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Picarro 梯度通量觀測系統
閱讀：2510 發布時間：2021-3-29
系統組成
梯度通量觀測系統包括樣氣采集及處理單元、溫室氣體分析單元、校準單元、控制單元、供電單元、數據采集、存儲及傳輸單元、系統安裝附件。
系統工作原理：在樣氣采樣泵的作用下，樣氣經過布置在不同高度的采樣口、過濾器和限流孔，輸送至低流量多路控制器，根據預制的程序，多路控制器中的電磁閥切換其中一路氣體進行分析，被選擇的某路樣氣在分析儀采樣泵的作用下經過低流量的干燥器進入分析儀。其余11路氣體被排空，目的是縮短采樣周期，同時保證氣流不斷沖刷管路，避免顆粒物沉積。
系統的核心部件采用美國Picarro公司生產的高精度分析儀，分析儀的測量原理是基于波長掃描光腔衰蕩原理。PICARRO分析儀可自動連續計算和比較空腔或充滿目標氣體的衰蕩時間，而這個時間差便是目標氣體吸收激光而導致的衰減時間差，同種氣體不同濃度的衰減時間差是不一樣，通過是將待測氣體的濃度與被測氣體特征波長在氣室中衰減的時間建立一線性關系，測量氣體的濃度。在實際測量的過程中，通過控制激光的開和關實現衰減時間的測量。
樣氣采集及預處理單元
樣氣采集單元采用天諾基業生產的TN-SAMPLE型采樣頭，采樣頭包括防雨罩、防蟲網、過濾器、限流孔和安裝組件。防蟲網用于過濾落葉、蟲子和較大的顆粒，過濾器用于過濾大于7um以上的灰塵，防雨罩用于保護過濾器。采樣管線采用1/4英寸Synflex 1300型鋁塑管或特氟龍管。輔助采樣泵采用Paker的采樣泵，。
溫室氣體分析單元
溫室氣體分析儀采用Picarro公司生產的高精度分析儀，分析儀采用基于時間域第四代波長掃描光腔衰蕩光譜技術（WS-CRDS），此原理是將待測氣體的濃度與被測氣體特征波長在氣室中衰減的時間建立線性關系，測量氣體的濃度。而波長掃描光腔衰蕩光譜（WS-CRDS）技術通過在光學腔內通過鏡片反射建立長達20千米的光程，這樣可以在極短的時間內監測到ppb 水平甚至ppt 水平的氣體。可兼容多款溫室氣體分析儀。
G2301 : CO2\CH4 \H2O溫室氣體分析儀
G2401 : CO2\CO＼CH4 \H2O溫室氣體分析儀
G2201-i : CO2\CH4中δ13C同位素豐度，CO2\CH4 \H2O濃度
G2508：CO2\NH3\N2O\CH4 \H2O
L2140-i :δ18O\δ17O\D\同位素豐度及O17過剩。
控制單元
控制單元采用天諾基業生產MC-01多路控制器，多路控制器主要由兩位三通閥組成，輔助采樣泵實時從不同高度采集樣氣，按照預制程序，只有一路樣氣送入分析儀進行分析，其余氣體通過匯流排排出，目的是保證氣路一直處于沖刷狀態，避免灰塵的滯留，同時可減少采樣的等待時間。
系統可接入8層氣體。
校準單元
校準單元包含零氣、滿量程氣體和減壓閥，零氣可采用干空氣（不含CO2和CH4）,滿量程氣體可根據項目當地的濃度范圍選擇。
供電單元
系統采用220V/50Hz供電。供電系統配有過流保護裝置，UPS和開關電源。直流電源用于為數據采集器供電，UPS用于為分析儀和開關電源供電，保證系統在斷電的情況下，能工作15分鐘。
數據采集、存儲及通訊單元
本系統采用Campbell公司的CR3000做為數據采集器，數據采集器具有網口、RS232、SDI-12、RS485、模擬量輸入等豐富的通訊接口，并支持絕大部分通訊協議，可以非常方便的接入外部通訊設備進行數據傳輸。系統還可以額外接入GPRS/CDMA無線通訊模塊（具體選項根據觀測地點網絡）。數據中心只需開放相應的通訊端口，即可遠程訪問數據采集器，瀏覽、下載觀測數據。
系統特點
分析設備可選用Picarro的多款溫室氣體
多路閥組實現不同層高氣體的分時傳輸至分析儀；
系統采用負壓采樣，管路壓力低于大氣壓-30kPa，避免氣體在傳輸的過程中結露；
高精度波長監視技術可鎖定目標氣體的的特征吸收光譜，減少干擾氣體對目標氣體測量的影響，從而確保在混合氣體中超痕量測量；
光學衰減振蕩技術使光程達到20km,使測量達到ppb級精度；
精密的溫度和壓力控制系統確保儀器線性、精密度、準確性和穩定度；
設備可自動地保持測量腔室在恒定的負壓下，目標氣體在負壓下形成的近紅外吸收光譜的吸收峰更加窄的光譜線，分辨率更高；
系統緊湊堅固，基本不需要維護，無需樣品準備和干燥，安裝方便快捷，可用于惡劣環境下無人值守長期工作。
系統具有良好的擴展性，可接入氣象觀測設備