高精度位移测量作为一个国家工业竞争力与综合国力的重要衡量指标，广泛的运用于航空航天、国防军工，超精密数控加工等国家重大工程领域。光学位移测量凭借精度高、量程宽、稳定性好、分辨率高、非接触方式等优势在高精密测量领域占据了主导地位。由于传统光学测量仪器制造工艺困难、系统构件复杂、价格昂贵以及前期课题研究中光场式时栅位移传感器测头的体积较大，难于集成以及光源特性不一致等原因，设计了一种单交变光场时栅直线位移传感器，利用单光源与低制造工艺实现高精度位移测量。主要研究工作如下：　　（1）通过多交变光场时栅与单交变光场时栅的对比，讨论了两者的结构差异。详细地阐述并推导了单交变光场时栅的传感机理。　　（2）根据单交变光场时栅的结构建立了仿真模型，定量计算了其光场分布情况，详细分析了引入测量误差的关键因素。　　（3）根据单交变光场时栅的传感机理设计了单交变光场时栅测量系统，包括极板结构与安装结构的设计、激励板与采集板硬件电路的设计和激励信号与可编程数字电位计FPGA程序的设计。　　（4）搭建了单交变光场时栅实验平台，分别对激励信号与行波信号等进行了测试；根据误差成分的分析进行了误差修正。实验表明：在60mm测量范围内，利用栅距为0.6mm的测量样机测量精度可达±0.40μm，验证了利用单光源与低制造工艺实现高精度位移测量的可行性。　　综上所述，本文经过理论模型的推导和分析、实际装置的设计与调试、实验系统的测试与验证，通过大量的实验研究验证了单交变光场时栅测量基本理论的正确性，为后续的高速高精度光场式时栅传感器研究奠定了坚实的基础。