超声换能器是实现电信号与声讯号相互转换的器件,是超声成像、超声医学、无损检测等领域的重要组成部分。OPCM(正交异性压电复合材料)超声换能器因其特有的正交异性特征,在工程结构损伤检测过程中具有发射和接受定向波信号的能力,有助于提高结构损伤定位精度,这种特性使得OPCM超声换能器在工程结构检测等领域具有广阔的应用前景。然而,先前研制的OPCM换能器存在着OPCM元件与工作介质声阻抗不匹配等不足之处,声阻抗的显著差异不仅降低了OPCM元件与工作负载之间的声能传输效率,而且使OPCM元件以高Q值谐振,频带窄而脉冲长,从而严重影响了换能器的发射、接收灵敏度。为了解决以上问题,可以采用在OPCM超声换能器辐射端加声阻抗匹配层。声阻抗匹配层能够在OPCM元件与工作负载之间起到匹配声阻抗的能力,可以有效拓宽换能器的工作频带,能够进一步提高超声检测设备分辨率和工作适应能力。因此,优化设计带声阻抗匹配层的OPCM超声换能器和相应的实验研究成为本文研究的重点。　　 本文首先介绍了超声波在介质中的传播特性,以及压电材料与压电效应的基本理论,为带声阻抗匹配层的OPCM超声换能器的优化设计和实验研究提供理论依据。其次,介绍了有限单元法在压电复合材料分析中的基本理论和方法,以及采用有限元方法解决压电问题的基本过程；概述了有限元软件COMSOL Multiphysics在压电复合材料分析中的一般步骤和注意事项,总结出采用COMSOL Multiphysics分析压电换能器的一般流程；分析了声阻抗匹配层相关材料特性(泊松比、弹性模量和密度)对OPCM换能器驱动性能和传感性能的影响,为寻找理想的声阻抗匹配层材料打下基础。最后,通过实验获得了钨粉-环氧树脂合成材料中的钨粉质量百分比与其声阻抗的关系曲线和钨粉-环氧树脂合成材料中的钨粉质量百分比与其声速的关系曲线,为获得适用于OPCM换能器声阻抗匹配层材料的钨粉-环氧树脂的最佳配比打下基础；研究了声阻抗匹配层与OPCM换能元件间的声阻抗关系；在原有OPCM元件构造原理研究的基础上,研制了带声阻抗匹配层的OPCM换能器,研究了声阻抗匹配层对OPCM超声换能器的正交异性特性、带宽和灵敏度的影响,通过实验验证了此匹配层能够使OPCM换能器的检测能力得到一定的提高。