当前主要的温度传感器，如热电偶等技术已经成熟，但只能用在传统的场合，在许多高科技领域的应用中仍然受到限制。目前各国都在有针对性地竞争开发各种新型温度传感器及特殊实用的温度测量技术，而超声波温度传感器就是其中的一个重要发展方向。超声波温度测量仪的物理基础是基于气、液、固三态媒质中温度与声速的关系。在许多固体与液体中声速一般随温度的变换而变化，在高温时固体中的声速变化率最大，而在低温时气体中的声速变化率最大。本文利用该特点，设计了超声波温度传感器，当把温度传感器放入需要测量的环境中或温度传感器管体内部温度与环境温度达到热平衡时，便可以利用超声波传播速度与温度的关系进行温度测量。该温度传感器包含了超声波换能器、管体，以及在管体中被密封的传播介质3部分组成。测量中根据超声波波速与在管体里的介质中的温度之间的关系，可以对温度进行测量。测量仪的信号处理部分是以FPGA为核心，在FPGA上采用精确控制算法和优化的采集算法，能准确地采集到有效的超声波信号，为超声波传播时间的精密测量建立了硬件测量基础；并通过在FPGA片上构建NIOS_II软核处理器来实现了精密超声波测温的相关软件算法和纳秒级传播时间测量的细分插值算法，在同一片芯片上完成了超声波温度测量仪的大部分功能与算法。