人类活动向水中排放的污水导致的水富养化使水中大量繁殖的浮游生物等已经成为严重的水域问题。传统的抑制方法从生物、化学、物理等方面入手,其中物理方法中的超声抑制水中浮游生物的方法具有着反应时间快、无二次污染物产生、操作简单等显著优点而得到关注。然而,超声波对于多生物环境中目标生物外的影响还未全知,并且由于超声抑制浮游生物对于功率的要求,需要低成本、结构简单、方向可控性增加的的除藻系统。传统的此类设备采用的朗之万换能器辐射方向单一,方向的变换需要多个换能器组合。本文根据除藻系统中的方向性可控需求,使用有限元分析方法对圆环压电换能器的多种振动模态及其叠加进行了模拟分析,根据叠加原理及单片机电路设计得到了方向性可控的圆环换能器。具体内容如下:首先介绍了圆环换能器的基本特性以及其压电方程和波动方程,从理论方面解释圆环的三种基本振动模态,使用有限元软件COMSOL进行了换能器的三维模型建立,对模型进行了频域分析。根据计算得出的发射电压响应曲线以及声压等参量选定了可叠加产生平稳方向性声辐射的频率段。分析了不同叠加比例下得到的声压级辐射相对极坐标图,从前后叶辐射水平的差、辐射夹角、有无旁瓣等多方面进行评估,选定了产生较好方向性声辐射的模态叠加比例。其次根据圆环换能器产生方向性的理论分析,设计了可产生八路不同交流信号的圆环换能器激励电路,信号的特性可根据单片机进行控制,进而控制换能器产生的声辐射方向。电路包括单片机基本电路、信号发生模块、幅度调节模块、稳压及放大模块。使用数字电位器对数字频率合成器产生的交流信号进行幅度调制,再经过电源及稳压模块供电的运放进行信号放大,搭建了电路,编写了程序,并且进行了PCB设计与测试。最后搭建了测试系统,使用水听器搭建测试系统,测量换能器在水中产生的声压,处理作图得到实际的水中换能器辐射曲线。分别对全向、偶极子、四极子三种模态下的声辐射进行测量绘图,与仿真结果进行比较。并将单片机控制电路与压电圆环相连,按照选定的方式激励换能器,测量其在水中的声辐射并作图分析,通过单片机改变其激励方式验证其辐射方向的可控性。