Ein Ultraschall-Anemometer dient zur dreidimensionalen Erfassung der horizontalen und vertikalen Windgeschwindigkeit und -richtung sowie zur Bestimmung der virtuellen Temperatur.

Dafür werden 6 Ultraschall-Wandler eingesetzt, von denen sich jeweils zwei im Abstand von etwa 17 Zentimetern gegenüberstehen. Die daraus entstehenden 3 Messstrecken stehen in einem Richtungswinkel von 120° und einem Neigungswinkel von 45° zueinander. Die Wandler fungieren sowohl als Schallsender als auch als Schallempfänger, sodass bei jeder Messung 6 Einzelmessungen in alle 6 Richtungen der Messstrecken vorgenommen werden. Die Dauer einer Messung beträgt etwa 0,5 Millisekunden, sodass bis zu 200 Messungen pro Sekunde möglich sind.

Gemessen wird dabei die Geschwindigkeit des Schalls. Aus den 6 vorliegenden Ergebnissen kann die Messelektronik die horizontale und vertikale Windgeschwindigkeit bestimmen. Die Idee dahinter ist, dass die Windgeschwindigkeit Einfluss auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls nimmt. So führt beispielsweise eine Windgeschwindigkeitskomponente entgegen der Ausbreitungsrichtung des Schalls zu einer Verringerung der Schallgeschwindigkeit. Auf einer feststehenden Messstrecke ist also eine Veränderung der Laufzeit des Schalls auf eine Veränderung der Windgeschwindigkeit und/oder -richtung zurückzuführen.

Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls auch maßgeblich von der Lufttemperatur abhängig ist, werden die Messungen jeweils in beide Richtungen vorgenommen. Durch die Substraktion der entgegengerichteten Laufzeit lässt sich der Einfluss der Lufttemperatur eliminieren. Durch ein Aufsummieren der Laufzeiten lässt sich hingegen der Einfluss des Windes ausschalten, sodass die virtuelle Lufttemperatur in Abhängigkeit der Luftfeuchte ermittelt werden kann.

Durch die hohe Messrate des Systems gewährleistet es höchste Genauigkeit und eignet sich insbesondere für die trägheitslose Messung der Spitzenwindgeschwindigkeit. Zudem bietet es im Vergleich zu anderen Anemometern die Möglichkeit, die vertikale Windkomponente zu erfassen und die Lufttemperatur zu ermitteln, deren Messung, aufgrund des fehlenden Strahlungseinfluss, klassische Temperaturmessverfahren an Genauigkeit übertrifft.