电容测微技术作为非接触测量微位移的重要手段,近年来得到大范围的推广应用。但是随着工业体系对测量技术的要求越来越高,在很多应用现场,现有的电容测微仪由于其体积和功耗的局限,不能满足测量要求。本论文针对目前传统电容测微仪在实际应用中存在的几个缺点,利用数字式微型化仪器的设计方法,对电容测微仪进行了全新的设计,并最终研制一套样机。新型电容测微仪以MSP430为控制核心,体积小巧,主控模块外形尺寸为130×100×40(mm~3)。整机最大功耗小于0.13W,以3节AA干电池供电,可连续测量7天以上。传感器输出串行数字信号,用普通屏蔽电缆可传输三十米以上,抗干扰能力强。系统安装两路Φ3.5mm芯径的传感器进行差动测量时,其漂移量小于10nm/h,分辨力10nm,测量范围±80μm,零点位置距离传感器测量端面大于90μm,测量线性度优于0 .2%。具体工作内容如下:1、对传统电容传感器进行了研究,并在此基础上根据集成化和数字化思想提出了一种新型的电容测微仪模型,体现了全新的微型化和低功耗的设计理念。2、举例说明了设计新型电容传感器各部分机械尺寸的一般步骤,为设计系列化传感器提供了依据。3、研究了电容量和被测距离之间非线性关系的拟合方法,使该集成化电容测微仪达到了纳米级分辨力与测量精度。4、通过对低功耗器件的选择及计算机接口形式等几方面的优化设计,达到了仪器测试装卸简单、携带方便的要求。本文创新点如下:1、在电容传感器的设计中引入了电容测量芯片,实现了电容量的直接数字传输,用数字传输电缆替代传统电容测微仪使用的驱动电缆或不完全驱动电缆技术,克服了传统电容传感器信号不能远传的缺点,提高了系统的抗干扰能力,有效抑制了漂移影响。2、把测量电路集成在传感器内部,整机体积小巧,不需要本地显示结果时,整个系统只由计算机和传感器组成,非常适合多通道、高测量密度的现场监测。且系统无需预热,开机直接测量。3、双通道测试方法使电容测微仪对温度漂移特性的控制能力相对于单通道增强60%,降低了对测试环境的要求。