磁测仪器统称为磁力仪。按其构造特点可分为机械式磁力仪和电子式磁力仪。

1.机械式磁力仪

机械式磁力仪是利用静力平衡原理进行地磁场相对测量的。该类仪器又称磁称。磁秤有两种：一种是测量地磁场垂直分量相对值的垂直磁秤；另一种是测量地磁场水平分量相对值的水平磁秤。

图8-1是国产CS2-61型悬丝式垂直磁秤内部结构示意图。仪器的核心部分是磁系。磁系由圆柱形磁棒、嵌在棒上的铝框及平面反光镜等组成，并由一根称为悬丝的扁平金属丝悬挂在仪器壳的内部。悬丝的一端固定在弹簧上，另一端固定在扭鼓上，于是整个磁系就可以绕悬丝自由转动。

图8-1 国产CS2-61型悬丝式垂直磁秤内部结构示意图

为了使仪器测定值只与磁异常有关，必须消除地磁场对磁系的影响。在北半球可通过让磁棒的S极一端距转轴（悬丝）比N极一端略远，使得整个磁系的重心稍偏向S极一端，且位于转轴的下方。于是在重力和地球磁场的作用下，磁系将大致保持水平。只有当仪器周围存在磁体时，磁棒才发生倾斜而显示出异常来。

仪器测量的是地磁场垂直分量，这就要求必须消除地磁场水平分量的影响。因此，必需调整磁系使其保持水平，且只能在磁东西方位的铅垂面内摆动。这样磁场水平分量对磁系转动的影响就被完全消除了。

该仪器简单的工作原理为，当仪器周围存在磁性体时，受其影响，磁系将发生微小倾斜，利用平面反光镜将反射光线投射到刻度尺上，使磁棒的倾角值转换成刻度尺上的读数，此读数乘以格值即磁场的变化值。当磁棒偏角较大，反射光线偏出刻度尺范围（这种现象叫超格），可转动扭鼓改变悬丝的扭力矩，使倾角减小直到可读数为止。改变悬丝扭力矩的量级可从扭鼓上读出。该类仪器的精度一般在10～20nT之间。

2.电子式磁力仪

电子式磁力仪包括磁通门磁力仪、质子旋进磁力仪、光泵磁力仪和超导磁力仪等。这类仪器精度高。如光泵磁力仪精度可达0.01nT，而超导磁力仪竟高达10-6nT。因此这类仪器除用于野外勘探外，还在地磁绝对测量、国防磁探测以至宇宙探测中发挥作用。

地面磁测最常用的电子式磁力仪是质子旋进磁力仪。而目前在我国广泛使用的地面质子磁力仪有两种：一种是北京地质仪器厂生产的CZM-2型质子磁力仪；另一种是由加拿大引进并在我国批量生产的IGS-2/MP-4高分辨率微机质子磁力仪。前者测量精度在2nT左右，后者可达1nT。所以除广泛用于地面测量外，还用于航空和海洋磁测上。

质子旋进磁力仪的工作原理是根据煤油、蒸馏水、酒精等含氢原子溶液中的氢原子核（质子）在地磁场中产生一定频率的旋进作用而制成的。仪器感受外磁场的部分是一个充满了煤油或蒸馏水等碳氢氧化合物溶液的圆柱状有机玻璃容器，其外绕有螺线管线圈，称为探头。

大家知道，构成各种物质分子的原子都是由带正电的原子核和绕核旋转的带负电的电子组成，原子核又由带正电的质子和不带电的中子组成。氢的原子核最简单，只有一个质子。探头中的煤油、蒸馏水等这些含氢原子的物质，其分子中的电子轨道磁矩与电子自旋磁矩都成对地彼此抵消了，除氢以外的原子核自旋磁矩也都互相抵消了，只有氢原子核的自旋磁矩没有抵消。故该原子显出微弱的磁矩。在溶液中氢的质子磁矩，在无外磁场作用时，它们任意指向。当氢溶液处于地球磁场T中时，这些质子磁矩将在T作用下，将各自沿着T的方向排列。当在近于垂直地磁场T的螺旋管轴中通以电流（1A左右），使之产生与地磁场垂直的近（50×103/4π)A/m（即50Oe）的人工磁场时，由于这一磁场远大于地磁场，则原沿地磁场方向的质子自旋轴都转至磁化磁场方向。当切断电流，使人工磁场突然消失，氢质子则将在原有的自旋惯性力及地磁场力的***同作用下，各以相同的相位绕地磁场方向进动（图8-2）。这种现象称为质子旋进，也称核子旋进。

图8-2 质子磁矩在地磁场中旋进运动示意图

在质子旋进的初始，由于其相位一致，显示出宏观磁矩，它周期地切割绕在容器外的线圈，产生电感应讯号，其频率与质子旋进频率相同。质子旋进现象由于热干扰等作用，会很快地衰减消失，电感应讯号也就随时间按指数函数衰减。

实验与理论计算表明，氢质子旋进的角速度ω是和外磁场T的大小成正比的，其关系为

ω＝γpT （8-1）

式中：γp为质子磁旋比（即质子磁矩与动量矩之比），是一个常数，其精确测定值为0.267513Hz/nT。 又因为ω＝2πf，f为旋进频率，所以

T＝2πf/γp＝23.4874f （nT） （8-2）

上式表明，地磁场的大小与质子在其中发生旋进的频率f成正比，这样就将对地磁场的测量变为对旋进讯号频率的测定。

由于宏观磁矩旋进时，切割探头中的线圈，因此在线圈中产生与旋进频率相同的感应电压。十分明显，测出这一感应电讯号的频率就测定了地磁场总强度的绝对值。