本文针对油井高温高压环境下利用超声相控阵技术进行井壁成像检测以及利用超声透过金属板向密闭金属容器设备进行无线输能等问题展开了深入系统的应用基础研究。具体研究内容包括以下几个方面:　　第一，将超声相控阵技术应用于高温高压油井并取得良好的井壁成像效果。针对油井中高温、高压且空间受限的恶劣环境，对超声相控阵井壁成像检测技术的实现方案开展理论与实验研究。通过利用开关电源加线性稳压电源以及高温环境纹波抑制方案，实现了超声相控阵井壁成像检测系统电源的低纹波设计。利用FPGA加DSP作为系统的数字处理核心，以及采用集成的脉冲发生芯片替代传统的模拟发射电路，实现系统的集成化与数字处理控制。通过专门的超声柱面相控阵换能器、压力平衡机构及承压接头的设计，使超声相控阵换能器在井下高温高压环境的工作成为可能。对超声相控阵换能器进行测试及优化处理，分别在实验室环境和实验井中对超声相控阵井壁成像检测效果进行了实验研究并取得良好的成像效果。　　第二，针对向密闭金属容器进行超声无线输能问题，研究并得到了超声无线输能传输效率与系统参数的关系，建立了用于指导系统设计的理论和仿真模型。通过对超声波在不同介质间的传播特性以及压电换能器的辐射声场进行分析，探究了不同声学特性参数对能量传输效率的影响，为超声无线能量传输系统的设计提供思路。对发射和接收压电晶片及中间金属层构成的声电转换通道进行理论分析和求解，构建了声电转换通道的物理模型。利用梅森等效电路法构建了声电转换通道的等效电路模型，简化了计算过程，并利用ADS电路仿真软件对声电转换通道展开了优化设计。利用电声传输线类比方法对压电晶片和声电转换通道进行分析研究，构建了声电转换通道的传输线等效电路模型，可以更好地反应模型声学参量的空间分布性质。并在此基础上提出一种利用有损传输线实现对压电晶体机械损耗进行仿真的PSPICE等效电路模型。　　第三，实验验证了利用超声透过金属板进行无线输能的可行性，并将超声相控阵技术应用于超声无线输能系统，提高了超声无线输能的传输效率。借助有限元仿真软件COMSOL对声电转换通道进行研究，设计实验对模型的有效性进行了验证，并对超声相控阵无线输能和超声非线性效应对能量传输效率的影响进行了探究。利用COMSOL软件构建了声电转换通道的有限元仿真模型，与一维等效模型相比具有更好的适用性。在实验室环境搭建测试平台，将仿真结果与实验测量结果进行对比，验证了模型的有效性，并分析了负载阻抗对系统能量传输效率的影响规律，对声电转换通道进行了优化。在此基础上成功利用超声波透过8mm厚的铜板点亮灯泡，能量传输效率达到57％。之后提出利用环形相控阵列进行能量无线传输，并利用瑞利积分法和COMSOL对其展开了分析研究，发现该方法一定程度上可以提高能量传输效率。最后借助COMSOL对超声一维非线性现象进行了仿真分析，发现由于非线性作用使超声波形产生畸变，从而使能量向高次谐波扩散。