计量技术为制造业的基础，其发展速度明显滞后，其中高精度的长度检测方法是制造领域的瓶颈问题之一。纳米测量技术与仪器是纳米科学和技术的一个重要分支，纳米科学和技术的迅速发展不仅需要测量精度高，抗干扰能力强，而且还需要测量范围宽。本文以大位移纳米测量精度的计量光栅测量系统为研究对象，研究具有纳米测量精度的计量光栅传感器的理论和关键技术。本文的主要研究内容包括：以计量光栅为基础，研究二次莫尔条纹的形成机理，分析基于二次莫尔条纹信号以得到纳米级测量精度的光栅传感器的测量原理，并进行仿真计算，其测量分辨力可达到5.40×10^-10m，通过电子细分，测量精度可达到纳米级；对指示光栅和标尺光栅不平行时对二次莫尔条纹信号质量的影响进行了理论分析和仿真计算；研究了光栅传感器的光学系统及其光学系统元件。