由于超声波具有无电离辐射、对人体无害、价格适宜等优点，超声层析成像技术在两相流检测领域具有广阔的应用前景。

多相流中存在的不同相态，包括气、液、固三种相态，对超声波呈现不同的声阻抗，因此超声波在多相流中的传播非常复杂。超声波在传播过程中，如遇到大尺度的相界面，如气液、气固或液固界面，根据入射角度的不同会发生全反射、部分反射/部分入射、部分反射/部分折射等现象，遇到小的离散颗粒、气泡或液滴会发生散射，遇到小孔洞或边界会发生衍射等。此外，超声波在介质中的传播速度与介质的密度有关，因此超声波在气、液、固三相中的传播速度有很大不同。

通常可以利用超声波的透射和反射模式来成像，分别称为透射模式和反射模式层析成像。透射模式层析成像首先利用换能器阵列测量不同角度、不同路径上超声波的累积衰减信息，进而通过反投影类算法（如线性反投影法、滤波反投影法等）或迭代类重建算法（如代数重建技术、联合迭代重建技术、联合代数重建技术等）来重建截面内的密度分布即相分布图像。反射模式层析成像通过换能器阵列采集不同激励-接收换能器对的幅度-时间响应，获得其幅度和传播时间信息，进而结合相应的反演算法来重建多相流截面内相界面的分布图像。其中，根据气、液、固三种相态的声阻抗差异巨大的特点，透射模式层析成像技术又发展出了二值透射模式层析成像系统。

超声层析成像可用于气液、气固和液固两相流截面分布的测量。通过进一步的处理，可以用于离散相（如颗粒、液滴、气泡）空间分布和浓度场的分析、两相流流型识别，并据此进一步计算相含率。通过互相关技术可以计算截面内的涡流场，采用双平面超声层析成像系统可以计算两相流截面轴向流速分布。此外，超声层析成像技术也已广泛用于无损检测和医学诊断领域。

主要优点包括无电离辐射、对人体无害，可实现非侵入、非接触测量。同时，通过超声换能器可以同时测量超声波的幅度和相位，相位可用于计算传播时间和传播速度，有利于提供两相流内部更丰富的信息。相较于单点测量，层析成像结果包含的信息更丰富，更有利于对管内两相流动形态的理解，服务于两相流动和两相反应机理研究。其主要缺点在于其实时性受限于超声波传播速度，空间分辨率受限于超声波波长及可安装的换能器数目，而且换能器阵列的设计及安装也较为复杂。