随着材料科学的不断向前发展，各种功能型材料不断涌现，但受到制备工艺的影响，很多新型材料的几何尺寸非常有限，多为镀层、薄膜或薄板等结构形式。另外，复合材料由于特殊的制备工艺往往表现出各向异性的特征。因此，采用拉伸等破坏性传统力学性能测试的方法将无法满足新型材料的测试需求。在以测量声波波速为主的非破坏性检测中，由漏表面波或漏兰姆波与直接反射波的干涉所形成的V(z)曲线包含材料微结构方面的许多信息，以超声显微镜作为波速测量工具，可以应用于检测晶体结构、弹性模量、残余应力、内部缺陷等材料的机械性质，使得超声显微镜在材料力学性能测试和定量无损检测等方面获得了越来越广泛的应用。本文立足于发展一种基于超声显微镜系统的材料弹性参数测量及反演方法，针对各向同性半无限域块体、薄板、镀层材料以及各向异性半无限域块体材料等多种形式的平面结构进行了声学特性研究，并对各向同性材料的弹性性质参数进行了多维联合反演（杨氏模量E，剪切模量G，厚度h）。分别从理论研究、数值计算、换能器研制、实验研究、参数反演等方面开展研究工作，主要内容包括：(1)基于经典衍射理论，采用角谱分析的方法，提出了一种新的无透镜线聚焦声场中V(z)曲线的理论计算方法。该方法通过计算无透镜聚焦声场中几何聚焦面的声场分布，配合其角谱分析、谐波响应函数与被测材料反射系数，推演出了V(z)曲线的形成机理，精确计算出了无透镜聚焦声场下材料的V(z)振荡曲线，并得到了其振荡周期。(2)通过分析压电材料的特性，研制出了一系列基于PVDF/P[VDF-TrFE]压电材料的线聚焦与点聚焦式无透镜超声换能器，并成功应用于超声显微镜系统，中心频率可达60MHz，操作频率最高可达100MHz。(3)通过分析V(z)曲线的周期特性，开发出了一套基于二维傅里叶变换的频散曲线模态识别方法——V(f,z)分析法。特别是在针对超薄板频散曲线的测量中，精确检测出超过10个兰姆波模态；在针对半无限域各向异性(100)硅晶体的表面波测量中，成功测得沿不同方向传播的表面波波速分布，且实验结果与理论计算结果吻合良好。(4)提出了一种基于频散方程系数矩阵行列式的新型目标函数，克服了基于频散曲线波速差值的反演方法需要对模态进行识别的约束条件。建立了一套基于模拟退火的粒子群优化反演算法(PS-B-SA)，实现了多维联合反演，并通过PS-B-SA算法准确的预测了材料的弹性常数。