微机电系统(MEMS)三维动态特性测试表征了MEMS器件在高速运动状态下的特性,是MEMS产品研发过程中至关重要的环节。但由于MEMS器件尺寸小,通常在毫米微米级,限制了测量工具的范围。基于此,本学位论文对相移法、显微干涉和条纹图相位解包裹技术进行系统的研究,设计出一种基于相移干涉法的非接触式无损测量系统,对MEMS进行离面运动测量并三维显示。论文深入研究相移和显微干涉技术,对三步、四步、Hariharan和Stoilov相移算法进行分析比较。考虑到确定性和随机性光强误差等因素,最终选择最佳步长为π/2的Hariharan算法。为减小因MEMS高速运动而引起的拍摄图片的模糊重影现象,频闪成像采用声光调制器(AOM)控制激光束的进入时间。声光调制器开合一次的时间为1微秒,大大提高系统的测量精度并减小误差的产生。研究了多种抗噪声性能良好的干涉条纹图解包裹算法。将洪水填充法与分割线算法和质量导向图算法相结合,提高了解包裹的连续性。引入时域解包裹原理,对选取基点因运动引起的相位偏移进行误差补偿,减小系统误差。MEMS动态测试系统将基于MFC的平台软件与Matlab三维显示技术相结合,对测量系统进行参数配置,通过单片机与FPGA实时通信,FPGA同时控制AOM、步进式压电陶瓷PZT和Camera,从而实现精确的同步控制。通过对相移干涉算法和解包裹算法的实验结果分析,以及CMEMS振荡器Si504在不同激励和温度下的测试,验证了系统的可行性、有效性和可靠性。