基於單一頻率l波段電磁波發酵監控裝置及其監控方法
2023-10-04 15:11:44 2
專利名稱：基於單一頻率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單一頻率L波段電磁波固態發酵過程監控設備及其監控方法，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。無線電波，微波，紅外線等都屬於電磁波。又根據不同的波長，分為不同的波段L、S、C、X、Ku、K、Ka、U、V、W等。選用的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，尤其缺少生物量在線檢測硬體傳感器，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單一頻率L波段電磁波固態發酵過程監控設備及其監控方法。本發明的技術方案為
基於單一頻率L波段電磁波發酵監控裝置，包括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、在固態發酵罐中平行正對安裝放置的電磁波接收天線和電磁波發射天線。所述L波段電磁波發射裝置用於發射指定頻率L波段電磁波；所述數據處理模塊用於分析所述電磁波接收裝置所接收電磁波的經過發酵介質的速度，並通過該速度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；所述數據顯示模塊用於顯示固態發酵過程生物量監控數據。作為本發明的進一步改進，根據L波段電磁波在不同反應時期的產物中進行透射的速度不同來監測固態發酵過程，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L波段電磁波；
2)電磁波穿透過樣品，被接收裝置接收，然後由數據處理模塊確定所耗時間，即計算出電磁波在固態發酵產物中的速度；
3)通過回歸方程對發酵進行監控，監控結果由數據顯示模塊顯示。作為本發明的進一步改進，所述步驟3)中數學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電磁波經過固態發酵
介質的速度；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；
第三步由採集速度和生物量信息，利用統計回歸的方法，建立速度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L波段電磁波在不同反應時期的產物中進行透射的速度不同，可以確定生物固態發酵的反應時期及實現對生物量的監控，解決了現有技術中精確度不高以及實施困難的不便，能迅速獲得生物固態發酵的程度即實現對固態發酵過程生物量的監控。
圖1是本發明基於單一頻率L波段電磁波發酵監控裝置的結構示意圖。
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。
具體實施例方式本發明提供一種基於單一頻率L波段電磁波發酵監控裝置及其監測方法。隨著固態發酵過程的進行，發酵介質物理特性會隨著時間而變化，根據L波段電磁波在不同反應時期的產物中進行透射的速度不同，可以確定生物固態發酵的反應時期及實現對生物量的監控。 本發明基於單一頻率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透射的速度來確定固態發酵的時期。當L波段電磁波接收裝置接收到透射電磁波即可由數據處理模塊計算出電磁波的速度，進而利用數學回歸模型，便能迅速獲得生物固態發酵的程度即實現對固態發酵過程生物量的監控。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。對應的每一個時期發酵介質的物理特性各不同。因而不同階段發酵物的介電常數，電導率都不同。根據電磁波的傳播理論可得到電磁波的速度與各種物性參數之間的關係
權利要求
1.基於單一頻率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)、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);所述L波段電磁波發射裝置(I)用於發射指定頻率L波段電磁波；所述數據處理模塊(3)用於分析所述電磁波接收裝置(2)所接收電磁波的經過發酵介質的速度，並通過該速度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；所述數據顯示模塊(4)用於顯示固態發酵過程生物量監控數據。
2.權利要求1所述監控裝置的監控方法，其特徵在於根據L波段電磁波在不同反應時期的產物中進行透射的速度不同來監測固態發酵過程，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L波段電磁波； 2)電磁波穿透過樣品，被接收裝置接收，然後由數據處理模塊確定所耗時間，即計算出電磁波在固態發酵產物中的速度； 3)通過回歸方程對發酵進行監控，監控結果由數據顯示模塊顯示。
3.根據權利要求2所述的監控方法，其特徵在於所述步驟3)中數學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電磁波經過固態發酵介質的速度；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； 第三步由採集速度和生物量信息，利用統計回歸的方法，建立速度和生物量間的回歸方程。
4.根據權利要求3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單一頻率L波段電磁波發酵監控裝置及其監控方法，該裝置包括L波段電磁波發射裝置和接收裝置、數據處理模塊、數據顯示模塊、電磁波接收天線和電磁波發射天線；L波段電磁波發射裝置用於發射指定頻率L波段電磁波；數據處理模塊用於分析所述電磁波接收裝置所接收電磁波的經過發酵介質的速度，並通過該速度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；數據顯示模塊用於顯示固態發酵過程生物量監控數據。本發明的有益效果是根據L波段電磁波在不同反應時期的產物中進行透射的速度不同，可以確定生物固態發酵的反應時期及實現對生物量的監控，解決了現有技術中精確度不高以及實施困難的不便。
文檔編號G01N23/02GK103048342SQ20121053449
公開日2013年4月17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, 束棟鑫, 廖志凌, 黃文濤, 周少青, 江輝 申請人:江蘇大學