随着我国经济水平的提高，城市人口和机动车辆不断增加，我国铁路交通的快速发展，交通工具的运营速度也不断提高。轮轨相互作用增强，车辆轨道部件振动和相对运动加剧，从而也加剧了轮轨磨损及部件的疲劳失效[1]。自从轮轨铁路系统诞生以来，虽然轮轨材料、几何参数及相关技术在不断改进，但轮轨运营过程中的系列问题至今未得到完全解决，例如轮轨伤损[2]、轮轨噪声、脱轨等问题的机理[3]。其较为普遍的问题为钢轨波浪形磨损（以下简称钢轨波磨）。铁路钢轨波磨会导致铁路车辆和轨道强烈的振动[4]、噪声，影响车辆的运行品质和旅客乘坐舒适度，严重的会导致列车脱轨事故的发生。经研究发现，车轮的扭转振动[5]是影响波磨形成的重要因素，并直接影响机械运转的安全性和可靠性[6]，所以如何实现对轮对振动的测量对车辆轨道交通有深远的意义[7]。

严重的扭转振动将加剧轴系的动载荷[8]，导致曲轴断裂、弹性联轴器连接螺钉切断，传动齿轮齿面点蚀或断裂，凸轮轴断裂等等，这不仅降低了零部件的工作可靠性和耐久性[9]，增加了事故发生的可能性，而且扭振噪声也严重影响人们对车辆乘坐舒适性的要求[10]。研究扭振测量系统的重要意义[7]主要有以下几点：

（1）究轴系扭振模型。没有精确的测量，就不可能进行可靠的分析计算。研究轴系的扭振，建立轴系扭振模型[11]，仅依靠机械理论对轴系进行分析计算，其庞大的计算量会使建模过程变得非常复杂。即使运用机械理论通过复杂的计算完成了建模工作，依然需要轴系扭振仪器提供现场实验数据检验其数学模型的准确性。故轴系扭振测量仪器在轴系扭振研究领域占有非常重要的意义。

（2）测试轴系的扭振性能[12]。大型机组的转子主轴在设计过程中都把扭振因素考虑在内，使主轴的在正常工作过程中不会产生过于剧烈的轴系扭振，保证轴系安全工作[13]。因此在这些重要的主轴在投入使用以前都运用需要扭振测量仪器对其进行扭振性能测试。

（3）监测主轴扭振情况。及时发现和处理意外情况非常重要。（4）机械故障诊断应用。结合机械机构的建模技术，通过测量主轴的扭振数据并进行分析计算，能够识别部分机械机构内部的故障和安全隐患[14]。

（5）测试技术发展需要。应用光纤光栅等新技术[7]研究新的扭振测量系统以提高扭振测量的精度、可靠性、抗干扰能力并降低制造成本、使仪器简单易用无疑是扭振测量系统发展的需要。

国内外对轮对动力系统振动尤其是扭转振动的研究和测量都有一定的发展。

近几年，国外对汽车动力传动系扭振的研究更为深入。Wang[15]利用其建立的多自由度非线性模型，对系统的稳定性和自激励问题进行了分析。Craig通过仿真与实验对比，提出了采用一个大刚度弹簧和两个刚体来替代万向节的建模方法。Shigetaro将重型卡车动力传动系进行了分块建模，并通过实验验证了分块建模的可行性。Farshidianfar在Matlab软件中建立模型[15]，对轴系受扭振激励所产生的低频及高频噪声进行了仿真研究。近些年来，国内对于扭振的研究持续不断，研究内容更加细致。2002至2003年，吕振华等人分别对径向弹簧双质量飞轮DMF-RS扭振减振器与周向短弹簧双质量飞轮 DMF-CSS扭振减振器进行了研究，建立了径向弹簧双质量飞轮DMF-RS[15]扭振减振器的弹性表达式与周向短弹簧双质量飞轮DMF-CSS扭振减振器的弹性特性表达式及扭转刚度计算公式，在理论探讨的基础上提出了此类减振器的设计方法。2006年，董大伟、汤志华等人成功开发出动力传动系统扭转振动分析软件TVCA[15],使动力传动系扭振计算分析简洁化、系统化。2008至2009年，李伟、龙岩、史文库等人对离心摆式减振器与四连杆弹性机构减振器的弹性特性进行了研究，分析了以上两类减振器的弹性特性，并总结了减振器刚度的设计与优化方法。2012年，陈宏强对四驱皮卡车的动力传动系扭振进行了初步研究，总结了一些影响扭振的因素，指出优化离合器刚度是减缓扭振的一个重要途径。

2. 研究的基本内容与方案

现今应用于轴系扭振测量的方法主要有三种[16]：应变片法、激光多普勒法[17]和编码盘法。各种方法都有自身的优缺点以及相适应的应用场合。

应变片扭振测量法是一种接触式测量方法[16]，在被测轴系黏贴一个电阻应变片阵列，使用滑环引线器把应变片和外部电路连接，通过测量电阻应变片的电阻值获取被测轴在旋转过程中的变形信息，经过分析计算后得到轴系的功率谱线，根据获得的功率谱线分析轴系的扭振。激光多普勒法利用激光束照射转子端面时产生多普勒频移效应来测量扭振[17]。当激光束照射到轴的表面时，轴的表面的线速度使散射光产生多普勒频移，频移量的瞬间值表征了轴的瞬态角速度，除去直流分量，就得到扭振。轴的横向振动、轴截面的圆度误差都直接影响测量精度，该方法很难提高测量精度。且测量装置复杂而昂贵，难以商业化。编码盘扭振测量法有多种的实现方式，其中应用较为普遍的有电容式，电感式，光电编码器式等。编码盘扭振测量法主要是运用一个编码盘结合传感器，当编码盘条纹掠过传感器的时会在传感器中产生相应的脉冲信号，再运用高速脉冲填充计时等方法计算各个脉冲信号的来临时刻或直接计算脉冲间的时间间隔，结合编码盘参数计算得轴系的角频率，再通过进一步的计算分析获取轴系的扭振信息。