磁场测量在医疗诊断、国防军事、矿物勘探、文物考古、地球物理等相关领域都有广泛应用。但受限于造价昂贵、装置复杂、功耗较大、灵敏度低等问题,现有磁力仪系统难以满足日益增长的磁场测量应用需求。针对目前磁力仪应用所存在的问题,本文设计了一种高灵敏度、低功耗、装置简单、无需低温工作的铷原子磁力仪系统,可以满足医疗、军事等领域的应用要求。本文在详细分析铷原子光泵磁力仪物理学原理的基础之上,利用铷原子的跃迁理论、能级结构、光泵浦作用和磁共振效应等相关物理理论,设计了铷原子光泵磁力仪系统和相应的检测电路,并对系统功能进行了验证。本文的主要工作主要包括以下几个方面。(1)光路设计及硬件系统设计:采用高功率可调谐半导体激光器作为光源,设计了磁力仪系统的光路;通过设计硬件系统,完成了磁力仪信号的检测与分析,主要包括FPGA主控单元的设计、射频信号的设计、直流待测磁场信号的设计、数据采集系统的设计、人机交互系统的设计等。(2)信号分析及检测算法实现:主要对探测器的输出信号进行了噪声滤波处理,设计了巴特沃斯滤波器并进行了MATLAB仿真;分析了调制信号对光谱谱线及鉴频曲线的影响;设计了三种寻找共振频率的算法并进行了对比;设计上位机软件并进行了信号输出。(3)模块功能调试及系统验证:对系统的各个模块进行了调试,包括数据采集模块、射频信号输出模块、直流待测磁场输出模块、USB信息交互模块,分别得出了调试结果;模拟待测磁场,对系统进行了整体联调,记录了调试中的数据及波形,并对调试结果进行了分析,验证了系统设计的可行性和系统的应用价值。