旋转机械在工业生产中占有重要的地位，对旋转机械运行状态的监测与故障诊断能够保证设备运行的安全，避免遭受经济损失。旋转机械设备在故障的早期会出现轻微的摩擦现象，此时会产生高频振荡波，而超声传感器能够接受此种高频振荡波，对早期故障做出有效的诊断。鉴于此，本文设计了一种基于超声的旋转机械故障监测与诊断系统。本设计分别设计了模拟式的故障诊断系统与数字式的故障诊断系统。首先，本设计根据超声信号能量与摩擦性故障严重程度成正相关的特性，设计了LED显示电路，同时将超声信号进行音频转化，通过声音信号判断机械设备的运转情况，进而结合前置差分可调放大电路、高通滤波电路、低通滤波电路等信号调理电路便构成模拟式的故障诊断系统。将信号调理电路、三极管包络检波电路与数字系统电路相结合，构成数字式的故障诊断系统，进行实时波形与直方图的显示、时域参数的计算与直方图特征提取。实时波形与直方图能够判断机械运转状况和故障类型，其中时域参数的应用为故障诊断系统提供一个判断故障的参考标准。本设计还加入SD卡来进行实时数据、实时波形图和直方图存储，能够下载到上位机进行数据的分析处理，以便进一步对故障信号分析研究。最后，本文在利用信号发生器与MATLAB软件验证了本系统所显示的波形与时域参数的正确性，并利用MATLAB对故障数据进行分析，验证了包络直方图能够对各种类型的故障进行判别，利用循环统计方法对故障数据进行处理，证明了循环统计方法在旋转机械故障诊断方面的优越性。