随着制造业和科学的不断发展,角度测量越来越广泛的应用于工业、科研等各领域。随着工业技术水平不断提高,对于倾角仪的要求也越来越高。“中国制造2025”战略的提出也意味着自动化、智能化发展已是大势所趋。微电机系统(MEMS)技术的迅猛发展促使微惯性传感器在性能、稳定性、功耗、体积等方面有了巨大的进步。石英振梁加速度计(QVBA)就是其中非常典型的代表。它是利用石英逆压电效应以及谐振梁的力频效应的加速度传感器,直接输出频率信号。同时具有高精度、低成本、体积小、低功耗、温度稳定性好、耐恶劣环境、长期可靠性高、量程大、可批量生产等优点。在民用、军工、航空航天、勘探等低中高精度领域有着广泛的应用前景。本文立足于实际工程需求,使用QVBA作为倾角传感器设计一种智能化、自动化、小型化的数字倾角仪。本文首先对倾角检测技术、倾角传感器、QVBA、倾角测量仪的国内外发展现状及发展趋势作简单概述,论述了QVBA的工作原理、等效电路、性能指标,并给出设计所用QVBA的相关参数。重点对基于QVBA实现倾角测量的原理进行研究、推导出倾角测量与频率测量之间的关系。对频率测量原理分析,为倾角仪选用了基于相位重合检测的全同步频率测量方法,并对测频误差进行分析。针对倾角测量的原理与特点,提出一种数字倾角仪测量系统的总体设计方案。采用模块化设计思路,分别介绍了系统各模块的硬件设计。同时根据软件功能进行分类,对系统软件设计予以介绍。并归纳总结设计中遇到问题及要点。最后对基于石英振梁加速度计的数字倾角仪进行软硬件联调、测试验证。同时分析了影响测量精度的因素,给出了精度改善的改进方案。通过实验数据表明,数字倾角仪倾角测量范围为±90~o,在±45~o倾角范围内实现测量精度达到±0.01~o。