声表面波（SAW）传感器可以在无线无源的状态下工作,在转轴扭矩测量方面具有独到优势,能够避免传统扭矩测量中的能量供给和信号传输的问题,因而吸引了国内外许多学者开展SAW扭矩传感器方面的研究,但目前大多数研究还停留在起步阶段,在SAW扭矩敏感机理与理论模型、回波信号获取与频率估计、实时性、准确性等方面还存在许多不足,这阻碍了SAW扭矩传感器发展和实用化进程。本文通过理论分析、数学建模和实验验证等手段对SAW扭矩传感系统中的以下几个关键技术问题进行了系统研究:1针对声表面波扭矩敏感模型和理论分析还不够准确全面的问题,本文首先通过弹性力学的有限变形理论和压电晶体的本构方程及波动方程,结合力学、电学边界条件,利用摄动理论建立了SAW扭矩敏感机理的理论模型和SAW频率偏移与扭矩载荷之间的关系模型,采用VC++软件开发了声表面波扭矩传感器切型分析软件,数值分析了不同切型下的SAW扭矩灵敏度、机电耦合系数、温度系数等关键参数,综合优化确定了SAW谐振器（SAWR）石英基片切型为（0°,124°,45°）,在此基础上通过分析谐振器反射栅的反射特性、金属膜厚与机电耦合系数关系及叉指换能器（IDT）输入阻抗的频响特性优化设计了SAWR的结构参数。2针对采用瑞利波模式的声表面波谐振器Q值普遍偏低,影响无线工作距离和回波信噪比的问题,基于表面横波（STW）的传播损耗小、STW谐振器（STWR）的Q值大,且STW外力敏感度接近SAW模式的特点,探索了STWR在扭矩测量中的应用。利用Bloch-Floquet理论、摄动理论和近似方法分析了声表面横波（STW）扭矩灵敏度,通过数值计算及最优原则确定了STW谐振器石英基片切型为（0°,38°,90°）,并相应地完成了STW谐振器（STWR）的结构参数优化设计。3针对谐振器回波信号持续时间短、信噪比低、解调精度不高的问题,提出了一种基于硬件和软件的声表面波传感器信号增强解调方法。通过在阅读器接收单元增加限幅放大器以增加信号的动态范围和有效信号的长度,提高信号的信噪比,同时在软件上设计了自相关延拓算法和质心法分别用于延长接收信号的长度和改善SAW回波频率的估计精度。根据系统噪声特点设计了仿真实验验证了谱估计算法的有效性,500次模拟实验结果得到的标准偏差为2.16kHz,优于经典谱估计和现代谱估计方法的结果。最后对设计的解调方法进行1000次试验,得到的标准差为0.28kHz。4针对SAW扭矩传感器系统解调速度慢的问题,对影响SAW传感器扭矩解调速度的主要因素进行了分析,研究了加快扭矩解调速度的措施。利用剪滞理论和Maxwell模型分析了胶层应变传递效率,根据不同参数的胶层应变传递响应时间指导了粘接剂选择以改善胶层引起的迟滞、蠕变特性。为了降低因多谐振器分时阅读引起的查询过程长的问题,设计了一种传感器快速阅读方案:在硬件上设计了多谐振器同步阅读射频收发系统;在软件上利用熵能量与谐振器带宽之间的关系设计了声表面波有效激励检测算法,该算法能有效的识别大噪声干扰信号和弱回波信号,减少对无效激励的处理时间提高阅读速度;同时利用激励信号与回波信号周期之间的关系设计了一种声表面波谐振器快速扫描方法。实验表明设计的多谐振器同步该阅读方案的查询时间比分时阅读方式减少了近37.5%,有利于提高传感器的扭矩解调速度。5为了验证理论分析和设计理论的准确性,设计和制作了两种波动模式的谐振器和扭矩敏感结构,制作的SAW谐振器中心频率分别为438.626MHz和433.752MHz,Q值约为4214.3和3324.5,STW谐振器的中心频率为435.806MHz和438.79MHz,Q值约为10283和12915;同时设计了扭矩传感器测试与实验总体方案。对制作的声表面波扭矩传感器系统进行了测试,得到1000Nm和100Nm量程下SAW传感器的线性度为0.83%和0.68%,重复性为0.44%和1.27%,扭矩灵敏度为1.76kHz/Nm和9.31kHz/Nm,100Nm量程的SAW传感器迟滞特性为1.01%。得到STW扭矩传感器在这两个量程下的线性度为0.22%和0.21%,重复性为0.43%和0.20%,扭矩灵敏度为0.83kHz/Nm和8.14kHz/Nm,100Nm量程的STW传感器迟滞特性为0.63%。从误差分析与控制的角度,分析了实现系统误差来源及其对测试结果的影响规律,为进一步提高系统测试精度提供参考。