海洋是生命的摇篮,蕴藏着富饶的资源,海洋资源的开发和利用成为解决全球资源匮乏问题的必然发展方向,而目前人类已探索的海底只有5%。另一方面,海洋的性质变化对地球气候的发展、人类的社会生活等都具有着重要的影响。对于有效开发和利用海洋资源、实时监视和监测海洋环境等工作而言,这些无不建立在依靠众多的水下电子设备的可靠、稳定及持续运行的基础之上。如何为这些水下电子系统实时地、不回收地进行供能以保障水下环境监测工作的可靠性、实时性以及不间断性,已经成为了海洋科技领域的重要研究方向之一。利用声波耦合实现电—声—电的转换进行声波无线能量传输(Acoustic Wireless Energy Transfer,AWET)具有不受海水导电性影响、无电磁干扰等优良特性,是解决该问题的一个重要方向,在海洋研究领域具有重要的现实意义。本文主要围绕AWET系统中压电换能器的电学等效模型及水下声波传播模型进行研究分析,实现基于压电换能器的水下AWET系统的性能优化及能量转换效率的提升。主要完成了以下工作:1.在对隔生物组织、隔金属AWET等研究的理论基础之上,对海水介质中AWET系统的组成及关键问题进行了详细研究和分析,包括水下AWET系统的基本结构、压电换能器原理及其等效电路模型、海水介质中的水声通道特性及声波传输过程的扩散损失、吸收损失、散射损失等声学传输特性。2.针对锆钛酸铅(Leadzirconatetitanate,PZT)压电换能器的机电等效电路模型,研究了电学阻抗匹配方法。引入了基于功率波的同步复共轭匹配方法分别对发射和接收端换能器进行了电学阻抗匹配,提高了整体系统的能量传输效率。从能量传输效率及系统复杂程度上对比分析了对发射换能器和接收换能器进行单独匹配的传统方法与基于功率波的二端口同步复共轭匹配方法二者的优缺点。3.针对声电转换的电压调控问题,提出了一种具有多个同心圆环离散电极串联结构的接收压电换能器设计,通过使涂覆在压电换能器上下表面的电极离散化为独立的同心圆环型电极,并将相邻的圆环电极对之间彼此串联连接,构成了多输出端的串联结构,可使换能器的开路输出电压具有较大的提升,从而实现了对于系统开路输出电压的可调可控。4.基于理论分析工作,搭建了具备一定规模的水下AWET试验平台,分析、测试和验证指定频率、换能器结构及阻抗匹配方式下的系统能量传输效率。