隧道磁电阻(TMR)传感器具有灵敏度高、体积小、功耗低等优点，在医疗诊断、无损探伤、微纳卫星等领域具有广阔的应用前景。但它的低频噪声较大，限制了分辨率的提高。为此，国内外围绕TMR传感器研究了多种降噪技术，主要包括：增加传感器桥臂的磁电阻单元个数、利用Sigma-Delta调制电路降低传感器的输出噪声、斩波调制传感器周围的磁场而后解调斩波信号。其中，磁屏蔽斩波降噪技术无需改变传感器的器件结构，且具有信号调理电路简单的优点。现有的磁屏蔽斩波降噪主要利用二次谐波法提取磁信号，本文通过研究发现，施加直流偏置磁场后，基于基波检测的传感信号灵敏度高于二次谐波，且降噪能力更好，这对设计高分辨率TMR传感器具有指导意义。
　　首先，设计了针对TMR传感器的基波式磁屏蔽斩波测量系统：将传感器置于软磁材料制作的微小磁屏蔽筒内，沿圆筒轴向施加带有直流偏置的交变电流，从而在壁内产生单向环路磁场，通过控制电流大小使软磁材料每周期单次过饱和，由于屏蔽系数周期变化导致筒外低频磁场被调制成筒内高频磁场，这样TMR传感器的测量信号和低频噪声实现了频率分离，再利用解调电路可还原出低频磁场信号并抑制传感器的低频噪声。为进一步阐明该系统的工作机理，采用电磁学方法建立了磁屏蔽斩波式TMR传感器的信号输出模型。接着设计了磁屏蔽斩波测量系统的调制解调电路，其基于锁相放大原理实现，具体包括信号激励、前置放大、带通滤波、相敏检波和低通滤波五个电路模块。
　　为了验证基波式磁屏蔽斩波测量系统的降噪能力，本文针对实验用TMR传感器及其调制解调电路各模块，建立了噪声等效模型。通过分析TMR传感器的热噪声、散粒噪声和1/f噪声，计算了传感器本底噪声；通过分析元器件噪声和放大电路噪声系数，计算得到调制解调电路噪声。仿真结果显示，磁屏蔽斩波式TMR传感器噪声低于调制前传感器本底噪声，并且基于基波检测的斩波测量系统降噪能力强于二次谐波，这表明施加直流偏置可以提高磁屏蔽斩波测量系统的降噪性能。
　　本文制作了微小磁屏蔽筒和焊有TMR传感器的调制解调电路板，并将二者装入加工的壳体内进行封装。利用实验室的磁传感器测试平台，对磁屏蔽斩波测量系统进行了测试研究。首先，测试了磁屏蔽筒剩磁对测量系统的影响，发现它会增大零偏，实验结果表明通过消磁方法抑制剩磁可解决该问题；其次，理论分析了偏置电流幅值、交变电流幅值、交变电流频率和屏蔽筒壁厚对测量系统的影响，并通过实验方法进行了验证；最后，针对单轴传感器TMR2102和三轴传感器TMR2305M，测量了优化后磁屏蔽斩波系统的灵敏度、线性度及噪声特性。结果表明：(1)对于TMR2102，基于基波检测的信号灵敏度是31.5V/T，线性度优于1%，噪声特性为4.07nT/√Hz@1Hz，相比无调制时噪声降低了80%；而基于二次谐波检测的信号灵敏度是5.71V/T，线性度优于1%，噪声特性为12.56nT/√Hz@1Hz，相比无调制时噪声降低了53%。(2)对于TMR2305M，在基波检测的情况下，X轴降噪效率为56%，Y轴降噪效率为77%，Z轴降噪效率为78%。上述测试结果证实，磁屏蔽斩波测量系统实现了降噪功能，且基于基波检测的降噪效果优于二次谐波，径向斩波的降噪效果优于轴向斩波。