质子磁力仪是一种高精度标量磁力仪,具有制造成本相对较低、稳定性好、易操作、易携带以及可在较恶劣的环境下工作等优点。目前,质子磁力仪被广泛应用于地球物理研究、考古勘探、矿物勘探、导磁目标体探测以及地震观测等领域中。质子磁力仪基于原子物理学中的拉莫尔进动效应研制,通过模拟电路对传感器感应到的拉莫尔正弦信号进行放大、滤波以及整形处理后,数字电路进一步对模拟处理后的信号进行数频计算就可以得到磁场值。在本课题组研制的JPM-4质子磁力仪的基础之上,本文针对目前仪器软件功能存在的缺陷进行分析与改进,此外对仪器的技术指标尤其是测量范围指标设计方案进行评价。首先,本文介绍了质子磁力仪的研究意义以及国内外的研究进展,并对质子磁力仪的工作原理以及JPM-4质子磁力仪的系统架构进行了介绍。然后,对JPM-4磁力仪软件功能进行了扩展,加入了电池电量显示、移动测量模式与日变校正功能。其次,针对JPM-4磁力仪的测量范围指标的评价需要,提出了一种提高螺线管内磁场均匀度的方法,仿真设计并制作了小型化匀强场螺线管。最后,对JPM-4磁力仪的灵敏度、分辨率以及测量范围指标进行了分析与评价,并对JPM-4磁力仪移动测量模式与日变校正功能进行了实际应用测试。测试结果显示,移动测量模式与日变校正软件功能测试正常,可以很好地满足磁力仪在扫场测量与目标体探测等应用场景的需求。测量范围评价方面,设计制作的小型化匀强场螺线管的内部磁场梯度控制在400nT/m以内,测得JPM-4磁力仪的测量范围评价为20000nT~120000nT,此外JPM-4的同步与梯度灵敏度评价均为0.1nT@3s,梯度容限为7500nT/m,分辨率为0.01nT。