超声波束以固定角度发射一束超声波到流动的流体中,声波束传播过程中会加载上流体流速的信息,通过简单、可靠的信号处理方法,得到速度信息进而转换成可见的流量信息,这就是超声波流量计的工作原理。相比较当前传统流量计而言,超声波流量计具有测量准确度高、适应环境能力强、量程比宽、无压损、无可动部件、安装使用费低等诸多优势。随着电子技术及传感器技术的高速发展,超声波气体流量计性能逐步提高,应用场合逐渐增多,理论研究也日趋完善,逐步走向实用化和广泛化。煤矿井下开采过程中,瓦斯抽采监测计量系统至关重要,保证充分利用能源资源的同时防范瓦斯爆炸事故的发生。本文对流量测量原理、低压驱动换能器、信号接收发送、系统功耗等方面进行了研究,提出相关硬件测量电路的具体实现方法,给出了一种以超低功耗单片机EFM32和高精度时间测量芯片TDC-GP22为核心元件的矿用超声波流量计方案。首先,本文以国内外超声波气体流量计相关文献为基础,讨论了流量计的研究背景和国内外发展现状,简要介绍了多种超声波气体测量技术,重点阐述时差法流量测量原理,分析影响测量精度的因素并给出优化方案。在此理论的基础上,本文以EFM32为核心元件,分别从换能器选择、基于时差法的测量电路以及功能模块电路三部分进行了硬件设计,详细阐述了设计思路以及给出相关硬件电路原理图。软件设计方面,项目采用模块化结构设计,包括流量测量模块、系统初始化模块、数据采集和处理模块、人机交互模块以及数据远程传输模块等。每个模块详细阐明了思路和给出相关流程图,以及关键的协议或程序。考虑到工业应用中对流量计的高精确度和低功耗要求,因此本文从机械安装方面和软、硬件方面着手,分析了影响超声波流量计测量精度和功耗的因素,并提出了相关优化方案。最后样机通过音速喷嘴气体流量标定系统进行实验标定。结果表明,该系统运行稳定,测量精度高,功耗极低,达到了预期的设计要求,市场前景广阔,有望于推广使用。