浅层气在杭州湾、长三角、珠三角等区域广泛存在，在对含浅层气的区域进行工程施工时常常会引发工程事故，同时浅层气的释放也对环境造成了一定的污染，因此在这些区域内进行工程勘察施工前，实施浅层气无损探测具有重要意义，然而目前还没有高精度的无损探测方法及设备投入勘察使用。本文结合工程勘察实际情况，建立了含气沉积物实验室模型，可模拟气体成分、气体压力、含气量不同的情况。沉积物填充部分设计成一直径为100mm，高为200mm的圆柱体，圆柱体上顶板具有向下底板方向60mm的移动范围，最大承受压力10MPa。可以搭载温度、压力、位移传感器和超声波换能器。以PXI虚拟仪器平台为基础，设计了超声波、温度、压力和位移综合测试系统。完成了超声波发射及接收电路的设计，通过虚拟仪器界面控制输出脉冲的频率、占空比和数量，经过超声波发射电路后激发超声波换能器发出超声波，发出的超声波可以满足低声速的沉积物中信号传播的要求。超声波被接收换能器接收后转换成了微弱的交流电压信号输出，经过由两片AD603芯片级联组成的具有0～80dB增益的放大电路后，满足采集卡输入信号±10V的要求，可采集到清晰的超声波波形。设计了虚拟仪器软件实现超声、温度、压力、位移数据的采集，在软件中对采集到的超声波信号实现了时域和频域分析功能，并通过首波时间法和首波电压幅值比实现了声速和声衰减这两个重要声学特性参数的测量。基于目前的可测对象现状，设计了对比试验，使用本课题所设计PXI虚拟仪器软硬件系统对样品进行了超声测试，与武汉岩海公司生产的非金属超声波测试仪RS-ST01C对比，测试结果一致，验证了本测试系统超声测量部分的可行性。