在机械工程中,扭矩作为重要参数能反映出传动系统的性能,扭矩测量也是各类机械设备的测试研发、质验安全等工作中的关键技术,高精度扭矩测量对机械工程具有十分重要的意义。为了能够实现高精度扭矩测量,本文提出一种新型光纤式扭矩测量系统的设计方案。本文基于扭转角和扭矩的物理关系,采用扭转角式扭矩测量方法,利用光纤相位的应力应变效应,结合光纤相位调制原理,设计了一种新型扭矩传感器结构,实现对扭矩的测量。首先,建立扭矩与相位变化之间的数学解析关系,从而能够根据相位信息反演出扭矩。其次,为进一步提升测量精度,采用轮辐式的初始结构设计,通过测量固定梁处参考光纤与传递梁处测量光纤的相位差,利用夏克-哈特曼波前探测技术进行信息处理,从而实现对扭矩的测量。再次,运用有限元静力学分析方法对设计的结构进行分析,得到结构的变形情况,给出具体的扭矩与相位之间的数学模型。利用热力学分析,得到温度与变形量之间的关系,建立温度补偿的理论基础。通过模态分析,计算出结构的固有频率,验证结构的可靠性。最后,搭建扭矩传感的实验系统,进行多次扭矩测量实验,获得了多组实验结果,并对实验结果进行整理,得到扭矩测量系统的误差为±0.0095N·m,重复性误差均小于0.225%,满足技术指标。实验结果验证了扭矩测量系统的可行性和可靠性,能够实现对扭矩的高精度测量。