空气耦合超声检测是超声波无损检测中的一种重要方式,其具有非接触、非侵入、扫查速度快、无需耦合剂等特点。空气耦合超声换能器是提高空气耦合超声检测能力,实现多场耦合与能量转换的关键部件。随着微机电系统的发展,一种新型电容式微超声换能器（CMUT）凭借其诸多优点得到了广泛的研究,其具有易于制造阵列并进行批量生产、易于与电路集成、灵敏度高、机电转换效率高等特点,适用于空气耦合超声波检测。本文以空气耦合超声检测为应用目标,设计了一种由16个阵元构成的空气耦合CMUT阵列,采用SOI（silicon on insulator）晶圆键合工艺加工制作,并通过建模仿真和实验测试研究器件性能,具体研究内容如下:（1）根据圆板振动方程建立了CMUT谐振频率理论计算模型;分析CMUT敏感单元各个结构参数对其性能的影响,设计CMUT各组成部分的结构参数;分析CMUT阵列的声场指向性,确定了CMUT阵列的阵元个数和阵元间距;最终设计了一种由圆形振膜构成的16阵元线性CMUT阵列。（2）根据空气耦合CMUT结构和应用环境,建立了有限元仿真分析模型,对CMUT进行静态分析、谐振频率分析和机械静电耦合分析,研究器件性能;基于CMUT平行板电容模型,通过MATLAB/SIMULINK构建CMUT发射和接收仿真模型,分析不同直流偏置电压和交流激励电压下CMUT最大发射声压和接收灵敏度,选择实验测试时的最佳激励条件。（3）根据空气耦合CMUT的结构特点,设计了一种SOI晶圆键合加工工艺;绘制掩膜版图,完成空气耦合CMUT的加工制作与封装;对加工后的空气耦合CMUT阵列进行了力学、电学和声学性能测试分析,包括静态形貌测试、阻抗分析测试、谐振特性测试、阵元一致性检验和声学性能测试。最终实验结果表明CMUT的发射和接收性能良好,并且能够成功激发和接收金属板中A₀模态的Lamb波。