近年来,氮空位(NV)中心由于磁场的高度敏感特性和优异的空间分辨能力,使其有很大的潜力应用于量子传感器研究。使用NV色心作为磁传感器具有其他原子磁强计不可比拟的特性,在未来有可能广泛的应用于各种量子传感研究和惯性制导等方面。本文主要对当前原子磁强计研究趋势和发展现状以及固态NV色心量子磁强计的研究进展做了简单介绍。主要围绕NV磁强计的工作机理、灵敏度分析、荧光高效收集、集成化展开研究,主要内容如下:首先针对NV色心的原子结构、能级分布、跃迁机理展开研究,为下文NV磁强计理论工作奠定基础,从NV色心的磁场检测原理入手,着重分析了几种主要的测磁方案,通过NV色心灵敏度研究,分析了几种影响磁强计性能的关键参数和限制因素;然后针对NV磁强计限制灵敏度的荧光收集效率出发,设计了一种高效收集荧光的方案,对其收集效率进行了预估;搭建了光探测磁共振测量平台,对NV磁强计进行平台式验证,将设计的荧光高效收集装置应用于磁测量平台,实现了NV荧光收集效率提升两个数量级,以及在微波功率-20dBm下的自旋共振信号检测。最后将固态自旋信号实时检测技术应用到NV磁强计,实现了开环NV磁强计检测;根据平台式测量原理设计了一款集成NV磁强计,表头尺寸限制在1.5cm*1.5cm*2.5cm以内,通过设计的集成系统,实现了对磁强计的灵敏度、噪声、带宽的检测,系统磁场灵敏度达到了21nT/√Hz。本文通过对NV色心磁强计原理验证、平台搭建、高效收集等关键技术的研究,实现了集成磁强计研制。促进了未来应用NV色心测量高精度磁场的研究,对NV色心量子器件集成、芯片化研究提供了理论分析和实验基础。