近年来,我国科技飞速发展,在精密位移测量、工业自动化等领域对传感器提出了更多要求。相比于增量式传感器,绝对式传感器具有直接输出绝对位置、断电重启后不需要寻找绝对零点、使用过程中不存在累计误差等优点,广泛应用于机器人、数控机床、航空航天等领域。军事和航空航天领域要求传感器具有高精度、空间小、测量范围超过360°的时候,单圈绝对式传感器就无法满足要求,需要多圈绝对式传感器替代。我国高精度传感器主要是依靠进口国外的光栅传感器,不仅价格昂贵,而且国外针对高精度光栅角位移传感器对我国实行技术封锁,严重影响了我国实现制造强国的步伐。时栅位移传感器是国人首创,通过构建匀速运动的交变电场,将传统测量行业中的空间精密刻线转换到了时间测量上,降低了制造的限制。通过计量院鉴定,在360°范围内测量精度达到了±0.06″,达到了国际领先水平。为了提高国内制造业水平,本文在前期研究的基础上,开展了多圈绝对式圆时栅传感器的研究。多圈绝对式传感器主要由单圈绝对式传感器和多圈计数模块组成,本文首先以单列结构电场式圆时栅为原型,提出了一种基于二次调制的单圈绝对式圆时栅。采用两级单列式时栅角位移传感器构成单圈绝对式传感器,通过第一级传感器构建四路正交的行波信号,将差动的两路行波信号直接反射,作为精测信号;同时,利用第一级四路正交的行波信号作为第二级传感器的激励信号进行二次调制,获得整周单周期信号,作为粗测信号,精测信号结合粗测信号实现单圈绝对式角位移测量。在此基础上,结合韦根多圈计数模块记录圈数信息,从而实现多圈绝对式角位移测量。设计了传感器的机械工装、硬件电路以及上位机测量系统,并制作了传感器样机,搭建了精度测试实验平台和应用平台,分别进行传感器精度测试和多圈测试。对设计的传感器进行了精度测试和多圈测试,通过对精度测试的实验误差进行分析,优化了传感器结构。实验表明了研制的传感器在整周范围内原始精度达到了±10″,并且在断电和上电情况下都能准确记忆圈数。综上,本文设计的多圈绝对式圆时栅传感器单圈精度高、多圈位数高,可实现无源计数,对国内精密测量领域的发展有重要意义。