作为微机电系统的重要组成部分,微谐振传感器具有体积小、精度高、与测试电路易集成、响应迅速以及频率信号不易失真等优点,具有广阔的市场前景。本文对微型谐振传感器进行了非线性振动和混沌振动特性研究,设计并研制出低、中、高频检测电路,完成了传感器制作以及相关测试实验。根据薄膜大挠度理论和连续系统振动理论建立了薄膜式压力传感器谐振子多场耦合非线性动力学方程。得到了系统非线性固有频率、接近共振以及远离共振时域动态响应方程。揭示了系统参数对非线性固有频率、接近共振时幅频特性以及远离共振时域动态响应的影响规律。结果表明:当初始间隙低于400nm时,微谐振压力传感器系统应考虑分子力。多场耦合非线性可使传感器固有频率及动态响应发生变化。建立了微谐振气体传感器悬臂梁谐振子多场耦合非线性动力学模型,得到了系统非线性固有频率、幅频特性曲线以及远离共振时域动态响应方程。分析了系统参数对系统固有频率、接近共振时幅频特性以及远离共振时域动态响应的影响规律。结果表明:多场耦合非线性使得系统固有频率和振动响应均发生变化;谐振子间隙小于500nm,长度大于1mm时,分子力对传感器固有频率及动态响应影响变为显著。分析了薄膜式微谐振压力传感器多场耦合混沌振动特性,得到了系统对各影响因素的分叉图及最大Lyapunov指数图。利用时域图、相图、庞加莱截面图和频率谱图揭示了谐振系统由周期振动走向混沌振动的方式为倍周期分叉方式。利用比例微分控制方法对传感器各影响因素引起的混沌振动进行了控制与分析。研究发现:当参数选择不合适时会引起传感器混沌振动;通过比例微分控制方法可以对传感器混沌振动状态进行有效的控制。研究了悬臂梁式微谐振气体传感器多场耦合混沌振动特性,分析了系统影响因素对传感器混沌振动的影响。揭示了传感器在气体检测过程中相关参数对混沌振动的影响规律。利用比例微分控制方法对传感器混沌振动进行了控制分析。研究发现:传感器初始阶段为稳定周期振动时,谐振子在测试过程中也可能转变为混沌振动。利用微机械加工工艺设计研制出薄膜式微谐振压力传感器、悬臂梁式微谐振气体传感器和微谐振生物传感器。利用减少传感器谐振子等效质量以提高传感器频率的闭环反馈方法,设计了基于锁相环的低频检测系统、中频检测系统和高频反馈检测系统,完成了传感器固有频率开环、闭环检测实验,压力传感器通压实验,气体传感器中低频气敏实验以及生物传感器吸氧/脱氧高频检测实验,测得单个氧气分子质量。结果发现:当添加180°反馈时,谐振传感器的灵敏度得到大大提高,验证了设计的高频检测电路在生物传感器领域应用的可行性。