随着精密与超精密加工技术迅速发展,对位移测量的精度提出了更高的要求。目前微米级精度位移测量技术已远远不能满足需求,因此纳米级位移测量技术得到了迅猛发展,已成为测试计量行业中的研究热点。基于衍射光栅的衍射干涉式位移传感测量技术有着测量精度高、抗干扰能力强和制造成本廉价等优点,在当前的超精密测试计量技术领域得到了普遍的运用。国外在该领域的研究起步比较早,相关技术比较成熟,而国内的技术水平相比于国外有着较大的差距。本文就基于数字相位原理的光栅干涉位移传感技术进行研究。采用数学方法,对光栅衍射现象、光学多普勒现象、相干光的干涉现象和光电转换的实现进行了求解。在测量系统的光路设计方面,重点采用了一种双层光路结构,有效地减小了测量系统的空间,提高了其实用性。在信号调理电路方面,根据光电转换输出信号的特征,分别采用差分放大、低通滤波等多个基本电路完成了信号调理电路的设计。采用多级放大的方式有效地降低噪声干扰,提高电路的信噪比。同时,在PCB电路制作中也采用了一些抗干扰措施来减小不确定噪声的影响。研究过程中发现,光电转换器的安装角度误差、条纹宽度的测量以及电路的延迟作用会使输出的两路信号处于非正交的状态,导致信号的细分计算误差较大。为减少信号的非正交性产生的细分计算误差,本文根据数字相关原理,提出了一种基于数字相位差测量的细分计算方法。对经典数字相关法测量相位差的原理和误差来源进行了详细讨论,提出一种以经典数字相关理论为基础的相位差计算方法,打破了经典计算理论中需要对被测信号进行整周期采样的限制条件,实现了相位差的高精度测量。将相位差的测量结果引入细分计算表达式中,得到最后的细分计算结果。此外,还运用软件的方法实现了信号整周期数计算和运动方向辨别的,有效地简化了信号处理电路。利用实验室现有条件,搭建了光栅干涉位移传感系统实验平台,并对该系统的光路结构、信号调理电路和信号采集系统等模块进行独立调试和系统联调,获得了包含有位移信号的干涉条纹,并经光电转换后得到了双路输出电信号,再经数据采集系统和计算机处理后得到位移值。实验的结果显示,系统的分辨率可达到5nm,且具有良好的重复性和线性度。