由于单一传感器的质子磁力仪极易受地磁日变、环境干扰等影响，为提高质子磁力仪测量精度，对传感器设计和系统性能评估进行了分析研究。首先，基于MAXWELL电磁仿真软件建立螺线管、柱形、环形以及“8”形线圈等4种传感器的仿真模型，对4种线圈的方向性、抗干扰能力等进行分析，最终确定以“8”形线圈作为传感器，构建质子磁梯度仪。其次，基于4阶差分与均方差算法分别对单路测量结果与差分测量结果进行评估，以分析磁梯度仪性能。实验结果表明，“8”形线圈传感器的初始信号信噪比可达40/1,磁力仪单路模式灵敏度可达0.054 nT,双路差分模式的灵敏度即使在强干扰条件下仍可达0.071 nT,为单路模式的■倍。