泵、风机等旋转机械在工作时与介质交互作用产生的动态激振力是引起旋转轴系振动和噪声的关键诱因。传统的对旋转轴系动态载荷的研究方式以理论数值模拟为主,实验方式也以轴系静止固支激振力测试为主,缺少必要的动态载荷测试手段。同时,用于动态测试的多维力传感器也大多只做静态标定而不做动态标定。因此,本文从三维力传感器的研究展开,研究旋转轴系的三维动态激振力的测试技术,实现旋转轴系动态载荷的测量。分析了现有的多维力传感器类型及特点,设计了能够适用于狭小工作环境的应变式十字梁三维力传感器。通过仿真软件对传感器进行了结构静力学分析,针对现有十字梁传感器Z向测量精度和耦合特性较差的特点进行结构改良以及参数优化,实现了Z向测试的结构自解耦性能,同时优化了应变片的贴片位置,并对动态激振力测量的可行性和合理性进行了验证。进行了三维力传感器的静态标定实验装置的设计与搭建,实现了三维力传感器的精确静态标定。通过耦合误差建模以及最小二乘法拟合的方法确定了该传感器的静态解耦方程,提高了传感器的综合静态测量精度。对三维力传感器的动态测试性能进行了研究,探究了应变式三维力传感器的动态标定实验,通过负阶跃响应实验对本文设计的传感器进行了精确的动态性能测试。根据动态标定实验数据进行基于系统辨识的ARX模型建模,三个维度的模型精度均高于98%。然后对模型信号进行了动态补偿,将传感器三个维度的负阶跃响应超调量从70%～90%下降到1%～3%,调节时间从13ms～19ms下降到1ms以内,提高了传感器的动态测试性能。搭建了旋转轴系动态激振力测试实验平台,通过使用标准砝码和滚动轴承加载的方式实现动载荷的幅值和相位可控,对该传感器系统的实际测试能力以及实验方案的可行性进行了验证。