旋转机械被广泛的应用于工业压缩机、航空发动机、涡轮机以及各种电动机等机械装置中,旋转轴系是保证其正常运行的关键。对旋转轴系弯曲振动和扭转振动的监测是鉴别和确定机械设备工作可靠的重要手段。目前轴系弯扭振动一般采用独立测量的方式,但是由于弯曲、扭转振动相互耦合,使得测量信息难以准确表征出轴系的振动特性。本文基于激光多普勒振动测量技术,提出一种对旋转轴系综合振动测量的方法,以实现轴系弯曲振动和扭转振动的同时测量。设计出一种基于激光多普勒振动测量技术的弯扭振动综合测量系统,即采用同一激光源经多路分光装置产生双光束,获得轴系同一截面不同测点的瞬时速度,通过双光电探测器消除不同方向振动干扰,实现弯曲、扭转振动的同时测量。基于多普勒的频移原理,结合光学差拍及参考光技术,构建了光学系统的数学模型,并进行了理论推导。搭建了系统实验平台,并完成了相应实验。通过信号的去噪、放大等预处理,获得了反映相干光频差的交流分量,并基于MATLAB软件的数据处理平台,采用时频分析中的谱图重排方法获得多普勒频移值,通过解算出轴系的瞬时转速与弯曲振动值,实现了弯曲振动和扭转振动的准确测量。另外,对数控铣床切削主轴进行了在线振动测量,结合设定转速对比表明:该测量系统具有小于±1 mm/s的瞬时速度测量偏差,可满足旋转状态下轴系振动的综合测量。探究了玻璃微珠和微棱镜结构反射膜对轴系振动多普勒信号的影响,并对不同反射膜进行了测试与对比,结果表明:在被测轴系表面粘贴一层反射特性显著的玻璃微珠反射膜,能够有效改善轴系粗糙表面形成的散斑干扰以及旋转轴系对激光反射不敏感对测量结果的影响。最后,对弯扭振动测量系统进行了初步不确定度分析,证明了系统的可行、可靠,同时也为更高转速及精度的测量提供了参考依据。