位移测量技术的精密程度决定了一个国家的工业发展上限,而除了传统的直线位移传感以及角位移传感,精密二维位移测量作为平面运动的一个重要反馈,可以运用于各种对平面定位要求较高的场合,比如PCB和芯片制造,所以现如今的工业发展中对二维位移传感器表现出来的需求越来越广泛,对二维位移传感器也提出了更高的要求。在目前,得到比较广泛应用并且发展较为成熟的二维位移传感器是光栅二维位移传感器和基于磁场原理的二维位移传感器。对于基于磁场的二维位移传感器,虽然结构简单,但是安装比较繁琐且往往精度不高,对于光栅位移传感器,不管怎么优化外围设计,始终面临光栅尺的栅格线刻划问题,即栅格线刻划的精密程度以及质量决定了位移测量的精度。时栅位移传感方法正是在这样的大环境下应运而生,它不依赖于精密刻线,不易受外界环境影响,并且前期的基于交变电场的一维时栅位移传感器已经到了面向量产的阶段,是一种较为理想的位移传感器。时栅测量原理作为一种国人提出来的原创思想,以时空转换理论为依据,经过团队30年来的不懈努力,已经发展成为一种比较成熟的传感方法。基于交变电场的一维直线位移传感器是前期团队研究的重点,现如今已经到了产业化阶段,作者以前期的研究为基础,创造性的将一维位移传感方法拓展为了二维位移传感方法,并设计制造了传感器样机。与电场式直线时栅传感器一样,在定尺上施加激励后,可以在动尺上采集到感应信号,然后通过后级电路对感应信号进行处理得到位移值。不过针对二维位移测量,依然面临两个问题:一是在电场式一维直线位移传感器的设计中,需要在一个方向上激发交变电场,在二维位移测量中,如何实现在两个方向同时激发交变电场,而又不互相干涉;二是如何将获取的感应信号解耦,从而分离得到两个方向的独立位移值。带着以上问题,开展基于平面交变电场的二维时栅位移测量方法与研究,主要研究内容有如下几点:（1）理论研究:对平面二维位移传感器的国内外研究现状进行了调研,查找了国内外相关文献,着重对光栅二维位移传感器进行了分析,并针对光栅二维位移传感器制造困难的局限性,结合前期基于交变电场的一维时栅传感器的测量原理、行波信号产生方式、位移信号处理方法等研究基础,提出了离散阵列的平面二维时栅传感模型,对该模型进行了理论数学推导,还提出了利用动尺极片之间的线性组合运算的平面二维时栅传感信号解耦方法,在理论上分析了如何通过动尺极片的组合运算实现两个方向的独立位移测量。（2）模型仿真:利用COMSOL有限元分析软件进行了仿真分析,建立了基于平面交变电场的二维时栅的三维电场仿真模型,模拟了在给定尺极片上施加了激励信号后,动尺极片移动时,动尺极片上的感应信号变化,通过解耦运算方法,验证了解耦方法的可行性,对解耦后的行波信号进行了拟合运算,计算了理论误差,分析了误差特性和误差规律。（3）实验验证:根据理论推导和仿真分析,制造了传感器样机进行了实验,验证了平面二维时栅传感模型测量方式和解耦方法的可行性,并且根据实验结果,优化了传感器结构进行了再次实验,实验结果表明,经过优化,平面二维时栅传感器的误差得到了进一步减小,最终在200mm×200mm的有效测量范围内,X方向误差达到±8μm,Y方向误差达到±8.4μm。