随着纳米技术的发展,微位移检测日益成为超精密加工与测量中的一项重要技术。其中,光栅微位移测量技术由于精度高、分辨率高、成本低、体积小、结构简单等优点受到人们广泛关注。针对目前光栅微位移测量中光束衍射效率低、干涉信号对比度差和分辨力不高等问题,本文设计了一种光栅干涉型微位移测量系统,并对其关键技术展开研究。利用零级衍射光与反射光的干涉效应,与四象限探测器和细分电路相结合,实现高精度的位移测量。首先,分析现阶段几种主流位移传感器的测量方式,对比其优缺点;区别于利用传统几何莫尔条纹原理的光栅尺系统成本高、结构复杂的缺陷,基于光栅衍射与干涉的微位移测量系统具有结构简单、分辨力高的优势。其次,从原理上介绍了不同的光栅位移检测技术,总结了波动光学中基本光栅衍射与干涉现象,然后运用傅里叶光学原理和光栅泰伯像原理分别分析单光栅结构与双光栅结构的数学模型。相关工作为单光栅和双光栅微位移测量系统的结构设计与仿真研究做铺垫。然后,对光栅微位移测量系统光学结构展开设计研究,介绍所设计微位移传感器工作原理,对整个微位移测量系统的结构进行规划;重点对单光栅与双光栅的光学结构进行优化设计,然后通过软件仿真分析其不同参数对衍射效率的影响。最终得到光栅结构的最佳设计参数和其应用优势,为后期光栅微位移传感器原理样机制作与性能测试提供参考。最后,结合高精度的光电探测技术,实现四路正交正弦信号输出,得益于细分电路和反正切算法使位移的分辨率提高。最终实验表明:微位移传感器的分辨率可达2.54nm,最大量程为100μm,灵敏度为0.85%/nm,线性度良好。这项工作使高性能微位移传感器成为可能,并为超紧凑结构微位移传感器的设计提供了理论和技术基础。