高灵敏度的质敏传感器对于公共安全至关重要,例如在机场、车站、地铁站以及人流密集的区域,能够及时检测到微量有毒有害气体的泄露将大大地减小经济损失并保障公众的人身安全。但传统的气体传感器存在着灵敏度低、效率低、体积大以及成本高等限制,无法大规模应用于上述场景。因此,需要找到新的敏感机理,以实现对多种物质高灵敏度的识别。其中,模态局部化现象由诺奖得主安德森先生提出,被证明可以有效提高感测灵敏度达几个数量级之多,为解决上述问题提供了思路。本文提出了三种基于模态局部化现象并利用耦合梁阵列结构实现多物质识别的方法,探讨了基于模态局部化原理进行多种质量扰动感测的机理,并分析了三自由度系统的振动特性,以找到最优的局部化表征方式实现高灵敏度宽线性范围的质量检测,具体的研究内容包括:建立了多自由度弱耦合梁阵列的等效物理模型,并分析了无质量扰动情况下特征值与特征向量的一般形式,发现特征值存在最大值而一阶特征向量均为同相振动状态,并基于一阶摄动法求解了三自由度系统中存在两种质量扰动时特征值与特征向量的表达式,以及将制造误差等效为刚度扰动,推导了误差与谐振频率之间的函数关系。研究了特征值灵敏度与自由度数的关系,发现了三自由度特征值灵敏度最高这一结论,分析了6种局部化程度表征方式的区别,并比较了基于这6种局部化程度表征方式进行质量检测的线性范围以及灵敏度,综合对比后得出从能量聚集角度提出的局部化程度表征方式是最优方式。提出了三种多物质识别方法,分为一种定性识别方法和两种定量识别方法,其中,定性识别方法是基于模态振型识别,定量识别方法分别是通过拾取模态改变量和频率偏移量实现识别,并从线性范围、灵敏度和误判三个角度分析了三种方法的局限性或拓展性。分析了检测过程中可能存在的误差种类,基于蒙特卡洛方法模拟了工艺误差对于质量检测的影响,发现了工艺误差对于系统矩阵特征值的影响小于其对特征向量的影响约3个数量级,从结构优化的角度,提出了两种降低误差对系统输出响应影响的思路,分别是适当提高耦合因子以及降低悬臂梁数目。最后,搭建了实验测试系统,印证了理论与仿真中出现的三个特征模态以及预局部化现象,并定性地验证了三种方法的有效性,以及分析了数值上存在出入可能的原因。本文研究工作对微量多种物质高灵敏度宽线性范围的检测与识别提供了一定的指导意义。