【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于土壤和低矮植被(甲烷、二氧化碳、氧化亚氮和一氧化氮)的测量，涉 及一种微量气体的自动采集和分析系统及其方法。
技术介绍
近百年来，大气中二氧化碳、甲烷和氧化亚氮等温室气体浓度升高诱发的全球气 候变化问题对世界经济、社会和生态环境等产生了重大影响，严重威胁着各国经济的可持 续发展和国家安全。土壤是大气中微量气体的主要来源，尤其是依托于土壤的农业活动，更 是大气CH4、C02、N20和NO等微量气体的重要来源。这些在温室效应和大气化学过程中具有 重要贡献的微量气体，它们的源估算仍然具有很大的不确定性。而估算的不确定性主要来 自两个方面-观测数据和估算模型。以队0为例，全球大气队0有70%来源于土壤排放，其 中农田土壤的排放量占大约一半。目前对全球大气队0源汇的估计很不平衡，其中排放源被 低估了大约10%或1. 7Tg N yr_\对农田土壤N2O排放量的估计为0.6-14. 8Tg N yr-1 (IPCC， 2001)，显然具有很大的不确定性。产生这样大不确定性的原因，很可能是所依赖的观测数 据绝大多数都来源于低频率测定。许多研究表明，队0的排放多是...
【技术保护点】
一种微量气体自动采集和分析系统，其特征在于，包括中心控制计算机、工业控制模块组、采样部和气体采集分析部，其中：中心控制计算机为工业控制计算机，通过工控组态软件编写程序，生成并发送采样部的箱盖的工控指令、气路和气体采集分析的工控指令；接收并存储工业控制模块组发来含有环境气象参数和微量气体浓度数据的模拟信号；工业控制模块组分别与中心控制计算机、采样部和气体采集分析部连接；气体采集分析部分别与采样部的管线连接，气体采集分析部接收采样部的管线输送气体样品；工业控制模块组接收中心控制计算机生成的采样部箱盖、气路和气体采集分析的工控信号、接收采样部输出具有环境气象参数电流信号；接收气体...
【技术特征摘要】
1.一种微量气体自动采集和分析系统，其特征在于，包括中心控制计算机、工业控制模 块组、采样部和气体采集分析部，其中中心控制计算机为工业控制计算机，通过工控组态软件编写程序，生成并发送采样部 的箱盖的工控指令、气路和气体采集分析的工控指令；接收并存储工业控制模块组发来含 有环境气象参数和微量气体浓度数据的模拟信号；工业控制模块组分别与中心控制计算机、采样部和气体采集分析部连接；气体采集分 析部分别与采样部的管线连接，气体采集分析部接收采样部的管线输送气体样品；工业控 制模块组接收中心控制计算机生成的采样部箱盖、气路和气体采集分析的工控信号、接收 采样部输出具有环境气象参数电流信号；接收气体采集分析部输出具有微量气体浓度数据 电压信号；其中工业控制模块组对采样部的箱盖、气路和气体采集分析工控信号进行电 压转换生成并输出控制采样部的箱盖的多路开关信号、气路逻辑分配信号和控制气体采集 分析的多路开关电压信号，用于控制采样部的箱盖按照工控信号自动开启与关闭，用于控 制气体采集分析部按照工控信号对采样部的管线输送的气体样品进行采集，用于对气体采 集分析部的气体样品浓度数据进行气相色谱、非色散红外和化学发光分析；工业控制模块 组对采样部输出具有环境气象参数电流信号进行处理，生成并输出含有环境气象参数的模 拟信号；工业控制模块组对气体采集分析部输出具有气体浓度数据电压信号进行处理，生 成并输出含有气体浓度数据模拟信号。2.如权利要求1所述的微量气体自动采集和分析系统，其特征在于，所述工业控制模 块组含有通讯模块、第一工业控制模块、第二工业控制模块和第三工业控制模块，其中第一工业控制模块与采样部连接，第一工业控制模块按照采样部箱盖的工控信号，生 成并输出实现采样部箱盖顺序关闭和打开的控制信号；第二工业控制模块与气体采集分析部中具有的气体采集单元连接，根据气体采集的工 控信号，生成并输出对气体样品进行十二选一的采集分析控制；第三工业控制模块与气体采集分析部中具有的气路逻辑控制器连接，根据气体分析的 工控信号，生成并输出对所述气路逻辑控制器进行控制的控制信号，实现气体样品按照设 定程序进入各检测仪器；通讯模块分别与第一工业控制模块、第二工业控制模块和第三工业控制模块并行连 接，通讯模块接收中心控制计算机的工控组态程序发送的工控信号，将工控信号传输给第 一工业控制模块、第二工业控制模块和第三工业控制模块；通讯模块接收第一工业控制模 块和第三工业控制模块发送的模拟信号并传输给中心控制计算机；第一工业控制模块接收 工控信号并转换为开关量信号输送给采样部，用于控制采样部的开闭，接收采样部输出的 电流信号并生成数字模拟信号发送到通讯模块；第二工业控制模块接收工控信号并转换 为开关量信号发送到气体采集及分析部，用于控制气体样品选择和采集；第三工业控制模 块接收工控信号并转换为开关量信号发送给气体采集分析部，用于控制气体样品的浓度分 析，接收气体采集分析部生成的电压信号并转换为模拟信号发送到通讯模块。3.如权利要求1或2所述的微量气体自动采集和分析系统，其特征在于，所述气体采集 分析部由气路逻辑分配器、气体采集单元、二氧化碳分析仪、氮氧化物分析仪、温室气体进 样仪和气相色谱仪组成；气体采集单元与第二工业控制模块连接，接收第二工业控制模块输出的开关信号，用于控制气体样品采集来源的选择；气路逻辑分配器与第三工业控制模块连接，接收第三工业控制模块输出的开关信号， 生成并输出对气体样品在二氧化碳分析仪、氮氧化物分析仪、温室气体进样仪和气相色谱 仪之间切换的控制信号；二氧化碳分析仪、氮氧化物分析仪和气相色谱仪与气路逻辑分配器连接，二氧化碳分 析仪、氮氧化物分析仪和气相色谱仪接收切换控制信号，二氧化碳分析仪、氮氧化物分析仪 和气相色谱仪生成并输出气体样品的浓度数据以电压信号发送给工业控制模块，完成对气 体样品浓度的分析。4.如权利要求3所述的微量气体自动采集和分析系统，其特征在于，所述气路逻辑分 配器由二通电磁阀、第一三通电磁阀、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀和第四三通电磁阀 五个电磁阀组成，气路逻辑分配器的五个电磁阀由程序控制实现的开关状态，完成标准气 进入温室气体进样仪、(X)2分析仪和NOx分析仪管路清洗，气相色谱分析N20、CH4、⑶2标准气， 气体样品进入温室气体进样仪、CO2分析仪和NOx分析仪放空，气相色谱分析气体样品、CO2 分析仪和NOx分析仪检测下一个气体样品和管路除水五种逻辑状态；其中第一三通电磁 阀的第一进样口与除水冷阱相连，第一三通电磁阀的第一常开口与第二三通电磁阀的第二 常开口相连，第一三通电磁阀的第一常闭口与第三三通电磁阀的第三常闭口相连；第二三 通电磁阀的第二进样口与二氧化碳分析仪相连，而第二常闭口则放空；二氧化碳分析仪与 氮氧化物分析仪串连，质流量控制器和流量计串连在氮氧化物分析仪的出口 ；第三三通电 磁阀的第三常开口与标准气体相连，第三三通电磁阀的第三进气口与第四三通电磁阀的第 四常闭口相连；第四三通电磁阀的第四进气口与温室气体进样仪相连，第四常开口则放空； 二通电磁阀与除水冷阱的底部相连，开启时排出除水冷阱内的水。5.如权利要求1所述的微量气体自动采集和分析系统，其特征在于，还包括，采样部 的机械部分由多个采样箱组、多组三通电磁控制启动阀、空气压缩机、驱动气缸和高压驱动 气路管线组成；驱动气缸装在采样箱两侧，通过驱动气路管线与三通电磁控制启动阀连接； 每个三通电磁控制启动阀的常开口与对应驱动气缸的下进气口相连；每个三通电磁控制启 动阀的进气口均与空气压缩机的出气口相连；每个三通电磁控制启动阀的常闭口与对应驱 动气缸的上进气口相连；空气压缩机通过驱动气路管线与各三通电磁控制启动阀连接。6.如权利要求1或5所述的微量气体自动采集和分析系统，其特征在于，还包括，采样 部的电路部分含有多组田间控制终端和多组采样箱；所述多组田间控制终端包括A组田 间控制终端、B组田间控制终端和C组田间控制终端；所述多组采样箱包括A组采样箱、B 组采样箱和C组采样箱；所述A组田间控制终端、B组田间控制终端和C组田间控制终端分别与第一工业控制 模块并行连接，A组田间控制终端、B组田间控制终端和C组田间控制终端接收第一工业控 制模块发出的开关信号，用于控制采样部的多组三通电磁控制启动阀的开关改变驱动气缸 的压缩空气流向；以控制A组采样箱、B组采样箱和C组采样箱中的各采样箱箱盖的打开和 关闭；并A组田间控制终端、B组田间控制终端和C组田间控制终端还接收采样箱环境参数 探测器发回的测量电流信号，输送到工业控制模块组中的第一工业控制模块。7.如权利要求1或6所述的微量气体自动采集和分析系统，其特征在于，气体采集单元 由多组采样三通电磁阀、集束器、抽气泵和除水冷阱组成，多组采样三通电磁阀包括A组采样三通电磁阀、B组采样三通电磁阀和C组采样三通电磁阀；多组采样三通电磁阀的每个 采样三通电磁阀的常开口均为放空，每个采样三通电磁阀的常闭口均与集束器相连；A组 采样三通电磁阀的进样口分别与A组采样箱相连；B组采样三通电磁阀的进样口分别与B 组采样箱相连；C组采样三通电磁阀的进样口分别与C组采样箱相连；抽气泵进气口端与集 束器相连，出气口端与除水冷阱相连。8.如权利要求6所述的微量气体自动采集和分析系统，其特征在于，所述每个采样箱 由平衡管、箱盖、箱体、驱动气缸、底座、四只支架、温度传感器、湿度传感器、采样口和混气 扇组成，其中，平衡管位于箱体上，在底座的四个角焊有刃口向下的四只支架；箱体的立体 边框由角钢焊接而成；箱体和箱盖铰链链接，箱体和底座为转轴连接，采样箱在开启状态 时，箱盖开启同...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘广仁，王迎红，王跃思，刘春岩，郑循华，
申请(专利权)人：中国科学院大气物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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