一种使用双频激光的三维光栅位移测量系统涉及一种光栅位移测量系统；该测量系统包括出射端接光纤的双频激光器、分光部件、偏振分光棱镜、测量臂/参考臂四分之一波片、测量臂/参考臂折光元件、二维反射式参考/测量光栅和光电探测及信号处理部件；二维反射式测量光栅的x/y方向周期均为d₁，二维反射式参考光栅的x/y方向周期均为d₂；所述测量臂折光元件的x/y方向折光角度均为θ_i1，参考臂折光元件的x/y方向折光角度均为θ_i2，且分别满足2d₁sinθ_i1=±mλ₁、2d₂sinθ_i2=±mλ₂；本发明不仅提出了可以同时测量三轴位移的光栅测量系统，而且提高了测量信号的抗干扰能力，同时z向位移量程得到极大的扩展。