随着MEMS(Micro Electro Mechanical System,即微电子机械系统)技术的发展,电容式MEMS传感器具有结构简单、分辨率高等优点,它广泛应用于位移、振动、角度、加速度等物理量的测量,而且还逐步扩大应用于压力、差压、液面、成分含量的测量。在振动、角度等测量领域,采用差动式结构的MEMS电容传感器可提高灵敏度减小误差,然而受结构微型化的影响,这种传感器的电容量一般只有几个pF,而由外界引起的电容变化量就更小。因此,需要设计一种合适的方法检测微变电容的变化,并与角度振动量对应起来。本文从微变电容的物理学原理出发,阐述了微变电容的工作原理和微弱信号检测理论,并设计了相应的硬件软件实现。即采用基于单片机的周期性直流充放电电路采集数据,利用一定的数字滤波算法分离数据得出角度信号和振动信号,给出了完整的基于微变电容的角度振动传感器的设计方案。首先,研究了微变电容的工作原理,并分析了系统噪声产生的原因,在此基础上对目前较为常用的微小电容检测方法和信号处理算法进行了研究对比,得出适合本设计的差分电容检测电路和信号处理算法,经过对比验证,本设计可行有效并且便于实现。其次,从硬件和软件上实现了本检测理论。以RC串联回路直流充放电理论为基础,单片机系统为主体,对微变电容进行周期性充放电,实现振动量和角度偏移量的检测。经过适当的滤波算法对原始信号进行处理,可以有效地减小噪声的干扰。同时快速而准确地分离出基波分量和高次谐波分量,进而得出较好的角度曲线和振动曲线。然后利用SJA1000接口将角度振动数据和主体系统连接起来,完整实现了传感器的功能。最后,在不同角度振动情况下对传感器进行了性能测试,分别读取经过每一步信号处理后的波形图,直观地看出去噪处理模块、角度信号生成模块和振动信号生成模块的处理效果。本文详细介绍了微变电容式MEMS角度振动传感器的设计方案、传感器的硬件电路设计和数字信号处理的实现等。所做样品经性能测试验证,本方案可行有效,角度检测和振动检测可同时进行且互不干扰。