高精度二维角度传感器是三坐标测量机(CMMs)、探头、原子力显微镜和精密加工等仪器的重要组成部分,其测量稳定性是仪器测量精度的重要一环。环境中存在的温度、振动等干扰因素会引起结构变形从而降低角度传感器的稳定性。为减小结构变形对测量稳定性的影响,搭建了二维光电角度传感器,进行了稳定性建模与分析,并完成了不确定度评定。本文主要完成了如下工作:1、搭建了基于自准直原理的二维光电角度传感器。传感器由光路结构、硬件电路、软件滤波三个部分组成。结合传感器特性设计了相应的I/V转换电路、运算放大电路、低通滤波电路。2、对角度传感器进行了稳定性建模与分析。建立了角度传感器的稳定性模型,得到了各光学元件漂移误差对输出信号的影响关系式,通过仿真确定了影响测量稳定性的关键元件漂移误差。3、对角度传感器进行了仿真分析与优化设计。仿真分析了温度与振动对光学元件支座产生的结构变形,确定了光学元件支座的优化结构,完成了角度传感器的优化设计。4、标定并测试了角度传感器的性能指标。以SIOS三光束激光干涉仪为参考进行了标定与测试。实验结果表明:角度传感器水平方向上的测量范围为±120arcsec、灵敏度为-0.04 V/arcsec、分辨率约为0.024 arcsec;竖直方向上的测量范围为±120 arcsec、灵敏度为0.04 V/arcsec、分辨率约为0.024 arcsec。优化后的角度传感器稳定性提高了63%以上,验证了数学建模与优化设计方法的可行性,可以用于提高测量系统的稳定性。5、以优化后的角度传感器为例分析了主要误差来源并完成了不确定度评定。深入分析了角度传感器的主要误差来源及其变化规律,结合理论分析与实验测试结果得到了各误差来源的不确定度及传播系数,最终合成得到了角度测量结果的不确定度:水平方向的测量不确定度为6.54 arcsec,竖直方向的测量不确定度为9.27 arcsec。为角度传感器的不确定度评定提供了切实可行的方法。