电子分析天平是一种具有高性能的精密计量仪器,它将传感器技术、模拟与数字电子技术、电磁学、材料学、精密机械与制造、智能信息处理等多学科融于一体,广泛用于国防、质量控制、医药、实验室等领域。其核心部件是电磁力传感器,由横梁组件、位移传感器、磁缸结构组成。位移传感器是对横梁组件所产生的位移进行检测,它的精度对电子分析天平的精度起到决定性作用,并要求其结构简单、稳定性好、抗干扰能力强。因此提高电子分析天平性能的关键是在一定质量下使横梁产生大的位移并对该位移量进行高精度检测,据此我们设计了一种基于PSD(位置敏感器件)、光杠杆与横梁组件构成的位移传感器,并与电磁力传感器构成闭环系统,它可使传统的电子分析天平的位移量得以进一步放大。论文对电子分析天平的相关背景,研究现状及微位移测量方法的研究现状进行简要说明,阐述了电子分析天平中的关键部分--位置检测机构(即位移传感器),指出本课题的研究意义及关键技术。通过对电子分析天平的结构、种类、原理及几种常见的位移传感器进行研究,提出基于PSD与光杠杠自平衡精密电子分析天平的总体设计思路并推导出系统数学模型。论文采用光杠杆将电子分析天平中横梁组件的微位移量进行放大,再利用高分辨率的PSD对放大后的位移量进行检测。首先对传统光杠杆结构进行优化,提出适合本系统的光杠杆结构;然后对横梁弯曲变形特性进行分析,推导出横梁位移量与被称物重力之间的数学表达式;最后为确保测量精度,对PSD测量原理、影响因素及透镜对光束的变换特性进行分析,提出光学系统的总体设计思路。论文根据系统设计方案及理论分析,对系统进行总体构建,包括电子分析天平的硬件电路与系统软件构建。根据设计方案对硬件电路进行PCB的绘制与焊接,并对电路调试结果进行分析。最后,根据系统方案搭建了量程为0~210 g的基于PSD与光杠杠自平衡精密电子分析天平样机,并对样机性能进行试验分析。其中包括样机系统数学模型、稳定性、背景光影响试验分析。根据实验数据得到样机的静态特性:线性度为±0.00176%,滞后为0.00129%,重复性为±0.0023%,样机系统总精度为0.0032%。