面向有毒、有害、易燃、易爆等物质的实时监测,谐振式单物质检测技术已经较为成熟,而谐振式多物质检测技术目前尚处于初始阶段,传感机理及其方法还存在灵敏度受限、输出通道多、不易微型化等问题,亟需探究高灵敏、宽量程、单输出的多物质同步检测机制。本论文设计了一款以耦合悬臂梁结构为核心的谐振式二物质传感器,提出了一种基于多阶模态非线性内共振的高灵敏二物质倍频检测新方法。理论方面:推导了基于悬臂梁一、二阶弯曲模态的二物质同步检测理论表达式,分析了质量扰动施加位置对悬臂梁一、二阶弯曲模态频率的影响规律。建立了耦合悬臂梁的集总参数模型,利用多尺度法推导求解了二自由度耦合运动方程,结合数值迭代算法,在Matlab软件中进行了数值仿真,分析了相关系统参数对非线性内共振响应的影响规律,提出了基于非线性内共振的质量检测灵敏度三倍放大方案。仿真方面:建立了耦合悬臂梁的三维有限元模型,仿真分析了整体厚度、高频检测梁长度、宽度以及耦合单元长度、宽度等尺寸参数对耦合悬臂梁四个主要工作模态固有频率的影响规律,初步确定了耦合悬臂梁结构的几何参数。仿真分析了吸附层位置对低频感知梁一、二阶弯曲模态频率的影响规律,确定了最佳的吸附层位置,初步验证了二物质同步检测机制的理论分析。实验方面:制造了耦合悬臂梁样件、夹具并搭建了实验验证平台。首先,在单悬臂梁二物质检测层面,初步验证了基于多阶模态振型的二物质检测机制。接着,在耦合悬臂梁单物质倍频检测层面,初步验证基于非线性内共振的质量检测灵敏度倍增方案。最后,在低频感知梁上的两处吸附位置A和B处同时施加质量扰动,检测高频检测梁的一阶、二阶非线性内共振响应输出,分析了耦合悬臂梁的二物质倍频传感特性,实验结果表明当特异性吸附层位置固定时,同时测量耦合悬臂梁结构中低频感知梁一、二阶弯曲模态的频率变化可实现两种物质的同步检测,而且利用耦合悬臂梁结构的一、二阶非线性内共振可实现检测灵敏度的三倍放大。优化方面:初步设计了一种永磁体-永磁体式磁力调谐/补偿机制,一方面可进行频率调谐,满足内共振条件;另一方面可进行频率补偿,提高传感器量程和寿命。利用有限元仿真方法初步探究了耦合单元的尺寸参数对耦合悬臂梁支撑损耗的影响规律,提出合理设置耦合单元长度可有效减少支撑损耗。