磁通门传感器是一种基于软磁材料非线性磁化特性工作的磁场测量设备,具有稳定性好、分辨率高,可以检测矢量磁场等优点,在地质勘探、导航、空间技术等领域有着广泛的应用。传统的磁通门传感器由于奇次谐波噪声的影响,传感器性能提升受到限制。而时间差型磁通门传感器利用周期饱和磁化的磁芯在被测磁场影响下停留在正负饱和状态时间的不同,达到检测磁场的目的,从原理上避免了奇次谐波噪声的影响。并且时间差型磁通门具有结构简单、功耗低等优点,是磁通门研究的一个新的方向。本文分析了时间差型磁通门探头磁芯材料及结构的特点,提出了新型的磁滞模型,完成了时间差型磁通门传感器的设计与测试工作。并根据软磁材料双势阱特性,设计了噪声驱动磁通门传感器,并对其性能进行了测试。论文的主要研究工作包括以下内容：(1)在分析时间差型磁通门探头磁芯材料、激励磁场、结构特征的基础上,结合J-A磁滞模型,提出了基于Brillouin方程的磁滞修正模型。首次将退磁因子作为探头磁芯磁滞模型的参数进行理论分析,提高了探头磁芯磁滞回线的拟合精度。(2)分析了磁通门探头输出信号和动态磁导率曲线之间的关系,通过研究Brillouin磁滞修正模型各参数对动态磁导率曲线形状的影响,给出了时间差型磁通门探头磁芯材料的选型依据。分析了横向磁场对时间差型磁通门传感器输出的影响,为探头结构设计提供参考。(3)设计了基于FPGA的激励信号产生、信号调理、时间差读取等电路,对不同磁芯材料、尺寸、结构的探头进行了实验研究,制作了传感器原理样机,其性能测试结果表明,所设计的传感器具有良好的稳定性及分辨率。(4)根据软磁材料的双势阱特性,建立了高斯白噪声信号驱动下的双稳态系统的定态跃迁率和磁场之间的关系。仿真分析了被测磁场、周期激励磁场、噪声强度等因素对定态跃迁率曲线的影响,推导了高斯白噪声和弱正弦信号复合驱动下的新型磁通门传感器输出信号和被测磁场之间的关系,为噪声驱动的磁通门传感器设计提供理论依据。(5)根据噪声驱动磁通门的原理,设计了高斯白噪声和弱正弦信号复合驱动的新型磁通门传感器原理样机。通过实验研究了被测磁场、噪声强度对定态跃迁率曲线的影响,验证了传感器的理论分析结果。传感器样机测试结果表明,噪声驱动的磁通门传感器比时间差型磁通门具有更高的灵敏度及稳定性。