在測風(fēng)的各種儀器之中,，風(fēng)杯風(fēng)速計由于成本較低，使用比較方便，是使用歷史上比較常用的一種儀器。氮同時也存在著不少問題，例如這些機(jī)械裝置因具有移動部件而容易磨損,，體積較大、需要經(jīng)常維護(hù),，且儀器支架和安裝支架對測量精度有著很大的影響,。其機(jī)械結(jié)構(gòu)也會受到惡劣天氣的損害,，機(jī)械是風(fēng)速風(fēng)向儀還存在啟動風(fēng)速，低于啟動值的風(fēng)速將不能帶動驅(qū)動螺旋槳或者風(fēng)杯進(jìn)行轉(zhuǎn)動,，無法進(jìn)行測量,。

         隨著農(nóng)業(yè)科學(xué)的不斷發(fā)展，超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀逐漸進(jìn)入大眾視野,。它采用固態(tài)設(shè)計,，利用超聲波在空氣中傳播速度受風(fēng)的影響來測量風(fēng)速，彌補(bǔ)了機(jī)械式風(fēng)速風(fēng)向儀的一些缺點(diǎn),，不存在機(jī)械磨損,、阻礙、冰凍等問題,，也不會發(fā)生“機(jī)械慣性”理論上是可以測量風(fēng)速范圍下限為0,，不存在啟動風(fēng)速不足的問題；風(fēng)速上限可以根據(jù)傳感器間距進(jìn)行調(diào)整,。

         在空氣中,，超聲波的傳播速度根據(jù)風(fēng)方向上的空氣流動而改變。如果風(fēng)向和超聲波的傳播方向相同,，就會提高聲波的傳播速度,，反之則會減少聲波的速度。在一個固定的測量路徑中,，在不同的風(fēng)速和風(fēng)向上疊加而成的聲波傳播速度會導(dǎo)致不同的聲波傳播時間,。因而可以通過風(fēng)速風(fēng)量對超聲脈沖在固定路徑上兩個方向的輸送時間差進(jìn)行風(fēng)速測量,。

         使用超聲波測量風(fēng)速風(fēng)向,，其核心在于測量超聲波在空氣中傳播時間，即所謂的飛渡時間,。超聲波從一個探頭傳送到另一個探頭所需要的時間是與風(fēng)速以及超聲通路相關(guān),。順風(fēng)將使超聲信號傳播時間遞增，逆風(fēng)將會使之遞減,。如果風(fēng)速為零,，信號雙向的傳輸時間相等。如果在兩個不相干方向上同時測量風(fēng)速,，就可以通過三角學(xué)合成計算出風(fēng)速以及風(fēng)向,。依次原理，超聲波風(fēng)速儀可僅僅使用三個探頭即可確定平面中的風(fēng)速分向,。但是在實際設(shè)計中,，由于涉及到信號強(qiáng)弱的問題，使用四個探頭的設(shè)計也較常見,。

         對于特定風(fēng)向傳播,，可選用收發(fā)一體的超聲波探頭,，保證兩探頭距離不變，按東西或南北方向放置,，以固定頻率順序發(fā)射超聲波,，測量兩個方向上超聲波到達(dá)時間，由此得到順風(fēng)的傳播速度和逆風(fēng)的傳播速度,，經(jīng)過系統(tǒng)處理換算即可得到風(fēng)速值,。

         一般，超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀包含三個發(fā)送和接收一體的超聲波傳感器,，實現(xiàn)三維空間內(nèi)風(fēng)速和風(fēng)向的測量,。測試儀具有環(huán)境溫度測試單元，由此測量并補(bǔ)償環(huán)境溫度對超聲波傳播速度的影響,。超聲波在空氣中傳播時,，順風(fēng)與逆風(fēng)方向傳播的時間差與待測風(fēng)速具有線性關(guān)系。