随着我国工业技术的快速发展,航空航天、土木建筑、医疗设备等领域对倾斜角测量技术的要求也在不断提高,特别是雷达、精密机械手臂、医用CT等需要大量程高精度倾斜角测量的精密设备。针对于目前倾角仪大部分只能做到大量程低精度或者小量程高精度的情况,设计了一种基于MEMS传感器的大量程高精度倾角仪。本文首先从增加系统的测量范围出发,测量单元采用由三个单轴MEMS加速度计组成的正交三轴测量模型,在同等测量精度的基础上增大了倾斜角测量范围;硬件设计部分选用低噪声高精度的加速度传感器,高分辨率的模数转换芯片和高运算速率的控制解算芯片,为数据的高精度采集处理打下基础。随后通过分析系统的组成结构与测量模型,总结出了影响系统测量精度的主要因素。针对于目前传统标定方法存在的不足,提出了一种基于转台的多位置标定方法,实现了系统标度因数矩阵和零点电压的高精度标定;针对于标定后加速度传感器标度因数和零点电压随温度变化而产生漂移的问题,提出了一种分段式温度补偿方法,减小了环境温度的变化对系统测量结果的影响;针对于倾角仪系统在长期使用过程中零点电压漂移的问题,提出了一种现场快速标定方法,在很大程度上增加了倾角仪系统的实用性。最后,利用三轴位置温控转台分别对多位置标定补偿方法、分段式温度补偿方法、现场快速标定方法进行了实验验证,证明了三种误差补偿方法的有效性。经实验验证表明,该系统能够在全温度范围内(-20℃~60℃)实现0°~360°的倾斜角测量而且测量最大误差不超过0.01°。