用于通过测量沿着至少一个发射波束轴的一组多距离单元处的非线性传播时延(NPD)并调整非线性体积弹性参数(NEP)以最小化NEP的泛函数来估算材料的NEP的方法和仪器。该方法计算以NEP为输入的NPD的模型与测量的NPD之间的距离，并在泛函数最小化的情况下获得估算的NPD。通过沿着至少一个共同的低频(LF)发射波束轴和高频(HF)发射波束轴发射包括LF脉冲和与LF脉冲存在差异的HF脉冲的至少两个脉冲复合体；沿着所述至少一个HF发射波束轴选通来自多个深度范围的HF接收信号；以及比较来自在每个深度范围内与LF脉冲存在差异的两个脉冲复合体的HF接收信号来测量NPD。