测井作为勘探与开发油气田的重要方法技术，发展至今已有80年的历史。由于地质条件复杂，需要解决的问题也各种各样，因此根据地质和地球物理条件，合理地选用综合测井方法是必须的。其中，超声测井技术通过检测回波时间和回波幅度信息，来反映井下井壁的结构和特征。超声波测井技术除了应用于成像测井，本文提出超声测井技术在随钻测井中的新应用。传统的超声测井中采用模拟电路的方法来提取回波时间和回波幅度信息。但在检测中，由于电路门限选择问题带来的误检和漏检概率偏高，因此，系统可靠性还有待提高。本文提出了新的回波信号检测方法，把模拟信号数字化，采用DSP+FPGA联合工作方式，通过数字信号处理来检测回波信息，以解决传统测井中存在的功耗高、可靠性低等问题。本文首先对超声测井中回波检测的算法进行了深入的研究，提出了超声测井技术在随钻测井中的新应用；提出A/D启动时间自适应、自动增益控制、叠加平均、滑动匹配和双门限检测等算法在回波检测中的应用。同时针对随钻超声测井仪的实现中所要考虑的温度、功耗和算法可靠性等影响仪器可靠性的关键问题提出了相应的解决措施，完成了对系统硬件和软件的设计，最后通过实验验证了回波检测算法与随钻超声测井仪的有效性和可靠性。