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巨磁阻抗效应（Giant Magneto-Impedance,GMI）是指在高频电流激励下,铁磁导体的交流阻抗随沿着导体轴向所加外磁场强度的变化而发生改变的一种现象。与传统的磁传感器相比,基于GMI效应的磁传感器具有灵敏度高、响应速度快、功耗低和体积小等优点,在众多领域具有广阔的应用前景。目前,GMI效应的机理尚未研究透彻,缺乏通用的GMI效应等效电路,因而难以利用数字仿真技术为设计GMI磁传感器提供理论指导;此外,国内外业已发表的GMI磁传感器电路和传感器应用技术仍有待于深入研究。针对上述问题,本文围绕非晶丝GMI磁传感器设计、测试与GMI磁传感器在磁异信号检测中的应用展开了深入的研究,主要研究内容包括:（1）研究了非晶丝GMI效应的机理。详细分析了非晶丝长度、非晶丝激励电流频率、激励电流幅值、激励电流中的直流偏置对非晶丝GMI效应的影响。通过实验测试,确定了影响非晶丝阻抗变化的主要因素,确定了不同条件下非晶丝的最大阻抗变化率,为设计GMI传感器检测电路提供了技术参考。（2）研究了非晶丝GMI效应等效电路模型。采用GMI导体阻抗表达式的Pade近似方法,将非晶丝阻抗等效为由电阻和电感组成的考尔Ⅱ型电网络,利用自由能最小化的方法,推导出外部磁场等参数与非晶丝环向磁导率之间的关系式,建立了非晶丝阻抗等效电路数学模型。试验结果表明:在外部磁场固定的情况下,实际测量得到的外部电流激励频率-非晶丝阻抗幅值特性曲线与非晶丝阻抗等效电路模型仿真结果具有相同的变化趋势;而在外部电流激励幅值固定的条件下,实际测量得到的外部磁场-阻抗幅值特性曲线与非晶丝阻抗等效电路模型仿真结果同样具有相同的变化趋势。证明了该等效电路模型可作为设计非晶丝GMI磁传感器的理论依据。（3）设计了非晶丝GMI磁传感器。为了抑制外部磁场对GMI磁传感器工作点的影响,设计了特殊的GMI磁传感器探头结构和GMI磁传感器的工作点磁场反馈调节电路,使GMI磁传感器的工作点不受外部磁场的干扰,从而提高了基于GMI磁传感器的微弱磁异信号检测系统的性能。设计了工作点调节电路的滞后补偿网络,有效抑制了工作点调节电路的附加噪声。实验结果表明,GMI磁传感器的工作点可以保持恒定而不受地球磁场和其他噪声的影响。测试结果显示,该GMI磁传感器灵敏度为3.4mV/nT,在7H以内的噪声大约为2 nT/Hz1/2,在7-15Hz内的噪声大约为0.38 nT/Hz1/2,磁异信号分辨力大约为8.3nT。（4）研究了基于GMI传感器的磁异检测技术。设计了一种基于经验模态分解趋势滤波的磁异信号能量检测器,不需要目标和背景噪声的先验知识,就可以有效地检测1/f噪声背景下的磁异常信号。同时,该检测器对不同特征的磁异常信号具有相似的检测性能。本论文的主要创新点如下:1.提出并设计了一种带有工作点调节器的GMI磁传感器,该工作点调节器能抑制缓慢变化的外部磁场对传感器工作点的影响,从而使得在不同的外部磁场环境下,GMI磁传感器的性能基本保持稳定。并设计了补偿网络对工作点调节器的附加噪声进行抑制,提高了GMI磁传感器的分辨力。2.根据GMI效应中的阻抗表达式,利用Pade近似的方法,将非晶丝阻抗等效成由电阻和电感组成的考尔2型电网络,同时利用自由能最小化的方法建立了该模型与外部磁场等参数之间的联系。3.研制了GMI磁探头及其信号调理电路,并对GMI磁传感器的性能指标进行测试和标定。测试结果表明,GMI磁传感器的分辨力为8.6nT,灵敏度为3.2mV/nT。4.针对1/f背景噪声下的磁异常检测问题,提出了基于EMD趋势滤波的磁异常检测算法。与其它磁异检测算法相比,该检测算法优势在于不需要任何关于目标和背景噪声的先验知识即可检测出铁磁体目标产生的磁异信号。同时对具有不同特征时间的目标,该检测器的性能可以始终保持稳定。