重力梯度测量在大地测量、地质勘探、辅助导航等诸多领域都有着极其重要的应用。为了研究高精度的重力梯度测量技术,设计了一种基于静电悬浮的扭秤式重力梯度仪方案,利用静电悬浮克服扭秤的重力,实现扭转轴沿水平方向的水平扭秤,可以检测重力垂直梯度Гzz产生的作用力矩。改变扭秤的方位,通过多个力矩平衡方程的解算,可以测量出包括重力垂直梯度Гzz在内的全部梯度张量。完成了静电悬浮相关的电路设计,包括差动电容检测电路和高压放大电路。差动电容检测电路的灵敏度为324.6 mV/pF,分辨率为0.47 fF,-3dB带宽约为26.8kHz,针对实验系统中的电极结构,其相应的位移检测分辨率为1.6 nm。高压放大电路的输出范围为0~850V,直流放大倍数约为100倍,交流输出的峰峰值为30V时,电路的失真频率为1.9 kHz,带宽满足实验系统的需求。为了研究水平扭秤的基本特性,搭建了基于平板电极静电悬浮的水平扭秤系统。通过调节8个支承电极的调控电压,在z、x?、y?等三个自由度上实现了对扭秤的静电反馈控制,其悬浮质量可以达到10 g。在零位附近,系统在三个自由度上的运动可以实现解耦,单个自由度的闭环频率特性近似为二阶系统。测试了水平扭秤闭环力矩检测的灵敏度,力矩检测灵敏度约为1.30×105 V/Nm。分析了平板电极结构中,扭秤闭环力矩检测的制约因素,并对水平扭秤的悬浮支承和扭转检测之间的耦合问题进行了讨论。为了克服水平扭秤中悬浮支承与扭转检测之间的耦合问题,提出了基于圆筒电极的悬浮控制方案,并对基于圆筒电极静电悬浮的扭秤式重力梯度仪进行了具体的设计。分析了圆筒电极的电容分布与静电力受力情况,建立了圆筒电极的静电悬浮控制模型。系统的重力梯度分辨率取决于扭转电极的力矩检测灵敏度。利用竖直扭秤对高灵敏度的闭环力矩检测进行了实验验证,其灵敏度可以达到6.97×109 V/Nm。在该灵敏度条件下,当检测信号的分辨率为0.1 mV时,相应的重力梯度分辨率可达1.9 E,有望实现高精度的重力梯度测量。