Eddy2311f闭路涡动协方差采集系统
1.概述
涡动相关方法(或涡动协方差方法, 简称 EC) , 是一种微气象学测量方法, 它可以直接测量生物圈与大气圈之间的湍流交换通量, 已成为当前地气交换研究中的通量观测方法。EC通过测量三维风速、温度、水汽和二氧化碳浓度等的快速变化, 由计算水平风速分量或某一标量浓度与垂直风速的协方差得到湍流输送量。
Eddy2311f 闭路式通量观测系统是一款高性能、高可靠性的科研级闭路涡动相关通量观测系统，可用于大气与生态系统之间的二氧化碳、水汽、热量和动量交换的长期监测。
2.系统组成
Eddy2311f 闭路涡动协方差采集系统是由Eddy2311f闭路气体分析仪、三维超声风传感器、空气温湿度传感器、大气压力传感器、降雨传感器、DR-805数据采集器以及其他配件组成，系统高度集成，系统可通过编程控制实现水汽及二氧化碳气体的自动零点标定和跨度标定，真正做到免维护系统自动运行，大大减少了用户的维护成本，能够为用户提供“交钥匙”系统，极大得方便了用户的使用。
3.产品特点
l 数据精准：腔室内同步测量绝对的二氧化碳和水汽混合比，样品腔室温度和压力，以及三维风速和超声虚温，输出更加准确的数据；
l 坚实耐用：适用于野外各种恶劣环境，操作简单、维护方便，免维护周期180天
l 抗雨性强：创新的内部信号处理算法和探头防雨网大幅度地改善了三维超声风速仪在降水事件期间的测量性能；
l 进气管配有加热器，防止水汽冷凝
l 微气象测量方法，原理上不基于任何假设，无需经验参数，计算方法有完善的理论论证
l 连续观测CO2、H2O通量和环境要素，评价不同时间尺度的碳水通量特征及其环境响应
l 系统集成度高，包含所需各种仪器及配件
l 频率响应性能优异
l 低功耗，支持多种供电方式
4.工作原理及分析仪优势
系统实际运行中，超声风速仪高频响应三维风速（Ux、Uy、Uz）和虚温（Ts），CO2/H2O 分析仪高频响应 CO2 和 H2O，数据采集器实时采集这些变量数据，并对其做同步处理，之后在线计算得到感热通量、潜热（水汽）通量、CO2 通量、动量通量及摩擦风速，以及这些数据所需的协方差/均值等，并将计算结果保存在数据采集单元，与此同时各种高频变量的原始数据也会保存在数据采集单元中，用户可以对这些原始数据进行后期处理（分析和插补），从而获得理想通量数据。
Eddy2311f优势：光腔衰荡光谱技术能够在高精度和 10 Hz 通量模式下，以 ppb 级灵敏度来测量 CO2和水汽。在通量模式下，分析仪以 10 Hz 测量并得出所有二种组分的浓度。
优异的长期稳定性：为确保长时间测量精度，即使是在恶劣环境下，Eddy2311f也能够凭借其精心的材料选择和精细的机械设计来实现精确的温度与压强控制。由于激光会在所有仪器中发生漂移，因此 Eddy2311f还使用一种高精度波长监控器来保持绝对光谱位置。这款分析仪真正的独特之处在于分析仪不仅能够在低流量精度模式下操作，还能够在通量（快速流动）模式保持长期稳定性。
漂移问题：频繁的参比气体测量会浪费昂贵的校准用标准气体，同时还会耗用宝贵的数据测量时间。即使一小时内只用五分钟来进行气瓶测量都会导致每年有 30 天的时间丢失数据。由于仪器和温度漂移而须频繁进行的数据校正会耗用大量时间、引入误差，并增大出错的机会。这就是为什么我们会更专注，来确保每台仪器都符合低漂移标准。
通量模式：将风速计经由 RS232 而直接插入到至Eddy2311f分析仪中可以简化仪器设置和数据分析过程，使我们的分析仪自动同步并将数据实时整合至一个文件中。为了能够通过风速计来集成相对湿度等其它传感器，分析仪提供了最多四列额外的数据。标准的分析仪还包括更高精度 CO2 通量模式，以便用于严苛的研究应用。
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产品名称 |
性能参数 |
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闭路式通量传感器(即闭路涡动协方差传感器，型号：Eddy2311f） |
1.气体分析仪测量性能 工作温度：-30°到 +50℃ 工作压力：70 到 106 kPa 工作频率：10Hz或20Hz 气体采样泵流速：3～8LPM,具有自动控制功能 供电电压：10到16Vdc 功耗：14.8W（上电后稳定状态） 输出波宽：5, 10, 12.5, 或 20 Hz；用户可编程控制 输出选项：SDM, RS-485, USB, 模拟量（仅CO2和 H2O） 辅助输入：空气温度和压力
传输管长度：根据需求可定制 气体分析仪技术规格 样品腔室热敏电阻精度：± 0.15℃ (-30°至 50℃) 样品腔室压力精度：±1.5kPa (＞0℃)， 线性增加到 ±3.7 kPa @ -30℃ 输出参数： Ux (m/s) Uy (m/s) Uz (m/s) 超声虚温 (℃) CO2 混合比 (μmol/mol)，CO2通量 H2O 混合比 (mmol/mol)，水汽通量
显热通量，潜热通量 样品腔室温度 (℃) 样品腔室压力 (kPa) 三维超声风速仪诊断值 CO2信号强度 H2O信号强度 差压 (kPa)
光源温度 (℃) H2O性能参数： 量程：0～75 mmol/mol
准确度：＜2%（或优于2%） 增益漂移（最大）：读数的±0.3%/℃ CO2性能参数： 量程：0～1000µmol/mol 准确度：＜1%（或优于1%） 零点温度漂移（*大）：±0.3µmol/mol/℃
增益漂移（*大）：读数的±0.1%/℃ 启动风速：0.3m/s 抗风强度：75m/s
风速测量精密度：Ux 和 Uy：1mm/s（RMS）， Uz：0.5mm/s（RMS） 启动风速：0.3m/s 抗风强度：75m/s 风向测量精密度：0.6°
其他参数性能：
超声温度分辨率：＜±0.025℃（RMS）@25℃
3.空气温湿度传感器测量性能 量程：-80～60℃（铂电阻RTD），0-100%RH 精度（20℃时）：温度±0.17℃；湿度±1% 响应时间： 10秒 温度依赖性：±0.05%RH/℃
长期稳定性：＜1%RH/年 可重复性：±0.03hPa，分辨率：±0.01mb 长期稳定性： ±0.1hPa/年，启动时间：1秒
操作温度：-40-60℃ |
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数据采集与远程传输单元（型号：DR-805） |
DR-805数据采集器是一款集成数字量，模拟量，差分信号量等多种信号处理方式于一体，具有存储功能的数据采集器。该采集器可以在外部接入温度传感器，光合有效传感器，总辐射传感器，日照传感器，地温传感器，风速风向传感器，湿度传感器，蒸发传感器，二氧化碳传感器，闭路涡动协方差传感器，气压传感器，气体浓度传感器和雨量传感器等。 模拟电压范围：±5VDC 模拟电压单端通道数量：12个 模拟量测量精度：±（0.04%读数+偏移量）@0-40℃ A/D 转换位：24 位
通讯方式： RS-232、RS-485，SDM，SDI-12 等 功耗：＜1mA（休眠状态）；3mA（1Hz工作状态） 带有 Ethernet 网络，USB 等通讯接口
附 件： 防水机箱：带有双导管电缆口，防护等级：IP65；防水，防紫外；
具有脚本语言，支持用户编程，提供完整的脚本语言说明； 配套涡动通量在线校正计算软件：可提供在线野点去除，*大协方差同步数据延时，坐标旋转，频率修正，超声感热修正，空气密度修正，通量源区特征分析，数据质量分级，实时分析诊断，数据下载状态等功能。 |
6.系统选址及安装说明
6.1系统安装说明
系统设备安装方式灵活，但须保证仪器垂直放置，固定牢固。为避免雷击，辐射的高压静电损坏仪器或伤人，仪器必须通过安装管正确接地。不完全接地将会降低设备性能，尤其在电磁干扰比较严重的地方。接地导线通过底部的螺孔与仪器连接，导线截面积最小6平方毫米。供给超声波风速风向仪的电源为24V±20%，并且此电源应具有较小的纹波电压。
系统不应安装在靠近高能雷达或无线发射器的旁边。进行现场勘测，以确定当地的电子干扰。不要与任何雷达扫描装置在一个平面上安装，至少应该保持2米以上的距离。
避免周围建筑物比如树、电线杆、高楼等这些可能会影响到气流或产生紊乱的装置，这可能对测量精度产生影响。最好安装在盛行风的一侧。
6.2系统选址原则
涡动相关方法建立在地形平坦、植被粗糙度较低的下垫面的基础上。由于地形起伏地区各种植被下垫面与大气间的能量和物质通量交换有着重要意义，现在大量通量站都建在较复杂的环境中。
观测塔的位置应尽可能选在自己所感兴趣且有代表性的生态系统当中，要求有足够长的上风距离（Fetch），可以先做风玫瑰图和足迹（Footprint）分析以确定一定观测高度上，不同稳定度条件、风速和风向下被测量通量的源区。一般来说，观测塔的位置应该选在观测区域内地形相对较为平坦的地方，以减少平流的影响。
在塔的建设、安装和运行期间，应该尽可能减少对周围环境、生态系统的影响，且观测塔应建立在受相邻生态系统干扰最小的地点。
一般情况下经验值，风浪区(Fetch)是仪器安装高度的100倍，也就是说如果塔高2米，那么测得的大部分通量来自于塔至上风距离200米处的椭圆形区域；而在夜晚低风速、稳定条件下能达到安装高度的500倍。
通常情况下，仪器安装高度遵循以下原则：当冠层高度低于3米时，建议安装在冠层高度2倍以上、传感器路径长度的3至5倍以上、0.01倍上风距离以下，且至少高于冠层高度1.5米；当冠层高度大于3米时，建议安装在冠层上方3米左右、0.01倍上风距离以下。安装在常通量层，因为这一层通量不随高度增加而改变。
三维超声风探头应朝向主导风向，并注意尽量减少由于塔结构本身形成的流场阻挡或扭曲干扰的影响。三维超声传感器应保持水平(超声坐标系的Z轴保持在垂直方向)以减少风向变化带来的不确定性。对于分体式涡动，气体分析仪的探头应安装在距离三维超声传感器的水平10至20cm，下方垂直0至20cm(因为距离过近会导致自然气流的畸变从而影响通量的测量)；当仪器架在15米以上时，水平距离和垂直距离可以增大到30至50cm。
7.安装案例
