随着经济的高速发展,我国对能源资源的需求总量逐年攀升,浅层资源储藏量不断降低,深部探测已成为解决资源供需矛盾的不二选择。频率域电磁法是进行深部探测的重要技术手段,其探测深度与频率成反比,因此为了增强深部探测能力,必须研发宽频频率域电磁法勘探系统,尤其需要攻克宽频低噪声磁传感技术。本文从宽频低噪声磁感应传感技术研究出发,结合时间差(Residence Times Difference,RTD)磁通门弱磁传感技术,基于二者传感原理的相似性及磁测优势的互补性,首次提出了磁感应-磁通门一体式磁力仪设计,实现了宽频(DC-10kHz)低噪声的弱磁检测目的。第一,建立了感应式磁力仪参数模型,研制了低噪声前置放大电路。建立了磁芯磁导率、线圈电阻、电感、电容和体积重量等传感器参数的数学模型,针对感应式磁力仪的高源阻抗特点,基于结型场效应管(Junction Field Effect Transistor,JFET)设计了高输入阻抗、低噪声前置放大电路,分析了放大电路各噪声源的贡献比重,进而建立总噪声模型,并通过实验验证了所建噪声模型的准确性。第二,提出了感应式磁力仪的频带拓展及性能参数优化方法。传感器采用闭环磁通负反馈的结构,抑制了感应线圈谐振特性的影响,拓展了传感器的高频可用频带。基于斩波调制放大技术设计低噪声前置放大电路,抑制了电路低频1/f噪声的影响,降低了感应式磁力仪的低频噪声水平,拓展了低频可用频带。提出了空心磁芯结构,在不损失磁芯性能的前提下,降低了传感器的重量。针对实际应用中对传感器噪声水平、体积及重量等指标的要求,建立了传感器性能优化求解模型,基于罚函数算法求解最佳的参数配置,并分析各优化参数与优化目标之间的关系。第三,采用有限元分析方法(Finite Element Method,FEM)优化设计磁感应-磁通门一体式磁力仪的结构及参数。首次提出了“哑铃”状一体式复合结构,感应式磁力仪的空心磁芯将磁通汇聚到RTD磁通门的检测位置,提高了被测磁场的强度,从而提高了RTD磁通门的灵敏度。进一步分析了不同的磁芯材料、长度、外径、间距等参数与RTD磁通门磁力仪灵敏度之间的关系,最终得到最佳的磁感应-磁通门一体式磁力仪参数配置。第四,本文所研制的磁感应-磁通门一体式宽频低噪声磁力仪性能指标如下:传感器的带宽为DC-10kHz,包括低频及高频两种工作模式,两种模式可以同时工作,切换频率为0.2Hz。低频模式的灵敏度为0.38μs/nT,相比单体RTD磁通门结构提高了3.45倍,噪声水平为30pT/√Hz;高频模式的灵敏度为2mV/nT@1Hz,噪声水平为3pT/√Hz@1Hz。最后,针对磁场矢量总场测量时的非正交角度及磁场串扰引入的误差,研究了相应的补偿校正算法。推导了实际坐标系与理想坐标系之间的转换关系,并采用非线性算法求解非正交角度误差。采用有限元分析方法分析一次场串扰和二次场串扰的产生机理,并提出了磁场串扰校正方法。实验结果表明,校正后磁场串扰降低到原来的1/100左右。