IRGASON开路涡度相关系统

概述

开路涡度相关系统是一个研究近地层通量观测的研究级系统，也称为开路涡动相关系统、开路式CO2/H2O通量观测系统、二氧化碳水汽通量监测系统等。它运用涡度协方差技术，来研究大气与下垫面之间的物质交换和能量交换，可以测量显热通量、潜热通量、动量通量、摩擦风速以及CO2/H2O 通量。

近地层是指0至100m以下气层（包括粘性次层），这一层大气受下垫面不均匀影响，有明显的湍流特征。近地层通量主要观测水汽和碳通量，并同时进行近地层大气温度、风、湿度、辐射、气压、降水量、蒸发量、土壤温度、土壤湿度、土壤热通量、地下水位，通过计算可得到显热和潜热热量、动量通量及物质通量等要素观测，以获取不同代表性下垫面区域近地层动力、热力结构及其各类能量收支、物质交换等多圈层相互作用过程综合信息。近地层通量观测核心是了解水循环和碳循环过程机理、变化趋势以及调控管理的综合研究。

开路涡度相关法是一种研究应用微气象法进行生态系统对地-气间显热、潜热、动量通量和CO2通量影响的长期观测的技术和方法。通过获取典型生态系统地-气间显热、潜热、动量通量和CO2通量的长期观测数据，为气象部门开展气候系统模式的研究提供基础数据；为全面系统地开展典型生态系统中生态过程与小气候、地-气相互作用及水热平衡特征、大气-生态-小气候-水文-土壤相互作用及影响机制的研究提供基础数据；为短期气候趋势预测、气候变化影响评估等工作提供基础性资料。

主要特点

1、SDM同步测量技术：对于通量观测而言，各变量的同步是首要基础，若不同步，会导致计算得到的通量结果严重低估；IRGASON系统采用了CSI公司的SDM同步测量技术，在测量阶段就已保证了各变量的同步性。

2、 巧妙设计：符合空气动力学设计，更大程度减小了仪器自身对风的影响。温度补偿：无需加热装置实现温度补偿。

3、 一体化设计：保证分析仪与超声风速仪测量的是同一界面，减少系统误差。

4、低功耗：完全适合于太阳能板供电。

5、最大输出频率50HZ（在25HZ带宽时）。

6、倾斜窗口设计：不易积水、堆积扎瓦，降低了窗口污染对测量的影响。

7、出厂标定：各种浓度的CO2和水汽环境下、各种温度和压力环境下进行出厂标定。

8、 数据诊断：各种诊断参数来确定数据可靠性。

核心部件介绍

1、CR6数据采集器

CR6概述

CR6 测量与控制数据采集器，可以是您的数据采集系统的功能强大的核心组件。CR6汇集了我们全部数据采集器的优点于一身，添加了更快速的通讯，低功耗要求，内置的 USB接口，简洁的尺寸，和改善的模拟输入精度及分辨率。CR6 还引进了我们新的U型通用功能端子，通过设计独特的方式，几乎可以接入任何传感器 —— 模拟的、数字的、或智能型的传感器都能被接到U端子上。CR6也是我们第一种可直接实施静态振弦测量的多用途数据采集器。

CR6优势与特点

* 功能强大，多用途 —— 多功能的数据采集工具

* U 型通用端子，可配置成你想要的类型：模拟或数字，输入或输出

* 使用我们专利的频谱分析技术实施静态振弦测量

* 对所有的端子实施电涌和超电压防护

* 灵活的供电输入选项，面板上可接入直流供电电源、12 V 电池或 USB供电

* 一体式的 10/100M 以太网接口

* 使用CR6-WIFI创建或加入Wi-Fi网络(可选订购项)

* 使用可移除端子条，易于接线

* Web服务器功能，包括数据显示、配置、诊断和安全性

* MicroSD 存储卡扩展内存

* 支持 RS-232 和 RS-485 自然逻辑的串行传感器

* CPI 主机，可接入CDM协议的Campbell 高速传感器和分布式模块

* 可使用 CRBasic 或 SCWin 程序生成器来编程，完全兼容 PakBus 协议

* 与流行的 CRBasic CR1000 和 CR3000 数据采集器共享操作系统

CR6产品规格

* 操作温度范围：-40℃至+70℃（标准），-55℃至+85℃（扩展）

* 最大扫描频率：1000Hz

* 外壳材质：高抗冲击聚碳酸酯和抗紫外线TPE，回收代码7

* 模拟输入端口：12个单端或6个差分

* 通用输入端口：12个单独配置的模拟或数字功能输入（独特的U端口功能）

* 脉冲计数端口：16个  (C1至 C4，以及 U1至U12)

* 通信端口种类：网口、USB microB、CS I/O、CPI、RS-485/422、SDI-12

* 数据存储：4 MB SRAM + 72 MB闪存

* 数据存储扩展：可插拔的microSD，有2G/8G/16G可选

* 切换12V口：2个终端

* 数字I/O口：16个终端 (C1至 C4，以及 U1至U12)

* 输入极限：±5V：

* 模拟电压精度：±(0.04% *测量值+偏移量) ，在 0° 至 40°C范围时；

* ±(0.06% *测量值+偏移量) ，在-40至+70°C范围时；

* ±(0.08% *测量值+偏移量)，在-40° 至+70°C范围时。

* ADC（模拟/数字转换器）：24位

* 静态线振测量：支持

* 电源要求：10至18 Vdc ，电池输入(BAT) ；16至32Vdc，充电器输入(CHG)

* 实时时钟精度：±3分钟/年(可选GPS校正到±10µ秒)

* 网络协议：Ethernet, PPP, RNDIS, ICMP/Ping, Auto-IP (APIPA), IPv4, IPv6, UDP, TCP, TLS (v1.2), DNS, DHCP, SLAAC, Telnet, HTTP(S), SFTP, FTP(S), POP3/TLS, NTP, SMTP/TLS, SNMPv3, CS I/O IP, MQTT

* 通信协议：CPI, PakBus, SDM, SDI-12, Modbus, TCP, DNP3, UDP, NTCIP, NMEA 0183, I2C, SPI

2、IRGASON一体式CO2/H2O分析仪（一体式碳水通量传感器）

IRGASON优点与特点：

* 独特的外观布局紧凑为流线体型。在流体经过传感器时，对被测流体的空气动力学影响降到更低。非加热，控温测定。在节能的同时，避免对被测流体的热力学影响。同空间测定。红外气体分析仪和超声风速共测同一空间，避免了二个传感器在异空测定时的高频通量遗漏。

* 红外气体分析仪和超声风速仪共用一套电子信号处理系统，更好地协调测定时间，并降低耗能，由于低能耗，适用于太阳能供电，适合野外环境，节能环保。

* 精度高，噪声低。

* 最大输出频率为50HZ，并具有25HZ测频带宽。

* 光学补偿技术，可容忍窗口的轻度污垢。

* 窗口的斜角设计，避水效果好。

* 设计与制造工艺适用于严酷的自然环境。

* 更换干燥剂方便快捷。并可进行气压，温度范围的订正。

* 软件设置多种诊断参数用于发现可疑读数时进行判定，从而提高数据质量。

* 与坎贝尔的测控运储器充分兼容。用测控运储器可实地完成测定设置，零基点和测幅标定。

IRGASON输出：

UX(m/s)

Uy(m/s)

Uz(m/s)

超声温度（℃）

仪器环境温度（℃）

超声风速仪的运行诊断码

CO2密度（mg/m³）

H2O密度（mg/m³）

气体分析仪运行诊断码

CO2信号强度

H2O信号强度

气压（KPa）

IRGASON技术参数

基本性能：

* 通量仪结构：一体式

* 压力：70 至 106 kPa

* 工作温度：-30°~ +50°C

* 供电（25°C时）：5W  (稳定状态和通电时)

* 基本测量速率：60HZ

* 输出速率：5-50HZ，用户可编程

* 输出带宽：5，10，5，20，25HZ；用户可编程

* 输出信号：SDM，RS-485，USB，模拟量

* 辅助输入：空气温度和大气压力

二氧化碳（CO₂）和水汽（H₂O）测量性能：

* CO₂测量精度：1%

* CO₂均方根误差：2 mg/m³(0.15 μmol/mol)

* CO₂出厂标定范围: 0-1000 μmol/mol （即0-1000 ppm）

* CO₂零点温度漂移 (最大): ±0.55 mg/m³/°C(±0.3 μmol/mol/°C)

* CO₂增益温度漂移 (最大): ±0.1%（*读数/℃）

* CO₂相对H₂O的灵敏度：±1.1×10^-4molCO₂/molH₂O

* H₂O测量精度：2%

* H₂O均方根误差：004g/m³(0.006 mmol/mol)

* H₂O出厂标定范围: 0~72mmol/mol (37℃ 露点）

* H₂O零点温度漂移 (最大): ±0.037 g/m3/°C (±0.05 mmol/mol/°C)

* H2O增益温度漂移 (最大): ±0.3%（*读数/℃）

* H2O相对CO2的灵敏度：±0.1 molH2O/molCO2

三维超声风速测量性能：

1. 测量输出：U_X，U_Y，U_Z，C  ( U_X，U_Y，U_Z 是三维风速风向，C 是声速)
2. U_X和U_Y的偏移误差：＜±8.0cm/s
3. U_z的偏移误差：＜±4.0cm/s
4. U_X和U_Y的精密度：1mm/s
5. U_z的精密度：5mm/s
6. 超声温度C的精密度：025℃
7. 风速测量范围：0至60m/s
8. 风速增益误差：＜±2%读数（水平±5°内）
9. U_X和U_Y的测量分辨率：1mm/s RMS
10. U_z的测量分辨率：5mm/s RMS
11. 测量路径：垂直10cm，水平8cm

3、HMP155A-L 空气温湿度传感器

HMP155A-L 是一款性能优异的空气温湿度传感器，具有可靠的湿度和温度测量功能，适用于各种环境。湿度测量基于电容性高分子薄膜传感器 HUMICAP®180R。温度测量基于电阻性铂传感器(Pt100)。湿度传感器和温度传感器都位于探头的顶端，由一个烧结的聚四氟乙烯过滤器保护。可广泛应用于气象观测与预报、道路环境监测、民航、工业检测等领域。为了使该传感器能够消除环境影响进行更加精确的测量，并使其拥有更加长久的使用寿命，我们建议将其安装在一个防辐射罩内。

   主要参数：

      温度传感器类型：PT 100 RTD 1/3 class B IEC 751

      温度测量范围：-80° 至 +60°C

      温度测量精度：±0.23 °C

      湿度传感器类型：HUMICAP 180R

      湿度测量范围：0-100%

      湿度测量精度：±1%

      电源要求：7至28Vdc

      输出电压范围：0-1Vdc

      防辐射罩：14层，自然通风型

       说明：IRGASON开路涡度相关系统可增配辐射/土壤能量平衡观测单元，具体请联系我们。

主要厂家：美国Campbell Scientific Inc.（CSI）

                                     (IRGASON开路涡度相关系统安装案例)