频率是各种超声应用中的重要影响因素，根据半波振子理论，换能器谐振时，长度是波长的一半，换能器的频率只能在很小范围内变化，使其应用受到一定的限制，因此研究具有多个共振频率的多频换能器具有重要的现实意义。汪承灏等人研究了电负载对压电振动系统的影响，提出了压电调频的原理，然而对于多频扭转振动换能器的研究、多频换能器的电端匹配以及多频超声系统如何实现等尚未见报道，这方面的研究有待进一步深入。本文利用机电等效电路的方法，对纵振动多频换能器和扭转振动多频换能器的调频原理以及设计进行了研究，推导了纵振动以及扭转振动多频换能器的共振频率方程，并进行了实验验证，实验结果和理论计算符合较好。然后用导纳圆法对多频纵振动换能器的等效电路参数进行测量，因为其动态支路参数变化较大，所以本文采用数字电感匹配网络对多频换能器的电端进行匹配。最后，提出了一个由单片机作为控制核心的多频超声系统实现方案，计算了相关部分的参数并进行了模拟实验，说明方案有一定的可行性。 论文的主要研究内容及创新点主要有以下几个方面： 1、对接电负载压电细棒的纵振动进行了分析，推导出其机电等效电路，并由此推导了接电负载压电晶堆的机电等效电路及共振频率方程，从而阐明里电负载调频的原理。设计了一种对称的多频纵振动夹心式换能器，推导了共振频率方程：cot（p₁k_et）=tan（p₂k_et／2）+（（α₁α₂）／（α₁α-2）），根据频率方程设计并制作了一个对称结构的多频纵振动换能器，测量了换能器的共振频率，理论计算值与实验测量值基本一致。另外还设计了一种非对称的多频纵振动换能器，其共振频率方程为：这种类型的多频纵振动换能器可以应用到超声清洗中。 2、对接电负载切向极化压电细长圆管的扭转振动进行了分析，推导出其机电等效电路及共振频率方程，然后由此推导了接电负载压电晶堆扭转振动的机电等效电路，为多频扭转换能器的设计打下了基础。设计了一种对称结构的多频扭转夹心式换能器，推导了共振频率方程并作出了共振频率—负载阻抗理论曲线；设计了一种可调频的高频扭转换能器，通过等效电路方法计算了换能器的共振频率方程，为设计同类换能器提供了理论依据。对电负载压电调频的物理机理进行了探讨，对于纵向振动和扭转振动换能器，附加电感性负载，相当于增加系统的质量，使共振频率下降;而附加电容性负载，相当于增加系统的力顺，结果使共振频率上升。 3、用导纳圆法对多频纵振动夹心式换能器机电参数进行了测量。实验表明，随着所接的电负载阻抗不同，换能器具有多个共振频率，因此可以测出多个导纳圆。换能器在各共振频率附近，集中参数等效电路的各参数存在较大差异，其中静态电容变化较小，而动态支路的三个参数都变化较大。随着频率增加，Cl先增大后减小，而R，和L，呈现先下降后上升的趋势。在各共振频率上，换能器的等效电阻和等效电抗相差较大，所以多频换能器的电端匹配只能用动态匹配网络，本文采用数字电感匹配网络对其电端进行匹配。 4、提出了一种用单片机控制实现的多频超声系统的方案，该系统由超声波发生器、匹配变压器和数字匹配电感组成的匹配网络以及多频换能器组成，整个系统由单片机控制。对动态匹配网络各参数和换能器的电负载参数进行了计算并对提出的多频超声系统进行了模拟实验验证，证明这种方案有一定的可行性，该多频超声系统可以应用到超声清洗、超声化学等领域。