我国石油、化工等行业的在役油气长输管道总长约50万公里，其中大部分管道已使用10—20年以上，出现不同程度的腐蚀、裂纹等缺陷，逐渐进入事故高发期。许多油气管道深埋地下或铺设于水下，检测十分困难。油气储运部门迫切期盼能有管道的在线无损内检测系统，以掌控在役管道的安全运行。本文介绍了笔者以超声波测厚、探伤原理为基础所进行的管道在线无损内检测系统的研究与设计。 介绍了国内外对于管道在线无损内检测技术的研究发展情况与存在的主要问题。给出了模拟式超声管道内检测系统的总体设计与在线数据采集子系统的设计，着重介绍了在线超声测厚数据与定位数据的同步采集处理计算机子系统的研制，该系统已完成工程实验样机研制。 在对模拟式超声检测系统的信号处理方法进行了深入研究的基础上，针对其不足之处，提出了进行数字式信号处理的解决方法。介绍了为减小系统的测量误差、提高系统抗干扰能力而进行的对超声波回波信号的分析研究工作，创新地提出了一种基于对超声脉冲多次反射回波功率谱估计的超声测厚方法，并通过实验证明了该方法用于在线检测的准确性与可靠性。给出了采用此方法所完成的4通道数字式超声管道检测数据采集系统的设计与实验结果。文中对应用Matlab软件所进行的频谱分析与仿真实验、应用VC++语言编写程序实现的动态实时功率谱估计算法及实验验证皆作了相应的介绍。 展望了数字式超声信号处理技术进一步的研究方向，如采用DSP硬件来完成功率谱估计的数据处理以提高计算速度，更好地解决检测的实时性问题。