甲烷浓度的检测在煤矿安全领域有重要意义,在甲烷浓度检测领域一直缺少一种检测范围广、同时结构简单的检测方案,超声波检测技术以其信号的穿透性强、检测的非接触性等优点应用在各测量领域,从检测的可行性以及测量要求方面都满足甲烷浓度测量要求。本文针对甲烷气体浓度检测的问题,设计了一个基于时间数字转换芯片TDC-GP21的超声波甲烷浓度检测系统。设计提出了以TDC为基础的超声波脉冲法,阐述了脉冲法超声波测量甲烷浓度的原理,推导了气体浓度和超声波传播时间以及温度的函数关系,提出检测方案,完成了超声波甲烷浓度检测系统的设计。本设计中通过测量超声波在固定声程中传播时间来得到超声波声速,采用超高精度的时间数字转换芯片——TDC-GP21完成时间测量和温度测量,测得的时间和温度值是数字量,通过串行通信接口发送给单片机,单片机计算得到甲烷浓度值。系统的实现包括各部分方案的设计,以及硬件电路的搭建和软件程序的编写,其中硬件电路包括:单片机系统,电源,超声波驱动、接收电路,时间和温度测量电路;软件程序包括:主程序,超声波驱动程序,标定程序,测量控制程序,数据采集处理程序等。设计好的样机使用实验室的标准浓度的甲烷气体对系统进行测试和验证,实验表明设计的甲烷浓度检测系统满足测量要求。