声悬浮是一种重要的无容器处理技术,它能够获得持续的微重力环境,可用于材料无容器熔化与凝固研究、液体的物性参数测量及生化分析等。声悬浮技术的优点是对悬浮样品无电磁学性质要求,并且可以处理低熔点金属材料。针对目前声悬浮力较弱及悬浮稳定性较差的现状,本文通过对声悬浮的基本原理进行分析,研制了两套单轴式声悬浮装置:开放式声悬浮装置及管式声悬浮装置,并优化设计了声学系统及谐振腔结构,提高了声悬浮性能。优化后的声悬浮装置可以很容易地实现钢球、陶瓷球、水滴及其他常见固体或液体材料的稳定悬浮。对不同几何参数的悬浮装置的悬浮性能进行了实验研究,发现采用凹球面反射器的悬浮性能明显地强于平面反射器,并且发现通过优化凹球面反射器的曲率半径R和截面半径Rb ,可以显著地提高声悬浮悬浮力。建立了开放式和管式声悬浮的有限元模型,采用数值模拟的方法分析了不同几何参数的悬浮装置的悬浮性能,并分析了不同条件下声辐射力在竖直方向及水平方向的分布,给出了样品的悬浮位置与R的关系,同时,还讨论了在重力场条件下,声场时间平均势的势阱变化,发现了在重力条件下声场时间平均势的势阱明显变浅,特别地,当采用平面反射器时,势阱较小的趋势更为明显,靠近反射器的势阱已接近消失。通过数值模拟方法分析了采用两种谐振腔时的声压分布。结果表明当采用带平面反射器的谐振腔时,激发的为平面驻波,声压在径向为常数,不能产生径向定位力,不具有悬浮稳定性,而采用带凹球面反射器的谐振腔时,能在径向产生声压梯度,能产生径向定位力,从而可以显著提高悬浮稳定性和悬浮能力。