钻井过程中,若可实时的测量原油各项特性指标,如原油的组分含量、油气比、粘度、密度、电阻率等,可及时得知地层原油的种类、污染程度等,进而快速调整钻井方案。其中,粘度和密度是原油的物理特性,对原油开采,油藏储量估计起重要作用。传统的粘度和密度测量方法虽精度高,但仪器体积大,实时性差,无法用于井下。因此,设计一种能用于井下在线测量流体粘度和密度的传感器可有效的解决问题。目前,用于井下的粘密度传感器,有振动弦传感器,声表面波传感器和音叉传感器。其中振动弦传感器结构复杂,能同时测量粘度和密度,声表面波传感器只能测量粘度和密度的乘积,音叉传感器结构简单,可同时测量粘度、密度和介电常数。音叉通常由石英晶体制成,石英音叉品质因数高,谐振点稳定,测量数据重复性好,本文主要研究石英音叉传感器的测量方法。首先,论文分析了石英晶体的物理特性,石英音叉的机械能和电能转换模型以及石英晶体的电极设置等,并介绍了波兰Waszczuk K等人提出的石英音叉传感器的测量理论,阐述了如何通过石英音叉谐振电阻和谐振频率的变化获得流体的粘度和密度。本文以该理论作为基础,并将其应用在油品测量领域。其次,论文使用石英音叉传感器进行测量实验,实现测量理论的验证。其一,介绍了传感器测量数据的处理方法,包括如何获得正确的谐振电阻和谐振频率,以及对测量数据的滤波方法。其二,用已知粘度和密度的有机物对石英音叉传感器进行标定,并将标定结果与文献进行比对,从而验证理论的正确性。其三,探究了音叉传感器谐振频率与温度的关系并分析温度修正方法。其四,在高温环境下测量几种润滑油的粘度和密度,并分析测量误差,评估测量的效果。最后,进行了嵌入式硬件电路设计及软件程序设计,论文选择矢量电流-电压法作为音叉传感器阻抗测量电路的实现方法。本文使用STM32F103RB微控制器和AD5933阻抗测量芯片搭建阻抗测量系统,并设计了粘度和密度测量算法程序,实现了方法的嵌入式移植。并对该系统进行测试实验,确定了系统的测量范围以及测量精度。结合本文选用的测量方法,系统可实现单传感器粘度和密度的同时在线测量。