本发明公开了一种基于金刚石NV色心自旋磁共振效应的微位移测量系统，包括金刚石（1），永磁体（2），PCB天线（3），信号源（4），微波源（5），锁相放大器（6），数字示波器（7），光电探测器（8），激光器（9），二向色镜（10），物镜（11），平凸镜（12），滤光片（13）及位移台（14）。同时利用电子自旋效应对磁梯度场的高精度敏感机理，结合磁梯度场与微位移之间的关系，发明了一种应用金刚石氮空位色心的电子自旋敏感磁机理的微位移测量方法。