核磁共振磁强计利用质子共振频率与磁感应强度的线性关系进行磁感应强度的测量,具备1n T的测量精度。但受弱场环境下信噪比低的限制,其测量范围一般不低于20mT。一些新型方法如原子磁力计、量子干涉仪等可以达到1f T的超高测量精度,但仅适用于0.1mT以下近零磁场的测量。为实现0.1mT~20mT磁场的高精度测量,本文研究了一种流水式核磁共振磁强计,通过预极化技术提升了核磁共振磁强计的弱场测量能力,并基于回波感应原理实现了纵向磁化矢量的测量,提高了系统信噪比和可靠性。本文的研究内容主要包括:(1)对流水式核磁共振磁强计的测量原理进行详细阐述和量化分析;(2)通过分析自差式接收机和感应式接收机的工作原理,提出结合CPMG序列,通过回波感应进行纵向磁化矢量检测的方法;(3)通过构建吸收峰尖锐程度的数学模型,量化分析了各项系统参数对测量结果的影响;(4)完成了整套流水式核磁共振磁强计的系统设计,包含1.31T的Halbach型极化磁体、0.182T的回字形检测磁体、马鞍形激励线圈、螺线管检测线圈、控制电路和上位机软件。其中,控制电路包括以现场可编程门阵列(FPGA)为核心的信号检测电路和以单片机(STM32)为核心的总体控制电路两部分,前者通过对回波信号的数字解调和对脉冲信号的数字调制等技术手段实现了射频脉冲收发器的数字化设计,并通过提取可重复序列模型实现一种通用性更强的列表式序列控制器;后者通过压控恒流源、SDRAM数据存储等技术手段完成了射频激励、流速控制、数据传输等功能的高效协调。实验结果表明,回波感应法对纵向磁化矢量的检测具有更好的可靠性和稳定性;预极化处理使核磁共振回波信号强度提高了5.78倍;引入修正系数(受被测磁场均匀度影响)后的拟合方程与测量数据高度吻合,提高了测量速度和测量精度;激励强度和流速对测量曲线具有显著影响,合理优化系统结构可以获得更加尖锐的测量曲线吸收峰。最终,通过该方法实现0.136mT~1.215mT磁感应强度的测量,测量精度优于0.1μT,证明了该方法对弱磁场的精确测量能力。