针对空气钻井和泡沫钻井中随钻数据有效传输的问题,论文研究了随钻数据声波传输技术的关键环节,包括钻杆中声波传输特性研究、井下声波发射换能器研发、声波传输方法研究及声波发射控制电路设计。首先,为了研究声波在钻杆中的传输特性,采用特制的钻杆短节为传输信道,激振器和自制激励装置为激发源,在实验室进行了不同工况下钻杆中声波传输特性测试实验。分析了钻杆的结构特点和用于实验测试的声波类型及其传播特点,确定了适宜于传输信号的载波类型。通过分析对比不同频率的声波在不同长度的钻杆中的频带特性和色散特性,得出了声波传输的频率特性和衰减规律。根据实验研究结果,分析影响声波传输特性的因素,确定载波的最佳传输频率点,为设计合适的井下声波发射换能器及研究合理的声波传输方法提供了依据和指导。其次,根据实验结论,针对井下狭小空间和高温高压环境及供电困难状况,论文详细分析了在役的低频声波发射换能器发声原理及结构特点,设计研发了适应井下苛刻条件的压电陶瓷换能器和稀土超磁致伸缩换能器,并对两种换能器的发声性能、制作工艺、尺寸大小进行了对比。由于声波发射换能器功率有限,提出了使用变幅杆放大声波发射能量的结构设计。由于井下安装空间非常有限,提出了在特制钻铤中开槽和制作测量短节的方法。最后,针对钻杆信道和井下数据的特点,论文采用二进制频移键控调制随钻数据,采用差错控制正反码编码随钻数据。在声波发射控制电路设计方面,结合井下高温环境,论文采用军品级芯片作为控制芯片,完成了电路结构和发射程序的设计并对井下电源选用进行了研究。