由于具有结构简单、动态特性好、能实现非接触式测量等优点,电容位移传感器广泛应用于超精密加工、高精度定位、超精密测量等领域。现有电容位移传感器普遍采用测头与测量电路分立式设计,信号传输电缆的寄生电容等分布参数对传感器的分辨力、稳定性等性能影响显著,因此信号传输距离受到严重限制。如何保证电容模拟信号传输的稳定性以及减少漂移,就成了影响电容传感器性能的关键。本文对目前广泛应用的电容测量电路进行了较系统的归纳和分析。在此基础上,设计了以电容数字转换器为主的测量电路,采用将该测量电路完全内置于传感器测头的思想,研制出一种新型的全数字式电容位移传感器。其测量电容值的数字化过程全部在测头内部完成,由测头直接输出数字信号并由单片机进行处理,电路结构简单,整个电路中没有影响测量稳定性以及产生零点漂移的元器件,有效解决了传统电容传感器存在的稳定性差和漂移大的技术问题。具体研究工作如下:首先,根据课题需要达到的指标,对传感器测头的机械结构进行了设计,并给出了各部分尺寸结构的设计依据。其次,传感器采用MSP430F149单片机作为主控芯片,实现了整机的智能化,完成了集采集、处理、控制于一体的单片机系统设计,详细介绍了系统的软、硬件结构。再次,研制了基于CY7C68013A芯片的USB2.0接口模块,传输速度达到16Mb/s,完成了上位机应用程序的编写,实现了良好的人机接口。最后,采用PI公司的压电陶瓷微动台完成了对传感器的标定,并进行了精度比对实验。综上,本文完成了新型电容位移传感器的设计与制造,理论与实验结果表明:全数字式电容位移传感器具有分辨力高、稳定性好和漂移小的优点,10μm测量范围范围内分辨力达到1nm,线性度优于0.08%。