利用磁法进行地质勘探与研究是一种应用十分广泛而又比较成熟的方法，除地质勘探外，磁法勘探还应用于石油天然气等能源构造的普查、工程地质等领域。随着这些应用的不断深入，磁测设备的水平不断提高，应用范围也在日趋扩大，在航空、海洋、人体磁场等磁力测量的场合也多有应用。磁力仪是用来测量磁场强度的科学仪器，地磁场的微弱变化，都可以被磁力仪记录下来。人们不但借助它来研究地质构造，而且还用在考古、环境工程、气象、探矿、反潜等领域。质子磁力仪是质子旋进式磁力仪，当质子在收到激励场激励后，激励强磁场使水或碳氢化合物中的质子极化，当强磁场突然去掉时，质子就以角速度ω绕地磁场旋进，产生以地磁场方向的进动，测量感应电场电压频率，从而实现地磁场测量。 与国外同期产品相比，国内市场上出现的质子磁力仪精度仍然不高，功能不够完善：国外生产的质子磁力仪精度可到0..01nT，国内生产的质子磁力仪精度普遍为0.1nT。国外新型质子磁力仪功能强大，而国内质子磁力仪功能单一，国外很多仪器都支持事后处理和全球定位系统，而国内的产品通常只提供显示功能。同时也分析了国内仪器出现故障的原因及应对方法，如FHD-1型的死机现象，通常采用的办法是增加看门狗电路，这样无形增加了硬件成本，同时也影响了系统工作的连续性。为了提供更能更强大精度更高的质子磁力仪，以满足国防、科研、勘探等需要，迫切需要对现有质子磁力仪改进或采用新的技术重新设计，来达到上述要求。 根据现实需要和国内外现状，本课题提出了差分式质子磁力仪，即采用双通道实现测量，每个通道测出一组数据，再将两组数据差分以减小误差，从而提高系统的测量精度。待实现的设计目标有：采用新的测频方法提高系统的测量精度；内置大容量的存储器，以增加数据的存储量；具有机载GPS接口以及USB接口，能够自动记录测量时间和地理位置，能够存储和传输数据；通过合理的器件选用及电源设计思路，达到降低整机功耗的要求。围绕这些设计目标，本系统在设计实现时，充分学习分析了国内外现有的仪器的特点，注意跟踪了最新的电子技术，使用了新的元器件，以提高整机性能。 论文分五部分：第一部分为绪论部分，介绍了质子磁力仪的基本原理以及课题的研究背景意义，同时分析了本系统的整体结构，给出了硬件结构框图。第二部分为系统的硬件设计实现，详细说明了硬件的设计原理及实现方法。第三部分为软件设计部分，设计了硬件的驱动程序，以及系统的运行流程。第四部分为整机测试部分，包括信号放大和频率测量的测试，并对测试数据进行了分析。第五部分为结论与建议部分，对课题设计进行总结并指出需要改进和提高的地方。 在课题中本人所做的工作包括：提出了差分式质子磁力仪的设计思路，并按照这一思路完成了放大、测量部分和主控系统的设计。 电路模拟部分由磁化电路，电流激发、LC谐振、信号放大等组成。电流激发作用是激发探头产生有用的信号，探头呈电感特性，为此设计了LC谐振电路，以初步放大信号，信号放大电路则实现了信号高倍率放大(设计放大倍数72万倍)、带通滤波以及信号整形，输出的频率信号给频率测量部分完成测量。高精度的频率测量方法和实现方式是整机精度的保证。频率测量采用了新型的CPLD器件来设计，采用了等精度测频方法，本文详细说明了采用CPLD实现等精度测频的方法和电路，通过该方法克服了以往采用倍频方法在选择测量时刻时的局限性，同时新型的CPLD器件功耗低，支持的频率更高，也避免以往用CPLD设计的缺点。 主控部分设计了电源变换电路、FLASH存储器、USB主从设备接口、RS232接口、LCD显示屏，并详细论述了各个子部分的工作特点和实现方法，给出了电路图；设计了主控部分的程序，包括各个分支的部分的驱动程序和主程序，给出了各程序运行的流程；同时设计了键盘扫描电路及其实现方法，给出了相关程序；由于数据需要传到PC机进行分析和处理，因此设计了磁力仪和PC的软件接口，论述了PC机实现USB接口和RS232接口数据传输的实现方法。 论文的结尾列举了系统设计过程中出现的问题，以及相应的解决方法，为系统的改进和完善提出了切合实际的建议。由于时间和条件等方面的限制，可能会存在不足，有待今后进一步完善。