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以全球变暖为主要特征的气候变化已经成为人类共同关注的环境问题。温室气体浓度的增加是导致全球变暖的根本原因之一。陆地生态系统温室气体排放的测量方法有箱法、涡度相关法、空气动力学法、能量平衡法和质量平衡法等。其中，涡度相关法作为一种非破坏性的二氧化碳通量和水热通量观测方法，应用最为广泛。涡度相关测量系统中最为关键的则是需要实现精度高、频率响应能力极快(＞10Hz)的二氧化碳和水汽测量。 本文研制了基于非分光红外原理的二氧化碳/水汽(CO2/H2O)分析仪，系统采用开放光路设计方案，能够使空气动力学扰动达到最小，并且可以用10Hz以上的频率测定空气中的CO2/H2O气体的浓度脉动，满足涡度相关系统的技术要求。通过与超声风速传感器结合，可实现生态系统二氧化碳和水汽通量的同步测量。 论文首先设计了非分光红外CO2/H2O气体分析仪的整体系统结构，确定了系统中关键器件的型号与参数，如红外光源、红外滤光片、红外探测器、AD芯片、DSP芯片等。 根据系统高灵敏度、快速响应的要求，设计并实现了探测气体信号的前置滤波放大电路、DSP和CPLD协作处理控制电路、高精度并行AD转换电路、异步串口通信电路、电机转速稳定控制电路以及气压温度传感器等辅助测量电路;研究了环境温度变化对无刷电机和红外探测器产生的影响，设计了恒温控制电路，将无刷电机和探测器的温度控制在恒定值，以保证测量结果的准确性;结合DSP高速处理能力与CPLD强大的时序逻辑控制功能，实现对各单元电路协同控制、信号采集与处理。 考虑到大气温度、气压变化，以及气体间交叉干扰、系统零点漂移等因素对气体浓度测量的影响，对浓度反演算法进行了温度压力补偿与零点修正。通过采样标准气体对系统进行标定和性能测试，并通过外场试验，系统的线性度可以达到2.0％，稳定度可以达到4.4％，表明设计的CO2/H2O气体分析仪具有良好的稳定性和可靠性。