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地层特性通常有很强的方位性，必须进行三维测量才能提供完整的地层信息，就需要测井仪器能够在径向以及周向上均具有分辨能力。随着油气开发需求的增长，需要对井周围数米到数十米范围内的地层构造，如地层界面、裂缝、断层、溶洞等进行探测，这就要求测井仪器同时具有远探测能力，三维声波测井仪器就是为了满足这些需求而发展的。传统声波测井换能器的激励模式，是利用高压电脉冲经过变压器激励换能器来激发声源信号。这种方式实现简单，但声源的频带只能通过调整脉宽进行简单的调节，不能根据地层激发特征进行复杂调节。本文主要研究用于三维声波测井仪器的复杂激励工作模式以及与之相配的电路系统，利用可调节的调频信号作为激励信号，根据不同的需求选择不同的激励信号，达到获得高质量声波信号，提高信噪比，增大探测距离等目的。 为了得到纯净的斯通利波信号，提出利用窗函数作为激励信号激励单极换能器。基于有限元方法数值分析窗函数激励信号对单极换能器产生斯通利波的影响，研究不同低频激励信号条件下换能器在自由流体以及井孔中的响应。结果显示在低频情况下传统矩形脉冲激励经过变压器激励单极子的方式会产生较强的高频信号，在井孔中产生波列复杂，不利于斯通利波分析。采用窗函数作为激励信号可以产生纯净的斯通利波。比较了五种窗函数激励信号激励单极子在自由流体以及软硬地层井孔中的响应，结果显示Blackman窗函数作为激励信号激励单极子产生的斯通利波最为纯净，能量基本集中在低频段，高频干扰信号较小，适合作为激发斯通利波的激励信号。 提出了一种分段线性调频激励信号来获取偶极弯曲波在宽带范围内的地层响应，从而能简便对弯曲波激发强度曲线进行补偿:减弱艾里相频段的能量，增强低频段和高频段的能量，使得接收到的弯曲波频带在较宽的范围内都有足够的能量，进而提升整个频带上的信噪比。利用有限差分方法数值计算了雷克子波声源、线性调频声源、非线性调频声源以及分段线性调频声源在均质硬地层以及径向变化地层两种井孔模型中的响应及其频散特征。结果表明，雷克子波声源激发的弯曲波能量集中在艾里相附近，而在低频段以及高频段弯曲波能量相对较少，容易淹没在噪声中，无法提取有用的频散曲线信息;线性调频信号激发的弯曲波的能量在艾里相附近以及高频段较强，而在低频段较弱，同样无法准确得到地层横波速度等信息;非线性调频信号以及分段调频信号通过对激发强度曲线的补偿，扩展了弯曲波的频带范围，在低频段以及高频段均有相当的能量，可以得到整个频带上的频散信息。最后给出了分段线性调频信号在井下自动调节方法，从而适应井下变化的地质环境。 研究了脉冲压缩技术在偶极远探测测井中的应用。通过对脉冲压缩原理以及偶极远探测反射波声场的分析，利用有限差分方法对脉冲声源以及线性调频声源远探测效果进行了对比，并对线性调频声源信号的参数选择进行了研究。结果表明，相对于传统脉冲方式，采用脉冲压缩技术可以抑制噪声，提高反射波信噪比。线性调频声源信号的持续时间越长压缩效果越好，信噪比越高;信号的频带范围选择低频段可以增加探测距离，但分辨率较低;选择宽频带探测距离较近，但分辨率高。因此应当根据实际应用需求确定声源信号参数。 最后设计并制作了用于三维声波测井仪器的复杂调频信号激励电路系统。整个电路分为供电电路、控制电路以及驱动电路三部分。供电电路采用flyback拓扑的开关电源模式，为控制电路以及高压驱动电路供电。控制电路采用的DSP芯片来与上位机通信、进行自动调节算法运算以及输出逻辑控制信号，通过SPWM方式来实现调频信号的输出。驱动电路为H桥结构的D类功率放大器，实现对换能器的高压激励。实现了Blackman窗函数信号、多周期正弦信号以及线性调频等激励信号，从而实现仪器的可控多模式工作。