石英晶体微天平（Quartz Crystal Microbalance，QCM）是一种高精度的微量物质检测仪器，能在纳米尺度上精确地测量薄膜的质量、液体的粘度和密度以及剪切模量等物理参数，其凭借着结构简单、测量精度高、稳定性好、可以实时在线检测等优点，在近代科学研究中获得了广泛的关注。但是，近年来，随着相关研究的不断发展，石英晶体微天平在化学和生物医学等领域开始面临着一些新的挑战，传统的数据分析响应模型和系统实现方法由于适用负载有限、数据分析复杂、检测装置测得的信息量少或者装置驱动能力不足等因素，使得QCM的推广和应用受到了一定的限制。　　本文从上述问题出发，对QCM理论分析和系统设计两个方面进行了研究。首先在阅读大量参考文献后，对QCM在不同负载下的等效电路和阻抗特性进行了研究，分析了不同质量和不同介质的负载物质对QCM阻抗特性的影响;然后，基于负载阻抗理论推导了QCM在不同介质负载情况下的响应模型，揭示了QCM传感器谐振频率变化和耗散因子变化与负载介质之间的定量关系，同时还研究了介质属性参数变化对QCM谐振频率变化和耗散因子变化的影响;对于QCM系统，本文在理论分析的基础上，设计并实现了一种基于稳态响应测量法的QCM系统，以扫频信号源作为驱动信号，基于相关检测原理实现有用信号的获取，通过此种方法，不仅可以获得QCM的谐振频率，而且可以得到QCM的阻抗特性曲线和耗散因子，与振荡电路法和QCM-D技术相比，该系统具有明显的优势;最后，本文对所设计的QCM系统进行了测试，并进行了不同浓度的甘油水溶液测量实验，验证了系统的有效性和合理性，还对系统进行了校正，分析了误差产生的原因，并提出了改进性措施。