微纳尺度位移检测技术

为实现微纳位移运动的高精度性能，必须采用闭环控制的方法，相较于开环控制，其控制系统的精度较高，可达亚微米甚至纳米级别。而在闭环系统中，位置检测装置是重要的反馈元件，因此测量装置与测量技术的精度在很大程度上决定了整个微纳运动机构的精度。表1-2所示为当前常用的几种精密位移测量仪器的性能对比。

表1-2　常见精密位移测量仪器性能比较

电容/电感测微仪虽然测量精度高、价格低，但是其最大测量范围只能达到几十微米，并且存在测量的稳定性不佳、有漂移，以及对测量环境条件要求严格等缺点（其中电容测微仪还存在需要匹配电容传感器中的各个电容参量、电容检测的后处理困难的缺点）。

激光干涉仪的优点是分辨率高、测量范围大和测量精度高等，但在实际测量中，激光束的波长容易受到空气中气压、温度、湿度等因素的影响而发生变化，导致测量精度降低，而且测量系统构成复杂、成本高。(www.xing528.com)

光栅尺测量在结构上体积小，在光/电路及数据处理方面比较简单，抗噪能力强、稳定性高、零点漂移小，特别适合用于机电控制系统；而且相对于激光干涉仪测量，光栅尺测量对环境条件的要求也要低得多，便于使用。因此，光栅尺测量已普遍应用于需大量程、高精度线位移测量的设备，以及超精密加工机床等先进制造装备。

目前国际上著名的光栅尺生产厂家主要有：德国的HEIDENHAIN（海德汉）公司、英国的RENISHAW（雷尼绍）公司和美国的MicroE System公司。它们代表了目前光栅制造技术和光栅测量技术的国际最高水平。然而，光栅因受光衍射现象的影响，一般测量精度难以达到0.1μm。

与光栅测量相比，激光干涉测量则是以激光波长（632.8 nm）为长度基准，这个基准是普通光栅栅距的1/10，因此相对容易获得较小的测量当量，而且分量的范围大。因此，激光干涉测量最常用于超精密位置测量装置中。

相较于单频干涉仪，目前双频干涉仪在精度性能及抗干扰能力上更显优越。