主轴温度场变化是影响现代机械精加工的重要因素之一。因此，控制机床热误差对于提高机床加工精度至关重要。目前，减少热误差最主要的方法是热误差补偿法，而进行热误差补偿，首先必须测量机床主轴温度场。目前人们提出了许多方法来测量主轴温度场。然而大多数的这些测量方法是基于传统的电类温度传感器，这些传统的测量方法存在着诸于易受电磁干扰、布线复杂、稳定性较差等缺点，另一方面机床主轴温度场测量同普通环境温度测量不同，它实际上是一种固体表面温度测量。光纤光栅温度传感器的出现解决了这些难题。光纤光栅传感器具有体积小、不受电磁干扰、耐腐蚀、稳定性好等特点，很适合用于固体表面温度测量，因此它也非常适合用来测量机床主轴温度场。另外由于裸光纤光栅直接用于测量机床主轴温度场时，易受外界环境干扰且安全性较差，所以在光纤光栅用于机床主轴温度场测量前需进行封装处理，封装后的光纤光栅测温性能更稳定且安全性更高。本文首先介绍了目前机床主轴温度场的研究现状和光纤光栅温度传感器的基本理论；由于机床主轴温度场的测量属于表面温度场测量，接着本文介绍了固体表面温度测量理论及表面温度场测量的传统方法，之后搭建了一套表面温度场测量系统对裸光纤光栅的固体表面温度测量性能进行了实验研究，接着针对表面温度的工况特点设计了一种光纤光栅封装结构。通过固体表面温度测量系统对封装后的光纤光栅表面温度传感器进行了实验研究，同时还通过有限元分析对封装后的表面温度传感器器进行了有限元温度场分析，实验和仿真分析表明封装后的光纤光栅表面温度传感器能准确稳定的测量到表面温度；随后针对机床主轴设计并搭建了两套温度测量系统——热电阻测温系统和光纤光栅测温系统，分别使用热电阻、裸光纤光栅、封装的光纤光栅表面温度传感器对机床主轴温度场进行了测量实验，通过对比实验发现封装的光纤光栅表面温度传感器能准确而稳定的测量到机床主轴温度场；最后对本文的研究成果以及问题进行了总结和展望。