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品质因数低是制约谐振式微质量传感器应用于阻尼环境测量的重要因素。与传统的线弹性谐振式微质量传感器不同，本文提出借助非线性结构参激振动分岔跳跃现象来避免阻尼影响品质因数的思想，引入压电材料作为驱动单元，建立了基于线弹性与预应力结构组合的压电式微质量传感器设计模型，实现了微质量称重与阈值感应开关的功能集成，研究了非线性结构参激振动力学特性，分析了激励幅值、频率和微质量吸附位置对传感器微质量感应阈值和灵敏度的影响，具体工作包括： （1）研究了非线性预应力双稳态余弦梁结构的动态特性，分析了轴压位移、激励载荷和余弦梁构型对结构参激分岔特性的影响，提出了基于激励幅值变换的余弦梁分岔频率调节方法，为非线性微质量传感器的设计提供了重要支撑。 （2）利用线性和预应力双稳态组合结构的参激振动分岔现象，设计了压电驱动的非线性称重型微质量传感器，建立了传感器吸附微质量前后非线性余弦梁分岔频率的偏移量与微质量的对应关系，得到了其探测灵敏度和品质因数。设计了线性弹性梁尺寸为长58.0mm，宽4.0mm，厚为0.2mm，双稳态余弦梁的跨度为22.0mm的新型分岔式微质量传感器，其灵敏度和品质因数分别为542.0Hz/g和192，较同尺寸线性谐振式微质量传感器的灵敏度和品质因数提升了3.31倍和6.91倍。研究了电压激励幅值和吸附质量位置对分岔频率的影响关系，得到了具有最高灵敏度的吸附膜位置。 （3）利用预压双稳态梁结构的阈值跳跃现象，设计了具有质量阈值感应功能的新型微质量开关，即利用传感器响应幅值的突变现象检测微小质量阈值。当外界附加质量达到阈值时，压电驱动双稳态梁结构发生幅值突变，研究了激励载荷（幅值、频率）和微质量吸附位置对开关最小感应阈值的影响关系。在与称重传感器相同的几何尺寸下，微质量开关的最小探测阈值为0.2mg。 （4）非线性微质量传感器的实验验证，制备了传感器实验样件，搭建了包括压电激励系统、激光位移传感器、Labview和计算机组成的微质量检测系统，实验测到传感器的称重灵敏度为575.0Hz/g，作为微质量开关的最小探测阈值为0.2mg。仿真与实验结果基本一致，验证了所设计的微质量传感器的可行性。