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本课题来源于导师国家“863”课题“高精度动态极化磁场传感器研究”。磁法勘探是地球物理勘探领域最重要的四种物探方法之一，其应用领域已由传统宏观地质勘查领域扩大到航空航天及建筑无损检测等微观领域。仪器作为方法的载体，采集准确的地磁场信号是正反演等后续数据处理与解释精确的首要保证。当前，基于质子激发的磁力仪是地磁场测量中应用最普遍也是最重要的一种仪器。目前国内投入使用的质子磁力仪大多来自国外，与国外仪器相比，国内研发生产的仪器存在着绝对精度低、分辨率低、可靠性差等弱点。此次研究的目的就是提高质子磁力仪的精度，其表现在对仪器绝对精度、分辨率和信噪比三个方面。
研究从三个方面出发来提高质子磁力仪的精度。一是通过设计适合的模拟电路，来提高质子磁力仪信号的信噪比；二是改进电路的测频方法，提高质子磁力仪的分辨率；三是结合模拟数字电路两者，提高质子磁力仪的绝对精度。
通过设计和改进模拟电路来提高仪器的信噪比。初衷是配合探头的输出信号，使最后得到的电路输出是一个在800Hz-4kHz通带范围内的平项曲线。采取的方法是在对探头信号选频后，加入变压器的方式，对探头输出信号放大10余倍，来满足噪声匹配、提高信噪比的需求。再配合调理电路，放大、滤波、整形输出信号，使得信号放大几十万倍，形成伏级的方波信号，满足后级测量的需求。在电路中，PCB板的布线和电源也是不可或缺的，为了降低电源引起的噪声，就需要在逻辑设计的基础上，合理设计PCB版，使得模拟电路的信噪比达到最高。当前在10μv的正弦波输入条件下，信噪比为30dB。
选取和改进三种测频方法：周期法、倍频法、差频法，来提高质子磁力仪的测量精度和分辨率。对三种方法进行了理论级的对比和误差分析。理论上差频法的误差最小，而倍频法的最大。在进行电路设计和实验中，发现多周期测频方法(即周期法)，在三种方法中的分辨率和精度都是最好的一种。分辨率达到0.005Hz，精度为0.1Hz。
为了对设计的电路进行实验，搭建了以单片机为主控核心的测量控制电路。采用三总线的硬件结构与外围电路(数据显示、存储、人机对话等)接口，使得软件设计简单，时序清楚。加上系统的电源板、数字板、模拟板和探头，从而构成一个平台方便对实验数据的获得。
论文最后给出了实验方法和数据的分析结果。在室内测得了模拟电路的信噪比，及调理后的曲线。实验对比了使用的几种测频方案，多周期法是效果最好的一个，在所需的整个频率范围内有较好的分辨率和精度。加入信号调理后，分辨率为0.005Hz，精度为0.1Hz。换算为地磁场强度的分辨率为0.12nT，绝对误差<2.5nT。