水力发电作为我国的一项支柱产业,在国民经济建设中起着不可替代的作用。近年来能源竞争的加剧,使得这种环保性佳、经济性高的能源需求日益突出。与此同时,水力发电的平稳性、安全性成为科学家和工程技术人员越来越关心的问题。论文在国家自然科学基金项目“水轮机主轴机械系统动态特性研究”的资助下,结合目前国内外现状,提出了一种基于光栅扭矩传感器的非接触式扭矩测试方法,通过扭矩测量,实现对水轮机主轴系统动态特性的监测。论文首先根据光栅测量原理,提出了一种全新的集光、机、电一体化的水轮机主轴扭矩测量方法,并依据该方法设计了光栅扭矩传感系统。该系统通过光栅扭矩传感器,将主轴受到的扭矩转换为两路有相位差的正弦波信号。采用ISP 可编程模拟器件对接收到的正弦信号进行放大、滤波,通过A/D 转换器将模拟信号转换为数字信号以及MCU 控制处理,通过串行口送至PC 机进行人机交互。该系统不仅在匀速状态下有较高的测量精度,而且能够以较高精度检测到主轴加、减速状态下的扭矩值。该系统适应于各种干扰性强、温度高等恶劣环境。论文对光栅测量系统中光栅副工作原理进行了阐述,指出了光栅及其信号质量的好坏是整个光栅测量系统优劣的关键。根据系统需求设计了实验安装台。提出了一种模拟领域的柔性化数据采集系统。该系统改变了用传统复杂的手动调节电阻来调节放大倍数的办法,采用ISP 模拟可编程器件对模拟信号进行处理。通过编程下载的方法可实现对信号数字化调理,放大量程可达±1～±100,可实现带宽随意调节的低通滤波器。巧妙利用最大光强为定值的特点,采用AD 器件将模拟信号转换为数字信号,并通过MCU 计算出相位差以及实现方向的识别。通过串口送至PC 机进行通信。论文最后对光栅测量系统进行了调试,对测量系统的数据进行了采集,并对数据进行了误差分析,提出了改善措施,以实现更精确的扭矩测量。