建立了钴基非晶丝GMI特性简易测试系统,并通过实验优化了钴基非晶丝长度、驱动电流幅值和频率等影响GMI特性的参数以及非晶丝与电路的连接方式。根据钴基非晶丝GMI效应的产生机理和理论模型,分析了钴基非晶丝长度、驱动电流幅值和频率对GMI特性的影响规律,并指出非晶丝的化学成分、制备方法以及调制处理方法都会影响钴基非晶丝的GMI特性。在这种情况下,采用实验方法确定了钴基非晶丝长度、驱动电流幅值和频率等影响GMI特性的参数。通过实验发现钴基非晶丝与电路的连接方式对GMI特性有重要影响,确定了采用导电银胶粘接实现非晶丝与电路互联的方式。提出了基于自平衡偏置磁场和差分锁定放大电路的GMI磁传感器结构方案,并详细分析了该GMI磁传感器的工作原理,在此基础上提出了基于串行布局非晶丝和偏置磁场自平衡功能部件的一体化梯度式非晶丝探头设计与实现技术。钴基非晶丝的GMI特性曲线在零磁场附近呈现单极性,需要提供偏置磁场来确定GMI磁传感器的静态工作点;由于地磁场的存在,GMI磁传感器的输出随着探头的检测方向或地理位置变化而改变,影响GMI磁传感器的输出稳定性;远距离铁磁目标、脑磁信号产生的磁异常信号比较微弱,地磁噪声、空间电磁噪声等背景噪声很容易将其淹没,而且环境温度的变化也会影响GMI特性,降低GMI磁传感器的输出准确性。针对上述问题,提出了基于自平衡偏置磁场和差分锁定放大电路的梯度式GMI磁传感器结构方案,设计了基于串行布局非晶丝和偏置磁场自平衡功能部件的一体化梯度式非晶丝探头结构。提出了偏置磁场自平衡技术,不仅为非晶丝样品提供了偏置磁场而且消除了探头检测方向或地理位置变化对GMI磁传感器输出的影响。地磁场是各向异性的矢量场,不同方向或不同地理位置的地磁场强度是不同的。在非磁屏蔽条件下,GMI磁传感器探头的检测方向或地理位置变化会引起沿探头检测方向的地磁场矢量分量变化,它叠加在被测磁场上共同导致GMI磁传感器的输出变化,而且很难从GMI磁传感器的输出结果中区分是由探头检测方向或地理位置变化引起的还是由被测磁场引起的。在这种情况下,提出了偏置磁场自平衡技术。它将地磁场矢量分量的变化量看作叠加在偏置磁场上的干扰信号,而不是叠加在被测磁场上,通过反馈控制原理消除干扰信号对偏置磁场的影响,使偏置磁场始终保持在最初设定值。提出了GMI磁传感器电路优化设计方法,并设计和制作了GMI磁传感器的实现电路,以提高GMI磁传感器的检测性能。开发高性能的GMI磁传感器,仅仅考虑选择高性能的GMI敏感材料、改进敏感材料的几何参数、测量参数以及改变敏感材料的布局是不够的,还必须优化GMI磁传感器电路的设计。结合GMI磁传感器的总体设计方案,对GMI磁传感器电路的各个功能模块进行深入研究,在比较不同电路和优化电路参数的基础上,通过实验选择性能优异的电路结构,并在布线工艺上考虑阻抗匹配以及电磁兼容等问题,以降低整体电路的噪声水平。仿真和实验结果证实了本文提出的理论方法和技术手段的可行性和有效性,对研发更高性能的GMI磁传感器具有重要的参考价值和指导意义。