随着智能制造的不断发展,现代精密位移测量技术在工业生产中扮演越来越重要的角色,其中最为主要的测量方式为光学位移测量,常见的高精度光学测量有光栅位移测量和激光干涉测量。但是,由于高精度光栅位移传感器存在加工难度大制造成本高,以及激光干涉仪价格昂贵使用环境苛刻等问题,作者所在课题组开展了光场式时栅的研究。前期研制的光场式时栅位移传感器利用光强进行时间和空间调制实现位移测量,但是存在光强空间调制精度不高的问题,因此本文进行了光强分布的空间调制优化方法的研究,主要开展了以下研究工作:(1)根据朗伯体光源特点,分析了系统光强分布的特性,并结合仿真分析了不同光源对测量的影响,为测量系统选择了合适的光源;此外对测量系统存在的误差进行了分析,主要包括由于光源光强分布不均特性产生的误差以及传感器在安装过程中安装偏差引起的误差。(2)根据系统光强分布特性,利用光强网格划分法以及能量守恒定律将光强分布划分为圆场分布以及对称分布,结合误差分析结果对传感器系统使用的栅面的排布形式以及栅面面型进行优化设计,并对不同的栅面排布形式以及面型结构进行了仿真分析和验证,实现系统的空间调制优化。(3)搭建了光场式时栅传感器实验平台,设计了实验所需的硬件电路。完成了优化后的栅面排布以及面型结构的测试实验,确定了实验效果较好的栅面形式,对测量误差以及稳定性进行了测试,根据谐波频次分析对测量误差进行了修正,实验表明:周期为0.2 mm的测量结果与参考基准偏差在±0.2μm,在500 mm的测量范围为5.4μm。综上所述,本文通过对光场式时栅的理论推导,深入分析了空间光强分布误差的来源,并通过改变传感器定尺的栅面排布方式以及结构面型直接实现对信号空间调制的优化。验证了高精度光场式时栅栅面优化设计的可行性,为今后更高性能的光场式时栅位移传感器的研制奠定了坚实的基础。