汽轮机内蒸汽湿度的测量对汽轮机长期稳定运转及其寿命具有重要实用意义。本文首先阐述了蒸汽湿度测量原理,着重研究了蒸汽湿度差分测量系统。通过分析其工作原理,说明采用双通道可以避免因热膨胀导致的频率偏移,使系统的输出满足实验测量要求。接着根据系统需要,设计了相位偏移提取电路来替代系统中的锁相放大器,以降低系统成本。对设计的电路进行信号流程分析,在Multisim10环境下搭建电路进行仿真,对不同输入和参考信号下的信号流程及输出结果进行了对比,最终确定出两种电路方案。对这两种方案搭建实验电路,根据分析设计的情况分别进行实验,并与理论值进行对比,实验结果表明实现了幅度及相位偏移信号的提取。然后搭建差分测量系统,并将设计的电路接入系统中,实验结果表明系统能够正常工作。最后对系统核心部件微波谐振腔进行设计,谐振腔两端开环,双孔激励,主体为圆柱形腔体,其工作模式为TE011模式,耦合方式为矩形波导与圆柱形波导间椭圆小孔耦合,并经过理论计算确定了理想传感器的结构尺寸。在ANSOFT HFSS9.0环境下对谐振腔传感器进行了建模仿真,由仿真得到的场分布及S参数曲线图表明谐振腔满足理论要求,谐振频率为9.6GHz。为了提高气动性能,在理想腔体两端加了短路分隔器,对谐振腔进行了优化处理。在HFSS环境下,对加了不同的栅格短路分隔器的谐振腔进行优化,将仿真结果进行对比,最终确定谐振腔的结构及尺寸。结果表明,优化的谐振腔谐振频率能够达到9.6GHz的理论要求,适用于蒸汽湿度测量系统。