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随着世界工业的发展，人们对位移测量和定位的精度提出越来越高的要求，各国工业研究部门和计量测试部门纷纷投入大量的资金和人力，致力于更高精度的仪器产品的研究，其中研究非接触、大量程、高精度的微位移测量系统是其主流发展方向之一。电容测徼技术作为非接触式测量的主要手段，其大测量范围、纳米级分辨率、高测量精度等优点得到进一步的发展。近年来，高测量精度的仪器不断出现，广泛应用于光学工程、医学工程、微机电(MEMS)工程、现代生物工程及工业生产部门测量微小位移、微小尺寸以及测量振动、压力等场合。
本论文围绕中科院上海光学精密机械研究所的“光栅拼接技术”以及“位相调制监控及其动态补偿”等项目中对纳米级精度微位移定位系统提出的要求，研制一种高精度、高稳定性的电容式微位移检测系统。它要求电容式微位移检测系统在10μm～30μm的测量范围内，分辨率小于4nm，线性度≤±0.25％FSO，稳定度优于12nm/h，在温度变化5℃/3h，相对湿度50-60％的环境条件下，对微位移调整平台的定位稳定性进行实时监控。因此研究问题的焦点集中为：(1)微位移检测系统必须具有较高的稳定性：(2)微位移检测系统必须具有极高的分辨率：(3)在较大的测量范围内，微位移检测具有较高的线性度。
本论文具体的研究内容及研究成果如下：
1.回顾电容测微技术的发展历史，分析电容测微技术在国内外的研究现状。
2.在学习电容传感器测量原理的基础上，针对几种常用的平板电容式传感器测量电路，分析它们的工作原理和适用场合：分析电容传感器在高温、高湿及高频激励条件下工作的等效电路图；提出利用高性能集成芯片AD7746设计高精度数字式电容微位移传感器的思路；详细介绍数字式电容微位移传感器在“光栅拼接技术”以及“位相调制监控及其动态补偿”等项目中的应用。
3.对电容式传感器而言，由于边缘效应和杂散电容的影响，使其测量精度受到极大影响，本论文首先对电容式传感器的测量极板傲了深入的理论分析，采用ANSYS有限元仿真软件对传感器测量极板的电场情况进行仿真分析，根据理论计算结果，证明加装保护环的传感器测量极板的边缘效应得到显著改善，最后完成对数字式电容微位移传感器测量极板的设计，提出在传感器测量极板设计时需要注意的一些问题。
4.详细介绍了高性能集成芯片AD7746的主要性能与特点，研究AD7746芯片的结构和原理；在充分考虑电路的屏蔽和抗干扰等问题的基础上，设计了基于AD7746的数字式电容微位移传感器的硬件电路和应用软件，并给出了部分软件设计程序：采用贴片式元件设计来实现传感器的微型化、低功耗，硬件电路设计中实现了信号采样电路与传感器极板的一体化密封，从而大大提高电容传感器的抗干扰能力；
5.在完成系统设计后，我们利用实验室现有设备，建立了实验平台，对本论文所研制的数字式电容微位移传感器进行验证。实验结果表明，该数字式电容微位移传感器的分辨率优于4nm，具有较高的稳定性，线性度优于0.4％，完全满足“光栅拼接技术”以及“位相调制监控及其动态补偿”等项目对数字式电容微位移传感器的要求。
6.对本文的工作进行总结，指出目前研究中存在的问题以及进一步的工作重点。