声学参量阵是利用声波在介质中传播的非线性特性,使用两个沿同一方向传播的高频初始波,获得差频、和频波等声波的声发射装置。随着非线性声学的发展以及六十年代初韦斯特维尔特(Westervelt)提出的声学参量阵理论,声学研究获得巨大的突破,改变了人们习惯上认为低频声波不可能形成尖锐指向性的观念,实现了既具有尖锐指向性同时又具有穿透性的低频声波。通过前人对声学参量阵的研究,使得其在水下和空气中都得到了一定的应用。本文基于前人的研究基础,对声学参量阵进行了深入的研究,讨论了声学参量阵的一些关键技术,设计了参量阵系统,并在空气介质中进行了相关实验,验证了参量阵技术,主要研究内容包括:(1)研究了非线性声学的相关理论,介绍了声学参量阵的工作原理,并对其理论进行了比较深入和系统的研究。介绍了参量阵的提出、历史以及发展现状,对相关工作原理进行了比较深入的阐述,并进行了数值仿真,对比了参量阵与常规阵的指向性,直观说明了参量阵在低频信号指向性上的优势;(2)研究了声学参量阵的相关特性。参量阵在水下探测应用中,产生的差频波具有高指向性同时具有穿透性。这对于海底底质识别、掩埋物体探测等方面应用具有十分重大的意义。对于低频声波来说,指向性因素尤为重要。根据换能器的选择,研究参量发射阵的指向性以及相关的波束宽度,最小波束角以及旁瓣级等参量。讨论参量阵的能量转换效率,由于参量阵的原波能量向差频波转换属于二次效应,因此能量转换的效率很低。本文从参量阵功率转换效率的公式推导出发,分析了影响参量阵转换效率的相关参数,提出了一定的改进措施。(3)参量阵系统设计。要实现参量阵技术,参量发射阵的换能器设计尤为重要。根据实验任务,总体上设计出换能器(阵),指出发射阵换能器(阵)选择设计的关键因素,具体设计了3×3的圆形活塞换能器方阵作为参量发射阵。同时,设计出超声发射和回波接收电路,设计了基于PA85的换能器驱动电路。并进行相关的验证,实验数据采集系统利用LabVIEW进行了编程,并通过NI6024E数据采集卡进行数据采集、分析和存储。本文系统地研究了声学参量阵的相关理论,完成了对声学参量阵系统的设计。在研究的过程中,利用MATLAB等数学工具,对研究的结果进行了二、三维数字计算和模拟。