材料力学性能测试是材料科学研究中不可缺少的组成部分，新型材料的研制过程中会对测试方法产生新的要求。弹性常数常规的测量方法，对难以加工或制备的小尺寸材料，如纳米材料，无法测定。本文介绍了测量小尺寸块体纳米材料弹性常数的新方法；研制了弹性常数测量系统的关键部件——超声波探头，并对探头进行了数值模拟、设计制作和性能分析；利用所研制的探头进行了实验研究。 本文介绍和分析了块体纳米材料弹性常数测量方法的现状；阐明了通过测量材料中纵波和漏表面波传播速度而间接测量材料弹性常数的原理。第三章通过建立探头的等效电路，计算得到最小阻抗频率与探头所用压电元件厚度的关系，为设计具有不同中心频率的探头提供参考。第四章设计制作了双层PVDF薄膜线聚焦探头和单层PVDF薄膜线聚焦探头，其内容包括探头的结构设计、组件设计和装配工艺。第五章对所研制探头的最小阻抗，中心频率和分辨率进行了实验测定与数学分析，给出了探头的基本性能指标。第六章通过对同一检测对象的对比实验，分析了两探头检测效果的区别；进行了材料弹性常数拉伸法测量和超声法测量对比实验，对比分析两者检测结果的差异，同时通过多次测量，总结实验数据分析了超声系统测量材料杨氏模量和泊松比的极限误差。在系统的可用性和测量精度确定的情况下，建立材料弹性常数超声测量系统的计算机仿真模型，分别针对三种不同材料，在不同散焦距离下，进行了数值仿真与实际检测对比实验；对常规测量方法无法处理的钛合金高聚能束焊缝区域进行了测量，实验得出被测试件不同位置处的杨氏模量和泊松比。