Overhauser质子磁力仪是一种基于电子顺磁共振(ESR)和核磁共振(NMR)原理制成的弱磁测量仪器。具有高灵敏度、低功耗、高采样率等特点,目前已经被广泛的应用于勘探矿物、地下埋藏物和管线探测、考古遗址绘图、铁磁物质识别、卫星测磁等领域。本课题组在JOM-3 Overhauser磁力仪的基础上,成功研制出JOM-4新一代Overhauser磁力仪。本文首先介绍了Overhauser磁力仪的研究意义和国内外发展现状,阐述了Overhauser磁力仪的工作原理、仪器的系统设计和仪器的主要指标。软件实现了RTC时间、时间设置和测量过程中时序控制。针对不同的测量环境,提出了4种调谐方式,并优化了自动搜索频率点个数,缩短了自动搜索调谐时间。设计并制作了在梯度线圈30cm×30cm×10cm的中心区域产生0-15000n T/m均匀梯度场装置,使用该装置研究并标定了JOM-4SF磁力仪的梯度容限值大于10000n T/m。使用野外测试数据研究了仪器的分辨率,得到JOM-4SF和JOM-4SFG的分辨率均小于0.01n T。提出了直接法和间接法来获得仪器灵敏度估计值,在不同电磁环境下对JOM-4系列仪器灵敏度进行了测量。估计结果表明在电磁环境干扰大的情况下,间接法可以准确的进行灵敏度估计。最终,用同步法获得JOM-4SF磁力仪的灵敏度为0.046n T@3s,用梯度法获得JOM-4SFG磁梯度仪的灵敏度为0.042n T@3s。使用产生不同场强的螺线管装置对JOM-4SF仪器的磁测范围进行了研究,测试结果表明仪器可在20000n T-120000n T场强范围内准确的获得磁场值。最后,对100mm迫击炮弹铸铁外壳进行了实测,测试结果表明,JOM-4SF磁力仪和JOM-4SFG磁梯度仪均能准确识别出迫击炮弹铸铁外壳位置。