微悬臂梁通过自身静力学或动力学特性的变化反映待测量。作为一种常用的传感器,微悬臂梁具有体积小、易于集成、容易批量制造等特点。本文面向环境监测、食品安全、工业生产等领域中微小分子、颗粒的高灵敏度检测,设计了一种新型的耦合悬臂梁传感器,利用非线性内共振,实现质量检测灵敏度的放大。本文的主要工作及成果如下:提出了磁力作用下的耦合悬臂梁传感器结构,建立了振动系统的弹簧-质量-阻尼模型。利用磁偶极子法计算了悬臂梁所受的磁力,研究了磁铁初始间距对幅频响应的影响规律。分析了耦合悬臂梁的1:3内共振特性,计算了响应中各次谐波的幅值,阐述了悬臂梁尺寸参数对模态频率以及内共振响应的影响。优化了磁铁初始间距,以使模态频率比接近于整数比,进而实现三次谐波幅值的最大化,提高信号的抗噪声能力。研究了耦合悬臂梁结构的质量传感机理,提出了基于一次、三次谐波频率偏移量的传感准则。发现利用三次谐波的信息,能实现检测灵敏度的放大,其灵敏度是无内共振时单根梁灵敏度的3倍。同时,分析了耦合悬臂梁结构在质量检测时的局限性,讨论了质量检测上限。仿真分析了耦合悬臂梁结构的振动特性,详细的研究了尺寸参数对模态频率及频率比的影响,确定了满足整数频率比的结构尺寸。通过改变夹紧位置实现对频率比的调节,仿真表明剩余夹紧长度越小,二阶、一阶模态频率比越大。利用COMSOL探究了两个小磁铁间的磁力,验证了理论计算。研究了磁铁的位置误差对耦合悬臂梁振动的影响,发现两磁铁沿悬臂梁振动方向的间隙越小,响应中三次谐波的幅值越大。制作了耦合悬臂梁谐振器,并搭建了振动特性测试平台。对谐振器进行了开环测试,分析了不同磁铁初始间距下的幅频特性。确定了合适的间距,使模态间的能量转移最强,三次谐波的幅值最大。在悬臂梁1的末端施加毫克级的质量块,实验结果表明三次谐波的频率偏移量是一次谐波频率偏移量的3倍,因而通过内共振下的高频响应,提高了质量检测灵敏度。本文通过理论计算、仿真分析和实验验证,研究了磁力作用下的耦合悬臂梁结构的振动特性及质量传感性能,实现了微小质量的高灵敏度检测,拓展了内共振在传感检测中的应用。