超声技术经过一个世纪的发展,已经在国防建设、国民经济、人民生活和科学技术等各个领域广泛应用。超声换能器作为产生超声波的器件也逐渐被人们的所重视,成为超声应用的关键技术。随着人们对换能器研究的深入,拓宽换能器的频带宽度成为了换能器技术研究新的主题。宽频带换能器在超声探测和超声检测方面能够提高信息的接收量;在超声污水处理,超声清洗等大功率应用范畴能够增加整体振动系统的效率,减少换能器的损耗。本文主要通过拓宽换能器频带宽度的机理出发,研制打孔型宽频带夹心式压电换能器,并对其拓宽频带宽度的效果进行分析。通过打孔型换能器的简化模型,数值模拟得到了频带宽度与打孔尺寸的关系曲线,为打孔尺寸的优选提供了依据。研究了复杂换能器的设计方法,建立了四分之一波长振子的机电等效模型,分析得到了四分之一波长前盖板传输矩阵法的边界条件,并且综合使用以上两种方法将换能器分段计算,简化了复杂换能器的设计。建立了宽频带换能器超声振动系统。针对单一谐振频率下的纵振模式,研制了一种新型的打孔型宽频带换能器。实现了在前盖板后端打孔的方式来拓宽频带宽度,根据数值模拟结果优选了打孔尺寸;计算了换能器的节面位置,将法兰盘设计在节面处。通过对负载条件下换能器阻抗的分析,研究了负载条件下换能器的工作规律。对设计完成的换能器进行有限元分析,确定了压电换能器的分析方案,建立了有限元模型,进行了模态分析。通过对谐振频率和振动模态的观察,验证了换能器设计参数的正确性。以研制的打孔型宽频带换能器为核心搭建了测试平台,利用阻抗分析仪对加工完成的打孔型换能器进行测试,验证了换能器的特性参数满足设计要求,并且分别在有无负载的条件下测试了换能器的谐振频率和频带宽度,得到了打孔型宽频带换能器有明显的拓宽频带宽度的效果,并且在负载条件下谐振频率的偏移量没有超出频带宽度的结论。