專利名稱：基于多個(gè)頻率l波段電磁波發(fā)酵監(jiān)控裝置及其監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于多個(gè)頻率L波段電磁波發(fā)酵監(jiān)控裝置及其監(jiān)控方法，屬于固態(tài)發(fā)酵過程監(jiān)控裝置和監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，電磁波主要用于探測(cè)，通信，定位，治療等方面。根據(jù)不同的波長(zhǎng)，分為不同的波段L、S、C、X、Ku、K、Ka、U、V、W等。大量基于近紅外光譜的監(jiān)控技術(shù)在發(fā)酵領(lǐng)域獲得了關(guān)注，L波段電磁波在發(fā)酵領(lǐng)域的監(jiān)控應(yīng)用很少見。L波段電磁波波長(zhǎng)范圍為150mm-300mm，能迅速、無(wú)損探測(cè)，具有抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
現(xiàn)在固態(tài)發(fā)酵過程監(jiān)控技術(shù)還有許多難點(diǎn)沒有攻克，尤其缺少可以實(shí)時(shí)對(duì)固態(tài)發(fā)酵過程生物量進(jìn)行在線測(cè)量的硬件傳感器，給發(fā)酵過程優(yōu)化控制帶來(lái)了很大的困難。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中固態(tài)發(fā)酵過程監(jiān)控技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供一種基于多個(gè)頻率L波段電磁波發(fā)酵監(jiān)控裝置及其監(jiān)控方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為
基于多個(gè)頻率L波段電磁波發(fā)酵監(jiān)控裝置，所述監(jiān)控裝置包括在固態(tài)發(fā)酵罐中平行正對(duì)安裝放置的L波段電磁波發(fā)射裝置、L波段電磁波接收裝置、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊；所述電磁波發(fā)射裝置用于發(fā)射指定的若干個(gè)頻率L波段電磁波；所述數(shù)據(jù)處理模塊用于分析電磁波接收裝置所接的收指定電磁波通過發(fā)酵介質(zhì)后的頻率和相角的變化，并通過該變化量與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(生物量)建立固態(tài)發(fā)酵過程監(jiān)測(cè)回歸模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵過程的監(jiān)控。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，根據(jù)若干個(gè)指定頻率L波段電磁波在不同反應(yīng)時(shí)期的發(fā)酵介質(zhì)中進(jìn)行透射時(shí)頻率和相角的變化，建立發(fā)酵過程生物量實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果與之?dāng)?shù)據(jù)回歸模型，監(jiān)測(cè)固態(tài)發(fā)酵過程，具體步驟為
1)將監(jiān)測(cè)設(shè)備插入并固定在生物反應(yīng)堆內(nèi)，從發(fā)射裝置發(fā)射出若干個(gè)L波段電磁波；
2)電磁波穿透過固態(tài)發(fā)酵介質(zhì)，被接收裝置接收，然后由數(shù)據(jù)處理模塊確定各個(gè)頻率電磁波的頻率和相角的變化；
3)通過回歸方程對(duì)發(fā)酵進(jìn)行監(jiān)控。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟3)中回歸方程的建立步驟為
第一步對(duì)固態(tài)發(fā)酵過程，以固定時(shí)間間隔，針對(duì)每個(gè)時(shí)刻點(diǎn)采集指定M個(gè)頻率的L波段電磁波經(jīng)過固態(tài)發(fā)酵介質(zhì)后信息，并分析出每個(gè)頻率電磁波頻率和相角的變量化量；同時(shí)采樣并通過離線分析，獲得生物量濃度信息；
第二步將第一步實(shí)驗(yàn)，針對(duì)N批固態(tài)發(fā)酵過程重復(fù)實(shí)驗(yàn)；
第三步由采集M個(gè)頻率L波段電磁波頻率和相角信息和對(duì)于時(shí)刻生物量離線分析結(jié)果，利用統(tǒng)計(jì)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(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一步中的固定時(shí)間間隔為I小時(shí)。本發(fā)明的有益效果是根據(jù)若干個(gè)指定頻率L波段電磁波在不同反應(yīng)時(shí)期的發(fā)酵介質(zhì)中進(jìn)行透射時(shí)頻率和相角的變化，建立發(fā)酵過程生物量實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果與之?dāng)?shù)據(jù)回歸模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵過程的監(jiān)測(cè)，解決了現(xiàn)有傳感器實(shí)施困難且無(wú)法在線監(jiān)控的問題。


圖1是本發(fā)明基于多個(gè)頻率L波段電磁波的固態(tài)發(fā)酵過程監(jiān)測(cè)裝置。圖中1、L波段電磁波發(fā)射裝置；2、L波段電磁波接收裝置；3、數(shù)據(jù)處理模塊；4、數(shù)據(jù)顯示模塊；5、電磁波接收天線；6、電磁波發(fā)射天線。
具體實(shí)施例方式本裝置提供一種基于多個(gè)頻率L波段電磁波發(fā)酵監(jiān)控裝置及其監(jiān)控方法，利用若 干個(gè)指定頻率的L波段電磁波對(duì)固態(tài)發(fā)酵過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。本發(fā)明基于多個(gè)頻率L波段電磁波發(fā)酵監(jiān)控裝置如圖1所示，包括L波段電磁波發(fā)射裝置1、L波段電磁波接收裝置2、數(shù)據(jù)處理模塊3、數(shù)據(jù)顯示模塊4、在固態(tài)發(fā)酵罐中平行正對(duì)安裝放置的電磁波接收天線5和電磁波發(fā)射天線6。L波段電磁波無(wú)線接收裝置，通過計(jì)算L波段電磁波在發(fā)酵物中投射所產(chǎn)生的頻率和相角的變化，進(jìn)而通過數(shù)學(xué)回歸方程來(lái)確定固態(tài)發(fā)酵的階段和發(fā)酵程度，該數(shù)學(xué)回歸方程可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)回歸方法獲得。本發(fā)明的具體原理為對(duì)于生物的固態(tài)發(fā)酵過程可以分為原料的預(yù)處理階段、菌種擴(kuò)培階段、菌體生長(zhǎng)階段、發(fā)酵階段、后處理，其中發(fā)酵階段包括發(fā)酵初期、發(fā)酵中期、發(fā)酵后期、儲(chǔ)存期。對(duì)應(yīng)的每一個(gè)時(shí)期產(chǎn)生的發(fā)酵物物理組成不同。不同頻率的電磁波通過該發(fā)酵物產(chǎn)生的頻率和相角變化也不同。數(shù)學(xué)回歸方程模型數(shù)學(xué)表達(dá)式如下
其中5■力數(shù)學(xué)回歸表達(dá)式；4, U = 〗,2,L 3)為指定第i個(gè)頻率和相角的變化量；wS生物量濃度。本發(fā)明基于多個(gè)頻率L波段電磁波發(fā)酵的監(jiān)控方法為將上述監(jiān)測(cè)設(shè)備插入并固定在生物反應(yīng)堆內(nèi)，從發(fā)射裝置發(fā)射出若干個(gè)L波段電磁波，電磁波穿透過固態(tài)發(fā)酵介質(zhì)，然后被接收裝置接收，然后由數(shù)據(jù)處理模塊確定所各個(gè)頻率電磁波頻率和相角的變化，通過回歸方程對(duì)發(fā)酵進(jìn)行監(jiān)控。回歸方程通過以下步驟獲得
第一步對(duì)固態(tài)發(fā)酵過程，以固定時(shí)間間隔(如I小時(shí))，針對(duì)每個(gè)時(shí)刻點(diǎn)采集指定M個(gè)頻率的L波段電磁波經(jīng)過固態(tài)發(fā)酵介質(zhì)后信息，并分析出每個(gè)頻率電磁波頻率和相角的變量化量；同時(shí)采樣并通過離線分析，獲得生物量濃度信息；
第二步將第一步實(shí)驗(yàn)，針對(duì)N批固態(tài)發(fā)酵過程重復(fù)實(shí)驗(yàn)；
第三步由采集M個(gè)頻率L波段電磁波頻率和相角信息和對(duì)于時(shí)刻生物量離線分析結(jié)果，利用統(tǒng)計(jì)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(quán)利要求
1.基于多個(gè)頻率L波段電磁波發(fā)酵監(jiān)控裝置，其特征在于所述監(jiān)控裝置包括在固態(tài)發(fā)酵罐中平行正對(duì)安裝放置的L波段電磁波發(fā)射裝置(I )、L波段電磁波接收裝置(2 )、數(shù)據(jù)處理模塊(3)、數(shù)據(jù)顯示模塊(4);所述電磁波發(fā)射裝置(I)用于發(fā)射指定的若干個(gè)頻率L波段電磁波；所述數(shù)據(jù)處理模塊(3)用于分析電磁波接收裝置(2)所接的收指定電磁波通過發(fā)酵介質(zhì)后的頻率和相角的變化，并通過該變化量與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立固態(tài)發(fā)酵過程監(jiān)測(cè)回歸模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵過程的監(jiān)控。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多個(gè)頻率L波段電磁波發(fā)酵監(jiān)控裝置，其特征在于所述實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為生物量。
3.權(quán)利要求1所述監(jiān)控裝置的監(jiān)控方法，其特征在于根據(jù)若干個(gè)指定頻率L波段電磁波在不同反應(yīng)時(shí)期的發(fā)酵介質(zhì)中進(jìn)行透射時(shí)頻率和相角的變化，建立發(fā)酵過程生物量實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果與之?dāng)?shù)據(jù)回歸模型，監(jiān)測(cè)固態(tài)發(fā)酵過程，具體步驟為 1)將監(jiān)測(cè)設(shè)備插入并固定在生物反應(yīng)堆內(nèi)，從發(fā)射裝置發(fā)射出若干個(gè)L波段電磁波； 2)電磁波穿透過固態(tài)發(fā)酵介質(zhì)，被接收裝置接收，然后由數(shù)據(jù)處理模塊確定各個(gè)頻率電磁波的頻率和相角的變化； 3)通過回歸方程對(duì)發(fā)酵進(jìn)行監(jiān)控。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的監(jiān)控方法，其特征在于所述步驟3)中回歸方程的建立步驟為 第一步對(duì)固態(tài)發(fā)酵過程，以固定時(shí)間間隔，針對(duì)每個(gè)時(shí)刻點(diǎn)采集指定M個(gè)頻率的L波段電磁波經(jīng)過固態(tài)發(fā)酵介質(zhì)后信息，并分析出每個(gè)頻率電磁波頻率和相角的變量化量；同時(shí)采樣并通過離線分析，獲得生物量濃度信息； 第二步將第一步實(shí)驗(yàn)，針對(duì)N批固態(tài)發(fā)酵過程重復(fù)實(shí)驗(yàn)； 第三步由采集M個(gè)頻率L波段電磁波頻率和相角信息和對(duì)于時(shí)刻生物量離線分析結(jié)果，利用統(tǒng)計(jì)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(jù)權(quán)利要求4所述的監(jiān)控方法，其特征在于所述第一步中的固定時(shí)間間隔為I小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于多個(gè)頻率L波段電磁波發(fā)酵監(jiān)控裝置及其監(jiān)控方法，該裝置包括在固態(tài)發(fā)酵罐中平行正對(duì)安裝放置的L波段電磁波發(fā)射裝置、L波段電磁波接收裝置、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊。電磁波發(fā)射裝置用于發(fā)射指定的若干個(gè)頻率L波段電磁波，數(shù)據(jù)處理模塊用于分析電磁波接收裝置所接的收指定電磁波通過發(fā)酵介質(zhì)后的頻率和相角的變化，并通過該變化量與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立固態(tài)發(fā)酵過程監(jiān)測(cè)回歸模型。本發(fā)明的有益效果是根據(jù)若干個(gè)指定頻率L波段電磁波在不同反應(yīng)時(shí)期的發(fā)酵介質(zhì)中進(jìn)行透射時(shí)頻率和相角的變化，建立發(fā)酵過程生物量實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果與之?dāng)?shù)據(jù)回歸模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵過程的監(jiān)測(cè)，解決了現(xiàn)有傳感器實(shí)施困難且無(wú)法在線監(jiān)控的問題。
文檔編號(hào)C12M1/34GK103013825SQ201210534339
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者梅從立, 廖志凌, 束棟鑫, 黃文濤, 周少青, 江輝 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)