现代战争的信息化程度很高，谁拥有信息的主动权，谁就掌握战争的主动权。获取目标信息途径有两种：主动目标探测和被动目标探测。通过对微弱磁场的测量来获取目标信息是被动目标探测方法之一。除此之外，微弱磁场测量还广泛应用于工业、农业、生物医学、地球物理和宇航工程等领域。测量微弱磁场的方法有很多种。其中干涉型光纤微弱磁场传感器自从问世以来，以其诸多优点而备受关注。它不仅具有灵敏度高的特点，而且可以在强电磁干扰、高温高压、原子辐射、易爆、化学腐蚀等恶劣条件下使用。因此，开展干涉型光纤微弱磁场传感器研究，不仅具有重要的学术价值，而且还对国防和生物医学等现代科学技术领域具有重要意义。 本文对干涉型光纤微弱磁场传感器所涉及的材料，光学、电学与机械力学等单元技术，以及传感器系统进行研究，研制出了两套干涉型光纤微弱磁场样机，其中，偏振无关Michelson光纤微弱磁场传感器能在普通环境下工作，具有良好的稳定性和灵敏度，线性可重复测量磁场接近20nT。本文的主要工作包括： 论文首先对干涉型光纤微弱磁场传感器的换能器进行了深入的研究。换能器是干涉型光纤微弱磁场传感器最核心部件，其性能的好坏直接决定了系统指标。为了更好地设计换能器，我们建立了相应的数学模型，包括换能器的静态磁场模型、动态磁场模型、磁致伸缩理论模型和机械谐振模型。借助ANSYS软件对换能器的机械谐振特性进行了仿真，并通过实验进行了验证。换能器的结构和工艺是换能器设计的关键步骤。我们在分析、比较了各种换能器结构及其性能的基础上，提出一种改进型的换能器结构，它包括两个半圆和一个微拱的矩形。这种设计能有效发挥磁致伸缩带的磁致伸缩性能，不仅提高了灵敏度，而且使换能器的方向性大为改善。通过反复实验，总结出了一套一体化的设计方法。使用该方法设计的换能器具有灵敏度高、结构简单、隔音和防振性能好等特点。对干涉型微弱磁场传感器的方向性进行了研究，包括方向性的定义、方向性的测量方法以及影响方向性的因素等，这一研究工作为矢量磁场传感器及其阵列提供了技术参考。 论文的第二个研究重点是干涉型光纤微弱磁场传感器的系统稳定性。系统的不稳定因素主要有两个。一个是光纤干涉仪的光学偏振态漂移，我们采用了偏振无关Michelson光纤干涉仪来克服。另一个就是光纤干涉仪的偏置相位变化，即干涉仪的工作点漂移。为了使得干涉仪的工作点稳定在正交相位点处，一般采用正交反馈环路。反馈环路中的积分器易受环境因素等影响而出现积分饱和，使系统工作点发生漂移，甚至较容易造成系统失锁，系统必须复位之后才能继续工作。为此，我们开展了两方面工作，一方面在电路上进行改进，使电路具有自动复位功能：另一方面探索研究了一种能够克服系统不稳定的周期性信号扫描方法。实验研究了三角波信号的周期和幅度对系统输出的影响，测量了使用该方法的系统磁场响应，结果表明，该方法是可行的。 作为论文的第三个研究重点，我们设计制作了基于Mach-Zehnder和Michelson光纤干涉仪的传感器样机两套；分析了系统的相位灵敏度、系统灵敏度和系统分辨率；分析了光源为高斯线形时的干涉仪可见度，实验验证了Mach-Zehnder光纤干涉仪的偏振相关性；研究了光源输出功率大于0.1mW时的系统分辨率与噪声，提出噪声抑制方法；对系统的性能进行了测试、分析和比较。偏振无关Michelson光纤微弱磁场传感器的实验结果表明，系统在普通实验环境下，具有很好的重复性和线性响应范围，线性可重复测量磁场接近20nT，对nT量级的磁场有响应。 论文安排如下： 第一章是绪论，简要地介绍了干涉型光纤微弱磁场传感器研究的目的和意义、发展及研究现状、面临的问题及本文主要工作和安排。 第二章介绍了干涉型光纤微弱磁场传感器的基本原理，包括理论分析、开环检测、闭环检测、正交跟踪反馈回路等。 第三章对干涉型光纤微弱磁场传感器的换能器展开了研究，包括磁致伸缩材料、换能器的工艺与结构、换能器的磁场模型和机械谐振模型。该章中，我们通过理论分析和实验研究，提出了一种改进型的换能器结构，给出了一种一体化的设计方案，提出了换能器方向性研究。为换能器建立了机械谐振模型、磁场模型和磁致伸缩模型，并应用ANSYS软件分析了换能器的机械谐振特性。 第四章主要研究干涉型光纤微弱磁场传感器的系统性能。首先给出了干涉仪的相位灵敏度与系统灵敏度的表达形式；然后对采用两种不同光源的干涉仪可见。度进行了研究，实验验证了干涉仪可见度的偏振相关性；接着理论分析了系统最写小可探测磁场与系统分辨率，以及光功率大于0.1mW时的系统噪声及消除：最后从两个方面研究了系统的稳定性，一是光学偏振态抖动造成系统不稳定及其解决方法，另一个是干涉仪的偏置相位漂移对系统稳定性的影响及解决方法。 第五章给出了我们研制的光纤微弱磁场传感器样机，对偏振无关Michelson光纤微弱磁场传感器的系统性能进行了详细实验测试和分析，实验结果验证了本文理论分析的可靠性。 第六章中，我们对干涉型光纤微弱磁场传感器阵列作了初步研究，包括阵列的结构与复用方式、阵列用于目标定位的算法。 第七章是对该论文进行了总结，并提出展望。