基于力-电双向耦合理论,采用有限元方法,数值模拟了压电微悬臂梁,并进行参数分析,为设计高灵敏度微悬臂梁提供理论依据。压电微悬臂梁作为一种高灵敏度的新型传感器件,具有体积小、成本低、响应速度快、灵敏度高、结构简单以及易于集成等优点,已广泛应用于生物、化学和环境监测等众多领域,特别是利用其动态模式检测方法具有频率变化的高灵敏性和很宽的动态范围,检测某些气体、溶液成份等成为国内外研究热点,为生化微质量检测开辟了新的空间。本文以压电悬臂梁式微质量传感器为研究对象,进行理论分析、数值仿真研究压电微悬臂梁的性能,为开发设计高灵敏度压电微悬臂梁提供理论依据。首先阐述了压电基本理论,分析了压电双向耦合效应。基于微悬臂梁的振动模型,理论分析了微悬臂梁在空气和液体中的共振频率和自身结构参数的定量关系,灵敏度与共振频率变化量、被测物质量的关系。基于力-电耦合理论,利用有限元方法数值模拟压电微悬臂梁静、动态性能。通过仿真系统研究了悬臂梁材料特性、长度、宽度、厚度及共振阶数对压电悬臂梁微质量灵敏度检测的影响;并在课题组长期研究OPCM压电传感材料的基础上,进一步提出了纵向振动的OPCM模型,数值模拟结果表明OPCM比PZT悬臂梁具有更高的灵敏度。分析微悬臂梁在空气、水中的频率响应曲线,并比较微悬臂梁品质因数Q的特性,当微悬臂梁应用于液体环境中时,由于液体阻尼的影响,微悬臂梁的品质因数会降低,并且随着品质因数的降低,微悬臂梁灵敏度也会降低。但如果品质因数过高,微悬臂梁系统的稳定性会降低。压电微悬臂梁作为一种新型的检测手段在现代分析测量仪器中发挥越来越重要的作用,本文工作为进一步研究高性能、高灵敏度的微悬臂梁传感器的开发应用提供理论依据。