随着燃气轮机引射冷却技术应用日益广泛，对相应的配套实验设备的技术要求也逐渐提高。两自由度传感器探针定位系统作为该技术的重要实验平台的测试设备之一，具有定位精度高、体积小巧、多点多参数实时测量以及远程控制等特点，对提高该技术的实验精度具有重要意义。本论文根据系统设计要求，首先对系统的组成及特性进行了详细的研究，在此基础上进行了系统的总体设计，缩小了系统体积，精简了系统机构，提高了传感器探针定位精度。然后按照位置伺服控制系统的设计要求，进行了合理的参数运算及机构选型，设计了以高精度步进电机为主要驱动部件的开环控制的两自由度传感器探针定位支架。该支架具有体积小巧、机构简单易维护等特点。本文还开发了系统PC机应用软件，能够远程控制传感器探针定位，并对实验平台内部数据进行采集并保存。本文深入研究了步进电机驱动控制技术，在此基础上设计了传感器探针定位支架的驱动控制器。该驱动控制器以恒幅矢量旋转细分驱动法为主要原理，并采用了步进电机升降速控制算法，能够同时驱动12个传感器探针定位支架进行精准快速的直线位移和角位移定位。驱动器采用了交流恒流输出功率放大单元，具有功耗小、输出驱动波形稳定等特点。驱动控制器采用CAN总线通信技术，与上位机进行通信。最后，本文搭建了两自由度传感器探针定位系统的测试平台，对系统相关特性进行了实验验证，验证了系统定位精度满足设计要求。