由于引力波产生的效应非常微小，因此引力波探测实验中对惯性传感器的噪声要求非常高。航天器在轨运行时会受到宇宙射线和高能带电粒子的影响使惯性传感器中检验质量（Test Mass）表面充电。带电的检验质量与周围极板会产生库伦作用力，并且在切割星际磁场时会受到洛伦兹力作用，这些扰动会为惯性传感器带来不可忽略的噪声，因此，研究有效的表面电荷管理技术有重要的科学意义。　　扭秤是常用的导体表面电势测量方法。本论文中基于自由扭摆装置，提出了通过检测检验质量平衡位置的变化来测表面电势的方案。该方案结构简单，能对整个检验质量表面电势进行测量。文中主要围绕导体表面电势测量系统的方案设计、误差分析、匹配优化等多个方面展开研究。首先是对理论模型进行了优化，完成了系统的参数设计并对系统的误差进行了分析。其次是搭建了系统并对系统各单元进行了测试和联合组装。最后是在检验质量处于悬空状态下对其表面电势进行了长时间的测量，也对温度扰动带来的影响进行了评估。实验结果显示，该装置的电势测量分辨率为1mV/Hz1/2@1mHz，等效于电荷测量分辨率为1.4×10-14C/Hz1/2@1mHz。当前测试系统，由于扭摆对环境温度响应而对电势测量产生的影响较小，目前测量水平满足了引力实验对电荷测量的要求。该装置为空间惯性传感器中检验质量表面电荷的测量提供了有效的技术手段，同时也为研究电荷管理技术奠定了基础。