石英晶体微量天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)具有较高的灵敏度,在微小质量颗粒的测量中,尤其在月尘测量中有着独特的优势。我国在嫦娥三号着陆器上首次使用了石英晶体微量天平进行了月尘测量。在充分调研国内外近几十年开展的月尘及宇宙尘埃探测工作的基础上,本文针对嫦娥三号月尘测量系统展开研究,重点研究了石英晶体微量天平的设计及其在月尘测量中的应用。论文首先介绍了石英晶体微量天平的应用背景,阐述了月尘测量系统的组成及设计,由于石英晶体频率信号易受干扰,所以在月尘测量系统的软硬件设计上需要采取相应的稳定频率的措施。之后,重点研究了石英晶体微量天平的设计及其应用。具体工作如下:(1)基于石英晶体谐振器的等效电路分析方法,设计了适用于月尘测量的石英晶体振荡电路。在研究振荡电路及其等效电路模型的基础上,通过电路动态参数的分析计算,从理论上论证了振荡电路输出频率仅取决于石英晶体谐振器本身的振荡频率。测试结果表明,振荡电路输出波形清晰、幅值稳定、频率波动小、高次谐波成份少,满足了设计和应用要求。(2)总结了月尘测量系统中石英晶体微量天平的测试和标定方法,通过相应的实验,测试了石英晶体微量天平的频率漂移曲线,给出了其质量分辨率、称量量程和频率—质量换算系数等关键参数。(3)介绍了月尘测量系统的在轨测试情况,通过测试数据的筛选和处理,给出了在轨测试结果,证明了石英晶体微量天平在轨应用的合理可行性。研究与测试结果表明,本文所设计的石英晶体微量天平在嫦娥三号月尘测量系统上运行可靠,可以满足探月工程需求。石英晶体微量天平的测试及标定方法为国外内其他领域空间微量颗粒的测量提供了工程借鉴。