系統(tǒng)組成
Eddy2311f 型閉路渦動協(xié)方差采集系統(tǒng)是由Eddy2311f閉路氣體分析儀、三維超聲風(fēng)傳感器、空氣溫濕度傳感器、大氣壓力傳感器、降雨傳感器、DR-805數(shù)據(jù)采集器以及其他配件組成，系統(tǒng)高度集成，該系統(tǒng)可通過編程控制實現(xiàn)水汽及二氧化碳氣體的自動零點標(biāo)定和跨度標(biāo)定，真正做到免維護系統(tǒng)自動運行，大大減少了終端用戶的維護成本，能夠為用戶提供“交鑰匙”系統(tǒng)，極大得方便了用戶的使用。
產(chǎn)品特點
l 數(shù)據(jù)精準(zhǔn)：腔室內(nèi)同步測量二氧化碳和水汽混合比，樣品腔室溫度和壓力，以及三維風(fēng)速和超聲虛溫，輸出更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；
l 堅實耐用：適用于野外各種惡劣環(huán)境，操作簡單、維護方便，免維護周期180天
l 抗雨性強：創(chuàng)新的內(nèi)部信號處理算法和探頭防雨網(wǎng)大幅度地改善了三維超聲風(fēng)速儀在降水事件期間的測量性能；
l 進氣管配有加熱器，防止水汽冷凝
l 理想的微氣象測量方法，原理上不基于任何假設(shè)，無需經(jīng)驗參數(shù)，計算方法有完善的理論論證
l 連續(xù)觀測CO2、H2O通量和環(huán)境要素，評價不同時間尺度的碳水通量特征及其環(huán)境響應(yīng)
l 系統(tǒng)集成度高，包含所需各種儀器及配件
l 頻率響應(yīng)性能優(yōu)異
l 低功耗，支持多種供電方式
工作原理及分析儀優(yōu)勢
該系統(tǒng)實際運行中，超聲風(fēng)速儀高頻響應(yīng)三維風(fēng)速（Ux、Uy、Uz）和虛溫（Ts），CO2/H2O 分析儀高頻響應(yīng) CO2 和 H2O，數(shù)據(jù)采集器實時采集這些變量數(shù)據(jù)，并對其做同步處理，之后在線計算得到感熱通量、潛熱（水汽）通量、CO2 通量、動量通量及摩擦風(fēng)速，以及這些數(shù)據(jù)所需的協(xié)方差/均值等，并將計算結(jié)果保存在數(shù)據(jù)采集單元，與此同時各種高頻變量的原始數(shù)據(jù)也會保存在數(shù)據(jù)采集單元中，用戶可以對這些原始數(shù)據(jù)進行后期處理（分析和插補），從而獲得理想通量數(shù)據(jù)。
Eddy2311f優(yōu)勢：光腔衰蕩光譜技術(shù)能夠在高精度和10Hz或20Hz通量模式下，以ppb級靈敏度來測量 CO2和水汽。在通量模式下，分析儀以10Hz測量并得出所有二種組分的濃度。
優(yōu)異的長期穩(wěn)定性：為確保長時間測量精度，即使是在惡劣環(huán)境下，Eddy2311f也能夠憑借其精心的材料選擇和精細的機械設(shè)計來實現(xiàn)精確的溫度與壓強控制。由于激光會在所有儀器中發(fā)生漂移，因此 Eddy2311f還使用一種高精度波長監(jiān)控器來保持光譜位置。這款分析儀真正的*之處在于分析儀不僅能夠在低流量精度模式下操作，還能夠在通量（快速流動）模式保持長期穩(wěn)定性。
漂移問題：頻繁的參比氣體測量會浪費昂貴的校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)氣體，同時還會耗用寶貴的數(shù)據(jù)測量時間。即使一小時內(nèi)只用五分鐘來進行氣瓶測量都會導(dǎo)致每年有 30 天的時間丟失數(shù)據(jù)。由于儀器和溫度漂移而須頻繁進行的數(shù)據(jù)校正會耗用大量時間、引入誤差，并增大出錯的機會。這就是為什么我們會更專注，來確保每臺儀器都符合低漂移標(biāo)準(zhǔn)。
通量模式：將風(fēng)速計經(jīng)由 RS232 而直接插入到至Eddy2311f分析儀中可以簡化儀器設(shè)置和數(shù)據(jù)分析過程，使我們的分析儀自動同步并將數(shù)據(jù)實時整合至一個文件中。為了能夠通過風(fēng)速計來集成相對濕度等其它傳感器，分析儀提供了最多四列額外的數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)的分析儀還包括更高精度 CO2 通量模式，以便用于最嚴苛的研究應(yīng)用。
技術(shù)指標(biāo)
產(chǎn)品名稱 | 性能參數(shù) |
閉路式通量傳感器(即閉路渦動協(xié)方差傳感器，型號：Eddy2311f） | 1.氣體分析儀測量性能 一般性能指標(biāo)工作溫度：-30°到 +50℃ 工作壓力：70 到 106 kPa 工作頻率：10Hz或20Hz 氣體采樣泵流速：3～8LPM,具有自動控制功能 供電電壓：10到16Vdc 功耗：14.8W（上電后穩(wěn)定狀態(tài)） 輸出波寬：5, 10, 12.5, 或 20 Hz；用戶可編程控制 輸出選項：SDM, RS-485, USB, 模擬量（僅CO2和 H2O） 輔助輸入：空氣溫度和壓力 傳輸管長度：根據(jù)需求可定制 氣體分析儀技術(shù)規(guī)格 樣品腔室熱敏電阻精度：± 0.15℃ (-30°至 50℃) 樣品腔室壓力精度：±1.5kPa (＞0℃)， 線性增加到 ±3.7 kPa @ -30℃ 輸出參數(shù)： Ux (m/s) Uy (m/s) Uz (m/s) 超聲虛溫 (℃) CO2 混合比 (μmol/mol)，CO2通量 H2O 混合比 (mmol/mol)，水汽通量 顯熱通量，潛熱通量 樣品腔室溫度 (℃) 樣品腔室壓力 (kPa) 三維超聲風(fēng)速儀診斷值 CO2信號強度 H2O信號強度 差壓 (kPa) 光源溫度 (℃) H2O性能參數(shù)： 量程：0～75 mmol/mol 準(zhǔn)確度：＜2%（或優(yōu)于2%） 增益漂移：讀數(shù)的±0.3%/℃ CO2性能參數(shù)： 量程：0～1000µmol/mol 準(zhǔn)確度：＜1%（或優(yōu)于1%） 零點溫度漂移：±0.3µmol/mol/℃ 增益漂移：讀數(shù)的±0.1%/℃ 測量輸出頻率：可輸出100Hz 量程：0～60m/s 啟動風(fēng)速：0.3m/s 抗風(fēng)強度：75m/s 風(fēng)速測量精密度：Ux 和 Uy：1mm/s（RMS）， Uz：0.5mm/s（RMS） 量程： 0～360o 啟動風(fēng)速：0.3m/s 抗風(fēng)強度：75m/s 風(fēng)向測量精密度：0.6° 其他參數(shù)性能： 金屬材質(zhì)，具有防雨優(yōu)點含加熱功能 超聲溫度分辨率：＜±0.025℃（RMS）@25℃ 3.空氣溫濕度傳感器測量性能 量程：-80～60℃（鉑電阻RTD），0-99.99%RH 精度（20℃時）：溫度±0.17℃；濕度±1% 響應(yīng)時間： 10秒 溫度依賴性：±0.05%RH/℃ 長期穩(wěn)定性：＜1%RH/年 可重復(fù)性：±0.03hPa，分辨率：±0.01mb 長期穩(wěn)定性： ±0.1hPa/年，啟動時間：1秒 操作溫度：-40-60℃ 鍵盤顯示器 二氧化碳 /水汽分析儀專用便攜箱三維超聲風(fēng)傳感器專用便攜箱 電 纜 標(biāo)定管路 操作軟件 |
數(shù)據(jù)采集與遠程傳輸單元（型號：DR-805） | DR-805數(shù)據(jù)采集器是一款集成數(shù)字量，模擬量，差分信號量等多種信號處理方式于一體，具有存儲功能的數(shù)據(jù)采集器。該采集器可以在外部接入溫度傳感器，光合有效傳感器，總輻射傳感器，日照傳感器，地溫傳感器，風(fēng)速風(fēng)向傳感器，濕度傳感器，蒸發(fā)傳感器，二氧化碳傳感器，閉路渦動協(xié)方差傳感器，氣壓傳感器，氣體濃度傳感器和雨量傳感器等。 模擬電壓范圍：±5VDC 模擬電壓單端通道數(shù)量：12個 模擬量測量精度：±（0.04%讀數(shù)+偏移量）@0-40℃ A/D 轉(zhuǎn)換位：24 位 通訊方式： RS-232、RS-485，SDM，SDI-12 等 功耗：＜1mA（休眠狀態(tài)）；3mA（1Hz工作狀態(tài)） 帶有 Ethernet 網(wǎng)絡(luò)，USB 等通訊接口 附 件： 2G/3G/4G 無線通訊模塊，并具備支持遠程修改配置功能；防水機箱：帶有雙導(dǎo)管電纜口，防護等級：IP65；防水，防紫外； 具有腳本語言，支持用戶編程，提供完整的腳本語言說明； 配套渦動通量在線校正計算軟件：可提供在線野點去除，協(xié)方差同步數(shù)據(jù)延時，坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)，頻率修正，超聲感熱修正，空氣密度修正，通量源區(qū)特征分析，數(shù)據(jù)質(zhì)量分級，實時分析診斷，數(shù)據(jù)下載狀態(tài)等功能。 |
系統(tǒng)選址及安裝說明
統(tǒng)設(shè)備安裝方式靈活，但須保證儀器垂直放置，固定牢固。為避免雷擊，輻射的高壓靜電損壞儀器或傷人，儀器必須通過安裝管正確接地。不*接地將會降低設(shè)備性能，尤其在電磁干擾比較嚴重的地方。接地導(dǎo)線通過底部的螺孔與儀器連接，導(dǎo)線截面積最小6平方毫米。供給超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀的電源為24V±20%，并且此電源應(yīng)具有較小的紋波電壓。
系統(tǒng)不應(yīng)安裝在靠近高能雷達或無線發(fā)射器的旁邊。進行現(xiàn)場勘測，以確定當(dāng)?shù)氐碾娮痈蓴_。不要與任何雷達掃描裝置在一個平面上安裝，至少應(yīng)該保持2米以上的距離。
避免周圍建筑物比如樹、電線桿、高樓等這些可能會影響到氣流或產(chǎn)生紊亂的裝置，這可能對測量精度產(chǎn)生影響。安裝在盛行風(fēng)的一側(cè)。
系統(tǒng)選址原則
渦動相關(guān)方法最初建立在地形平坦、植被粗糙度較低的下墊面的基礎(chǔ)上。由于地形起伏地區(qū)各種植被下墊面與大氣間的能量和物質(zhì)通量交換有著重要意義，現(xiàn)在大量通量站都建在較復(fù)雜的環(huán)境中。
觀測塔的位置應(yīng)盡可能選在自己所感興趣且有代表性的生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)中，要求有足夠長的上風(fēng)距離（Fetch），可以先做風(fēng)玫瑰圖和足跡（Footprint）分析以確定一定觀測高度上，不同穩(wěn)定度條件、風(fēng)速和風(fēng)向下被測量通量的源區(qū)。一般來說，觀測塔的位置應(yīng)該選在觀測區(qū)域內(nèi)地形相對較為平坦的地方，以減少平流的影響。
在塔的建設(shè)、安裝和運行期間，應(yīng)該盡可能減少對周圍環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)的影響，且觀測塔應(yīng)建立在受相鄰生態(tài)系統(tǒng)干擾最小的地點。
一般情況下經(jīng)驗值，風(fēng)浪區(qū)(Fetch)是儀器安裝高度的100倍，也就是說如果塔高2米，那么測得的大部分通量來自于塔至上風(fēng)距離200米處的橢圓形區(qū)域；而在夜晚低風(fēng)速、穩(wěn)定條件下能達到安裝高度的500倍。
通常情況下，儀器安裝高度遵循以下原則：當(dāng)冠層高度低于3米時，建議安裝在冠層高度2倍以上、傳感器路徑長度的3至5倍以上、0.01倍上風(fēng)距離以下，且至少高于冠層高度1.5米；當(dāng)冠層高度大于3米時，建議安裝在冠層上方3米左右、0.01倍上風(fēng)距離以下。安裝在常通量層，因為這一層通量不隨高度增加而改變。
三維超聲風(fēng)探頭應(yīng)朝向主導(dǎo)風(fēng)向，并注意盡量減少由于塔結(jié)構(gòu)本身形成的流場阻擋或扭曲干擾的影響。三維超聲傳感器應(yīng)保持水平(超聲坐標(biāo)系的Z軸保持在垂直方向)以減少風(fēng)向變化帶來的不確定性。對于分體式渦動，氣體分析儀的探頭應(yīng)安裝在距離三維超聲傳感器的水平10至20cm，下方垂直0至20cm(因為距離過近會導(dǎo)致自然氣流的畸變從而影響通量的測量)；當(dāng)儀器架在15米以上時，水平距離和垂直距離可以增大到30至50cm
