扭矩测量是研究水轮机主轴系统在各种载荷和工作环境下动态特性的关键方法，受到了越来越多的关注。文章结合扭矩测量的国内外发展现状和实际，根据国家自然科学基金资助项目“水轮机主轴机械系统动态特性研究”提出的方案,采用光栅式传感器进行扭矩的非接触式测量，并对其整个测量系统进行了研究。根据现有的实验条件，设计和开发出了水轮机主轴扭矩测量系统。将主轴受扭矩作用而产生的扭转角，通过光栅传感器转换为两路有相位差的方波信号，再通过数据采集系统检测出扭转角的度数，最后由上位PC机计算出扭矩的大小和主轴的各种参量。该系统具有测量精度高、优越的全光性、绝缘性、防爆性、抗电磁干扰、耐高温等特点，特别适合于恶劣环境下细长轴的扭矩测量，有较好的应用前景。文章对光栅式扭矩传感器及其数据采集系统进行了深入的讨论和研究，包括以下几方面的内容：光栅传感器的测量原理、实现方法；实验平台的设计；数据采集卡的软硬件设计及实现；上位机通信接口软件的开发。最后将系统进行调试与实验，并对实验数据进行误差分析，提出了改进措施。实验结果表明，系统设计是合理的，能够达到预期的目的和要求系统设计中创造性的工作是对数据采集卡的研制。数据采集卡的硬件设计基于现场可编程门阵列（FPGA）和单片机（MCU），体积小、工作可靠、控制简单、外围电路少；软件设计采用Keil C51和Foundation 3.1，可根据用户需要实现多种复杂的功能，极大的提高了应用的灵活性。