メタン・炭酸ガス・水分分析計 CH4/CO2/H2O Analyzer

LI-7700 オープンパスCH4アナライザーが選ばれる理由

■新たなステージへの挑戦 世界唯一のオープンパス方式
ノイズ5ppb(10Hz,2ppm CH4時)の高精度測定を実現

温室効果ガスの1つである、メタンガスの大気濃度は、現在1.8~1.9ppm程ですが、その温室効果は2酸化炭素の約25倍といわれております。野外において、よりリアルなメタンガスの変動を測定することは、未来におけるメタンガス動態を予測する上で、必要不可欠なことでした。
LI-7700 オープンパスCH4アナライザーは野外での測定検証を世界各地で行い、3年以上の月日を費やした革新的なシステムです。


■日本での測定が論文となりました

Iwata, H., Kosugi, Y., Ono, K., Mano, M., Sakabe, A., Miyata, A., and Takahashi,K.
Cross-Validation of Open-Path and Closed-Path Eddy-Covariance Techniques for Observing Methane Fluxes.
Boundary-Layer Meteorol (2014) 151:95–118
DOI 10.1007/s10546-013-9890-2

LI-7700部位の名称

LI-7700が採用しているWMS(Wavelength Modulation Spectoroscopy=波長変調吸収分光法)方式とHerriott型多重反射レーザーパスは、高精度・高安定で汚れに強い測定方式です。

CH4測定レーザーは0.5mのパスを30往復し、総長30mのパス長となっています。 レーザー光源は1.6μm付近のメタン吸収波長となっており、光学フィルターを用いることなく直接レーザーの減衰を検知することができる、WMS(Wavelength Modulation Spectoroscopy=波長変調吸収分光法)方式を用い、レンズの曇りや汚れの影響を受けにくい構造となっています。

Herriott型多重反射レーザーパスは、鏡面凹レンズを向かい合わせることによりレーザーを多重反射させ、光路長を長くし高感度を得る技術です。

■他社とは違う、汚れに強い測定方式

LI-7700には、他の光学測定方式より絶対的な優位点があります。
非常に低いノイズで強い信号を供給することができるWMS方式を採用しております。また、より少ない反射・短い光学距離にて高感度測定を可能にし、鏡の汚染の影響を少なくすることができます。
LI-7700のHerriott型多重反射レーザーパスルは30mの光路長ですが、他の光学方式ガス分析装置で、LI-7700と匹敵するような精度を求める場合、光路長数キロメートルまで必要とします。他の光学測定方式と比較し、より少ない反射で測定することができ、それ故に他の光学測定方式装置で使用される鏡ほど、汚染の影響を受けにくいのです。
Cavity Ring Spectroscopy(CRDS)とIntegrated Cavity Output Spectroscopy(ICOS)を使用する分析計の反射ミラーは、99.99%かそれ以上の高い反射率を必要とします。反射ミラーはCRDSとICOSより、汚れの影響を受けません。


■コスペクトル解析による証明

左のグラフは、周波数に対する昼間のコスペクトルを、異なる測定サイトにて比較した、10Hzサンプリングの平均化データです。
メタン(CH4)とCO2、H2O、気温のコスペクトルはほぼ同等にプロットされます。
これにより、LI-7700オープンパスCH4アナライザーは、これらの測定高度での乱流測定において、広い高周波数帯で、CH4濃度変動測定に適していることがわかります。
LI-7700オープンパスCH4アナライザーは、渦相関法測定に十分対応した、高速応答と精度を有したアナライザーであることが分かります。

【参考文献】

Kaimal J, J Wyngaard, U Izui, and O Cote, Spectral characteristics ofsurface-layer turbulence. Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 1972. 98: 563-589.

ノイズ5ppb(10Hz、2ppm、CH4時)ガスクロレベルの精度

ガス分析計の精度はその測定光路長に比例をいたしますが測定光路長は30m。
レーザー減衰の影響を受けにくいWMS方式にて、CH4吸収レーザー波長を用いた高精度なオープンパス アナライザーです。

上記の測定データグラフは、フロリダ エバーグレースにて、1ヶ月間にわたり連続測定したメタンガスの変動データです。 
高さ2.5m、CSAT-3 超音波風速計との測定にてFluxを算出しております。拡大部は1日24時間における1時間平均の濃度変動を示しています。この日は夕方の低い風速環境下で地表付近にメタンが溜まっておりましたが、翌朝風速が増加した際には大気中へメタンが放出されている状態が確認できます。この現象が毎日1年を通じて取得することができます。

セルフクリーニング機能搭載 野外での長期安定測定を実現
セルフクリーニングミラー搭載(下部)で、ローメンテナンスを実現しました。 自動クリーニングは自由な設計(時間設定により自動クリーニング/ミラーの汚れ度により自動クリーニング)にて確実に実行します。 またミラー上下にはミラーヒーティング機能搭載で結露や霜によるレンズの濡れも自動乾燥させることができます。ポンプ不要なオープンパス構造により低電力(8W)運転を実現し、野外での長期安定測定が可能となりました。
耐候シールドにより外気温の影響をほとんど受けない設計になっております。

LI-7700自動洗浄の動画はこちら



■他社とは違う、低消費電力・高速測定

LI-7700は通常大気圧下でのメタン濃度測定が出来ます。 CRDSとICOSは光学セル内を減圧するためハイパワーの真空ポンプを必要とします。
オープンパス構造でポンプ全く必要ありません。その電力消費量は1/30から1/150です。
またオープンパス構造により、最大40Hzの高速での測定が可能です。

SMART FLUXシステム対応 無人での自動FLUX長期測定

■SmartFlux 2 システムへの拡張

LI-7700は新製品であるSmartFlux 2システムを搭載することにより誰でも簡単にリアルタイムで最終FLUXの測定データを取得することができます。今まで煩わしかった生データの解析やロガープログラムの組立も一切必要ありません。
専用ソフトを介してイーサーネットで遠隔地からのサイト管理もが出来、正常測定の診断も迅速に行えます。

▶SmartFlux 2の詳細はこちら

CH4+CO2+H2O+熱 総合フラックス測定システムへの拡張可能
LI-7700はLI-7200やLI-7500Aと組み合わせることにより、CH4+CO2+H2O+顕熱・潜熱の総合フラックス測定システムへの拡張が可能となります。
全てのデータは、SmartFlux 2 CPUにより完全演算されFLUX値として自動記録されます。

▶SmartFlux 2の詳細はこちら

他の微気象のセンサー類は、バイオメットシステムで希望するセンサー点数と記録時間が自由に選択でき、デジタル信号化されLI-7550に送られて記録されます。
LI-7550では10HzでのCH4、CO2、H2O、風速、風向、温度などの生データと同じクロック上で個別に記録することができます。
ロガーを別個に設定する必要が無くなり、各センサーとコンソールの組合せで確実なコネクターで接続するだけです。
LI-7550 システムコントローラー
LI-7550 システムコントローラー LI-7550 渦相関間率システムコントロールボックス

Ethernet 40Hz, DAC , SDM , output
超高速、大容量通信機能を搭載した、マルチ入力システムコントローラーがイーサーネット通信で40Hz高速出力達成。LI-7500Aはもちろん、新開発センサーヘッドの全てに対応します。

接続 : LI-7700, LI-7500A, LI-7200 アナログ4チャンネル
通信 : RS232 イーサーネット40Hz、SDM
DAC : 6種自由選択
Input : 風向・風速・温度・土壌水分・湿度

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