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OPEC开路涡动（涡动协方差）通量观测系统-EC150
概述：
Campbell公司生产的EC150开路涡动协方差观测系统（涡动相关）是一款研究级的开路气体分析仪。作为一个标准的、独立的分析仪，可以测量二氧化碳-概密度以及水汽密度、空气温度、大气压力。通过可以选择的三维超声风速仪，EC150也可以测量三维风速，以及超声空气温度。开路涡动系统可以测量感热通量、动量通量、大气和地表面之间其它的通量。这个系统包括一个数据采集器，快速响应、三维超声波风速计和快速响应的标量传感器。一个独立的测量温湿度的低速响应的传感器也是需要的，它测量的数据可以为计算气象变量做参考。水平的风速风向可以被数据采集器计算出来，用三维超声波风速计测量出来的数据。
测量原理涡动通量观测系统主要有三维风速及气体密度高频测定单元、供电单元、数据采集单元组成。三维风速及气体密度高频测定单元用来测量三维风速（Ux、Uy、Uz）、虚温（Ts）、气体密度（CO2和H2O）。数据采集、存储及传输单元是核心采集处理单元，采集气体分析仪输出的浓度数据（CO2和H2O）、三维超声风速仪输出的三维风数据（Ux，Uy，Uz），超声虚温数据（Ts）、声速（c）以及系统中其它辅助观测数据，并将原始10HZ数据存储到CF卡中；同时对原始数据做在线通量全修正计算，直接输出可用于科研目的的高质量通量数据，并将通量数据存储到CF卡中。另外可将数据通过有线/无线的方式远程发送至数据中心。
系统组成：
基础版的开路涡动系统的组件
超声波风速计(CSAT3A)、红外气体分析仪（EC150）、集成超声波风速计和红外气体分析仪（IRGASON）、数据采集器、内存扩展模块、扩展版的开路涡动系统的组件（可以在基本版上选择添加下面的传感器）、净辐射传感器（NR-LITE2）、土壤热通量传感器（HFP01SC-L）、土壤温度传感器（TCAV-L）、土壤含水量（CS616-L）、细线热电偶（FW05）、高灵敏度的空气湿度传感器（KH20）、空气温湿度传感器（HMP155A-L）。
EasyFlux_DL在线处理软件：
EasyFlux_DL软件是基于CSI数据采集器开发的一款嵌入式智能涡动相关在线处理软件。以数据采集器为依托，软件具有数据采集、分析、计算、存储和传输等功能；通过3G等无线通讯，用户可直接远程获得终用于科研的通量数据；并可实现站点组网，远程访问下载数据、设置站点参数等功能。适用于涡动通量研究领域。
EasyFlux_DL智能软件用于自动计算大气边界层的动量、感热、CO2、H2O通量；数据采集器是系统的核心，实现系统控制，传感器测量，数据存储，数据处理并输出的整个过程；下面的流程图解释了在数据采集器内部，数据采集，处理的整个流程；流程包含野点剔除、大协方差找延时、坐标旋转、 频率订正、超声温度订正（SND）、 WPL订正、源区计算、数据质量等级划分。
优点与特点
◇ 单一光路配置使其具有流线形体，将空气动力学的影响减至更小程度
◇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，实现同步测量
◇ 低能耗，可使用太阳能供电
◇ 无需加热，测量时温度补偿
◇低噪，精度高
◇ 输出频率60Hz, 20Hz带宽。
◇ 允许窗口轻度污染
◇ 窗口斜角设计，避水效果好
◇ 坚固耐用适于野外
◇ 经过综合实践，CO2，H2O，大气压和温度的出厂校准具有较宽范围
◇ 广泛的诊断参数，可以警示可疑数据
◇与Campbell数据采集器充分兼容：现场设置，配置，零点和跨度校正均可通过直接连接数据采集器完成
◇ 防雨：创新的超声信号处理和声频发射接收头吸水防雨网相结合更大地改进了降雨过程中的风速计性能
EC150 输出 | 与其相集成的CSAT3A 输出 | 附属传感器输出 |
CO2 密度 (mg/m3 ) | ux (m s-1) | 温度 (℃) |
H2O 密度 (g/m3 ) | uy (m s-1) | 气压 (kPa) |
CO2 信号强度 | uz (m s-1) | |
H2O 信号强度 | 超声温度 (℃) | |
气体分析仪运行诊断码 | 超声诊断 |
一般性能指标a：
◇操作温度：-30℃~+50℃
◇校准压力范围：70~106 kPa
◇输入电压：10~16 Vdc
◇供电@25℃：5W (稳定状态和启动)
◇测量速率：60 Hz
◇输出带宽：5，10，12.5或20Hz；用户自定义
◇输出选项：SDM，RS-485，USB，模拟（仅CO2和H2O）
◇辅助输入：空气温度与压力
◇ EC150头和线缆重量：2.0kg(含电缆)
◇ CSAT3A头和线缆重量：1.7kg
◇ EC100电子机箱重量：3.2kg
◇ 线缆长度：3m，从EC150和CSAT3A到EC100
气体分析仪的技术参数a,b
光路长度：15.37 cm （6.05 in）
仪器性能
CO2 | H2O | |
精度c | 1%d | 2%d |
标准误 RMS（Max）e | 0.2mg/m3(0.15μmol/mol) | 0.004g/m3(0.006mmol/mol) |
校准范围 | 0to1,000μmol/molf | 0to72mmol/mol(38°C露点 ) |
与温度相关的零点漂移（Max） | ±0.55mg/m3/°C(±0.3μmol/mol/°C) | ±0.037g/m3/°C(±0.05mmol/mol/°C) |
与温度相关的增益漂移（Max） | ±0.1%ofreading/°C | ±0.3%ofreading/°C |
交叉灵敏度（Max） | ±1.1x10-4molCO2/molH2O | ±0.1molH2O/molCO2 |
CSAT3A的性能指标a
准确度d
静风
ux，uy：<±8.0 cm s-1
uz：<±4.0 cm s-1
斜率误差
风向量与水平面偏角在±5° <±2%测值
风向量与水平面偏角在±10° <±3%测值
风向量与水平面偏角在±20° <±6%测值
标准误RMSe
ux，uy：1mm s-1
uz：0.5 mm s-1
c：15 mm s-1 (0.025℃)
声速：从三个声频路径测得，并订正了侧向风影响。
防雨：革新的超声信号处理与安装声频发射接收头吸水防雨网相结合有效地改善了在阴雨条件下的运行质量。
气压传感器的性能指标a
基本型 | 高精型 | |
厂家 | FreescaleMPXAZ6115A | VaisalaPTB110 |
工作温度范围内的准确度 | ±1.5kPa(0℃~+50℃)；线性从±1.5kPa@0℃~±3.7kPa@ -30℃ | ±0.15kPa(-30℃~+50℃) |
外部温度测定传感器的性能指标a
厂家：BetaTherm 100K6A1IA
工作温度范围内的准确度：±0.15℃(-30℃~+50℃)
a 本文不能及时反应不断的改进与完善。
b 温度20℃和气压101.325 kPa 用于质量(摩尔)密度与摩尔比之间的转换。
c RMS是标准条件下的指标，标准条件：25℃，597 mg/m3 CO2密度，85 kPa，14 g/m3水密度，25 Hz频宽
d CAST3A超声风速仪的准确度指标是指在风速<30 m s-1 和风与超声风速仪指向的夹角±170°。
e RMS基于稳流，即风速不变时的测定值而计算所得。
扩展信息
什么是开路涡动通量观测系统
涡动观测系统，采用涡动协方差原理，是一种微气象学的测量方法，利用快速响应的传感器来测量大气—下垫面间的物质交换和能量交换。是一种直接测算通量的标准方法,是测定生态系统物质、能量交换通量的关键技术。由于测量方式和原理不同，涡动观测系统分为开路涡动观测系统和闭路涡动观测系统。
涡动观测系统可以测量能量通量（显热通量、潜热通量、动量通量）和物质通量（CO2 / H2O / CH4 / N2O）以及一些空气动力学参数等,主要应用于边界层理论研究、大气扩散、能量收支研究、水分等物质收支等众多领域。
与其他方法相比，涡动协方差技术有什么突出的优势吗？
1. 可以就地原位直接测量ET和潜热通量；
2. 对目标测量区域的干扰小；
3. 测量结果是中尺度生态区域（100~1000m）的空间平均蒸散量；
4. 系统可自动进行连续的长期测量。
OPEC可以用于哪些地方
通量观测适用于森林、草地、农田、沙漠、城市、水域等各种下垫面环境，被广泛应用于中科院、林科院、气象局、海洋局及各科研领域对区域碳、水循环过程的研究；做为测算生态系统与大气间物质和能量交换信息的有效手段，为分析地圈-生物圈-大气圈的相互作用提供重要的数据基础，为大尺度、长期和连续的科学研究提供支撑。
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