磁电复合结构将铁磁材料和铁电材料复合在一起,通过应力/应变为媒介可以将能量在磁场和电场中自由转换,即可以实现将磁/电信号转换为电/磁信号。考虑到复合磁电结构通常具有较强的磁电耦合系数,在制备新型多功能磁电器件方面,尤其是微弱磁场传感器方面有非常重要的应用前景。因此,探索和设计新型磁电复合结构来进一步提高磁电耦合强度和传感器性能,以及围绕磁电复合结构传感单元开展电路设计将传感器小型化和集成化等,将有利于推动磁电传感器的产业化应用。基于上述考虑,本文开展了以下研究:首先,考虑到磁致伸缩应变的非线性特征,采用非线性磁致伸缩本构关系,在COMSOL Multiphysics仿真软件中建立了磁电复合结构的有限元仿真模型。在验证了模型的有效性之后,通过利用嵌入式磁电复合材料的本构方程、材料应力应变关系、以及相应的边界条件等,构建了嵌入式磁电复合结构的有限元仿真模型。将仿真得到的结果与已有的实验结果相比较,证明了嵌入式磁电复合结构模型的有效性和预测结果的可靠性。之后选取不同磁致伸缩材料和压电材料的组合以及压电材料几何构型的改变,从这两方面研究了对磁电复合结构磁场传感器性能的影响。预测结果表明材料选取PZT-Ni的组合最优,当PZT为圆形和菱形时,磁电传感器性能要优于PZT为正方形。其次,设计了四种新型几何构型的嵌入式磁电传感器,并通过模型仿真研究了四种新型构型的磁电性能。接下来通过实验制备了上述四种磁电复合结构,实验测试结果与仿真得出的结论基本一致。通过模型计算结果,分析四种构型的应力分布情况,研究了不同几何构型磁电性能的影响,结果发现其中磁致伸缩材料为菱形,压电材料为正方形时磁电耦合性能最优,磁电系数为α=460m V/（cm·Oe）;磁致伸缩材料为正方形,压电材料为菱形时磁电性能最差,磁电系数为α=390m V/（cm·Oe）。此外又进一步研究了有效长度的长宽比对于嵌入式结构磁电耦合性能的影响,存在最佳长宽比为1.5时,磁电耦合性能最佳。最后,考虑到磁电传感器实际应用时,既需要考虑传感器强磁电耦合性能,也必须考虑到器件的小型化与集成化。因此选择柔性压电材料PVDF以及磁致伸缩材料Metglas构建柔性磁电复合材料,通过实验制备了柔性三层磁电复合材料作为传感单元。之后设计了锁相放大电路模块,并将加入电路模块的磁电传感器测试结果与采用锁相放大器的测试平台上的测试进行了对比,结果表明所设计的锁相放大电路可以代替锁相放大器,证实了所设计的电路模块的有效性。本文考虑非线性多物理场耦合效应,构建了层合及嵌入式磁电复合结构的数值仿真模型,预测和指导强磁电耦合的新型磁电复合结构的设计。之后,实验制备出不同几何构型的嵌入式磁电复合结构传感器实验测试加以验证,对后续磁电传感器在耦合机理研究和新型构型设计具有重要的参考价值。除此之外,开展微弱信号采集和处理电路设计,并将柔性磁电传感器与其结合开展实验测试,推动了磁电传感器小型化、集成化发展和产业化应用。