开路涡度协方差测量系统说明书.doc
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开路涡度协方差测量系统说明书
作者：
李尚刚
单位：
北京天正通工贸有限公司
时间：
二OO三年四月二十五日
目录
一、概述
二、安装
三、接线
四、程序
五、程序逻辑控制及键盘操作
六、通信及数据下载
七、数据质量诊断及系统维护
一、概述
系统由CR5000数据采集器、CSAT3超声风速仪、LI7500CO2/H2O分析仪和一个1G的PC卡组成。
CR5000控制测量、运算及数据存储；CSAT3测量三维风速和超声虚温；LI7500测量CO2、H2O和大气压力。
除了LI7500功耗较大外（12VDC，1A），其它仪器的功耗均较小。
CSAT3、LI7500以SDM方式输出。
CR5000数据采集器有2M内存。
系统工作时计算在线通量，并存贮通量数据和时间系列数据。
用户获取时间系列数据后，可另行计算通量。
数据采集器及各传感器工作温度范围如下：
CR5000数据采集器-25～+50℃
CSAT3超声风速仪-30～+50℃
LI7500CO2/H2O分析仪-25～+50℃
SanDiscPC卡-40～+80℃
有的传感器若经过低温测试，工作温度范围可以扩展。
普通PC卡工作温度范围为0～+60℃。
二、安装
CSAT3、LI7500等传感器安装在塔或三角塔上。
这些传感器都配有专用的安装支架，安装高度依研究者目的而定。
CSAT3探头朝向主风向，先大致拧紧万向节，用内六角固定好支架，高度确定后，再调节超声风速仪的水平泡居中，用扳手稍微拧松万向节，注意要拿稳超声探头的尾部，调节水平泡居中，拧紧万向节。
LI7500探头稍倾斜，以便降雨时水滴能方便滑落，建议LI7500与CSAT3的感应面选在同一高度，相距20至30cm。
CR5000数据采集器与/或电池等置于机箱中。
机箱体积较大，为避免对风场形成较大影响，机箱应离传感器一定距离，并位于传感器的主风向下方。
警告：
如果是铅酸电池，则机箱不要密封死，否则有爆炸的危险。
三、接线
CR5000数据采集器供电及接地
12V-----12V（外部供电）
G-----G
接地-----大地
CSAT3超声风速仪：
绿-----SDM-C1
白-----SDM-C2
棕-----SDM-C3
黑-----G
透明-----G
CSAT3供电
红-----12V
黑-----G
透明-----G
LI7500CO2/H2O分析仪：
灰-----SDM-C1
蓝-----SDM-C2
棕-----SDM-C3
黑-----G
白-----G
LI7500供电（单独供电，1安培）
红-----12V
黑-----G
透明-----G
接地-----大地
整个系统应由12VDC，70Ahr的电池供电，由12V10A浮充充电器或160W太阳能板对电池充电。
标有接地标志的仪器应接地良好。
如果不使用某种传感器，则该传感器的连接通道闲置，其它传感器的接线不变，并在数据采集器中使用相应的程序。
四、程序
程序名传感器配置
1．EC_csat3.CR5CR5000、CSAT3
2．OPEC_default.CR5CR5000、CSAT3、LI7500
每个程序的执行间隔10Hz，输出实时数据（10Hz），保存在ts_data表格中；和在线通量（每30分钟），保存在flux表格中。
变量说明
单位符号 描述
C 摄氏度
g 克
kPa千帕
m米
mg毫克
s秒
W瓦特
V伏特
“ts_data”表格
“ts_data”表格中包含了CSAT3和LI-7500的原始测量，并且对数据做了同步处理。
变量符号 描述
Ux
（1） 水平风速（x-轴）[m/s]
Uy
（1） 水平风速（y-轴）[m/s]
Uz
（1） 垂向风速[m/s]
co2
（1） 二氧化碳绝对密度[mg/m^3]
h2o
（1） 水蒸气绝对密度[g/m^3]
Ts
（1） 超声虚温[C]
press
（1） LI-7500系统压力[kPa]
diag_csat
（1） CSAT3诊断值[unitless]
在其它的程序中，如果没有配置某个传感器（例如LI-7500），则“ts_data”时间系列数据表格中就不包含相应的变量输出。
“flux”表格
下面是“flux”表格中的输出及相应描述：
变量符号 描述
Fc_wpl经过WPL变换的二氧化碳通量[mg/{m^2s}]
LE_wpl经过WPL变换的潜热通量[W/m^2]
Hs用超声虚温计算得到的显热通量[W/m^2]
tau 动量通量[kg/{ms^2}]
u_star 摩擦风速[m/s]
Fc_irga 未经过WPL修正的二氧化碳通量[mg/{m^2s}]
LE_irga 未经过WPL修正的潜热通量[W/m^2]
co2_wpl_LE 二氧化碳通量WPL变换的潜热修正项[mg/{m^2s}]
co2_wpl_H 二氧化碳通量WPL变换的显热修正项[mg/{m^2s}]
h2o_wpl_LE潜热通量WPL变换的潜热修正项[W/m^2]
h2o_wpl_H潜热通量WPL变换的显热修正项[W/m^2]
cov_Uz_Uz
（1）垂直风速的方差[（m/s）^2]
cov_Uz_Ux
（1） 垂直风速和水平风速Ux的协方差[（m/s）^2]
cov_Uz_Uy
（1） 垂直风速和水平风速Uy的协方差[（m/s）^2]
cov_Uz_co2
（1） 垂直风速和二氧化碳密度的协方差[mg/{m^2s}]
cov_Uz_h2o
（1） 垂直风速和水蒸气密度的协方差[g/{m^2s}]
cov_Uz_Ts
（1） 垂直风速和超声虚温的协方差[mC/s]
cov_Ux_Ux
（1） 水平风速Ux的方差[（m/s）^2]
cov_Ux_Uy
（1） 水平风速Ux和Uy的协方差[（m/s）^2]
cov_Ux_co2
（1） 水平风速Ux和二氧化碳密度的协方差[mg/{m^2s}]
cov_Ux_h2o
（1） 水平风速Ux和水蒸气密度的协方差[g/{m^2s}]
cov_Ux_Ts
（1） 水平风速Ux和超声虚温的协方差[mC/s]
cov_Uy_Uy
（1） 水平风速Uy的方差[（m/s）^2]
cov_Uy_co2
（1） 水平风速Uy和二氧化碳密度的协方差[mg/{m^2s}]
cov_Uy_h2o
（1） 水平风速Uy和水蒸气密度的协方差[g/{m^2s}]
cov_Uy_Ts
（1） 水平风速Uy和超声温度的协方差[mC/s]
cov_co2_co2
（1） 二氧化碳密度的方差[（mg/m^3）^2]
cov_h2o_h2o
（1） 水蒸气密度的方差[（g/m^3）^2]
cov_Ts_Ts
（1） 超声虚温的方差[C^2]
Ux_Avg
（1） 水平风速Ux均值[m/s]
Uy_Avg
（1） 水平风速Uy均值[m/s]
Uz_Avg
（1） 垂直风速均值[m/s]
co2_Avg
（1）二氧化碳密度均值[mg/m^3]
h2o_Avg
（1）水蒸汽密度均值[g/m^3]
Ts_Avg
（1） 超声虚温均值[C]
press_Avg
（1） 大气压均值[kPa]
rho_a_Avg
（1） 空气密度均值[kg/m^3]
h2o_hmp_Avg
（1）由HMP45C得到的水蒸气密度均值[g/m^3]
t_hmp_Avg
（1）由HMP45C得到的空气温度均值[C]
rh_hmp_Avg
（1）由HMP45C得到的空气相对湿度均值[fraction]
e_hmp_Avg
（1）由HMP45C得到的水蒸气分压均值[kPa]
wnd_dir_compass
（1）罗盘坐标系下的风向方位角[degrees]
wnd_dir_csat3
（1） CSAT3坐标系下的风向角度[degrees]
wnd_spd
（1） 平均水平风速[m/s]
rslt_wnd_spd
（1）矢量合成水平风速[m/s]
std_wnd_dir
（1） 合成风向的标准偏差[degrees]
n_Tot
（1） 参与统计的样本总数（通量，协方差，均值等）[samples]
csat_warning_Tot
（1）CSAT3警告的总次数[samples]
irga_warning_Tot
（1）LI-7500警告的总次数[samples]
del_T_f_Tot
（1） CSAT3虚温温度差警告总次数[samples]
track_f_Tot
（1） CSAT3信号锁定警告总
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