由于单极子在慢速地层不能测量横波信息，制约了声波测井的应用。基于多极子对应模式波在“截止频率”处的速度接近地层的横波速度进行横波测量是声波测井发展历史上的一个重要里程碑。多极子声波测井换能器，是多极子声波测井技术中用于发射和接收声波的核心器件，它的性能好坏直接决定了声波测井数据的质量。本文在前人基础上针对多极子声波测井发射换能器，研究了用于电缆偶极声波测井的三叠片偶极发射换能器和用于随钻四极子声波测井的复合圆管四极子发射换能器，通过理论分析、数值仿真与实验测试等方面对换能器进行分析与优化。　　针对三叠片偶极发射换能器，从薄板低频近似理论出发，基于薄板的小挠度问题，运用经典的弹性力学理论，得到三叠片弯曲振动系统的频率方程。根据在电端短路和电端开路两种情况下复合层物理量不同，得到三叠片各阶弯曲振动模态的谐振频率和反谐振频率，进而得到其有效机电耦合系数。然后，把近似理论分析和有限元数值仿真两者结果进行对比，验证了理论分析的合理性。同时发现，三叠片谐振峰处的电导值与有效机电耦合系数的变化规律一致，两者均可用于衡量三叠片换能器的机电转换性能。此外，计算了钳定边界条件下三叠片换能器结构尺寸对其一、三阶弯曲振动模态特性的影响，并从物理机理上对这些规律予以解释，揭示了三叠片弯曲换能器的振动机理。设计制作了三叠片换能器并得到其谐振频率和有效机电耦合系数的实验测试值，实验结果与解析结果和数值模拟结果吻合得较好。最后，对于三叠片的三阶弯曲振动存在反相区，应变节点两侧的压电陶瓷激励方式抑制了其三阶弯曲振动的激发的问题，提出了三叠片换能器分频段激励方式，在不同的的工作频率段采用不同的激励方式，实现三叠片换能器多频段高效声发射。　　在随钻四极子声波测井发射换能器研究方面，提出了一种适用于随钻声波测井的复合圆管四极子换能器。利用圆管的环向弯曲四极子模态和轴向弯曲四极子模态，实现换能器在随钻低频段多频带的声发射。采用有限元方法分析了各结构参数对复合圆管换能器性能的影响。设计制作了两个圆管四极子换能器（一个压电圆管四极子换能器和一个复合圆管四极子换能器），并进行实验测试，测试结果与有限元仿真结果吻合得较好。此后，通过有限元仿真分析得到了优化后的复合圆管在无限大流场中的发射电压响应曲线，与同尺寸的压电圆管四极子换能器和圆弧片状四极子换能器相比，复合圆管四极子换能器在整个随钻四极子声波测井频段内有较大的发射电压响应和较宽的频带。在设计复合圆管随钻声波测井发射换能器时，不仅要合理优化复合圆管的结构尺寸，也要严格控制复合圆管的边界条件。最后，把有限长圆管的振动分解为有限长梁的振动和短圆环的振动，对其中短圆环环向弯曲振动进行了深入的理论分析。基于能量原理推导得到了复合圆环弯曲振动的动能、势能和机电耦合能，进而得到弯曲振动的谐振频率和有效机电耦合系数，解析结果与数值模拟结果和实验测试结果均吻合得较好。