电感测微仪是一种高分辨力、可靠性好、使用寿命长的测量仪器,应用于微位移测量己有较长的历史。国外的电感测微仪技术比较成熟,产品精度高、性能稳定,但价格昂贵。国内的电感测微仪存在漂移大、工作可靠性不高、高精度量程范围小等问题,一直与国外的测微仪水平存在差距。在超精密加工技术迅猛发展的今天,这种测量精度越来越不能适应加工技术发展的需求。针对这种现状,本文对电感测微仪的结构、测量机理以及其整个测量系统的架构进行了研究,并通过实验分析了传统电感测微仪的优缺点,同时结合本课题提出的技术要求,对传统电感测微仪系统稳定性不高,线性测量范围小等不足之处进行了改进,研制了以适应高精度测量所需的电感测头和测量电路,并对其进行实验验证。首先,对电感测微仪测头线圈磁场进行理论分析与计算。从提高测微仪灵敏度和测量范围角度出发,设计了测头线圈,并结合仿真软件对其磁场模型进行仿真,优化线圈设计中的参数。同时对造成测头线圈测量误差的因素进行了分析,重点分析了零点残余电压并提出了相应抑制措施;其次,对机械结构的轮廓,铰链结构选择和热平衡等进行了分析,设计了电感测头的机械结构,并结合仿真软件对其进行模态分析以获得其频率响应,优化机械设计中的参数,以达到小巧实用的目的;再次,从电磁兼容角度分析了整个测量电路的干扰因素,对主要干扰因素进行了分析,提出避免或减弱测量电路干扰的措施,为测量电路系统设计奠定理论基础;在分析直接数字频率合成技术(DDS)的原理、结构及优化方法的基础上,设计了基于FPGA的低功耗、高稳定性的信号发生电路;研制了以数字相敏检波技术为核心的测量电路,并完成了系统与PC机的USB总线接口以及数字滤波、数据拟和等数据处理软件的编制;最后,对整个系统进行了测试。在标定量程为20μm内,灵敏度优于28.6mV/μm,分辨力优于7nm,非线性误差为0.1%F.S,短时稳定性为11nm/10min,重复性误差为15.6nm。实验表明,系统各项性能指标达到了设计要求并能在精密加工中应用,且成本低。