气体传感器是车内空气环境监测的关键器件。由于质量敏感型气体传感器具有结构简单、价格便宜、灵敏度高、易于实现微型化和集成化的特点,被广泛应用于车内环境监测领域。高灵敏度是质量敏感型气体传感器设计的重要指标,虽然借助高阶模态可有效提升传感器的灵敏度,但是如何激发传感器结构的高阶振动模态是研究的难点所在。本文针对质量敏感型气体传感器高阶振动模态激发困难而导致的灵敏度提升受限的难题,引入了微压电板-梁与弹性板-梁双层弹性耦合结构,提出了一种新型高阶模态质量敏感型气体传感器,建立了双层微板-梁耦合结构的高阶模态振动力学模型,给出了影响其灵敏度的关键因素,如模态阶数、双层板-梁结构参数。研制出传感器试件,通过实验验证了所提出的板-梁耦合振动理论模型的准确性。具体工作包括:(1)建立了双层板-梁耦合结构的动力学分析模型,从微板面内振动、微梁弯曲振动、微板面外振动特性研究出发,基于龙格库塔法系统分析了三边固定一边自由薄板-梁耦合结构的高阶模态振动特性;(2)建立了板-梁耦合高阶模态气体传感器的灵敏度分析模型,研究了模态阶数和系统几何参数对传感器灵敏度的影响关系。数值计算和有限元仿真结果表明,灵敏度与模态阶数n的平方近似成线性关系;系统几何参数中弹性梁的长度对灵敏度影响最大,弹性层的厚度对灵敏度影响最小,压电层参数对灵敏度的影响甚微;(3)实验验证了高阶模态对灵敏度提升的有效性。借助金属激光切割技术与压电沉积技术研制出传感器试件,利用非接触式激光多普勒测振仪对试件进行了振动测试,基于阻抗分析仪搭建了传感器灵敏度测试平台,实验得到试件的7阶模态灵敏度较1阶模态提升了113.6倍。