1 系统概述
美国CSI研发的AP200系统，主要用于测量大气中的CO2和H2O浓度的廓线，是一套综合的监测垂直剖面上CO2和H2O含量变化的测量系统，测量CO2和H2O在空间分布以及传输规律。AP200可以测量多层CO2和H2O的浓度，常规设计以8层廓线*多，通常用户与涡动相关系统联合使用，进行大气表层气体交换测量。
2 系统原理
LI-840A CO2/H2O 分析仪是一款非色散红外（NDIR）气体分析仪，基于独特设计的单光路双波长测定技术，专门用于连续监测各种环境条件下CO2和H2O的优良浓度。目前在碳存储和截获、土壤碳通量、TOC系统、昆虫呼吸、果实贮藏、大气检测、温室气体研究、气象学和植物学以及工业检测等领域有广泛应用。
AP200系统采用高精度LI-840A CO2/H2O 分析仪,CSI数据采集器CR1000，以及加热采气装置，通过程序控制不同气路回路通断以及气泵的工作停止来实现不同高度CO2/H2O测量。系统可选配CR1000KD键盘显示系统状态及各参数实测值，手动控制气路测量，搭配2GB大容量存储卡，确保数据**备份。
3 系统特点
l 综合地测量系统
l 耗能低，只需要13W的电源（在平均温度25°C，12V直流电源条件下）
l 系统采用CR1000的数据采集器
l 自动进行标气气体校准，完成零点和span值标定
l 自动控制分析仪内部压力和温度，降低测量漂移误差
l 数据采集器内部预装测量和控制程序
l 高准确度：温度和压力自动补偿
l 高稳定性：零点和量程漂移小
l 可校正因水气造成的CO2谱带变宽
l 量程更大：0~20,000 μmol/mol
l 适应温度更广：-20~45℃
l 用户可自行清洁光路，无需厂家校准
l 低耗电：稳定状态仅-3.6w
4 系统示意图
5 详细技术参数
LI-840A CO2/H2O分析仪
LI-840A CO2/H2O 分析仪是一款非色散红外（NDIR）气体分析仪，基于独特设计的单光路双波长测定技术，专门用于连续监测各种环境条件下CO2和H2O的优良浓度。目前在碳存储和截获、土壤碳通量、TOC系统、昆虫呼吸、果实贮藏、大气检测、温室气体研究、气象学和植物学以及工业检测等领域有广泛应用。
主要特点
• 高准确度：温度和压力自动补偿
• 高稳定性：零点和量程漂移小
• 可校正因水气造成的CO2谱带变宽
• 量程更大：0~20,000 μmol/mol
• 适应温度更广：-20~45℃
• 用户可自行清洁光路，无需厂家校准
• 低耗电：稳定状态仅-3.6w
应用领域
1）CO2贮藏 2)CO2隔离 3）土壤CO2 4）TOC系统 5）大气监测 6）植物科学
7）蒸腾研究 8）海洋科学 9）果实储藏 10）气象学 11）半导体工业 12）生物治理研究
13）昆虫呼吸研究 14）温室控制系统 15）环境空气监测
技术指标
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CO2分析器
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H2O分析器
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量程
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0~20,000 μmol/mol
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0~60 mmol/mol
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准确度
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优于读数的1%
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优于读数的1.5 %
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校准漂移
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零点漂移
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<0.15 μmol/mol/℃
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<0.003 mmol/mol/℃
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跨度漂移
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<0.03 %/℃
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<0.03 %/℃ @ 10 mmol/mol
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总漂移
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<0.4 μmol/mol/℃ @ 370 μmol/mol
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<0.009 mmol/mol/℃ @ 10 mmol/mol
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RMS噪声
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1 s信号过滤
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<1 μmol/mol@370 μmol/mol
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<0.01 mmol/mol@10 mmol/mol
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灵敏度
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CO2
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——
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<0.0001 mmol/mol H2O/ μmol/mol CO2
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H2O
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<0.1 μmol/mol CO2/ m mol/mol H2O
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——
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测量原理
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非色散红外分析
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光源寿命
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~18,000 h
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标准
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CO2
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世界气象组织标准
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电源
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12~30 V DC
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H2O
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LI-610便携式露点发生器NIST标准
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压力补偿范围
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15~115 kPa
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工作温度范围
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-20~45℃
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*大气流速率
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1 L/min
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相对湿度范围
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0~95%（非冷凝)
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输出信号
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2个模拟电压输出，2个电流输出
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体积
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22.2 L×15.3 W×7.6 H cm
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数字输出：TTL（0~5 V）或开集电路
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重量
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1 kg
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内部光腔体积
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14.5mL
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电源要求
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12~30 V DC，预热时为14 W，稳定时为3.6W
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CR1000数据采集器
CR1000数据采集器是Campbell数据采集器里面性价比较高的一款。它提供传感器的测量、时间设置、数据压缩、数据和程序的储存以及控制功能，由一个测量控制模块和一个配线盘组成，具有强大的网络通讯能力。
CR1000数据采集器的扫描速率能够达到100Hz，拥有模拟输入、脉冲计数、电压激发转换、数字等多个端口，外围接口有CS I/O、RS-232以及SDM等，采用12VDC外接可充电电池供电。对于低温的环境，用户还可以选择低温型的CR1000-XT数据采集器。
CR1000所具有的高精度性、高适应性、高可靠性以及合理的价格等特点，使其成为科研、商业与工业系统应用的理想选择。目前，CR1000数据采集器已在气象观测、农业研究、土壤水分研究、风力观测、道路气象站、工业产品测试、通量观测、涡动协方差系统等众多领域得到了广泛应用。
标准的CR1000数据采集器包含4M的数据和程序存储空间，可通过外接存储模块和CF存储卡来实现16G大容量数据存储。数据和程序保存在非失忆性闪存和内存里。锂电池装在内存和实时时钟上。当优选电池（BPALK，PS100）电压降至9.6V以下时，CR1000也能够延缓执行操作，从而减少不准确测量的可能性。CR1000可以通过外围设备扩展从而形成一个数据采集系统。很多CR1000系统可以构建一个网络从而形成当地或整个地区的监测网络。
特点
l 内部温度补偿，实时时钟，超时和温度变化实时校准
l 数据以表格形式存储
l 具有强大的网络通讯能力
l 采用气体放电管（Gas Discharge Tube，GDT）保护数据输入
l 软件支持：LoggerNet3.4/4.0，PC4001.2,或者ShortCut2.2
l 配备内部锂电池支持SRAM存储和时钟以确保数据、程序和精准的时间
l 支持多种扩展配件，使用方便
l CSI/O和RS-232串行接口
l 支持PakBus、Modbus、DNP3、TCP/IP、FTP和SMTP协议、SDI-12协议和SDM设备
主要技术参数
l *大扫描速率：100Hz
l 模拟输入：16个单端通道（8个差分）
l 脉冲通道：2个
l 工作温度： -25℃~50℃（标准），-55℃~85℃（扩展）
l 内存：标准为4M内存，可扩展至16G
l 供电电压：9~16VDC
l A/D转换：13bit
l 微型控制器：16-bit H8S Hitachi，32-bit内部CPU
CS100大气压传感器
CS100是Setra公司的一种大气压传感器，传感器通过IC模拟电路测量大气压力，测量范围为600……1100mba。
CS100输出的线性信号是0……2.5VDC，此传感器可以直接连接到Campbell公司的数据采集器上进行测量，传感器的*小启动和测量时间为1秒。传感器的外壳为一个不锈钢和聚酯组成的盒子，并配置一个1/8”的气管连接头用来测量。
规 格
一般性能
量程：600mb到1100mb(hPa)
总精度：±0.5mb @ 20℃
±1.0mb @ 0……40℃
±1.5mb @ -20……50℃
±2.0mb @ -40……60℃
温度范围：-40℃到+60℃
线性：±0.4mb
滞后性：±0.05mb
重复性：±0.03mb
长期稳定性：±0.1mb每年
响应时间：小于100毫秒
2．2 电学性能
供电电压：9.5……28V DC
电流消耗：工作状态<3mA,等待状态<1μA
输出电压：0到2.5V DC
预热时间：小于1秒
6 应用案例
浙江农林大学安吉毛竹林雷竹林碳汇通量观测站，浙江农林大学分别和安吉县林业局，临安市林业局共同建设毛竹林碳汇通量观测塔，雷竹林碳汇通量观测塔。建立在安吉县山川乡毛竹现代科技园区的毛竹林碳汇通量观测塔，总高度40米，共20层，该系统包含梯度观测系统和AP200廓线系统，能全自动，全天候采集竹林不同冠层的CO2浓度等竹林生态系统的宏观信息，以此观测，记录毛竹林，雷竹林的固碳功能。竹林碳汇通量观测塔的建成，为浙江抚育毛竹林，雷竹林，发挥固碳功效提供 技术资料，也为以后竹林碳汇交换研究提供了具体的数据支撑
湛江桉树人工林生态系统定位站，安装于湛江南方***林木种苗示范基地的近地通量观测系统，开创了国内桉树水汽通量研究的先河。该系统用于湛江南方***林木种苗示范基地桉树人工林的CO2通量和H2O通量研究，在35米铁塔上构建了八层的AP200廓线系统，1层的EC150涡动协方差系统，5层气象梯度系统，结合了空气动力学梯度法，湍流涡动法，能量平衡法以及廓线法，相互印证，确保长期观测数据的有效性。观测项目包括近地边界层大气温度，风，湿度，辐射，气压，降水量，蒸发量，土壤温度，土壤热通量，物质通量及热量动量通量等要素，以获取不同下垫面上的大气边界层动力，热力结构，以及多圈层相互作用过程中各种能量收支，物质交换等综合信息。
7 参考文献
1韩晓阳；黄土塬区农田生态系统水-碳通量特征及产量时程演变趋势 《中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心)》 2016年
2. 施婷婷，高玉芳，袁凤辉，Takeshi Ohta，徐子羽 温带混交林碳水通量模拟及其对冠层分层方式的响应——耦合的气孔导度-光合作用-能量平衡模型; 《生态学报》 2012年15期
3. 张雪松;冬小麦农田生态系统碳、水循环特征及冠层上方碳通量的模拟[D];南京信息工程大学;2009年
4. 陈晨；沃文伟；范文义； 森林生态系统碳循环模型参数优化 《东北林业大学学报》 2016年05期
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