微纳米测量技术在微机电系统(MEMS)装配与集成、集成电路(IC)制造与封装、超精密加工等领域广泛应用,并朝着高速、高精度方向发展。光栅尺具有精度高、抗干扰能力强、寿命长等优点,成为微纳米位移测量的主要工具,但由于受光路结构及信号检测电路扫描频率等因素的限制,单个光栅尺测量的最大允许移动速度与其测量步距成反比。针对高速高精度定位系统的运动特性及光栅尺测量高速位移时难以实现高分辨力的问题,本文提出了适合高速且实现系统末端点高分辨力位移测量的新方法─基于双光栅尺双重计数、切换与合成的跨尺度位移测量方法。在分析光栅线性位移测量原理、光栅尺的测量误差尤其是细分误差的基础上,本文重点研究双光栅尺切换与合成的原理,建立了基于双光栅尺高速高精度位移测量的设计准则,根据设计准则设计了切换基准拾取方法以及快速切换与合成方法,分析了双光栅计数值切换合成的误差。针对光栅尺的电子细分信号具有细分误差的特性,本文提出了对莫尔条纹信号不细分的方法以提高双光栅尺信号切换合成值的精度。经过对双光栅计数切换基准、切换与合成特征和规律的探讨,本文设计了实现双光栅尺双重测量、计数值切换合成法的硬件电路,主要通过可编程芯片FPGA,设计了双光栅尺信号处理的各电路模块,如双光栅尺信号四倍频辨向模块、速度判断模块、切换模块、计数值合成处理模块。并将FPGA模块电路、双光栅尺信号接收电路与外部接口电路集成为自行设计的双光栅尺信号处理卡。最后搭建了实验系统,对本测量原理与方法进行实验验证。通过对实验结果的处理和分析,验证了双光栅尺双重计数、计数值切换合成的可行性和有效性。在实验中总结了一些经验,为本方法的进一步研究及应用打下了良好基础。