气象检测与人们的日常生活息息相关，并在环境监测、工农生产等许多领域起着非常重要的作用。MEMS风速风向传感器可以同时测量风速和风向，具有比较高的可靠性和低成本，能够代替传统的风杯和风向标。本文从系统角度出发，从风速风向测量的基础开始研究，重点分析从外界风场到测量风场、芯片温度场、测量电路的风场数据传递全过程，通过优化流体外壳、芯片版图以及电路系统明显提升了传感器的性能。　　 本文将风速风向的测量分为三个过程：外界风场进入传感器外壳在芯片附近形成测量风场；测量风场作用于芯片附近的温度场形成新的测量温度场；电路系统获取测量温度场的温差和加热电压信息处理为测量风速和风向。这三个过程也可以看成是外界风场信息传递的过程，在外界风场、测量风场和测量温度场相互转化的过程中，风速和风向信息将产生系统误差，如何优化传感器来减小系统误差是本文的目的。　　 在测量风场的研究过程中，首先确定了风速风向的可测条件：风速一一对应、风向一一对应及层流性；其次确定了影响测量风场的两大类因素：外界风场和外壳结构，然后通过Ansys模拟分析主要因素对测量风场的影响，根据可测条件确定了外壳结构参数；最后完成传感器外壳的结构设计、外观设计、装配设计以及防水设计。　　 在测量温度场的研究中，首先分析了测量风场与测量温度场的关系；其次分析了温度场测量风速风向存在偏差的成因，提出了温度场设计思路：温度场均衡和测量点均衡，并给出了相应的解决方案；最后对温度场均衡进行了版图设计，通过实验获得并分析了测量结果，验证了测量温度场的设计思路。　　 在电路系统的研究中，发现双模式加热电路存在的一系列无法克服的问题，同时根据新外壳和新版图调整了电路系统，采用恒温差加热模式，加热电压用于测量风速，上下游温差用于测量风向。新的传感器完全克服了双模式加热传感器存在风速风向无法同时测量、风速风向测量不准确、可靠性差、功耗大等一系列问题，明显地提升了传感器的性能。　　 本文的风速风向传感器系统经过全方位的性能测试，显示出较大的性能提升，为本实验室的MEMS风速风向传感器产品化打下坚实的基础。