超声测厚具有检测厚度范围大、灵敏度高、效率高、成本廉价、对人体无伤害等优点，被广泛应用于机械制造、电力、农业、国防、石油和化工等各个领域。现有的超声测厚仪可测的最小分辨率可以达到0.001mm，但是价格昂贵，并且当被检测物体面粗糙不平时，回波信号会有很多噪声，从而使得测出来的厚度精度降低，误差变大。在噪声干扰的情况下，为了保证系统的分辨率，减小系统的误差，本系统设计用FPGA控制高速A/D采样芯片，采用新的测厚算法，实现了高精度、高稳定性的超声测厚。本系统硬件设计均采用高精度、低噪声的元器件，以确保该测厚系统可以实现高精度、低噪声发射、接收、数据采集等功能。在FPGA的触发信号控制下，产生具有一定重复频率的激励信号，从而激励超声换能器产生测厚所需要的超声波信号，对其回波小信号进行限幅、放大、门控等调理，从而保证回波信号的大小满足A/D采样；以数字滤波为基础，利用频谱细化算法精确的提取发射信号和回波信号的相位差。本设计用硬件电路对不同厚度的试块进行测量采集数据,分析了所测得数据，验证了系统的高精度性，该系统运行稳定，能够可靠地进行厚度检测，在超声测厚领域将会具有极高的应用价值。