随着智能电网与物联网等技术的发展,越来越多的智能电子电力器件应用在日常生产与生活中。传统的电压传感技术已不能满足智能化、小型化、与设备高度融合等新要求,因此,新型的电压传感技术成为了目前的研究热点。双端固定音叉谐振器能够把多种物理量转化为频率输出,不容易受到环境噪声的干扰,而且准数字输出可以简化接口电路,被广泛应用于设计谐振式加速度计、陀螺仪、力传感器等。本论文将压电陶瓷与双端固定音叉谐振器复合,构成了“电压—力—频率”转换的谐振式电压传感器,通过理论分析,有限元仿真和实验测试对所设计的谐振式电压传感器进行了研究,主要工作如下:（1）阐述了压电材料的压电效应及压电方程,介绍了常用的压电材料的性能特点。介绍了压电执行元件以及双端固定石英音叉谐振器,使用仿真软件分析了音叉谐振器的几种弯曲振动模态,描述了双端固定音叉谐振器的结构设计,电极布置及加工工艺。对制成的谐振器进行了测试,结果显示其在空气中的Q值高达3914。（2）介绍了并联复合结构和串联复合结构的谐振式电压传感器的结构及工作原理,并结合压电材料本构方程及梁振动方程进行了理论分析。压电陶瓷在电压作用下产生的应力/应变传递到音叉谐振器的纵向上,使谐振器的谐振频率发生变化。采用有限元仿真的方法,进一步验证了谐振式电压传感器结构设计的可行性及理论分析结果,为后续实验环节奠定了基础。（3）制作了谐振式电压传感器,对传感器的灵敏度,分辨率,阻抗特性和品质因数等进行了测试和分析。实验结果与理论及仿真分析结果差异较小,并联复合结构谐振式电压传感器的灵敏度和分辨率分别为3.5Hz/V和0.02V;串联复合结构谐振式电压传感器的灵敏度和分辨率分别为5.7Hz/V和0.02V。此外,传感器的输入电阻大于50GΩ,静态电容大于850p F,对于待测电源几乎没有影响。（4）设计并制作了一种由压电双晶片与两个音叉谐振器复合的差分谐振式电压传感器。施加在压电双晶片上的电压使双晶片产生弯曲变形,引起两个音叉谐振器的谐振频率分别增大和减小。建立了该传感器的数学物理模型并进行了理论和有限元仿真分析。该传感器的测试结果表明其量程可达±700V,差分频率输出的灵敏度为0.75Hz/V;分辨率可达0.1V;在空气中的Q值约为3661。传感器的输入电阻大于714GΩ,静态电容约124p F。测试了差分谐振式电压传感器的温度特性,结果显示差分模式下传感器的非线性温度系数相比单个音叉谐振器的非线性温度系数小了约一个数量级,有效抑制了温度漂移带来的影响。