叶片作为大型旋转机械转子的核心部件,其自身振动及叶尖间隙等各种运行参数变化影响整个系统的正常运转和工作效率。涡轮机叶片与机匣之间的叶尖间隙参数与发动机燃油效率、推力、使用寿命等密切相关,叶尖间隙的实时测量对叶片设计、流场分析及主动间隙控制有重要意义。叶尖定时法作为一种非接触的实时测量方法,广泛的应用于叶片振动参数的在线测量中。现有的光纤、电容、电涡流等类型的叶尖间隙和叶尖定时传感器在耐高温、污染物和带宽方面存在不足,不能满足航空发动机等高温恶劣环境下的测量需要。针对这一问题,本文研究了基于微波传感的叶尖间隙及叶尖定时测量方法,并在此基础上研制了微波叶尖间隙传感器以及叶尖间隙和叶尖定时测量系统。提出了一种基于微波传感器的动叶片叶尖间隙和叶尖定时参数同时测量新方法,利用叶尖微波反射信号相位信息求解叶尖间隙,并利用反射信号强度信息求解叶片到达时间。基于正交解调、反正切算法及传输路径相位补偿技术实现相位差的准确测量;为克服相位信号边沿质量不高的缺点,消除端面反射信号的影响,提出一种通过正交解调反射信号强度信息,并采用双边沿联合检测的方法,实现叶片到达时刻的高精度测量;引入载波频率自适应调整方法,跟踪天线最小驻波点,提高传感器抗温漂的能力。分析了测量对传感器天线的性能需求,结合小型微波天线的种类特点,分别设计了谐振腔和微带天线形式的叶尖间隙传感器;设计了两种不同谐振模式的谐振腔传感器结构并对其性能进行了仿真分析,分析了利用谐振频率进行叶尖间隙测量的可行性;建立微带天线结构及近场场强分布模型,分析了传感器结构尺寸参数对带宽和阻抗的影响,研究受限结构及高温环境下材料参数变化对微波传感器性能的影响,设计并制作了微带天线式叶尖间隙传感器。研制了动叶片叶尖间隙及叶尖定时参数测量系统样机;信号相位由中频信号采样计算,定时信号由模拟电路生成,从而满足高转速测量的需要;测量中动态调节发射频率,由端面反射获得传输路径相位参考,跟踪最小驻波点稳定传感器信噪比,并利用校准源校正电路幅相不平衡的影响。通过实验验证了提出的测量方法和测量系统的可行性。进行了微波叶尖间隙传感器的标定,在转子实验台上进行了动态下的叶尖间隙测量实验;进行了叶尖定时测量实验并与光纤束式叶尖定时测量系统的测量结果进行比较。