在石油能源行业中，经常需要对产液量等生产参数进行定量测量和分析，基于超声波的流量测量技术做为一种非接触、易于安装的方法目前在油田生产现场得到了应用。但因为被测液体的特殊性质，液体中不光有稠油，砂，水，甚至还会有泥浆，气泡等，如何精确地测量含有这么多杂质的流体流量就显得尤为重要。本文就以此为出发点，以多普勒超声波流量测量系统为研究对象，对提高整个系统性能的关键技术进行深入的理论研究。从超声波换能器的相关研究以及管内流体的速度分布入手，为后续的电路研究提供了理论支持，利用超声波在不同媒质界面的反射、折射和波型转换规律，实验中所使用的换能器选用的入射角定为45°，确保了接收信号的可靠稳定性。在硬件设计方面，增加了人机互交模块。利用单片机实现了对流量计数据的实时显示，参数设置（管径，管道编号等）等。在信号处理方面，针对超声波多普勒回波信号特性，通过对几种频谱细化算法的比较，采用复调制细化选带频谱分析，通过对频率的细化达到提高频率分辨率的目的，超声波多普勒流量测量方法中，流量测量是通过在液体传输中检测超声多普勒频移来实现，但是频差的值总是随着时间在变化，文中采用具有递推能力的信号处理卡尔曼滤波算法跟踪频差的峰值，在MATLAB环境下编写程序对其进行仿真分析验证，并将该方法在流量测量系统中得到了实现。为了提高样机的测量精度，分析了温度、流速以及混合流体的浓度对超声波多普勒流量计流量测量结果的影响，为后续的实验提供了理论指导。对所设计的系统电路进行了联调结合试验进行实测调试，测试所设计的流量计的可靠性跟精度。在实验室现有的测试条件下，设计研究了一套可行的实验方法，对所设计的流量计进行标定，并对测量得到的数据进行了分析，结果表明采用该算法设计的流量计具有较好的稳定性和较高的测量精度，基本满足工业测试需求。