在测风的各种仪器之中，风杯风速计由于成本较低，使用比较方便，是使用历史上比较常用的一种仪器。氮同时也存在着不少问题，例如这些机械装置因具有移动部件而容易磨损，体积较大、需要经常维护，且仪器支架和安装支架对测量精度有着很大的影响。其机械结构也会受到恶劣天气的损害，机械是风速风向仪还存在启动风速，低于启动值的风速将不能带动驱动螺旋桨或者风杯进行转动，无法进行测量。

         随着农业科学的不断发展，超声波风速风向仪逐渐进入大众视野。它采用固态设计，利用超声波在空气中传播速度受风的影响来测量风速，弥补了机械式风速风向仪的一些缺点，不存在机械磨损、阻碍、冰冻等问题，也不会发生“机械惯性”理论上是可以测量风速范围下限为0，不存在启动风速不足的问题；风速上限可以根据传感器间距进行调整。

         在空气中，超声波的传播速度根据风方向上的空气流动而改变。如果风向和超声波的传播方向相同，就会提高声波的传播速度，反之则会减少声波的速度。在一个固定的测量路径中，在不同的风速和风向上叠加而成的声波传播速度会导致不同的声波传播时间。因而可以通过风速风量对超声脉冲在固定路径上两个方向的输送时间差进行风速测量。

         使用超声波测量风速风向，其核心在于测量超声波在空气中传播时间，即所谓的飞渡时间。超声波从一个探头传送到另一个探头所需要的时间是与风速以及超声通路相关。顺风将使超声信号传播时间递增，逆风将会使之递减。如果风速为零，信号双向的传输时间相等。如果在两个不相干方向上同时测量风速，就可以通过三角学合成计算出风速以及风向。依次原理，超声波风速仪可仅仅使用三个探头即可确定平面中的风速分向。但是在实际设计中，由于涉及到信号强弱的问题，使用四个探头的设计也较常见。

         对于特定风向传播，可选用收发一体的超声波探头，保证两探头距离不变，按东西或南北方向放置，以固定频率顺序发射超声波，测量两个方向上超声波到达时间，由此得到顺风的传播速度和逆风的传播速度，经过系统处理换算即可得到风速值。

         一般，超声波风速风向仪包含三个发送和接收一体的超声波传感器，实现三维空间内风速和风向的测量。测试仪具有环境温度测试单元，由此测量并补偿环境温度对超声波传播速度的影响。超声波在空气中传播时，顺风与逆风方向传播的时间差与待测风速具有线性关系。