超声波经空气传播后，顺风与逆风两个方向上都存在传播速度差。若将一对互相发射和接收的超声波传感器分别设置于同一平面的两个垂直方向上，则测同一通道顺逆风作用下超声波传输时间差，可由合成计算求得此平面上二维风速与风向即为二维风速仪测试原理。类似地，将3对超声波收发传感器以某种方式排列到三维风场中，即可完成流场三维风速风向测量。

风洞吹风实验过程中风速风向作为控制与测量的重要参数，常规实验方法主要利用皮托管，方向场排架及压力传感器等测量流场动压，并利用伯努利方程计算管内流量及流速。但是在极低风速条件下，该方法对于压力传感器的精度要求是现代工业水平所不能达到的，在此条件下实现风洞流场中风速与风向的准确测量已不再是可能。超声波测速测向装置就是采用超声波发射和接收换能器并由发射和接收时间差计算来流速度，该测速装置可以实现包括极低风速等多种风速测量，且体积较小，精度较高，是目前风速测试中的一个热点。

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