基於多個頻率l波段電磁波發酵監控裝置及其監控方法
2023-10-05 07:54:14 2
專利名稱：基於多個頻率l波段電磁波發酵監控裝置及其監控方法
技術領域：
本發明涉及一種基於多個頻率L波段電磁波發酵監控裝置及其監控方法，屬於固態發酵過程監控裝置和監測技術領域。
背景技術：
目前，電磁波主要用於探測，通信，定位，治療等方面。根據不同的波長，分為不同的波段L、S、C、X、Ku、K、Ka、U、V、W等。大量基於近紅外光譜的監控技術在發酵領域獲得了關注，L波段電磁波在發酵領域的監控應用很少見。L波段電磁波波長範圍為150mm-300mm，能迅速、無損探測，具有抗幹擾能力強等優點。
現在固態發酵過程監控技術還有許多難點沒有攻克，尤其缺少可以實時對固態發酵過程生物量進行在線測量的硬體傳感器，給發酵過程優化控制帶來了很大的困難。
發明內容
針對現有技術中固態發酵過程監控技術存在的上述不足，本發明提供一種基於多個頻率L波段電磁波發酵監控裝置及其監控方法。本發明的技術方案為
基於多個頻率L波段電磁波發酵監控裝置，所述監控裝置包括在固態發酵罐中平行正對安裝放置的L波段電磁波發射裝置、L波段電磁波接收裝置、數據處理模塊、數據顯示模塊；所述電磁波發射裝置用於發射指定的若干個頻率L波段電磁波；所述數據處理模塊用於分析電磁波接收裝置所接的收指定電磁波通過發酵介質後的頻率和相角的變化，並通過該變化量與實測數據(生物量)建立固態發酵過程監測回歸模型，從而實現對發酵過程的監控。作為本發明的進一步改進，根據若干個指定頻率L波段電磁波在不同反應時期的發酵介質中進行透射時頻率和相角的變化，建立發酵過程生物量實驗分析結果與之數據回歸模型，監測固態發酵過程，具體步驟為
1)將監測設備插入並固定在生物反應堆內，從發射裝置發射出若干個L波段電磁波；
2)電磁波穿透過固態發酵介質，被接收裝置接收，然後由數據處理模塊確定各個頻率電磁波的頻率和相角的變化；
3)通過回歸方程對發酵進行監控。作為本發明的進一步改進，所述步驟3)中回歸方程的建立步驟為
第一步對固態發酵過程，以固定時間間隔，針對每個時刻點採集指定M個頻率的L波段電磁波經過固態發酵介質後信息，並分析出每個頻率電磁波頻率和相角的變量化量；同時採樣並通過離線分析，獲得生物量濃度信息；
第二步將第一步實驗，針對N批固態發酵過程重複實驗；
第三步由採集M個頻率L波段電磁波頻率和相角信息和對於時刻生物量離線分析結果，利用統計回歸的方法，建立頻率和相角信息和生物量間的回歸方程。
作為本發明的進一步改進，所述第一步中的固定時間間隔為I小時。本發明的有益效果是根據若干個指定頻率L波段電磁波在不同反應時期的發酵介質中進行透射時頻率和相角的變化，建立發酵過程生物量實驗分析結果與之數據回歸模型，從而實現對發酵過程的監測，解決了現有傳感器實施困難且無法在線監控的問題。
圖1是本發明基於多個頻率L波段電磁波的固態發酵過程監測裝置。圖中1、L波段電磁波發射裝置；2、L波段電磁波接收裝置；3、數據處理模塊；4、數據顯示模塊；5、電磁波接收天線；6、電磁波發射天線。
具體實施例方式本裝置提供一種基於多個頻率L波段電磁波發酵監控裝置及其監控方法，利用若 幹個指定頻率的L波段電磁波對固態發酵過程進行監測。本發明基於多個頻率L波段電磁波發酵監控裝置如圖1所示，包括L波段電磁波發射裝置1、L波段電磁波接收裝置2、數據處理模塊3、數據顯示模塊4、在固態發酵罐中平行正對安裝放置的電磁波接收天線5和電磁波發射天線6。L波段電磁波無線接收裝置，通過計算L波段電磁波在發酵物中投射所產生的頻率和相角的變化，進而通過數學回歸方程來確定固態發酵的階段和發酵程度，該數學回歸方程可以通過實驗測定數據和數學回歸方法獲得。本發明的具體原理為對於生物的固態發酵過程可以分為原料的預處理階段、菌種擴培階段、菌體生長階段、發酵階段、後處理，其中發酵階段包括發酵初期、發酵中期、發酵後期、儲存期。對應的每一個時期產生的發酵物物理組成不同。不同頻率的電磁波通過該發酵物產生的頻率和相角變化也不同。數學回歸方程模型數學表達式如下
其中5■力數學回歸表達式；4, U = 〗,2,L 3)為指定第i個頻率和相角的變化量；wS生物量濃度。本發明基於多個頻率L波段電磁波發酵的監控方法為將上述監測設備插入並固定在生物反應堆內，從發射裝置發射出若干個L波段電磁波，電磁波穿透過固態發酵介質，然後被接收裝置接收，然後由數據處理模塊確定所各個頻率電磁波頻率和相角的變化，通過回歸方程對發酵進行監控。回歸方程通過以下步驟獲得
第一步對固態發酵過程，以固定時間間隔(如I小時)，針對每個時刻點採集指定M個頻率的L波段電磁波經過固態發酵介質後信息，並分析出每個頻率電磁波頻率和相角的變量化量；同時採樣並通過離線分析，獲得生物量濃度信息；
第二步將第一步實驗，針對N批固態發酵過程重複實驗；
第三步由採集M個頻率L波段電磁波頻率和相角信息和對於時刻生物量離線分析結果，利用統計回歸的方法，建立頻率和相角信息和生物量間的回歸方程。
權利要求
1.基於多個頻率L波段電磁波發酵監控裝置，其特徵在於所述監控裝置包括在固態發酵罐中平行正對安裝放置的L波段電磁波發射裝置(I )、L波段電磁波接收裝置(2 )、數據處理模塊(3)、數據顯示模塊(4);所述電磁波發射裝置(I)用於發射指定的若干個頻率L波段電磁波；所述數據處理模塊(3)用於分析電磁波接收裝置(2)所接的收指定電磁波通過發酵介質後的頻率和相角的變化，並通過該變化量與實測數據建立固態發酵過程監測回歸模型，從而實現對發酵過程的監控。
2.根據權利要求1所述的基於多個頻率L波段電磁波發酵監控裝置，其特徵在於所述實測數據為生物量。
3.權利要求1所述監控裝置的監控方法，其特徵在於根據若干個指定頻率L波段電磁波在不同反應時期的發酵介質中進行透射時頻率和相角的變化，建立發酵過程生物量實驗分析結果與之數據回歸模型，監測固態發酵過程，具體步驟為 1)將監測設備插入並固定在生物反應堆內，從發射裝置發射出若干個L波段電磁波； 2)電磁波穿透過固態發酵介質，被接收裝置接收，然後由數據處理模塊確定各個頻率電磁波的頻率和相角的變化； 3)通過回歸方程對發酵進行監控。
4.根據權利要求3所述的監控方法，其特徵在於所述步驟3)中回歸方程的建立步驟為 第一步對固態發酵過程，以固定時間間隔，針對每個時刻點採集指定M個頻率的L波段電磁波經過固態發酵介質後信息，並分析出每個頻率電磁波頻率和相角的變量化量；同時採樣並通過離線分析，獲得生物量濃度信息； 第二步將第一步實驗，針對N批固態發酵過程重複實驗； 第三步由採集M個頻率L波段電磁波頻率和相角信息和對於時刻生物量離線分析結果，利用統計回歸的方法，建立頻率和相角信息和生物量間的回歸方程。
5.根據權利要求4所述的監控方法，其特徵在於所述第一步中的固定時間間隔為I小時。
全文摘要
本發明公開了一種基於多個頻率L波段電磁波發酵監控裝置及其監控方法，該裝置包括在固態發酵罐中平行正對安裝放置的L波段電磁波發射裝置、L波段電磁波接收裝置、數據處理模塊、數據顯示模塊。電磁波發射裝置用於發射指定的若干個頻率L波段電磁波，數據處理模塊用於分析電磁波接收裝置所接的收指定電磁波通過發酵介質後的頻率和相角的變化，並通過該變化量與實測數據建立固態發酵過程監測回歸模型。本發明的有益效果是根據若干個指定頻率L波段電磁波在不同反應時期的發酵介質中進行透射時頻率和相角的變化，建立發酵過程生物量實驗分析結果與之數據回歸模型，從而實現對發酵過程的監測，解決了現有傳感器實施困難且無法在線監控的問題。
文檔編號C12M1/34GK103013825SQ201210534339
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月12日 優先權日2012年12月12日
發明者梅從立, 廖志凌, 束棟鑫, 黃文濤, 周少青, 江輝 申請人:江蘇大學