重力梯度仪可以测量地球重力的二阶空间导数,在地球物理研究、地质资源勘探、国防军事等领域中有着重要意义。高精度加速度计是重力梯度仪的核心部件,其测量精度直接影响重力梯度的测量结果。从以往研究中可以总结得到,加速度计所处的工作环境中温度的变化会引起加速度计测量信号的变化,从而限制重力梯度仪的测量精度,故有必要针对加速度计以及整个重力梯度仪研制高精度温控系统。本文面向课题组自主研制的旋转加速度计重力梯度仪,在三级温控系统总体方案设计的基础上,初步设计了其中的第二级数字温控系统。该系统利用负温度系数（NTC）热敏电阻采集温度信号,在数字信号处理器（DSP）中通过数字PI控制算法计算得到控制量,最终驱动半导体制冷器（TEC）进行制冷或加热以控制加速度计安装外壳的温度,为其内部针对加速度计表头结构的第一级温控系统提供一个稳定环境温度,保证第一级温控系统的控制效果。基于上述温控方案,本文完成了第二级数字温控系统的设计与制作,包括硬件电路与软件算法两部分。其中硬件电路主要包括DSP基本电路、测温电路与TEC驱动电路三个模块;软件算法部分通过开发平台CCS利用C语言进行开发,主要实现了温度信号的采集与处理、数字PI控制算法以及控制量输出等功能。在完成系统的软硬件联调测试后,搭建了模拟三级温控系统的测试设备,包括模拟第三级温控系统的外部温箱,以及模拟第一级温控系统的内部热源,完成了对第二级数字温控系统的测试。在对该系统的测试过程中,本文发现了单路TEC控制存在散热不足,导致热量堆积,最终系统失稳的现象,并针对该问题提出了增大TEC散热面积,以及增加至双路TEC控制的改进方案,有效的改善了该问题。最终的测试结果表明,在模拟有第一级温控与第三级温控的情况下,本文设计的第二级温控系统达到稳定状态后,温度波动的峰峰值为0.005℃@12 h,满足系统的设计指标ΔT≤±0.01℃。