湿度传感器内壁表面附着的水膜会影响谐振腔谐振频率,从而影响湿度传感器测量湿度的精度。准确测量湿度对保障汽轮机的安全运行及发电效率至关重要,所以准确测量传感器内壁水膜厚度有非常重要的意义。本文首先介绍了微波谐振腔的场方程及谐振频率等基础理论,接着阐述了水膜厚度测量的原理—介质微扰理论和横向谐振法的基本概念。基于介质微扰法和横向谐振法,推导了矩形谐振腔TE101模式下水膜厚度与谐振频率的关系式,提出一种分段式测量水膜厚度的方法,并且确定了介质微扰法和横向谐振法适用的水膜厚度范围;基于介质微扰法推导了圆柱谐振腔TE111模式下水膜厚度与谐振频率的关系式。为了使湿蒸汽能够自由流畅的进入谐振腔传感器,分别设计了开缝的矩形谐振腔传感器和开缝的圆柱谐振腔传感器。通过分析谐振腔面电流密度分布,设计了谐振腔表面开缝形状,根据矩形波导截止理论确定了隔离器金属条厚度。最后利用仿真软件ANSOFT HFSS进行仿真,仿真验证矩形谐振腔和圆柱谐振腔在相应的模式下测量水膜厚度的可行性和准确性;将分段式测量平面水膜厚度的方法和基于微扰法测量圆柱环曲面水膜厚度的方法应用到测量其他介质薄膜中,比如测量金属表面防腐涂层、汽轮机内的油膜等,仿真实验表明本文提出的方法可行且准确度高。此外,对水膜厚度测量腔进行了改进,实现了矩形谐振腔传感器在TE101模式下测量汽轮机内部湿度。