转动惯量是导弹、卫星等飞行器的关键物理参数之一,是系统建模和速度、加速度等特性分析的重要依据,因此转动惯量的精确测量具有重要意义。在扭摆法测量转动惯量的系统中,为了提高摆动周期的测量精度,可以通过引入光栅尺位移传感器对被测物体进行动态测量来提高系统的测量精度。本文从光栅位移传感器在转动惯量测量中的应用出发,针对某种光栅位移传感器读数头,基于FPGA芯片,利用Verilog HDL语言,设计并实现了一种具有等时等距测量功能的数据采集卡。该数据采集卡配备了标准的PCI总线接口,能够实现对位移传感器精确和实时的数据采集、并具有等时等距等多种灵活的数据采集模式,可以更好地解决转动惯量测量问题。本文主要完成了以下工作:1.首先分析了转动惯量的基本原理,根据转动惯量测量应用需求确定了光栅数据采集卡的技术指标,给出了光栅采集卡总体设计方案;2.完成了元器件的选型和硬件电路的原理图设计,包括FPGA芯片和PCI总线芯片等,以及接口电路、FPGA外围电路和PCI总线电路等;3.分析了各功能模块基本原理和实现方法,基于Quartus开发环境并利用Verilog HDL语言,在FPGA中实现的各个功能模块的设计和综合仿真验证;4.完成了电路板的制作与调试工作,并进行了等时、等距功能验证和转动惯量测量实验,实验结果表明所设计的数据采集卡的功能和性能满足设计指标,能够很好地满足转动惯量测量需求。