超声换能器是将电能和声能相互转换的能量转换器件,是功率超声技术中及其重要的部分之一。夹心式压电陶瓷换能器由于其具有优良的性能,被广泛的应用在超声加工、超声切割、超声焊接、超声清洗等领域。为了更好的提高换能器的性能,基于传统的夹心式压电陶瓷换能器,本文提出了由三个纵向的夹心式压电陶瓷换能器以电端并联、机械端串联的形式相连接而组成的级联式压电陶瓷换能器。由于级联式压电陶瓷换能器特有的结构和连接方式,可以实现同时成倍的提高声功率和声强度,并且其散热性能和电声效率也得到一定程度的提高。因为级联式压电陶瓷换能器的纵向尺寸远大于径向尺寸,所以可以用换能器的一维理论对级联式压电陶瓷换能器进行分析和研究。本文的研究工作主要包括以下内容:（1）对作为压电换能器核心和关键的压电材料进行了简要介绍,分析了变截面细棒的一维纵振动和轴向极化的压电陶瓷晶堆,推导了变截面细棒的一维纵振动和轴向极化的压电陶瓷晶堆的状态方程和等效电路。对从理论上分析级联式压电陶瓷换能器的机电等效电路和频率方程提供了理论基础和依据。（2）结合变截面细棒和压电陶瓷晶堆的等效电路研究,在忽略机械、介电损耗和负载的情况下,基于换能器的一维理论,得到了级联式压电陶瓷换能器的机电等效电路,推导了级联式压电陶瓷换能器的共振频率方程和反共振频率方程,进而得到有效机电耦合系数。讨论了级联式压电陶瓷换能器的几何尺寸与其共振频率、反共振频率以及有效机电耦合系数之间的关系,得到了有利于对级联式压电陶瓷换能器进行优化设计的理论。并运用有限元方法,模拟了不同尺寸下的级联式压电陶瓷换能器的振动模态,将理论计算所得共振频率、反共振频率与模拟结果进行比较,二者所得结果一致,从而验证了级联式压电陶瓷换能器的一维振动理论模型的正确性。（3）基于忽略机械、介电损耗和负载情况下的级联式压电陶瓷换能器的机电等效电路,进一步对考虑机械、介电损耗和负载情况下的级联式压电陶瓷换能器进行了分析,得到了其机电等效电路,推导了其共振频率方程和反共振频率方程,进而得到了有效机电耦合系数和机械品质因数。通过其机电等效电路,推导了级联式压电陶瓷换能器的电声效率。讨论了级联式压电陶瓷换能器的性能参数与机械损耗、介电损耗、几何尺寸和负载之间的关系,得到了有利于对级联式压电陶瓷换能器进行优化设计的理论。并用阻抗分析仪测试了三个不同尺寸的级联式压电陶瓷换能器,与理论计算的结果相对比,进一步验证了理论推导和结论的正确性。