负磁泳是指磁性溶液中的非磁性或者抗磁性物质因自身磁化强度小于溶液磁化强度而受到梯度磁场力作用,进而远离梯度磁场源方向运动的一种现象。基于负磁泳的磁操控技术解除了传统正磁泳操控模式要求被操控物质需具有磁性的限制,成为一种极具发展潜力的无标记物质操控方法并衍生出诸多操控技术和相关应用。其中,基于负磁泳的磁悬浮技术因在物质密度测量、分离、组装和质量检测等领域具有重要的应用前景而得到了广泛关注。尤其是近年来开发的基于轴向磁化式单/双环形磁体结构的磁悬浮技术,在操作便捷性和可视化性等方面展现出了独特优势,相关的磁悬浮性能探究及技术应用已成为这一领域的研究热点。然而,现有该类磁悬浮系统一方面测量灵敏度不高,难以用于密度相近的物质分离和密度检测,另一方面工作区间较小,尤其是小磁体半径情况下,使得该类装置难以用于实现宽密度范围下的物质测量和操控。为解决上述问题,本文针对轴向磁化式双环磁悬浮结构,结合数值分析和实验研究,系统探究了双环形磁体的磁化和结构参数对物质悬浮特性的影响,在此基础上,开发了原有系统的新测量功能区并提出了一种新型双环磁悬浮结构。相关研究和预期成果为显著改善已有磁悬浮系统的灵敏度以及工作区间提供了可行途径和关键技术支撑,具有一定的理论研究意义和实际应用价值。在数值模拟研究方面,本文一方面从物质受力分析层面,基于有限元仿真软件COMSOL Multiphysics实现了轴向磁化式双环磁悬浮系统的二维轴对称数值模型的构建和求解,为不同磁体和溶液参数下的物质悬浮特性分析提供了有效手段。另一方面从系统能量分析层面,构建了基于Matlab的蒙特卡洛法仿真模型,可实现粒子偏移特性及多粒子群悬浮特性的快速预测和分析。同时,本文搭建了一套磁悬浮实验平台,以标准密度浮子作为实验研究对象,系统论证了上述数值模型的有效性和准确性。在磁悬浮性能改进方面,本文阐释了轴向磁化式双环磁悬浮系统中磁体间距对物质悬浮和偏移性能的影响规律,首次发现该悬浮系统具有新的高灵敏度测量功能区,可以实现基于物质密度的线性和非线性分析。研究表明,与传统功能区相比,在进行线性测量时,新的功能区可以使测量灵敏度提高100倍以上。同时,基于这一新型功能区,实现了密度差仅为0.0013g/cm~3样品间的有效分离以及误差率仅为0.07%的物质密度测量,充分证明了新功能区在物质高灵敏度分离以及测量中的有效性和优越性。此外,为了解决传统轴向磁化式双环磁悬浮系统工作区间小这一不足,本文提出一种基于径向辐射磁化的新型双环磁悬浮系统。数值分析表明,新型悬浮系统在不改变测量量程的条件下,可显著提升工作区间,为开展相关的测量实验研究提供了更好的技术和平台支撑。在此基础上,进一步探究了该新型磁悬浮系统的物质悬浮特性,并完成了径向辐射磁化式磁体的多磁瓦结构设计。