交流电桥(AC桥)法电容位移传感器因其具有精度高、稳定性好等优点而主要应用于工程中微小位移的高精度测量,为各种精密机械的加工过程提供位移量的实时监测,实现纳米量级上的超精密测量.该课题主要针对已有AC电桥测量法存在的问题:双极浮地测头体积大、安装不方便;包含被测位移信息的已调信号在放大和滤波等处理环节中会产生相移,难以实现与鉴相信号的完全同相;电磁干扰对测量电路精度的影响等.鉴于上述问题,课题在以下几个关键环节对电容位移传感器进行系统的研究:1.全面分析影响电容位移传感器测量精度的各种因素,在结构上对测头进行了小型化设计,同时采取抑制边缘效应和杂散电容、减小极板倾斜度和弯曲度的措施;2.运用FPGA实现了载波的直接数字合成,大大降低系统功耗,提高了载波信号源的幅值稳定性与频率稳定性.在解调环节运用数字相敏检波技术,实现了测量信号的精确检波;3.采用基于∑-△技术的24位模数转换器,可兼顾转换速度和转换精度的要求.同时为扩大采样范围和提高信噪比,在采集系统设计中引入信号预处理电路,保证尽可能高的有效采样位数;4.为保证测量仪器与电磁环境空间的兼容,对传感器整体结构和印刷线路板进行了电磁兼容理论的研究,设计出满足实验室使用样机.实验数据与误差分析表明,以上措施有效地提高仪器的稳定性,降低系统非线性带来的测量误差;同时有效提高了仪器在实际应用中的可操作性.