微型压电超声器件具有体积小、能耗低、成本低、集成度和稳定性高等优点，正成为科学研究的热点之一。为研究和发展新型微型超声器件的性能和应用，本论文着重研究几种新型微型压电超声器件的研制与机理分析。研究内容主要分为两部分： 第一部分主要致力于新型管式微型超声电机的研究、设计和制作，研制了多种新型管式微型超声电机，对此类电机的性能进行测试、并对其工作机理，主要是管状复合定子的弯曲振动理论，进行深入计算和探讨。 第二部分，对高次谐波体声波谐振器(HBAR)和薄膜体声波谐振器(FBAR)等超声器件的有效机电耦合系数、品质因子等参数进行研究，特别是考虑电极对HBAR和FBAR性能参数影响的基础上，对HBAR和FBAR性能优化条件进行系统的理论分析。 本论文完成的主要工作和取得的主要创新成果如下： Ⅰ．新型微型超声电机研制与机理分析： 1．在国际上首次研制成功直径为1毫米的管式弯曲振动型超声电机。 (1)采用直径1毫米的微型压电陶瓷管，并利用复合定子的两个相互垂直的弯曲振动在管端面构成椭圆运动的原理，设计定子的电极分布、极化方式，并以压电陶瓷管/金属端子的复合结构作为驱动定子，使研制的微型超声电机体积小，转，速与驱动电压线性范围大，输出力矩大。 (2)利用材料参数的坐标旋转方法，建立沿径向极化压电陶瓷管的有限元模型。分析压电陶瓷管的管长对弯曲振动模式的谐振频率和有效机电耦合系数的影响， 并研究复合定子的金属端子质量对弯曲振动模式的谐振频率和有效机电耦合系数的影响。此外，通过实验对有限元分析结果进行验证。 2．首次利用解析理论研究两端带有刚性质量的压电陶瓷管的弯曲谐振频率。 (1)虽然极化后的PZT压电陶瓷的压电性是各向异性，但其弹性常数近似于各向同性材料的特点，采用Timoshenko弹性梁弯曲振动理论，推导两端带有刚性质量负载的梁弯曲振动频率方程，研究两端刚性质量负载对PZT管弯曲振动频率的影响。并且通过实验对理论结果进行验证。 (2)采用Rayleigh梁原理，假设两端带有刚性质量负载的PZT压电陶瓷管第一阶弯曲谐振型为正弦曲线的半周期，推导第一阶弯曲振动的谐振频率解析表达式。考虑管长和管厚的影响，利用Timoshenko梁模型对Rayleigh解析公式进行修正。理论结果和实验比较表明：修正后的解析公式简单、准确的反映刚体质量负载对PZT压电陶瓷管第一阶弯曲谐振频率的影响。 3．建立微型超声电机的工作模型，即采用有轴向作用力的Timosheko复合定子模型，研究转子对电机工作频率的影响，并且通过实验验证模型的准确性。 4．系统分析弯曲振动型超声电机的固定位置选取。针对工作在第一阶自由弯曲振动的超声电机，研究其最佳的固定位置和固定方式；并推导和计算最佳固定位置的解析公式。这些结果使弯曲振动型超声电机的运转状态优化。 Ⅱ．体声波谐振器性能、参数及其优化的研究： 1．根据多层结构谐振器的输入阻抗公式，首次在理论上系统地研究电极对高次体声波谐振器(HBAR)的谐振频率分布的影响；在此基础上，从理论上较系统地分析电极对谐振器的有效机电耦合系数的影响。特别是对常用的基片声阻抗小于压电薄膜声阻抗的情形(即软基片的情况)，给出了计算有效机电耦合系数的简化公式。研究结果为器件的设计和优化提供理论依据。 2． 用BVD(Butterworth Van Dyke)等效电路模型和多层结构谐振器的输入阻抗公式，首次在理论上系统的研究了影响HBAR等声学谐振器性能的因素，详细分析基片、电极对HBAR谐振模式的串联谐振品质因子Q、有效机电耦合系数k2eff等的影响。 3．研究压电薄膜损耗对薄膜谐振器(FBAR)基模的品质参数Qs、机电耦合系数k2eff等的影响，对国外发表的论文中一些不正确的提法提出修正意见，并以此理论来指导谐振器或滤波器的设计和性能优化。 4．首次较系统的研究电极的材料、厚度和损耗对薄膜谐振器(FBAR)基模的品质参数Qs、机电耦合系数k2eff等的影响。