在石油开采及传输过程中，超声波流量计具有很好的发展前景，而超声波多普勒流量计在油田中应用十分广泛。多普勒流量测量是一种适用于混合流体流量测量的技术，它是通过检测超声波在流体中传输时的多普勒频移来实现流量测量。由于这种方法具有非接触，低成本等特点，非常适用于石油工业。然而由于强噪声背景下的超声波回波信号属于微弱信号，传统谱分析方法对微小多普勒偏移量的识别误差较大，使得现有超声多普勒流量计在应用范围和测量精度上有一定的限制。针对现在超声波多普勒流量计所存在的缺陷，本文主要对多普勒信号的谱分析方法进行了研究。本文主要以超声波流量计的信号处理方法为研究内容，有效的信号提取方法不仅能将超声回波信号中的多普勒频移信息提取出来，还能提高多普勒信号的频谱分辨率。这对于测量小流量、小管径条件下的流体流量的测量精度有很大的改善。在研究过程中，查阅了大量的频谱分析算法资料，信号处理前期通过TMS320F2812内部自带的ADC模块对解调后的模拟电压信号做AD转换之后进行频谱分析。为了得到更为可靠的方法，文中分别利用快速傅里叶变换法、基于小波的频谱细化方法以及复调制细化谱分析法等对用MATLAB模拟的超声波多普勒信号进行算法的仿真、验证。通过对比得到复调制细化谱分析法更加适用于系统的流量测量，并将该方法在流量测量系统中得到了实现。同时，为了方便在测量现场对流量进行观测，设计了液晶显示部分和按键部分，以完善整个测量系统。大量的实验数据及理论证明：复调制细化选带谱分析方法可以采用更少的FFT点数达到较高的分辨率，运算量相对较少，并易于在工程中实现。