纳米位移测量技术是精密测量领域的重要组成部分,可以检测纳米级物质状态,评价纳米尺度,是纳米技术发展的基石,对纳米技术的应用有一定指导作用。激光外差检测是实现纳米测量的主要方法之一,分析目前国内外激光纳米测量技术发展情况和趋势,为提高测量精度和分辨率,减小系统非线性因素的影响,改善系统稳定性,以精密加工中心的DM1007型数控机床旋转主轴为研究对象,检测其微小位移,提出基于反演补偿的激光外差纳米位移测量技术。首先在激光外差法的基础上改良优化,研究制定激光外差纳米位移测量系统设计方案,并构建通过反演补偿后的数学模型。通过逐阶递推的方式,反演构建能够使系统稳定工作的Lyapunov稳定函数,镇定系统中调制解调和高频信号引起的非线性影响,使用算法校准测量系统。激光多普勒效应和声光调制实现激光相干外差检测,提高系统分辨率;自混合效应降低声光调制器本振频率,双倍频使振荡频率要求降低,简化系统设计,提高系统稳定性。利用光学器件、电路和数字信号处理算法完成光外差纳米测量系统。选择相干性好的半导体激光器,以及高效接收对应激光波长的光电探测器;基于超外差接收原理设计频谱搬移电路,将高频调制信号搬移到中频段,既保证信号传输抗干扰性的同时,又提高电路处理效率;鉴相电路将位移信息解调出来,提高测量精度;反演算法分析系统传递函数,构建Lyapunov函数,稳定系统,平坦相频特性曲线,改善低频特性;根据功率谱密度函数和相关函数的关系,结合递推算法和快速傅里叶算法,实现快速相关函数分析,有效提取微弱信号的幅度和频率。搭建激光外差纳米测量系统,进行静态实验和动态实验测试。静态实验中,信号集中分布在2KHz,每分钟相位偏移0.06°,系统工作稳定可靠;动态实验中将未反演和反演处理的实验结果对比,最大误差和误差平均值都得到一定程度改善,最大误差不超过±0.5nm,最大相对误差小于0.6%;设置置信区间0.95(k=2),位移量60nm,扩展不确定度为0.608%,符合系统设计要求,表明系统具备纳米位移测量能力,方案具有一定可行性。