电容式微位移测量技术作为非接触式测量技术的主要手段,广泛用于精密加工、高精度定位与精密测量等领域。传统的电容式位移传感器多采用平行极板的结构形式,在实际测量中由于对中问题,操作困难,难以实现准确测量,并且电容检测电路多采用大量滤波器、运算放大器等分立元器件,电路结构复杂,易受环境影响,测试精度与稳定性难以保证。这些因素都严重制约了传感器的发展。本文设计的球型极板电容位移传感器具有各向同性的特性,从原理上有效解决了传感器的对中问题,并在对常用微电容检测电路基本测量原理进行研究分析的基础上,设计了以电容数字转换芯片为核心的微电容检测电路,有效解决了传统电容检测系统稳定性差,易受环境影响的问题。具体研究工作为：首先,对传感器探头的结构尺寸进行了设计,并利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件对所设计探头电场分布进行研究,验证其设计的合理性。其次,在对常用微电容检测电路基本工作原理进行分析对比的基础上,提出以AD7747电容数字转换芯片作为检测电路的设计方案,并以CY7C68013A单片机作为硬件电路控制器,设计了包括外部存储电路、通讯接口电路、电源电路及滤波电路的电容检测硬件控制系统。再次,利用镜像法与分离变量法对球型极板电容位移传感器的电容特性进行理论分析与计算,并利用Mathematica9.0软件编程得到其电容特性关系曲线。最后,利用所设计的位移标定试验台,完成了传感器的静态标定实验,采用最小二乘法多项式拟合方法对实验数据进行拟合处理,得到了电容值随位移变化的关系。并对实验结果与理论计算值间存在的误差进行了分析。结果表明：球型极板电容位移传感器能够有效避免边缘效应的影响；所设计传感器稳定性好,重复精度高,四种不同直径的探头稳定性最低为0.002pF/20min,最大重复性误差为0.953%；传感器的灵敏度随着探头直径的增大而提高,并且通过对实验数据的分析与计算,发现所设计的四种不同直径传感器在0.5～10μm测量范围内分辨力能够达到20nm。