纳米位移传感器是实现纳米数控机床、特殊需求的国防军工和大规模专用集成电路等尖端技术领域核心关键功能部件的“宏观结构的纳米精度制造”的保证。大量程和高精度不能同时兼顾是现大多数纳米位移测量方法存在的矛盾。为此，提出研究一种基于时空转换理论的新型纳米时栅位移传感器。传感器通过差动电容构建的交变电场将空间量转换成时间量进行精密测量，利用了时间量测量精度高的优势来提高测量精度，降低对制造要求，因而更易实现大量程。本文通过对传感器进行理论研究、模型仿真和实验研究相结合且不断反复以达到最优化设计。前期研究工作中，电场的不可见性带来了困扰。在研究纳米时栅传感器过程中，需要对电场有足够的认识，把握电场规律，了解测量模型的电场分布情况才能在传感器研究中有的放矢，避免很多不必要的工作。为此，本文开展了如下研究：1.对纳米时栅测量原理进行了深入的分析和推导；2.根据传感器测量模型特点，建立仿真模型，利用ANSYS软件对传感器在不同参数、激励相间和多介质等情况下的电场分布进行了有限元仿真。通过仿真分析找到了传感器一次、四次谐波误差形成原因，同时得到了不同情况下电场分布与传感器误差特性的关系；3.搭建了实验平台，对仿真分析得出的结论进行实验验证，同时对传感器稳定性等进行了实验研究；4.针对仿真分析和实验验证得出一次、四次谐波误差形成原因，对传感器进行了优化设计。通过优化，传感器在测量范围为200mm时，补偿后的误差达到±300nm。通过对纳米时栅传感器研究，更为深入的了解了传感器特性，进一步完善了纳米时栅理论体系，为后续研究打下了坚实的基础和提供了实践-理论-实践的科学研究方法。