天然宇宙射线缪子具有强的穿透能力,且无辐射,不会对实验人员造成辐射损伤。利用宇宙射线缪子对不同原子序数物质的无损成像技术已成为一个研究热点。微结构气体探测器具有高的位置分辨、高计数率,具有大的灵敏区,生产成本低,基于其的缪子成像谱仪已成一种发展趋势。本论文对M-THGEM和Micromegas两种微结构气体探测器工作原理、性能进行了细致的蒙特卡罗模拟研究,并在中国科技大学完成了一套基于Micromegas气体探测器的缪子成像谱仪,通过对不同材料的测试,编写了多种成像算法实现了测试材料的图像重建工作。本文首先利用ANSYS对Micromegas及M-THGEM两种结构的微结构气体探测分别进行了几何建模、电场计算,并利用Garfield++调用电场计算文件对探测器的感应信号、增益、电子透过率、正离子反馈率、感生信号等物理过程进行了细致模拟计算,并得到了不同比例混合的气体条件下电子的漂移速度、扩散系数、探测器的增益及信号等参数。同时对Micromegas探测器在不同的丝网与读出板的间距下的性能进行了模拟研究。模拟结果表明,当工作电压为600V,丝网的间距为100μm-200μm时探测器的性能最优。实验方面,在中国科学技术大学核探测与核电子重点实验室使用科大团队自主研发的热溶胶压膜工艺制成的Micromegas探测器搭建了一套6层的宇宙射线缪子成像系统,单个探测器的有效面积为150mm×150mm,探测器采用二维读出,每个维度为3×128根读出条,相邻读出条位置中心的间距为0.4mm,数据读出方案使用基于AGET芯片的多路通用电子学系统。实验测试表明,成像系统对缪子的探测效率达到80%以上,位置分辨好于200μm。对大小为30mm×30mm×40mm的钨块与铜块进行了成像测试,经过42小时的数据采集后,分别利用PoCA(Point of Closest Approach)算法与MLSD(Maximum Likelihood Scattering and Displacement)算法进行了图像重建,实验结果表明,两种算法都能够实现钨块与铜块的区分及位置、形状的大致判断,同时MLSD算法的重建结果优于PoCA算法。由于数据采集时间较短及成像过程中对数据的利用效率不够高,导致重建的图像清晰度比模拟的结果差。