超声波位移测量作为一种无损测量方法应用越来越广泛,尤其是超声波具有良好的穿透性并且不损害被测物体这一特点使得超声波在厚度等特殊位移测量场合有着得天独厚的优势。由于受超声波本身特性的影响,如不同温度、不同材料下超声波的传播速度不同,超声波在介质中容易衰减等使得超声波位移测量的精度并不高。若要提高超声波位移测量的精度,则它的系统的成本与复杂性也随之提升。本课题主要对前人几种高精度超声波位移测量方法进行总结,对前人方法的优缺点进行分析,进而提出了一种新方法。本方法的创新点在于将超声波位移的测量转化为频率的测量,并使用锁相环稳定输出信号的频率,使得超声波位移测量的精度进一步提升,解决了超声波位移测量精度很难提高的技术瓶颈,并进一步降低了成本。本课题主要对超声波的基本原理进行分析,据此选择了相应的超声波探头,并对各个硬件电路进行设计,硬件电路由键盘输入电路、超声波发射电路、超声波接收电路、信号处理电路、锁相环电路、速度校准电路以及液晶显示电路等构成,重点对超声波发射电路和锁相环电路进行设计分析。通过对各个电路进行仿真来对电路的参数进行初步设计,并对各个电路分别进行实验测试,进一步优化相关参数的设计以及相关芯片的选择。通过不同厚度小钢板的测量结果,对理论与实际的分辨率进行分析计算,并对测量误差产生的原因进行分析,进一步优化性能指标。本方法具有结构简单,成本低,并且容易达到很高的精度,在小位移测量尤其是测厚等高精度位移测量场合有着广泛的应用前景。