近几十年,为了解决大斜度井、水平井测井问题,准确地获得原始地层信息,及时地指导钻进工作,随钻测井技术在油气勘探开发中得到了越来越多的应用,。在随钻测井诸多测井参数中,井径信息是一个重要的决策参数。但在井下高温高压、泥浆循环和钻杆旋转恶劣环境中,井径的测量一直是一个难题。为此随钻井径测量被列为“十二五”国家重大科技专项,研究开发随钻井径检测仪器具有重大的工程意义。本文根据超声反射测距原理,利用其无接触、无损伤、实时准确的特点,提出了超声随钻井径测量方法,并进行了相关实验研究,从理论和实验两个方面说明了该方法的可行性。在此基础上,提出了仪器的设计方案,进行了模拟和控制部分的开发与实现。测试结果表明模拟与控制部分的功能达到了设计技术指标。整个系统联调后,通过了高温、高压和振动实验测试,并在实验井中取得高质量的测井资料,完成了预定的设计研发任务。本文的主要创新点在于：①提出超声随钻井径测量“子波激发-相关检测”的新方案,解决了目前常规超声反射测井采用基于门槛电平比较检测回波到达时间的方法受噪声和回波幅度影响大的问题；②设计并实现了基于CMOS开关的超声发射电路,解决常规单脉冲激发电路功耗大、体积大、高温高压下容易频偏的问题；③设计并实现了时变压控增益放大器,对回波信号进行时变增益放大,补偿超声波在泥浆中的衰减,提高了回波到达时间检测的准确性。本文的研究工作解决了超声随钻井径检测的关键技术难题,有重要的工程实用价值。