風(fēng)，是地球大氣層中最基本也是最活躍的氣象要素之一。自古以來(lái)，人類(lèi)就需要觀測(cè)風(fēng)——從帆船航海、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)到天氣預(yù)報(bào)和航空飛行，風(fēng)的信息都很重要。

最初，我們依靠機(jī)械式風(fēng)速儀和風(fēng)向標(biāo)（即常見(jiàn)的風(fēng)杯和風(fēng)向標(biāo)）來(lái)測(cè)量風(fēng)。這些設(shè)備簡(jiǎn)單直觀，但也存在明顯的局限性：存在機(jī)械摩擦和慣性，微風(fēng)難以啟動(dòng)，響應(yīng)風(fēng)速變化有延遲；極端天氣（如臺(tái)風(fēng)、冰凍）下，機(jī)械部件容易損壞或凍結(jié)卡死；軸承等活動(dòng)部件會(huì)磨損，需要定期維護(hù)和校準(zhǔn)。

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，市面上出現(xiàn)了一種完全摒棄機(jī)械結(jié)構(gòu)，利用聲波原理進(jìn)行測(cè)量，完美克服傳統(tǒng)設(shè)備缺點(diǎn)的測(cè)風(fēng)儀器——超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀。

原理是測(cè)量超聲波脈沖在兩個(gè)傳感器之間順風(fēng)傳播和逆風(fēng)傳播的時(shí)間差。

打個(gè)比方，兩個(gè)人在一條河里劃船。順流而下時(shí)，船速（船速+水速）會(huì)變快，用時(shí)更短。逆流而上時(shí)，船速（船速-水速）會(huì)變慢，用時(shí)更長(zhǎng)。

這里的“水流”就是風(fēng)，“船”就是超聲波信號(hào)，“船速”是聲波在靜止空氣中的速度。

儀器有2到4個(gè)超聲波換能器（既能發(fā)射也能接收超聲波的探頭），成對(duì)布置。一個(gè)典型的三探頭設(shè)計(jì)即可精確測(cè)量水平面的風(fēng)速和風(fēng)向。

一對(duì)換能器（例如A和B）之間，儀器會(huì)先后發(fā)射兩次超聲波脈沖：

第一次從A發(fā)向B（順風(fēng)或逆風(fēng)）。

第二次從B發(fā)向A（方向相反）。

測(cè)量?jī)纱蚊}沖的“飛行時(shí)間”。

由于風(fēng)的存在，兩個(gè)方向的時(shí)間會(huì)不同。這個(gè)時(shí)間差（ΔT）與沿著這條路徑的風(fēng)速分量成正比。

通過(guò)測(cè)量多對(duì)換能器（例如在X軸和Y軸方向各有一對(duì)）路徑上的時(shí)間差，就可以計(jì)算出二維的水平風(fēng)速矢量，即風(fēng)速大小和風(fēng)向。

更先進(jìn)的三維模型還可以測(cè)量垂直方向的風(fēng)速，用于科研等特定領(lǐng)域。

超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀可搭配自動(dòng)氣象站，用于橋梁、隧道、高大建筑（如起重機(jī)）、化工廠的安全風(fēng)速監(jiān)控，或者風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)風(fēng)資源評(píng)估、風(fēng)機(jī)性能監(jiān)控與優(yōu)化。