传统的风速检测方式多为机械式，具有体积大、灵活性较差、可动部件易磨损等缺点，而基于MEMS的热式风速风向传感器可以较好地规避这些问题。目前关于热式风速风向传感器的研究多集中于芯片结构和封装的改善，目的在于量程、灵敏度、响应速度、功耗等指标的优化。本文在诸多前期研究的基础上提出了改善风速传感器性能的方案并针对热式风速传感器的启动时间这一参数开展了较为详尽的研究，以软件仿真、实验测试和数学推导的方式进行了具体的说明。
　　首先，本文从完整的风速传感器系统出发，详细阐述了所使用的传感器芯片的结构、原理和封装方式，并给出了针对此传感器芯片的控制、放大、检测和通讯电路。通过对完整的风速传感器系统的风洞实验，总结出主要的性能特性。同时发现存在三个问题，分别是热损失输出电压-风速曲线异常、高风速段电压-风速曲线灵敏度降低以及启动时间不确定。
　　针对问题一，将原因定位到环境测温二极管，实验证明环境测温二极管在工作时会受传感器芯片热场的影响，从而引发加热电压-风速曲线异常。将其更换为外置测温元件后，同时又出现了稳定速度慢和迟滞的问题。考虑到环境测温元件的位置和封装的重要性，对芯片进行了优化设计，重新排布了芯片主体和环境测温元件的位置，尽可能消除了热场的相互干扰和不必要的热损耗，并保证了敏感元件与空气的良好接触。经过以上处理后，问题得到解决。实验结果显示加热电压-风速曲线平滑，重复性较好。风速和风向的测量精度较高，误差分别控制在4%和4°以内。整个系统的上电稳定时间在15s左右。
　　针对问题二，设计了一个基于MOS管电流电压转换特性的传感器后级灵敏度提升电路。首先研究了MEMS热式风速传感器的输出理论模型，从传热学和流体力学角度对热损失型和热温差型两种测量方式进行了理论公式推导，总结出二者输出曲线特性——分别与风速的平方根和四次方根线性相关。在此基础上，结合 MOS 管的饱和区电流特性，提出了一种基于MOS管的平方电路。而后对此电路进行了仿真和实验，结果表明该电路可极大提升输出电压的灵敏度。热温差和热损失测量模式下的输出电压在经过MOS管电路处理后，灵敏度分别达到了45.44mV/ms-1和171.88mV/ms-1，非线性误差从3.15%降至2.77%。
　　针对问题三，详细研究了风速传感器启动时间这一参数。从参数定义、实验现象、有限元仿真和数学推导的角度对其进行了较为详细的解释和说明。研究结果显示，chip.1的启动时间在15s左右，而嵌入于陶瓷基板并具有隔热结构的chip.2的启动时间在5s左右。二者均能达到实用要求。除此之外，也可以通过修改数学推导结果中的参数来判断不同芯片结构的传感器的启动时间，从而能够在早期研究和设计时尽可能优化。
　　通过上述一系列研究，风速传感器的重复性、灵敏度、精度等性能得到了优化，启动时间参数得到了确定，对于后续的芯片优化设计具有实际意义。