超声波流量计是一种用超声波测量流体流速来计算体积流量的流量计。利用超声波换能器,流量计可以通过超声脉冲发射与接收或通过多普勒效应测量频移来获得所测量的时间的差异,从而测量出沿超声发射路径的流体的平均速度。相对于其他流量计而言,超声波流量计受被测流体的温度、压力、密度、电导率影响较小,测量精度高,且安装与拆卸较为方便,维护成本低。但国外技术较先进的超声波流量计的价格通常较高,这会提高用户的生产成本,所以对超声波流量计进行研究是非常有意义的。本文对超声波流量计行业发展近况、课题的研究目的和意义进行了简要介绍,介绍了超声学相关理论基础,并分析了不同类型超声波流量计的工作原理。同时使用不同材质的材料制作的匹配层进行测试,探究了匹配层对超声波信号的影响。本文对提出了一种超声波流量计的总体设计方案,其主要包含以下几个部分:超声波传感器模块、中间测量管段模块、超声波发射接收与处理模块与上位机模块等。完成了中间测量管段的制作以及超声波传感器的选取。本文提出了两种不同的超声波信号处理单元设计方案,分别是单通道同时发射与接收超声波信号的方案和多通道交替发射与接收超声波信号的方案。详细讲述了两种方案各个模块的硬件电路设计,完成了FPGA的程序设计流程,并对其基本功能进行了测试。单通道同发同收方案具有信号同步性好的优点,但是两路信号同时发射时超声波在管道内部会发生较多的反射,导致接收到的信号噪声较大,且单通道对流速不均匀的情况适应性较差;多通道交替收发方案理论上虽然同步性略差,但通过使用TDC系列芯片对接收信号时间基准检测得以弥补,并通过多组超声波信号的加权处理具有更高的稳定性,可以适应更多的环境。在比较了两种不同方法的优缺点之后,并最终采用了多通道交替发射与接收超声波信号的方案。本文完成了基于Labview的上位机的设计,实现了用户登录、数据处理以及参数设置的功能,同时在流量计标定单位完成了硬件与软件的测试,在去除环境影响与固定误差后,可以及时地反映出流速的变化,在一定的流速范围内误差可达1%,证明了本文设计的超声波流量计的可行性。