轴承作为旋转机械系统中降低摩擦系数的关键性部件,其摩擦力矩大小直接关系到仪器设备的工作精度以及工作可靠性,在一些高精度的航空航天仪器如陀螺仪中轴承摩擦力矩甚至能直接决定产品合格与否,然而常用的小型轴承以及一些精密轴承的摩擦力矩极其微小,难以测量。为此,本文基于平衡法研制一款高精度的光电式小量程静态扭矩传感器以解决微小静态力矩测量的技术难题。按照扭矩传感器的功能以及性能指标要求对传感器的总体设计方案展开了研究,确定了基于光电转换原理的扭矩传感器设计方案,并仔细分析了光电式扭矩传感器的组成以及工作原理。详细设计了光电式扭矩传感器的机械结构,阐述了敏感元件弹性轴、交错光栅的材料、尺寸参数对扭矩传感器静态工作性能的影响,同时分析了机械误差引起的扭矩传感器测量误差,确定了传感器各零部件的尺寸以及相对位置参数。基于光电转换的原理详细设计了扭矩传感器的光电转换电路、电源电路、高精度电压采样电路以及主控制电路,实现了传感器调零、频率输出、顺逆时针测量等相关技术要求,编写了扭矩传感器的控制程序,实现了扭矩传感器输出信号的采样、滤波处理,保证了输出结果更加稳定与可靠。研制了扭矩传感器的静态性能测试工装,选用高精度的砝码以及小摩擦的气浮轴承对传感器进行标准静态扭矩的加载,通过大量重复试验测试获得了扭矩传感器的零漂、采样精度、线性度、迟滞性、重复性等关键性能参数,结果表明研制的光电式小量程静态扭矩传感器的线性度、迟滞性、重复性均满足±0.5%F.S.的设计指标要求。从总体技术指标看,该传感器已达到国际同类先进传感器水平。