在平靜的空氣中，聲波的傳播速度被在風方向上的空氣流動所改變。如果風向和聲波的傳播方向相同，就會提高聲波的傳播速度，反之則會減小聲波的速度。在一個固定的測量路徑中，在不同的風速和風向上疊加而成的聲波傳播速度會導致不同的聲波傳播時間。
風速風向儀的原理是測量超聲波脈沖在兩個探頭之間傳播的時間來計算空氣移動的速度，也就是風速。
通過電子電路測量時間差和時間之和，可以求出風速。東西、南北、垂直方向各放置兩對音響發射器和接收器，則可以分別測量三個方向的風速分量。聲波的傳播速度與氣溫有關，測量結果需要溫度修正。風速風向儀具有廣闊的量程和靈敏度；無需考慮傳統儀器固有的啟動風速，響應速度快，可測量微風。該測量方法的特點是，整個測量系統沒有機械旋轉部件，是無慣性的測量，因此能夠準確檢測自然風中陣風脈動的高頻分量。
考慮到測量數據的正確性和代表性，使用風速風向儀需要注意以下幾點：
1、為了使儀器的測量結果具有可比性，必須使用統一規定型號的測試儀器。
2、為了提高測量結果的時間代表性，將一定時間內測量的數值平均。
3、為了提高測量結果的過程代表性，考慮到地形和障礙物對風速測量的影響，一般需要設置在寬敞的地方，10m的高處。也就是說，測風器和障礙物的距離必須比障礙物比測風器的高度至少高10倍。
4、必須考慮儀器的機械結構特性和空氣動力特性，選擇測量風的機器。機械結構上的特性是指準確度、靈敏度、分辨率、啟動風速、量程范圍等。是指空氣動力學特性、衰減比、時間常數、距離常數、慣性等。
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