本文旨在对音叉式石英晶体温度传感器的设计理论进行研究,结合可视化计算方法,建立石英晶体温度传感器的新的设计方法,并提出一种新的石英晶体温度传感器切型.本文的工作按如下四个方面展开:1.音叉式石英晶体温度传感器所要求的压电石英晶片尺寸较小,不满足欧拉-贝努利(Euler-Beroulli)梁长度与截面高度比的力学条件,本文在将石英音叉臂简化为悬臂梁的基础上,考虑剪切变形和转动惯量对压电石英悬臂梁弯曲振动的影响,对跨度短而截面高的压电石英悬臂梁的振动特性进行分析,对压电石英悬臂梁的弯曲振动方程进行推导,采用分离变量法对压电悬臂梁的宽度弯曲振动固有频率进行求解.2.通过对压电石英晶体的各向异性特性的分析,提出以ZYtw(θ/φ)双转角切型作为音叉式石英晶体温度传感器的新切型.根据压电谐振传感器的设计理论,以宽温度范围内最高的一阶频率-温度系数为目标,基于可视化计算方法对切型的双转角进行角度设计.首先,利用坐标旋转及其变换关系,推导ZYtw(θ/φ)切型的坐标变换矩阵,并依此计算石英晶体弹性柔顺常数矩阵与双转角θ和φ的关系,然后利用可视化计算方法对具有单一振动频率的双转角θ和φ的取值范围进行分析;其次,利用ZYtw(θ/φ)切型的坐标变换关系,对压电活力与双转角θ和φ的关系进行讨论;最后,由石英晶体弯曲振动固有频率公式对石英晶片的一阶频率-温度系数进行推导计算,讨论适合温度测量的切角范围,并对切角θ和φ的加工误差对一阶频率-温度系数的影响进行研究.3.结合压电石英晶体的本构方程,平衡方程,几何方程,以及相应的边界条件,利用弹性动力学和Hamilton原理,根据有限元的标准步骤,推导出压电石英晶体的有限元一般公式.并对新切型的音叉式石英晶片进行有限元仿真分析计算.4.基于理论计算和仿真结果,对音叉式石英温度传感器进行结构设计,进一步对ZYtw(115°/-12°)新切型音叉式石英晶体温度传感器进行加工试制.并测试该音叉式石英晶体温度传感器的电气参数,建立起传感器的等效电路,对其阻抗特性进行推导.在石英晶体温度传感器的静、动态频率-温度特性实验的基础上,建立起石英晶体温度传感器的静、动态数学模型.最后,测试新切型音叉式石英晶体温度传感器的各项性能指标.