基于模态局部化的弱耦合谐振式传感器能够在微小质量干扰作用下产生能量局部集中效应,从而依据振动模态变化来检测微质量。与传统单自由度传感器相比,其具有灵敏度高、共模抑制且抗环境干扰性强等优点,在环境异常监测领域具有广泛的应用前景。本文提出了一种双压电悬臂梁弱耦合谐振传感器结构,建立了以定频点阻抗变化为指标的微质量实时测量方法,可实现微小物质的在线测量;进一步,探究了结构参数、耦合结构形式以及内共振现象对谐振传感器幅值灵敏度和阻抗灵敏度的影响关系,给出了有效提升传感器灵敏度的设计方法。具体工作包括:(1)建立了压电弱耦合谐振传感器动力学模型,采用压电等效电路方法,推导了基于幅值和阻抗变化的灵敏度评价指标,研究了外界扰动(微质量变化)对系统振动特性的影响机理,在统一灵敏度描述方式前提下系统比较了频率相对变化、幅值相对变化、阻抗相对变化等3种灵敏度评价指标,结果表明,幅值灵敏度为310.45(1/g),远高于频差式灵敏度(3.22)和阻抗灵敏度(44.60)。(2)研究了结构参数、耦合形式对传感器灵敏度的影响关系。结果表明,借助结构参数及位置优化,可使灵敏度提升33.40%,而悬臂梁宽度、压电片厚度及长度对灵敏度影响较小。另外,在保证耦合刚度一致的前提下,耦合结构形式对传感器灵敏度影响显著,将单梁耦合结构变为双梁式可将幅值灵敏度提高47.6%,变为三梁式可将幅值灵敏度提高340.55%。(3)提出了一种基于1:3内共振的高灵敏度传感器结构设计方案,给出了将低频梁用于吸附被测物和高频梁用于幅值检测的新型微质量测量方法,使其幅值灵敏度较1:1对称结构提升了6.15倍。