航天大型运载火箭发动机的液体燃料贮箱属于密闭容器,体积庞大,其内部为高压、低温环境,箱内液体燃料通常具有易燃性、易爆性和一定腐蚀性。这为贮箱内燃料液位的测量带来较大的困难。目前常用的电容式、干簧浮子式等传感器,尺寸和重量较大,固定安装不便,维护困难,且受到火箭飞行过程中振动、过载、腐蚀等环境因素干扰,其安全性和可靠性极易受到影响。采用非接触式液位测量方案可以很好地避免上述问题,成为解决该问题最有前景的技术方案之一。本文基于超声阻抗法研究了一种燃料贮箱非接触式液位检测技术,研制了一种新型超声Lamb波传感器,并对传感器及液位测量系统中的关键技术进行了研究。主要研究内容包括:（1）传感器液位测量原理分析及关键参数研究针对传感器实现原理的有效性和主要参数的影响规律,对超声阻抗法应用于液位测量开展研究,分析了超声Lamb波声场特性及其传播理论,为传感器的设计提供理论基础。对新型液位传感器关键设计参数及影响因素进行了全面研究,包括传感器中晶片材质、直径、固有频率、超声波延迟楔块材质、楔块尺寸、超声波声源声场特性、入射角、Lamb波的频散特性、Lamb波的工作模态等。根据研究结论,为新型超声传感器确定了最优设计参数。（2）新型超声Lamb波传感器研制及使用特性研究根据最优参数,设计了一种新型超声Lamb波液位测量传感器。设计了发射端、接收端外围控制、信号处理电路。设计完成的传感器体积为2.5×2.5×1.5cm,具有小型化及抗过载等特点。研究了超声波激励信号参数对测量结果的影响,最终选定±15V为激励信号的电压值。测量了传感器的动态特性参数,设计的传感器满足美国检测标准ASTM-E1065。研究了传感器使用时收发端安装间距的影响,确定了传感器的最佳安装间距。此外,还研究了实际应用中耦合剂对测量的影响。分别从工业、医学、航天领域选取了7种常用的耦合剂材料,从超声波能量传递效率、声阻抗值、稳定性和温度特性等方面进行了研究,最终确定了最佳耦合剂为有机硅胶。此项工作完成了传感器的设计,确定了使用中其他关键参数,为后续液位测量系统提供了关键测试部件。（3）新型超声波传感器的数据处理方法优化及液位测量应用研究为了解决传感器集成到测量系统中时面临的数据处理、误差分析与补偿等方面的问题,使用新型超声Lamb波传感器进行液位测量试验,得到了液位与输出电压的传递函数。研究了传感器的量程范围、线性度、灵敏度、迟滞性及重复性等静态特性参数。结果表明,传感器的最大量程为13cm,且重复性和一致性较好。针对传感器输入输出的非线性关系特征提出了一种线性化优化方法,解决了实际应用中非线性数据需要分段拟合的问题,降低了数据处理环节引入的误差。验证试验表明,该处理方法较分段拟合法可降低平均相对误差3.87%,液位测量的精度≤3.1mm。研究了温度对系统的影响,给出了液位-温度-输出电压（H-T-V）关系式,对系统进行温度补偿。此外,还研究了测试对象多种介质声阻抗、衰减系数等特性参数与液位-电压多项式系数的关系,建立了两者之间的关系模型—T矩阵,可用于预测测试对象特性参数偏差（不均匀性、加工精度）对液位测量精度的影响。最后,针对航天领域大型贮箱内液位测量需求,采用多传感器阵列,给出了一种阵列式超声传感器液位测量解决方案,实现了对动态液面、倾斜液位等复杂情况下的液位实时监测。