当前在生物磁信号探测，如脑磁信号、心磁信号这类微弱磁信号的探测目前都只能采用超导量子干涉仪，而将磁致伸缩材料与压电材料复合而成的磁电复合材料，可以将能量在磁场和电场之间自由转换，因此可以用于微弱磁场传感器设计，相关研究已经成为学术界和产业界非常关注的热点。磁电复合结构的选用材料、结构构型、尺寸大小等不一样，制备而成的磁电传感器灵敏度也会不一样，一旦磁电复合结构制备成传感器，其灵敏度通常就固定了，不会再变化。考虑到微弱磁场传感器宽量程的需要，比如其测量量程需要跨飞特到纳特，甚至需要到微特。此时，如果传感器的灵敏度可以调节，将对其宽量程设计和外接信号采集处理电路设计十分有利。为此，本论文将围绕层合磁电结构在多物理场下的非线性磁电耦合效应，建立了多物理场下的非线性磁电耦合仿真计算模型，分析了影响磁电耦合效应的因素，并探索通过直流电压产生预应力调控磁电传感器灵敏度的数值分析和实验测试上的可行性。主要内容如下：
　　首先，对层合磁电结构中的磁电效应进行分析，建立双层磁电结构数值仿真模型并与实验进行对比，验证模型可靠性。分析不同磁致伸缩材料的磁电响应，同时研究了多层磁电结构的磁电系数的变化和不同构型的磁电响应，以及不同机械边界条件下的磁电响应。结果显示：(1)磁性材料的初始磁化率对磁电响应的影响很大，初始磁化率为1600的Metglas（金属玻璃）的磁电响应在相同条件下是初始磁化率为39的Ni（镍）的磁电响应的5倍；(2)不同力学边界条件下的磁电系数最大能相差200多倍。
　　其次，结合磁致伸缩材料的非线性本构关系与线性的压电本构关系，建立了考虑多物理场耦合作用下的层合磁电结构的强非线性全耦合有限元模型。其中，磁致伸缩材料的非线性磁化关系由MATLAB计算得到，将实验数据与仿真结果进行对比，两者能吻合的较好。同时分析了磁电材料内部场的不均匀性，计算并分析了不同压电材料对磁电系数的影响。此外，探索不同体积比下预应力对磁电效应的调控作用。仿真结果显示：压电系数在很大程度上影响了磁电耦合系数，同时，通过偏置电压产生预应力来调控磁电传感器灵敏度具有可行性。
　　最后，提出了一种通过施加外加激励电压来调节磁电复合结构磁场传感器灵敏度的方法。实验测量了三层磁电复合结构磁电传感器在不同电压下的磁电响应特性。测量结果发现，无论是在静态还是在谐振状态，通过改变压电调控层的调控电压，均可以有效调节磁电传感器的灵敏度。在不同的谐振状态和不同的DC磁场段，外加调控电压调节传感器灵敏度变化的趋势不一样。特别是在共振频率为43kHz的一阶弯曲共振模式，在调控电压变化400V的范围内，传感器的灵敏度变化高达47.59%。实验测量结果证实了外加调控电压调节磁电传感器灵敏度的可行性。