发动机是飞行器的核心部件,它是用来产生动能的一种的机械装置。发动机的压气机和涡轮机的耗油率正比于发动机的效率,从而提高发动机的效率显得尤为重要。采用气动设计等提高发动机效率的传统方法已快到瓶颈。为了更进一步提高发动机的效率,现今主要从如何降低流道中的端壁损失着手;而端壁损失主要由发动机转子叶片的叶尖与机匣内壁之间的间隙(叶尖间隙)引起。有关研究表明:叶尖间隙越小,则发动机效率越高。但是,间隙太小又可能引起叶片与机匣的磨碰,危及发动机的安全。因此,可以通过对间隙进行实时检测,从而达到对间隙的动态控制,以使发动机始终处在最佳的工作状态。现今用于发动机中的叶尖间隙测量技术主要有放电探针法、涡电流法、电容法、光纤法以及微波叶尖间隙测量法。而本文讨论的是基于相位调制原理的微波测量法,通过分析反射波信号相对于入射波信号的相移,从而得到测量间隙值。微波传感器系统的核心是安装在机匣中的高温微波探针。本文分析了微波探针应具有的特性及其设计方法。在现有微波探针结构的基础上,尝试并设计了几种其他结构的微波探针;通过仿真和实验,验证了这几种结构的可行性。其次,鉴于微波探针需要工作在上千度的高温环境,高温条件又会给测试带来诸多问题;对此,本文还尝试设计了耐高温探针结构和耐高温同轴线结构。最后,在旋转测试的基础上,用理论分析了旋转测试时所需采用的采样频率的计算公式,并提出了采用这一系统同时进行发动机叶片转速的测试。经过仿真和实验,发现相位随间隙的增大而减小,这一结果与采用传输线模型得到的结果一致。当将间隙固定在一定值,使叶片扫过探针前端时;对不同宽度叶片,在探针和叶片的作用区域,相位和幅度关于位移量有相同的变化趋势;若叶片较窄,在探针和叶片的作用区域内相位受位移量的影响很大;若叶片较宽,中心位置附近相位受位移量的影响相当小。即使叶尖间隙和叶片相对于微波探针的位置相同,叶片尺寸不同,得到的相位不同;即使叶尖间隙和叶片尺寸相同,叶片相对于微波探针的位置相同不同,得到的相位也不同;这一结果对空间滤波效应做出了一定的解释。对不同宽度的叶片得到的相位进行分析,还发现,当叶片长沿着微波探针激励电场方向时,更能克服叶片轴向振动时产生的误差。