近年来，随着国家海洋战略的实施，海洋资源的开发与利用快速发展，常规测流仪器不能满足海洋科技不断发展的需求，海流测量技术日益凸现。三维矢量形式的海流速度各维间分量存在较大差异，纵观国内外海流传感器的研究现状，目前缺少较好的方法来实现维间差异较大的三维流速测量，传感器壳体结构和测量装置的优化设计成为研究的关键问题。本文基于经典模型的绕流仿真设计出一种新型三维海流传感器，以满足三维、瞬时、维间差异较大流速的测量要求，为深海流速的获取提供支持。以三维海流传感器的结构设计为主线，基于三维流速的矢量分解，提出三维流速维间差异测量结构的设计方案。运用Fluent软件对三维圆球绕流和薄圆盘纵向绕流进行仿真，得到了圆球和圆盘升阻力随来流速度的变化规律。通过讨论圆柱固定杆对圆球绕流的影响，综合考虑深海测量要求，设计出一种新型三维海流传感器：水平传力机构采用圆球结构，垂直传力机构选用薄圆盘结构。对传感器壳体绕流场进行数值仿真，讨论了模型中圆球阻力、圆盘升力随来流速度、攻角的变化规律，与单圆球、单圆盘绕流场比较，探究组合结构对圆球阻力、圆盘升力的影响，验证了组合结构设计的可行性。基于应变式传感器原理进行力传感单元的设计。通过正交试验优化水平力传感单元中弹性梁的尺寸，利用杠杆原理设计出基于柔性铰链的微力放大机构。经有限元分析，获得弹性梁最大应变与来流速度之间的关系，据此估算传感器的测流范围，满足微小上升流（10-3mm/s量级）可测、维间差异较大流速的测量要求。