技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明屬于
土壤和低矮植被(甲烷、二
氧化
碳、氧化亞氮和一氧化氮)的測量，涉及一種微量氣體的自動采集和分析系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)
[0002] 近百年來，大氣中二氧化碳、甲烷和氧化亞氮等
溫室氣體濃度升高誘發(fā)的全球
氣候變化問題對世界經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)環(huán)境等產(chǎn)生了重大影響，嚴(yán)重威脅著各國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和國家安全。土壤是大氣中微量氣體的主要來源，尤其是依托于土壤的農(nóng)業(yè)活動，更是大氣CH4、CO2、N2O和NO等微量氣體的重要來源。這些在
溫室效應(yīng)和大
氣化學(xué)過程中具有重要貢獻(xiàn)的微量氣體，它們的源估算仍然具有很大的不確定性。而估算的不確定性主要來自兩個(gè)方面-觀測數(shù)據(jù)和估算模型。以N2O為例，全球大氣N2O有70％來源于土壤排放，其中農(nóng)田土壤的
排放量占大約一半。目前對全球大氣N2O源匯的估計(jì)很
不平衡，其中排放源被-1 -1低估了大約10％或1.7Tg N yr ，對農(nóng)田土壤N2O排放量的估計(jì)為0.6-14.8Tg N yr (IPCC，
2001)，顯然具有很大的不確定性。產(chǎn)生這樣大不確定性的原因，很可能是所依賴的觀測數(shù)據(jù)絕大多數(shù)都來源于低
頻率測定。許多研究表明，N2O的排放多是脈沖式發(fā)生的，每個(gè)脈沖式排放峰持續(xù)的時(shí)間為幾個(gè)小時(shí)到1～3天。然而，目前國際上絕大部分的觀測采用的都是3～10天1次的低頻率人工觀測。根據(jù)這樣低頻率的觀測數(shù)據(jù)估計(jì)的季節(jié)或年N2O排放量，與每天6次的觀測相比，要偏低大約20～50％(Zheng et al.，2004)。當(dāng)采用低頻觀測數(shù)據(jù)來驗(yàn)證模型計(jì)算的逐日N2O排放量時(shí)，經(jīng)常遇到困難，即無法判斷模型計(jì)算結(jié)果是否正確，因?yàn)殚g歇式觀測很容易漏測一些持續(xù)時(shí)間短(通常僅1～2天)但通量值卻非常大(可能會比平常值高1～3個(gè)數(shù)量級)的N2O排放峰。因此，這樣的低頻率觀測數(shù)據(jù)也不適合用于過程模型的建立與驗(yàn)證。正是由于低頻觀測導(dǎo)致不可避免的大誤差，使得對N2O排放過程及其環(huán)境要素控制機(jī)制的研究非常難以開展?，F(xiàn)有的人工觀測技術(shù)不能原位獲取碳氮微量氣體的長期同步觀測有效數(shù)據(jù)，已有的原位觀測技術(shù)僅能對CH4和N2O這兩種成分進(jìn)行測定，亟需發(fā)展原位自動觀測技術(shù)對多種碳氮成分(CH4、CO2、N2O、NO)同時(shí)進(jìn)行觀測，以研究陸地
生態(tài)系統(tǒng)-大氣碳氮微量氣體交換過程、規(guī)律與機(jī)制，獲取驗(yàn)證模型的實(shí)測數(shù)據(jù)和參數(shù)，以及評價(jià)生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體減排措施有效性。
發(fā)明內(nèi)容
[0003] 有鑒于國際上還沒有一套原位觀測技術(shù)設(shè)備能夠令人滿意地做到同時(shí)對CH4、CO2、N2O和NO這幾種重要碳氮微量氣體的凈交換進(jìn)行同步、連續(xù)測定的問題，本發(fā)明的目的在于提出一種獲取
精度高、準(zhǔn)確可靠、連續(xù)完整的土壤及低矮植被微量氣體排放觀測資料、減少觀測人員的勞動強(qiáng)度和工作量的微量氣體的自動采集和分析系統(tǒng)及其方法。
[0004] 為達(dá)成所述目的，本發(fā)明的一方面，提供的微量氣體的自動采集和分析系統(tǒng)，采用以下技術(shù)方案：包括中心控制計(jì)算機(jī)、工業(yè)控
制模塊組、
采樣部和氣體采集分析部，其中：
[0005] 中心控制計(jì)算機(jī)為
工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，通過工控組態(tài)
軟件編寫程序，生成并發(fā)送采樣部的箱蓋的工控指令、氣路和氣體采集分析的工控指令；接收并存儲工業(yè)
控制模塊組發(fā)來含有環(huán)境氣象參數(shù)和微量氣體濃度數(shù)據(jù)的模擬
信號；
[0006] 工業(yè)控制模塊組分別與中心控制計(jì)算機(jī)、采樣部和氣體采集分析部連接；氣體采集分析部分別與采樣部的管線連接，氣體采集分析部接收采樣部的管線輸送氣體樣品；工業(yè)控制模塊組接收中心控制計(jì)算機(jī)生成的采樣部箱蓋、氣路和氣體采集分析的工控信號、接收采樣部的輸出具有環(huán)境氣象參數(shù)
電壓信號；接收氣體采集分析部輸出具有微量氣體濃度數(shù)據(jù)電壓信號；其中：工業(yè)控制模塊組對采樣部的箱蓋、氣路和氣體采集分析工控信號進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換生成并輸出控制采樣部的箱蓋的多路
開關(guān)信號、氣路邏輯分配信號和控制氣體采集分析的多路開關(guān)電壓信號，用于控制采樣部的箱蓋按照工控信號自動開啟與關(guān)閉，用于控制氣體采集分析部按照工控信號對采樣部的管線輸送的氣體樣品進(jìn)行采集，用于對氣體采集分析部的氣體樣品濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行氣相色譜、非色散紅外和
化學(xué)發(fā)光分析；工業(yè)控制模塊組對采樣部輸出具有環(huán)境氣象參數(shù)
電流信號進(jìn)行處理，生成并輸出含有環(huán)境氣象參數(shù)的
模擬信號；工業(yè)控制模塊組對氣體采集分析部輸出具有氣體濃度數(shù)據(jù)電壓信號進(jìn)行處理，生成并輸出含有氣體濃度數(shù)據(jù)模擬信號。
[0007] 為達(dá)成所述目的，本發(fā)明的第二方面，提供的微量氣體的自動采集和分析方法，該方法包括步驟如下：
[0008] 步驟S1：中心控制計(jì)算機(jī)通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣體采集分析部的氣體采集單元選擇A組第一采樣三通電磁
閥開啟，開啟由A組第一采樣三通
電磁閥和管線組成的第一采樣通道，抽氣
泵將對應(yīng)的A組第一采樣箱內(nèi)的氣體送入氣體采集分析部的氣路邏輯分配器；氣路邏輯分配器的氣路邏輯處于管路清洗、標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)樣狀態(tài)，采樣箱內(nèi)氣體通過管路、二氧化碳分析儀、氮氧化物分析儀、質(zhì)流量
控制器最后從流量計(jì)的放空口流出系統(tǒng)；同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀和氣相色譜儀，系統(tǒng)完成管路清洗和第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)樣；
[0009] 步驟S2：中心控制計(jì)算機(jī)通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，采樣部的田間控制終端選擇對應(yīng)A組第一三通電磁控制啟動閥開啟，關(guān)閉第一采樣箱；氣路邏輯分配器接收中心控制計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，氣路邏輯轉(zhuǎn)為分析氣體樣品NO和CO2；第一采樣箱內(nèi)氣體通過氣路邏輯分配器進(jìn)入二氧化碳紅外分析儀和氮氧化物分析儀；同時(shí)，氣相色譜儀完成標(biāo)準(zhǔn)氣體CH4、CO2和N2O的濃度分析；系統(tǒng)完成第一采樣箱第一次氣體樣品的NO、CO2濃度分析，第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣體CH4、CO2和N2O濃度分析；
[0010] 步驟S3：中心控制計(jì)算機(jī)通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣路邏輯分配器接收指令后，狀態(tài)轉(zhuǎn)為分析氣體樣品CH4、CO2和N2O；第一采樣箱內(nèi)氣體經(jīng)氣路邏輯分配器進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀和氣相色譜儀，分析氣體樣品CH4、CO2和N2O濃度；系統(tǒng)完成第一采樣箱第一次氣體樣品CH4、CO2和N2O濃度分析；
[0011] 步驟S4：中心控制計(jì)算機(jī)通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣體采集分析部的氣體采集單元關(guān)閉A組第一采樣三通電磁閥，打開B組第一采樣三通電磁閥，開啟由B組第一采樣三通電磁閥和管線組成的第二采樣通道；氣路邏輯分配器的氣路邏輯處于管路清洗、標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)樣狀態(tài)，第二采樣箱內(nèi)氣體通過管路、二氧化碳分析儀、氮氧化物分析儀、質(zhì)流量控制器最后流出系統(tǒng)；同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀和氣相色譜儀，系統(tǒng)完成管路清洗和第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)樣；
[0012] 步驟S5：中心控制計(jì)算機(jī)通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，采樣部的田間控制終端選擇對應(yīng)的B組第二三通電磁控制啟動閥開啟，關(guān)閉第二采樣箱；氣路邏輯分配器接收中心控制計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，氣路邏輯轉(zhuǎn)為分析氣體樣品NO和CO2；第二采樣箱內(nèi)氣體通過氣路邏輯控制器進(jìn)入二氧化碳紅外分析儀和氮氧化物分析儀；同時(shí)，氣相色譜儀完成標(biāo)準(zhǔn)氣體CH4、CO2和N2O的濃度分析；系統(tǒng)完成第二采樣箱第一次氣體樣品的NO、CO2濃度分析，第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣體CH4、CO2和N2O濃度分析；
[0013] 步驟S6：中心控制計(jì)算機(jī)通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣路邏輯分配器接收指令后，氣路邏輯轉(zhuǎn)為分析氣體樣品CH4、CO2和N2O；第二采樣箱內(nèi)氣體經(jīng)氣路邏輯分配器進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀和氣相色譜儀，分析氣體樣品CH4、CO2和N2O濃度；系統(tǒng)完成第二采樣箱第一次氣體樣品CH4、CO2和N2O濃度分析；
[0014] 步驟S7：中心控制計(jì)算機(jī)通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣體采集分析部的氣體采集單元關(guān)閉B組第一采樣三通電磁閥，打開C組第一采樣三通電磁閥，開啟由C組第一采樣三通電磁閥和管線組成的第三采樣通道；氣路邏輯分配器的氣路邏輯處于管路清洗、標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)樣狀態(tài)，第三采樣箱內(nèi)氣體通過管路、二氧化碳分析儀、氮氧化物分析儀、質(zhì)流量控制器最后流出系統(tǒng)；同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀和氣相色譜儀，系統(tǒng)完成管路清洗和第三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)樣；
[0015] 步驟S8：中心控制計(jì)算機(jī)通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，采樣部的田間控制終端選擇對應(yīng)的C組第三三通電磁控制啟動閥開啟，關(guān)閉第三采樣箱；氣路邏輯分配器接收中心控制計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，氣路邏輯轉(zhuǎn)為分析氣體樣品NO和CO2；第三采樣箱內(nèi)氣體通過氣路邏輯分配器進(jìn)入二氧化碳紅外分析儀和氮氧化物分析儀；同時(shí)，氣相色譜儀完成標(biāo)準(zhǔn)氣體CH4、CO2和N2O的濃度分析，系統(tǒng)完成第三采樣箱第一次氣體樣品的CO2、NO濃度分析，第三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣體CH4、CO2和N2O濃度分析；
[0016] 步驟S9：中心控制計(jì)算機(jī)通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣路邏輯分配器接收指令后，氣路邏輯分配器的狀態(tài)轉(zhuǎn)為分析氣體樣品CH4、CO2和N2O；第三采樣箱內(nèi)氣體經(jīng)氣路邏輯分配器進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀和氣相色譜儀，分析氣體樣品CH4、CO2和N2O濃度；系統(tǒng)完成第三采樣箱第一次氣體樣品CH4、CO2和N2O濃度分析；
[0017] 步驟S10：中心控制計(jì)算機(jī)通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣體采集分析部的氣體采集單元關(guān)閉C組第一采樣三通電磁閥，打開A組第一采樣三通電磁閥，開啟第一采樣通道；氣路邏輯分配器的氣路邏輯處于氣相色譜分析氣體樣品、CO2分析儀和NOX分析儀檢測狀態(tài)，第一采樣箱內(nèi)氣體通過二氧化碳分析儀、氮氧化物分析儀進(jìn)行CO2和NO濃度檢測；系統(tǒng)完成第一采樣箱第二次氣體樣品CO2、NO濃度分析；
[0018] 步驟S11：中心控制計(jì)算機(jī)通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣路邏輯分配器接收指令后，氣路邏輯分配器狀態(tài)轉(zhuǎn)為分析氣體樣品CH4、CO2和N2O；箱內(nèi)氣體經(jīng)氣路邏輯分配器進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀和氣相色譜儀，分析氣體樣品CH4、CO2和N2O濃度；系統(tǒng)完成第一采樣箱第二次氣體樣品CH4、CO2和N2O濃度分析；
[0019] 步驟S12：中心控制計(jì)算機(jī)通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣體采集分析部的氣體采集單元關(guān)閉A組第一采樣三通電磁閥，打開B組第一采樣三通電磁閥，開啟第二采樣通道；氣路邏輯分配器的氣路邏輯處于氣相色譜分析氣體樣品、CO2分析儀和NOX分析儀檢測狀態(tài)，第二采樣箱內(nèi)氣體通過二氧化碳分析儀、氮氧化物分析儀進(jìn)行CO2和NO濃度檢測；系統(tǒng)完成第二采樣箱第二次氣體樣品CO2、NO濃度分析；
[0020] 步驟S13：中心控制計(jì)算機(jī)通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣路邏輯分配器接收指令后，氣路邏輯分配器狀態(tài)轉(zhuǎn)為分析氣體樣品CH4、CO2和N2O；第二采樣箱內(nèi)氣體經(jīng)氣路邏輯分配器進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀和氣相色譜儀，分析氣體樣品CH4、CO2和N2O濃度；系統(tǒng)完成第二采樣箱第二次氣體樣品CH4、CO2和N2O濃度分析；
[0021] 步驟S 14：中心控制計(jì)算機(jī)通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣體采集分析部的氣體采集單元關(guān)閉B組第一采樣三通電磁閥，打開C組第一采樣三通電磁閥，開啟第三采樣通道；氣路邏輯分配器的氣路邏輯處于氣相色譜分析氣體樣品、CO2分析儀和NOX分析儀檢測狀態(tài)，第三采樣箱內(nèi)氣體通過二氧化碳分析儀、氮氧化物分析儀進(jìn)行CO2和NO濃度檢測；系統(tǒng)完成第三采樣箱第二次氣體樣品CO2、NO濃度分析；
[0022] 步驟S15：中心控制計(jì)算機(jī)通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣路邏輯分配器接收指令后，氣路邏輯分配器的狀態(tài)轉(zhuǎn)為分析氣體樣品CH4、CO2和N2O；箱內(nèi)氣體經(jīng)氣路邏輯分配器進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀和氣相色譜儀，分析氣體樣品CH4、CO2和N2O濃度；系統(tǒng)完成第三采樣箱第二次氣體樣品CH4、CO2和N2O濃度分析；
[0023] 重復(fù)步驟S10-S15，完成第一采樣箱、第二采樣箱和第三采樣箱的第三次、第四次和第五次氣體樣品分析，完成一個(gè)輪次三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣體、每個(gè)采樣箱5個(gè)采集樣品的分析；所有濃度數(shù)據(jù)由氣體采集分析部以電壓信號發(fā)送給第三工業(yè)控制模塊，經(jīng)
數(shù)模轉(zhuǎn)換后以
數(shù)字信號進(jìn)入中心控制計(jì)算機(jī)存儲；環(huán)境氣象參數(shù)由采樣部以電流信號方式發(fā)送給第一工業(yè)控制模塊，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)入中心控制計(jì)算機(jī)存儲。
[0024] 本發(fā)明的有益效果：
[0025] 本發(fā)明所采用的分體式采樣箱，在開啟狀態(tài)時(shí)，除頂箱箱蓋自動打開外，
箱體也以底座一邊為軸向上打開，底座與箱體間呈
剪刀口狀，改善箱體內(nèi)的通
風(fēng)條件，有效降低箱內(nèi)的溫室效應(yīng)；其次，組合式的箱體設(shè)計(jì)可在不同的
植物生長期選用頂箱或頂箱加延長箱的方式，以適應(yīng)作物不同生長階段的觀測需要。
[0026] 本發(fā)明氣路邏輯分配器的使用實(shí)現(xiàn)樣品氣體在不同檢測儀器間的切換，同時(shí)兼顧儀器的標(biāo)定。氣路邏輯分配器由五個(gè)三通電磁閥組成，通過這五個(gè)三通電磁閥不同狀態(tài)的組合，分別完成氣體樣品在NO和CO2濃度分析、溫室氣體(CO2、CH4和N2O)濃度分析、標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)樣和分析、室內(nèi)管路冷凝
水去除等過程之間的轉(zhuǎn)換，完成多種成分分析的同時(shí)節(jié)約分析時(shí)間，獲取更多的數(shù)據(jù)量。
[0027] 本發(fā)明提出了一套基于靜態(tài)透明箱，適用于多處理、多重復(fù)田間實(shí)驗(yàn)，可同步、高頻、長期自動連續(xù)原位觀測土壤及低矮植被微量氣體排放的技術(shù)設(shè)備系統(tǒng)。該系統(tǒng)將自動箱技術(shù)與氣相色譜法、紅外分析法和化學(xué)發(fā)光法結(jié)合起來，能同時(shí)進(jìn)行N2O、CH4、CO2和NO的排放觀測，并測定相關(guān)的環(huán)境參數(shù)。這是一套可長期不間斷地在田間對12個(gè)點(diǎn)位的微量氣體排放進(jìn)行每天6次同步連續(xù)觀測的自動系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)自動控制樣品采集和分析、存儲，能夠長期、有效地獲取微量氣體排放通量原位觀測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)有效率達(dá)90％以上；可測定與排放通量數(shù)據(jù)配套的環(huán)境因子，包括箱內(nèi)外空氣
溫度和分層的土壤濕度和土壤溫度等。本發(fā)明的系統(tǒng)精度高、準(zhǔn)確可靠、連續(xù)完整的土壤及低矮植被微量氣體排放觀測資料，減少觀測人員的勞動強(qiáng)度和工作量。本發(fā)明能夠原位獲取碳氮微量氣體的長期同步觀測有效數(shù)據(jù)，是研究陸地生態(tài)系統(tǒng)-大氣碳氮微量氣體交換過程、規(guī)律與機(jī)制的
基礎(chǔ)，也是獲取驗(yàn)證模型的實(shí)測數(shù)據(jù)和參數(shù)，以及評價(jià)生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體減排措施有效性非常必要的檢測技術(shù)手段。
附圖說明
[0028] 圖1為本發(fā)明微量氣體自動觀測系統(tǒng)采集和分析系統(tǒng)總
框圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明微量氣體自動觀測系統(tǒng)采集和分析
電路圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明微量氣體自動觀測系統(tǒng)采集和分析氣路圖；
[0031] 圖4a為本發(fā)明氣體采樣部開啟狀態(tài)的工作示意圖；
[0032] 圖4b為本發(fā)明氣體采樣部關(guān)閉狀態(tài)的工作示意圖；
[0033] 圖5為本發(fā)明氣路邏輯分配器工作圖；
[0034] 圖5a氣路邏輯1-標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀、NOX/CO2管路清洗；
[0035] 圖5b氣路邏輯2-氣相色譜分析N2O、CH4、CO2標(biāo)準(zhǔn)氣；NOX/CO2分析氣體樣品；
[0036] 圖5c氣路邏輯3-氣體樣品進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀；NOX/CO2放空；
[0037] 圖5d氣路邏輯4-氣相色譜分析氣體樣品；NOX/CO2檢測下一個(gè)氣體樣品；
[0038] 圖5e氣路邏輯5-管路除水。
具體實(shí)施方式
[0039] 下面將結(jié)合附圖和
實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明：
[0040] 圖1示出微量氣體自動觀測系統(tǒng)總體框圖，由中心控制計(jì)算機(jī)1、工業(yè)控制模塊組2、氣體采集分析部3和采樣部4組成，其中：
[0041] 中心控制計(jì)算機(jī)1為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，與工業(yè)控制模塊組2通過RS232
接口連接，通過中心控制計(jì)算機(jī)1中的工控組態(tài)軟件編寫程序，生成并發(fā)送采樣部4的箱蓋的工控指令、氣路和氣體采集分析的工控指令；接收并存儲工業(yè)控制模塊組2發(fā)來含有環(huán)境氣象參數(shù)和微量氣體濃度數(shù)據(jù)的模擬信號；
[0042] 工業(yè)控制模塊組2分別與中心控制計(jì)算機(jī)1、氣體采集分析部3和采樣部4通過接口連接；氣體采集分析部3分別與采樣部4的管線連接，氣體采集分析部3接收采樣部4的管線輸送氣體樣品；工業(yè)控制模塊組2接收中心控制計(jì)算機(jī)1生成的采樣部4的箱蓋、氣路和氣體采集分析的工控信號、接收采樣部4的輸出具有環(huán)境氣象參數(shù)電流信號；接收氣體采集分析部3輸出具有微量氣體濃度數(shù)據(jù)電壓信號；其中：工業(yè)控制模塊組2對采樣部4的箱蓋、氣路和氣體采集分析工控信號進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換生成并輸出控制采樣部4的箱蓋的多路開關(guān)信號、氣路邏輯分配信號和控制氣體采集分析的多路開關(guān)電壓信號，用于控制采樣部4的箱蓋按照工控信號自動開啟與關(guān)閉，用于控制氣體采集分析部3按照工控信號對采樣部4的管線輸送的氣體樣品進(jìn)行采樣，用于對氣體采集分析部3的氣體樣品的CH4、CO2、N2O和NO濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行氣相色譜、非色散紅外和化學(xué)發(fā)光分析；工業(yè)控制模塊組2對采樣部4輸出具有環(huán)境氣象參數(shù)電流信號進(jìn)行處理，生成并輸出含有環(huán)境氣象參數(shù)的模擬信號；工業(yè)控制模塊組2對氣體采集分析部3輸出具有氣體濃度數(shù)據(jù)電壓信號進(jìn)行處理，生成并輸出含有氣體濃度數(shù)據(jù)模擬信號。
[0043] 圖2示出微量氣體自動觀測系統(tǒng)采集和分析電路圖，其中：工業(yè)控制模塊組2包括通訊模塊21、第一工業(yè)控制模塊22、第二工業(yè)控制模塊23和第三工業(yè)控制模塊24。第一工業(yè)控制模塊22與采樣部4連接，第一工業(yè)控制模塊22按照采樣部4的箱蓋的工控信號，生成并輸出實(shí)現(xiàn)采樣部4的箱蓋順序關(guān)閉和順序打開的
控制信號；
[0044] 第二工業(yè)控制模塊23與氣體采集分析部3中具有的氣體采集單元32連接，根據(jù)氣體采集的工控信號，生成并輸出對氣體樣品進(jìn)行十二選一的采集分析控制；
[0045] 第三工業(yè)控制模塊24與氣體采集分析部3中具有的氣路邏輯分配器31連接，根據(jù)氣體分析的工控信號，生成并輸出對氣路邏輯分配器31進(jìn)行控制的控制信號，實(shí)現(xiàn)氣體樣品按照設(shè)定程序進(jìn)入各檢測儀器；
[0046] 通訊模塊21通過接口與中心控制計(jì)算機(jī)1連接，通過通訊總線與第一工業(yè)模塊控制22、第二工業(yè)控制模塊23和第三工業(yè)控制模塊24并行連接；通訊模塊21接收中心控制計(jì)算機(jī)1的工控組態(tài)程序發(fā)送的工控信號，將工控
信號傳輸給第一工業(yè)控制模塊22、第二工業(yè)控制模塊23和第三工業(yè)控制模塊24；通訊模塊21接收第一工業(yè)控制模塊22和第三工業(yè)控制模塊24發(fā)送的模擬信號并傳輸給中心控制計(jì)算機(jī)1；第一工業(yè)控制模塊22接收工控信號并轉(zhuǎn)換為開關(guān)量信號輸送給采樣部4，用于控制采樣部4的箱蓋打開或關(guān)閉，接收采樣部4輸出的具有環(huán)境氣象參數(shù)電流信號并生成數(shù)字模擬信號發(fā)送到通訊模塊21；第二工業(yè)控制模塊23接收工控信號并轉(zhuǎn)換為開關(guān)量信號發(fā)送到氣體采集及分析部3，用于控制氣體樣品采集；第三工業(yè)控制模塊24接收工控信號并轉(zhuǎn)換為開關(guān)量信號發(fā)送給氣體采集及分析部3，用于控制氣體樣品的CH4、CO2、N2O和NO濃度分析，接收氣體采集分析部3生成的具有微量氣體濃度電壓信號轉(zhuǎn)換并為模擬信號發(fā)送到通訊模塊21。
[0047] 氣體采集分析部3包括氣路邏輯分配器31、氣體采集單元32、二氧化碳分析儀33、氮氧化物分析儀34、溫室氣體進(jìn)樣儀35和氣相色譜儀36。氣體采集單元32與工業(yè)控制模塊組2連接，氣體采集單元32接收工業(yè)控制模塊組2的第二工業(yè)控制模塊23輸出的開關(guān)信號，用于控制氣體樣品采集來源的選擇；氣路邏輯分配器31與工業(yè)控制模塊組2連接，氣路邏輯分配器31接收工業(yè)控制模塊組2的第三工業(yè)控制模塊24輸出的開關(guān)信號，生成并輸出對氣體樣品在二氧化碳分析儀33、氮氧化物分析儀34、溫室氣體進(jìn)樣儀35和氣相色譜儀36之間切換的控制信號；二氧化碳分析儀33、氮氧化物分析儀34和氣相色譜儀36與氣路邏輯分配器31連接，二氧化碳分析儀33、氮氧化物分析儀34和氣相色譜儀36生成并輸出氣體樣品的濃度數(shù)據(jù)以電壓信號發(fā)送給工業(yè)控制模塊2的第三工業(yè)控制模塊24，用于完成對氣體樣品的CH4、CO2、N2O和NO濃度進(jìn)行分析。
[0048] 采樣部4的機(jī)械部分由多組采樣箱、A組三通電磁控制啟動閥AQ，B組三通電磁控制啟動閥BQ和C組三通電磁控制啟動閥CQ、空氣
壓縮機(jī)47、驅(qū)動
氣缸(圖中未標(biāo)記)和泰富龍高壓驅(qū)動氣路管線(圖中未標(biāo)記)組成；驅(qū)動氣缸裝在采樣箱兩側(cè)，通過驅(qū)動氣路管線與三通電磁控制啟動閥連接；空氣壓縮機(jī)47的出氣口分別與A組三通電磁控制啟動閥AQ、B組三通電磁控制啟動閥BQ和C組三通電磁控制啟動閥CQ的進(jìn)氣口b
串聯(lián)，A組三通電磁控制啟動閥AQ、B組三通電磁控制啟動閥BQ和C組三通電磁控制啟動閥CQ的常開口a和常閉口c分別通過泰富龍高壓驅(qū)動管線與各對應(yīng)驅(qū)動氣缸的下進(jìn)氣口和上進(jìn)氣口相連。
[0049] 所述A組三通電磁控制啟動閥AQ，B組三通電磁控制啟動閥BQ和C組三通電磁控制啟動閥CQ共具有十二個(gè)三通電磁控制啟動閥包括：
[0050] 所述A組三通電磁控制啟動閥AQ具有第一三通電磁控制啟動閥AQ1、第二三通電磁控制啟動閥AQ2、第三三通電磁控制啟動閥AQ3和第四三通電磁控制啟動閥AQ4；
[0051] 所述B組三通電磁控制啟動閥BQ具有第一三通電磁控制啟動閥BQ1、第二三通電磁控制啟動閥BQ2、第三三通電磁控制啟動閥BQ3和第四三通電磁控制啟動閥BQ4；
[0052] 所述C組三通電磁控制啟動閥CQ具有第一三通電磁控制啟動閥CQ1、第二三通電磁控制啟動閥CQ2、第三三通電磁控制啟動閥CQ3和第四三通電磁控制啟動閥CQ4。
[0053] 所述多組采樣箱為分體結(jié)構(gòu)，其包括：A組采樣箱44、B組采樣箱45和C組采樣箱46，A組采樣箱44包括：A采樣箱441至444，B組采樣箱45包括：B采樣箱451至454，C組采樣箱46包括：C采樣箱461至464。
[0054] 采樣部4電路包括多組田間控制終端和多組采樣箱；所述多組田間控制終端包括：A組田間控制終端41、B組田間控制終端42、C組田間控制終端43；
[0055] 該A組田間控制終端41、B組田間控制終端42和C組田間控制終端43分別與第一工業(yè)控制模塊22并行連接，A組田間控制終端41、B組田間控制終端42和C組田間控制終端43接收第一工業(yè)控制模塊22發(fā)出的開關(guān)信號，控制采樣部4的A組三通電磁控制啟動閥AQ1至AQ4、B組三通電磁控制啟動閥BQ1至BQ4、C組三通電磁控制啟動閥CQ1至CQ4的開關(guān)改變驅(qū)動氣缸的壓縮空氣流向，完成A組采樣箱44、B組采樣箱45和C組采樣箱46中的各采樣箱的打開和關(guān)閉；并A組田間控制終端、B組田間控制終端和C組田間控制終端還接收采樣箱環(huán)境參數(shù)探測器(溫度和濕度)發(fā)回的測量電流信號，輸送到工業(yè)控制模塊組2中的第一工業(yè)控制模塊22。
[0056] 所述通訊模塊為485模塊，工業(yè)控制模塊組包括開關(guān)量模塊、模擬量模塊、雙路
開關(guān)電源和交流發(fā)光管指示燈。田間控制終端包括固態(tài)繼電器、直流開關(guān)電源、交流發(fā)光管指示燈、電源插座和三刀開關(guān)。
[0057] 圖3示出微量氣體自動觀測系統(tǒng)采集和分析氣路圖，由氣體采集分析部3和采樣部4組成。
[0058] 氣體采集分析部3包括氣路邏輯分配器31、氣體采集單元32、二氧化碳分析儀33、氮氧化物分析儀34、溫室氣體進(jìn)樣儀35、氣相色譜儀36、標(biāo)準(zhǔn)氣體30、質(zhì)流量控制計(jì)38、流量計(jì)39和不銹
鋼管路。所述氣路邏輯分配器31由二通電磁閥311、第一三通電磁閥312、第二三通電磁閥313、第三三通電磁閥314和第四三通電磁閥315五個(gè)電磁閥組成；第一三通電磁閥312的第一進(jìn)樣口b與除水冷阱323相連，第一三通電磁閥312的第一常開口a與第二三通電磁閥313的第二常開口a相連，第一三通電磁閥312的第一常閉口c與第三三通電磁閥314的第三常閉口c相連；第二三通電磁閥313的第二進(jìn)樣口b與二氧化碳分析儀33相連，而第二常閉口c則放空；二氧化碳分析儀33與氮氧化物分析儀34串連，質(zhì)流量控制器38和流量計(jì)39串連在氮氧化物分析儀34的出口處；第三三通電磁閥314的第三常開口a與標(biāo)準(zhǔn)氣體30相連，第三三通電磁閥314的第三進(jìn)氣口b與第四三通電磁閥315的第四常閉口c相連；第四三通電磁閥315的第四進(jìn)氣口b與溫室氣體進(jìn)樣儀35相連，第四常開口a則放空。二通電磁閥311與除水冷阱323的底部相連，開啟時(shí)排出除水冷阱323內(nèi)的水。
[0059] 氣體采集單元32由多組采樣三通電磁閥、集束器321、抽氣泵322和除水冷阱323組成。多組采樣三通電磁閥包括：A組采樣三通電磁閥AZ、B組采樣三通電磁閥BZ和C組采樣三通電磁閥CZ，A組采樣三通電磁閥AZ含有第一采樣三通電磁閥AZ1至第四采樣三通電磁閥AZ4；B組采樣三通電磁閥BZ含有第一采樣三通電磁閥BZ1至第四采樣三通電磁閥BZ4；C組采樣三通電磁閥CZ含有第一采樣三通電磁閥CZ1至第四采樣三通電磁閥CZ4；多組采樣三通電磁閥的每個(gè)采樣三通電磁閥的常開口a均為放空，每個(gè)采樣三通電磁閥的常閉口c均與集束器321相連；A組采樣三通三通電磁閥AZ的進(jìn)樣口b分別與A組采樣箱相連；B組采樣三通電磁閥BZ的進(jìn)樣口b分別與B組采樣箱相連；C組采樣三通電磁閥CZ的進(jìn)樣口b分別與C組采樣箱相連；抽氣泵322進(jìn)氣口端與集束器321相連，出氣口端與除水冷阱323相連。
[0060] 所述第一三通電磁閥312、第二三通電磁閥313、第三三通電磁閥314和第四三通電磁閥315、A組、B組和C組三通電磁控制啟動閥AQ、BQ和CQ、A組采樣三通電磁閥AZ、B組采樣三通電磁閥BZ和C組采樣三通電磁閥CZ都是使用三通電磁閥，該三通電磁閥為二位三通電磁閥，有進(jìn)氣口b、常開口a和常閉口c三個(gè)口；在不通電情況下(關(guān)閉)，進(jìn)氣口b和常開口a相通，常閉口c關(guān)閉；通電情況下(開啟)，進(jìn)氣口b和常閉口c相通，常開口a關(guān)閉。
[0061] 氣路邏輯分配器31五個(gè)電磁閥由程序控制實(shí)現(xiàn)的開關(guān)狀態(tài)，完成五種邏輯狀態(tài)：①標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀、CO2分析儀和NOX分析儀管路清洗；②氣相色譜分析N2O、CH4、CO2標(biāo)準(zhǔn)氣；③氣體樣品進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀、CO2分析儀和NOX分析儀放空；④氣相色譜分析氣體樣品、CO2分析儀和NOX分析儀檢測下一個(gè)氣體樣品和⑤管路除水；
[0062] 圖4a為本發(fā)明氣體采樣箱開啟狀態(tài)的工作示意圖；以采樣箱441為例。采樣箱441由箱蓋4411、箱體4412、底座4414、
支架4415、驅(qū)動氣缸4413、溫度
傳感器4416、
濕度傳感器4417、采樣口4418、混氣扇4419和平衡管4410組成。其中，平衡管4410位于箱體
4412上，底座4414由
不銹鋼角鋼
焊接而成，在底座4414的四個(gè)
角焊有刃口向下的四只支架
4415。箱體4412的立體邊框由不銹鋼角鋼焊接而成，箱壁板采用2mm厚的聚碳酸酯板，透過
光譜寬，紫外和長波的主要部分可以透過85％。箱體4412和箱蓋4411通過不銹鋼
鉸鏈連接，箱體4412和底座4414通過
轉(zhuǎn)軸連接。箱體4412可由頂箱單獨(dú)組成，也可由頂箱和延長箱組成，以適應(yīng)被觀測作物的生長狀況。箱體4412內(nèi)壁上裝有溫度傳感器4416、濕度傳感器4417、采樣口4418和混氣風(fēng)扇4419。兩只驅(qū)動氣缸4413分裝在箱體4412兩側(cè)，驅(qū)動氣缸4413的驅(qū)動氣由空氣壓縮機(jī)47提供。箱體4412具有五個(gè)面的透明薄板，透明薄板選用聚碳酸酯材料。
[0063] 各個(gè)采樣箱的驅(qū)動氣流向受對應(yīng)的三通電磁控制啟動閥控制，如采樣箱441對應(yīng)A組第一三通電磁控制啟動閥AQ1。三通控制啟動電磁閥不通電時(shí)，在壓縮空氣的作用下驅(qū)動氣缸4413滑桿伸出，箱蓋4411向上開啟，與箱體4412間呈約75°角，同時(shí)箱體4412以底座4414一邊為轉(zhuǎn)軸開啟，箱體4412與底座4414間打開呈剪刀口狀，采樣箱441開啟；第一工業(yè)控制模塊22接收中心控制計(jì)算1發(fā)出的工控信號并轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號發(fā)送到A組田間控制終端41。A組田間控制終端41的繼電器開啟，對應(yīng)的第一三通控制啟動電磁閥AQ1通電，空氣壓縮機(jī)47的空氣流向改變，在空氣壓
力下氣缸4413的滑桿縮回，箱體4412回到底座4414，同時(shí)箱蓋4411關(guān)閉，采樣箱441關(guān)閉，如圖4b為采樣箱關(guān)閉狀態(tài)的工作示意圖。箱蓋4411和底座4414的
框架間均粘貼密封條，保證關(guān)閉時(shí)采樣箱內(nèi)不漏氣。在箱體4412與底座4414張開的剪刀口處，安裝兩個(gè)
扭簧(圖中未畫出)，以消除開關(guān)采樣箱時(shí)對底座快速沖擊造成的震動。
[0064] 分體式采樣箱的優(yōu)點(diǎn)在于：開啟狀態(tài)時(shí)，除頂箱箱蓋自動打開外，箱體也以底座一邊為軸向上打開，底座與箱體間呈剪刀口狀，改善箱體內(nèi)的
通風(fēng)條件，有效降低箱內(nèi)的溫室效應(yīng)；其次，組合式的箱體設(shè)計(jì)可在不同的植物生長期選用頂箱或頂箱加延長箱的方式，以適應(yīng)作物不同生長階段的觀測需要。
[0065] 圖5a-圖5e示出氣路邏輯分配器31在不同氣路邏輯下各三通電磁閥的工作狀態(tài)。氣路邏輯分配器31為本發(fā)明的核心部分。氣路邏輯分配器31由第一三通電磁閥312、第二三通電磁閥313、第三三通電磁閥314、第四三通電磁閥315和二通電磁閥311組成，通過這五個(gè)電磁閥不同狀態(tài)的組合，分別完成氣體樣品NO和CO2濃度分析、溫室氣體(CO2、CH4和N2O)濃度分析、標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)樣和分析、室內(nèi)管路冷凝水去除等過程，完成多種微量氣體濃度分析的同時(shí)節(jié)約分析時(shí)間。
[0066] 圖5a為氣路邏輯①-標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀、CO2分析儀和NOX分析儀管路清洗；此時(shí)二通電磁閥311、第一三通電磁閥312、第二三通電磁閥313和電磁閥第三三通314關(guān)閉，第四三通電磁閥315開啟；
[0067] 圖5b氣路邏輯②-氣相色譜分析N2O、CH4、CO2標(biāo)準(zhǔn)氣；CO2分析儀和NOX分析儀分析氣體樣品，此時(shí)二通電磁閥311、第一三通電磁閥312、第二三通電磁閥313、第三三通電磁閥314和第四三通電磁閥315全部關(guān)閉；
[0068] 圖5c氣路邏輯③-氣體樣品進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀，CO2分析儀和NOX分析儀放空；此時(shí)二通電磁閥311關(guān)閉，第一三通電磁閥312、第二三通電磁閥313、第三三通電磁閥314和第四三通電磁閥315開啟；
[0069] 圖5d氣路邏輯④-氣相色譜分析氣體樣品，CO2分析儀和NOX分析儀檢測下一個(gè)氣體樣品；此時(shí)二通電磁閥311關(guān)閉，第一三通電磁閥312、第二三通電磁閥313和第四三通電磁閥315開啟，第三三通電磁閥314關(guān)閉；
[0070] 圖5e氣路邏輯⑤-管路除水；此時(shí)二通電磁閥311開啟，第一三通電磁閥312、第四三通電磁閥315關(guān)閉，第二三通電磁閥313和第三三通電磁閥314開啟；
[0071] 檢測儀器中，二氧化碳分析儀33和氮氧化物分析儀34均為市售商品，可以直接用于樣品CO2和NO的檢測。而氣相色譜儀36的進(jìn)樣部分不能滿足同時(shí)分析CH4、CO2和N2O的需要，需配置大氣物理所自行研制的溫室氣體進(jìn)樣儀35后，才能實(shí)現(xiàn)CH4、CO2和N2O三種溫室氣體的同步分析。
[0072] 微量氣體自動采集和分析系統(tǒng)應(yīng)用于土壤及低矮植被，在此十二個(gè)采樣箱分為三組，每組四個(gè)采樣箱，對應(yīng)田間三種處理A、B、C，每個(gè)處理四個(gè)重復(fù)；要求每個(gè)田間處理在每一個(gè)小時(shí)都有通量數(shù)據(jù)，且通量數(shù)據(jù)由5個(gè)濃度數(shù)據(jù)產(chǎn)生。因此，每個(gè)小時(shí)內(nèi)需要順序?qū)、B、C三個(gè)處理的一個(gè)重復(fù)進(jìn)行氣體樣品的采集和分析，即每小時(shí)順序關(guān)閉三個(gè)采樣箱，
抽取箱內(nèi)氣體樣品進(jìn)行分析；四個(gè)小時(shí)后，對所有的采樣箱完成一次循環(huán)；每天可完成六次循環(huán)。
[0073] 根據(jù)上述要求在中心控制計(jì)算機(jī)1的工控組態(tài)軟件內(nèi)編寫工控程序，根據(jù)采樣順序以采樣箱441、采樣箱451和采樣箱461分別為第一采樣箱、第二采樣箱和第三采樣箱，第一個(gè)小時(shí)內(nèi)氣體樣品采集及分析過程為例，步驟如下：
[0074] 測量期間，空氣壓縮機(jī)47和抽氣泵322連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0075] 步驟S1：中心控制計(jì)算機(jī)1通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣體采集分析部3的氣體采集單元32選擇A組第一采樣三通電磁閥AZ1開啟，開啟由A組第一采樣三通電磁閥AZ1和管線組成的第一采樣通道，抽氣泵322將對應(yīng)的采樣箱441內(nèi)的氣體送入氣體采集分析部3的氣路邏輯分配器31；氣路邏輯分配器31處于氣路邏輯①；采樣箱441內(nèi)氣體通過管路、A組第一采樣三通電磁閥AZ1的b口和c口、集束器321、除水冷阱323、第一三通電磁閥312的第一b口和第一a口、第二三通電磁閥313的第二b口和第二a口，進(jìn)入二氧化碳分析儀33和氮氧化物分析儀34，通過質(zhì)流量控制器38，最后從流量計(jì)39的放空口排出系統(tǒng)，用采樣箱441內(nèi)空氣沖洗采樣管路。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)氣體30通過第三三通電磁閥314的第三a口和第三b口、第四三通電磁閥315的第四c口和第四b口進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀；系統(tǒng)完成管路清洗和第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)樣；
[0076] 步驟S2：中心控制計(jì)算機(jī)1通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，采樣部的田間控制終端41選擇對應(yīng)A組第一三通電磁控制啟動閥AQ1開啟，采樣箱411的驅(qū)動氣缸4413內(nèi)壓縮空氣流向改變，驅(qū)動氣缸4413的滑桿收回，采樣箱441關(guān)閉；氣路邏輯分配器接收中心控制計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，轉(zhuǎn)為氣路邏輯②；采樣箱441內(nèi)氣體通過A組第一采樣三通電磁閥AZ1的b口和a口、集束器321、除水冷阱323、經(jīng)氣路邏輯分配器31第一三通電磁閥312的第一b口和第一a口、第二三通電磁閥313的第二a口和第二b口，再進(jìn)入二氧化碳分析儀33和氮氧化物分析儀34進(jìn)行采樣箱441內(nèi)第一個(gè)空氣樣品的CO2和NO濃度分析；同時(shí)，氣相色譜儀36開始分析第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣樣品的CH4、CO2和N2O濃度。系統(tǒng)完成第一采樣箱第一次氣體樣品的NO、CO2濃度分析，第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣體CH4、CO2和N2O濃度分析；
[0077] 步驟S3：中心控制計(jì)算機(jī)1通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣路邏輯分配器31接收指令后，轉(zhuǎn)為氣路邏輯③；第一三通電磁閥312、第二三通電磁閥313、第三三通電磁閥314和第四三通電磁閥315開啟，采樣箱441內(nèi)氣體通過第一三通電磁閥312的第一b口和第一c口，第三三通電磁閥314的第三c口和第三b口、第四三通電磁閥315的第四c口和第四b口進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀35，進(jìn)樣20秒后，第四三通電磁閥315關(guān)閉，氣體平衡20秒后氣相色譜儀36開始分析采樣箱441內(nèi)第一個(gè)空氣樣品的CH4、CO2和N2O濃度。系統(tǒng)完成第一采樣箱第一次氣體樣品CH4、CO2和N2O濃度分析；
[0078] 步驟S4：中心控制計(jì)算機(jī)1通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣體采集分析部3的氣體采集單元32關(guān)閉A組第一采樣三通電磁閥AZ1，打開B組第一采樣三通電磁閥BZ1，開啟由B組第一采樣三通電磁閥BZ1和管線組成的第二采樣通道；氣路邏輯分配器31接收中心控制計(jì)算機(jī)1的指令，轉(zhuǎn)為氣路邏輯①，處于管路清洗、標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)樣狀態(tài)；B組第一采樣三通電磁閥BZ1打開，抽氣泵322開始抽取采樣箱451內(nèi)氣體，通過氣路邏輯分配器31、B組第一采樣三通電磁閥BZ1的b口和c口、集束器321、除水冷阱323、第一三通電磁閥312的第一b口和第一a口、第二三通電磁閥313的第二b口和第二a口，進(jìn)入二氧化碳分析儀33和氮氧化物分析儀34，通過質(zhì)流量控制器38，最后從流量計(jì)39的放空口排出，用采樣箱451內(nèi)空氣沖洗采樣管路200秒；同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)氣體30再次通過第三三通電磁閥314的第三a口和第三b口、第四三通電磁閥315的第四c口和第四b口進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀35和氣相色譜儀36；系統(tǒng)完成管路清洗和第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)樣；
[0079] 步驟S5：中心控制計(jì)算機(jī)1通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，采樣部4的田間控制終端42選擇對應(yīng)的B組第一三通電磁控制啟動閥BQ1開啟，關(guān)閉采樣箱451；氣路邏輯分配器31接收中心控制計(jì)算機(jī)1發(fā)出的指令，氣路邏輯轉(zhuǎn)為氣路邏輯②；采樣箱451內(nèi)氣體通過B組第一采樣三通電磁閥BZ1的b口和a口、集束器321、除水冷阱323、經(jīng)氣路邏輯分配器31第一三通電磁閥312的第一b口和第一a口、第二三通電磁閥313的第二a口和第二b口，再進(jìn)入二氧化碳分析儀33和氮氧化物分析儀34進(jìn)行采樣箱451內(nèi)第一個(gè)空氣樣品的CO2和NO濃度分析；同時(shí)，氣相色譜儀36開始分析第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣樣品的CH4、CO2和N2O濃度。系統(tǒng)完成第二采樣箱第一次氣體樣品的NO、CO2濃度分析，第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣體CH4、CO2和N2O濃度分析；
[0080] 步驟S6：中心控制計(jì)算機(jī)1通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣體采集分析部3的氣路邏輯分配器31接收指令后，轉(zhuǎn)為氣路邏輯③，采樣箱451內(nèi)氣體通過第一三通電磁閥312的第一b口和第一c口，第三三通電磁閥314的第三c口和第三b口、第四三通電磁閥315的第四c口和第四b口進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀35；隨后，氣體平衡20秒后氣相色譜儀36開始分析采樣箱451內(nèi)第一個(gè)空氣樣品的CH4、CO2和N2O濃度；系統(tǒng)完成第二采樣箱第一次氣體樣品CH4、CO2和N2O濃度分析；
[0081] 步驟S7：中心控制計(jì)算機(jī)1通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣體采集分析部3的氣體采集單元32關(guān)閉B組第一采樣三通電磁閥BZ1，打開C組第一采樣三通電磁閥CZ1，開啟由C組第一采樣三通電磁閥CZ1和管線組成的第三采樣通道；氣路邏輯分配器31處于氣路邏輯①，采樣箱461內(nèi)氣體通過管路、C組第一采樣三通電磁閥CZ1的b口和c口、集束器321、除水冷阱323、第一三通電磁閥312的第一b口和第一a口、第二三通電磁閥313的第二b口和第二a口，進(jìn)入二氧化碳分析儀33和氮氧化物分析儀34，通過質(zhì)流量控制器38，最后從流量計(jì)39的放空口排出系統(tǒng)，用采樣箱461內(nèi)空氣沖洗采樣管路。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)氣體
30通過第三三通電磁閥314的第三a口和第三b口、第四三通電磁閥315的第四c口和第四b口進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀；系統(tǒng)完成管路清洗和第三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)樣；
[0082] 步驟S8：中心控制計(jì)算機(jī)1通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，采樣部4的田間控制終端43選擇對應(yīng)的C組第一三通電磁控制啟動閥CQ1開啟，關(guān)閉采樣箱461；氣路邏輯分配器31接收中心控制計(jì)算機(jī)1發(fā)出的指令，轉(zhuǎn)為氣路邏輯②；采樣箱461內(nèi)氣體通過C組第一采樣三通電磁閥CZ1的b口和a口、集束器321、除水冷阱323、經(jīng)氣路邏輯分配器31第一三通電磁閥312的第一b口和第一a口、第二三通電磁閥313的第二a口和第二b口，再進(jìn)入二氧化碳分析儀33和氮氧化物分析儀34進(jìn)行采樣箱461內(nèi)第一個(gè)空氣樣品的CO2和NO濃度分析；同時(shí)，氣相色譜儀36完成標(biāo)準(zhǔn)氣體CH4、CO2和N2O的濃度分析，系統(tǒng)完成第三采樣箱第一次氣體樣品的CO2、NO濃度分析，第三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣體CH4、CO2和N2O濃度分析；
[0083] 步驟S9：中心控制計(jì)算機(jī)1通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣體采集分析部3的氣路邏輯分配器31接收指令后，轉(zhuǎn)為氣路邏輯③；采樣箱461內(nèi)氣體通過第一三通電磁閥312的第一b口和第一c口，第三三通電磁閥314的第三c口和第三b口、第四三通電磁閥
315的第四c口和第四b口進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀35，進(jìn)樣20秒后，第四三通電磁閥315關(guān)閉，氣體平衡20秒后氣相色譜儀36開始分析采樣箱461內(nèi)第一個(gè)空氣樣品的CH4、CO2和N2O濃度。系統(tǒng)完成第三采樣箱第一次氣體樣品CH4、CO2和N2O濃度分析；
[0084] 步驟S10：中心控制計(jì)算機(jī)1通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣體采集分析部3的氣體采集單元32關(guān)閉C組第一采樣三通電磁閥CZ1，打開A組第一采樣三通電磁閥AZ1，開啟第一采樣通道；氣路邏輯分配器31處于氣路邏輯④，采樣箱441內(nèi)氣體通過A組第一采樣三通電磁閥AZ1的b口和c口、集束器321、除水冷阱323、第一三通電磁閥312的第一b口和第一a口、第二三通電磁閥313的第二b口和第二a口，進(jìn)入二氧化碳分析儀33和氮氧化物分析儀34進(jìn)行CO2和NO濃度檢測；系統(tǒng)完成第一采樣箱第二次氣體樣品CO2、NO濃度分析；
[0085] 步驟S11：中心控制計(jì)算機(jī)1通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣路邏輯分配器31接收指令后，狀態(tài)轉(zhuǎn)為氣路邏輯③，采樣箱441內(nèi)氣體通過第一三通電磁閥312的第一b口和第一c口，第三三通電磁閥314的第三c口和第三b口、第四三通電磁閥315的第四c口和第四b口進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀35；隨后，氣體平衡20秒后氣相色譜儀36開始分析采樣箱441內(nèi)第二個(gè)空氣樣品的CH4、CO2和N2O濃度；系統(tǒng)完成第一采樣箱第二次氣體樣品CH4、CO2和N2O濃度分析；
[0086] 步驟S12：中心控制計(jì)算機(jī)1通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣體采集分析部3的氣體采集單元32關(guān)閉A組第一采樣三通電磁閥AZ1，打開B組第一采樣三通電磁閥BZ1，開啟第二采樣通道；氣路邏輯分配器31處于氣路邏輯④，采樣箱451內(nèi)氣體通過B組第一采樣三通電磁閥BZ1的b口和c口、集束器321、除水冷阱323、第一三通電磁閥312的第一b口和第一a口、第二三通電磁閥313的第二b口和第二a口，進(jìn)入二氧化碳分析儀33和氮氧化物分析儀34進(jìn)行CO2和NO濃度檢測；系統(tǒng)完成第二采樣箱第二次氣體樣品CO2、NO濃度分析；
[0087] 步驟S13：中心控制計(jì)算機(jī)1通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣路邏輯分配器31接收指令后，氣路邏輯分配器狀態(tài)轉(zhuǎn)為氣路邏輯③，采樣箱451內(nèi)氣體通過第一三通電磁閥312的第一b口和第一c口，第三三通電磁閥314的第三c口和第三b口、第四三通電磁閥
315的第四c口和第四b口進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀35；隨后，氣體平衡20秒后氣相色譜儀36開始分析采樣箱451內(nèi)第二個(gè)空氣樣品的CH4、CO2和N2O濃度；系統(tǒng)完成第二采樣箱第二次氣體樣品CH4、CO2和N2O濃度分析；
[0088] 步驟S14：中心控制計(jì)算機(jī)1通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣體采集分析部3的氣體采集單元32關(guān)閉B組第一采樣三通電磁閥BZ1，打開C組第一采樣三通電磁閥CZ1，開啟第三采樣通道；氣路邏輯分配器31處于氣路邏輯④，采樣箱461內(nèi)氣體通過C組第一采樣三通電磁閥CZ1的b口和c口、集束器321、除水冷阱323、第一三通電磁閥312的第一b口和第一a口、第二三通電磁閥313的第二b口和第二a口，進(jìn)入二氧化碳分析儀33和氮氧化物分析儀34進(jìn)行CO2和NO濃度檢測；系統(tǒng)完成第三采樣箱第二次氣體樣品CO2、NO濃度分析；
[0089] 步驟S15：中心控制計(jì)算機(jī)1通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，氣路邏輯分配器31接收指令后，轉(zhuǎn)為氣路邏輯③，采樣箱461內(nèi)氣體通過第一三通電磁閥312的第一b口和第一c口，第三三通電磁閥314的第三c口和第三b口、第四三通電磁閥315的第四c口和第四b口進(jìn)入溫室氣體進(jìn)樣儀35；隨后，氣體平衡20秒后氣相色譜儀36開始分析采樣箱461內(nèi)第二個(gè)空氣樣品的CH4、CO2和N2O濃度；系統(tǒng)完成第三采樣箱第二次氣體樣品CH4、CO2和N2O濃度分析；
[0090] 重復(fù)步驟S10-S15，完成第一、第二和第三采樣箱的第三次、第四次和第五次氣體樣品分析，完成一個(gè)輪次(包括三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣體、每個(gè)采樣箱5個(gè)采集樣品)的分析；
[0091] 然后，中心控制計(jì)算機(jī)1通過工控組態(tài)程序發(fā)出指令，采樣部4的田間控制終端41選擇對應(yīng)A組第一三通電磁控制啟動閥AQ1關(guān)閉，采樣箱441開啟；采樣部4的田間控制終端42選擇對應(yīng)B組第一三通電磁控制啟動閥BQ1關(guān)閉，采樣箱451開啟；采樣部4的田間控制終端43選擇對應(yīng)C組第一三通電磁控制啟動閥CQ1關(guān)閉，采樣箱461開啟；氣路邏輯分配器31接收指令后，轉(zhuǎn)為氣路邏輯⑤，系統(tǒng)除水，準(zhǔn)備進(jìn)入下一輪次的采集和分析。
[0092] 在第二、第三和第四個(gè)小時(shí)里，相應(yīng)開啟的三通電磁控制啟動閥和采樣三通電磁閥為AQ2、BQ2、CQ2，AZ2、BZ2、CZ2；AQ3、BQ3、CQ3，AZ3、BZ3、CZ3；AQ4、BQ4、CQ4，AZ4、BZ4和CZ4，對應(yīng)采樣箱442、452、462，443、453、463和444、454、464，采集與分析步驟與第一個(gè)輪次相同。所有濃度數(shù)據(jù)由氣體采集分析部3以電壓信號發(fā)送給第三工業(yè)控制模塊24，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后以數(shù)字信號進(jìn)入中心控制計(jì)算機(jī)1存儲；環(huán)境氣象參數(shù)由采樣部4以電流信號方式發(fā)送給第一工業(yè)控制模塊22，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)入中心控制計(jì)算機(jī)1存儲。
[0093] 第五個(gè)小時(shí)開始第二個(gè)周期，重復(fù)第一個(gè)小時(shí)的循環(huán)。如此連續(xù)循環(huán)下去，每日完成6個(gè)周期，直至觀測和分析工作完畢。
[0094] 本發(fā)明裝置已經(jīng)在山西省永濟(jì)市董村農(nóng)場投入正常觀測。
[0095] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：適用觀測對象廣，可應(yīng)用于農(nóng)田、草地、林地；連續(xù)、高頻、精度高，能同時(shí)獲取多種氣體的有效數(shù)據(jù)；箱體設(shè)計(jì)可減少箱內(nèi)環(huán)境的溫室效應(yīng)；資料連續(xù)可靠，免除了人工采集的辛勞。
[0096] 以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以
權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
