边缘电场传感器(Fringing Electric Field Sensors,FEF)属于电容传感器,通过测量分析被测物体输出的电容值变化规律获得所需的物理量信息,如介电常数、湿度、粘度、厚度、位移、损伤等。边缘电场传感器的两极板位于同一平面内,在极板上方构成工作区间。与传统的平行板电容器相比,其电力线分布呈弧状并向外散射,电场能主要集中在电极边缘,具有单边穿透、信号强度可调以及层析成像等优点,在样本物体特性的非接触测量方面得到了广泛的应用。首先,分析了平行板电容器的结构及原理,在此基础上研究了边缘电场传感器的原理、设计参数及性能指标。通过理论分析、有限元建模仿真以及实验验证,分别针对大范围位移测量、涂层厚度检测以及无损检测方面的应用,做了详细的研究。1)分析了叉指式FEF传感器测量位移的基本原理,利用有限元仿真软件Ansys Maxwell建立了传感器互导电容值与被测目标位移量的数学关系。设计并实现了调理电路,可以将传感器互导电容转换成电压输出。最后进行了测量实验,结果表明FEF传感器能够实现大范围位移测量,为位移的测量提供了可行的研究思路。2)分析了FEF传感器测量涂层厚度的原理,创建了5种不同穿透深度的传感器模型,在有限元仿真软件Ansys Maxwell中进行了数值模拟,得到了传感器互导电容随涂层厚度变化的关系,进而验证了其在复合材料涂层测厚方面的可行性。设计了同心环形边缘电场传感器,并利用精密LCR数字电桥对不同测量模式不同厚度梯度的PVC样本进行了测试,结果表明,有石墨基底时边缘电场传感器能够更好地检测涂层厚度。3)分析了基于电容层析成像技术(Electrical Capacitance Tomography,ECT)的平面电容阵列传感器在缺陷检测方面的工作原理,研究了传感器设计参数对性能的影响。在有限元仿真软件Ansys Maxwell中对平面电容阵列传感器进行了三维建模,通过数值模拟分析初步验证了其用于复合材料缺陷检测的可行性。设计实现了基于平面电容阵列传感器的多路信号采集电路,并进行了功能验证,结果满足设计要求。