[发明专利]基于单一频率L波段电磁波发酵监控装置及其监控方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于单一频率L波段电磁波固态发酵过程监控设备及其监控方法，属于固态发酵过程监控装置和监测技术领域。

背景技术

目前，电磁波主要用于探测、通信、定位、治疗等方面。无线电波，微波，红外线等都属于电磁波。又根据不同的波长，分为不同的波段：L、S、C、X、 Ku 、K、Ka、 U、 V、 W等。选用的L波段电磁波波长范围为150mm-300mm，能迅速、无损探测，具有抗干扰能力强等优点。

现在固态发酵过程监控技术还有许多难点没有攻克，尤其缺少生物量在线检测硬件传感器，给发酵过程优化控制带来了很大的困难。

发明内容

针对现有技术中固态发酵过程监控技术存在的上述不足，本发明提供一种基于单一频率L波段电磁波固态发酵过程监控设备及其监控方法。

本发明的技术方案为：

基于单一频率L波段电磁波发酵监控装置，包括L波段电磁波发射装置、L波段电磁波接收装置、数据处理模块、数据显示模块、在固态发酵罐中平行正对安装放置的电磁波接收天线和电磁波发射天线。

所述L波段电磁波发射装置用于发射指定频率L波段电磁波；所述数据处理模块用于分析所述电磁波接收装置所接收电磁波的经过发酵介质的速度，并通过该速度与实测数据建立固态发酵过程监测回归模型，从而实现对发酵过程的监控；所述数据显示模块用于显示固态发酵过程生物量监控数据。

作为本发明的进一步改进，根据L波段电磁波在不同反应时期的产物中进行透射的速度不同来监测固态发酵过程，具体步骤为：

1）将监测设备插入并固定在生物反应堆内，从发射装置发射出L波段电磁波；

2）电磁波穿透过样品，被接收装置接收，然后由数据处理模块确定所耗时间，即计算出电磁波在固态发酵产物中的速度；

3）通过回归方程对发酵进行监控，监控结果由数据显示模块显示。

作为本发明的进一步改进，所述步骤3）中数学回归方程的建立步骤为：

第一步：对固态发酵过程，以固定时间间隔，针对每个时刻点采集电磁波经过固态发酵介质的速度；同时采样并通过离线分析，获得生物量浓度信息；

第二步：将第一步实验，针对N批固态发酵过程重复实验；

第三步：由采集速度和生物量信息，利用统计回归的方法，建立速度和生物量间的回归方程。

作为本发明的进一步改进，所述第一步中的固定时间间隔为1小时。

本发明的有益效果是：根据L波段电磁波在不同反应时期的产物中进行透射的速度不同，可以确定生物固态发酵的反应时期及实现对生物量的监控，解决了现有技术中精确度不高以及实施困难的不便，能迅速获得生物固态发酵的程度即实现对固态发酵过程生物量的监控。

附图说明

图1是本发明基于单一频率L波段电磁波发酵监控装置的结构示意图。    

图中：1、L波段电磁波发射装置；2、L波段电磁波接收装置；3、数据处理模块；4、数据显示模块；5、电磁波接收天线；6、电磁波发射天线。

具体实施方式

本发明提供一种基于单一频率L波段电磁波发酵监控装置及其监测方法。随着固态发酵过程的进行，发酵介质物理特性会随着时间而变化，根据L波段电磁波在不同反应时期的产物中进行透射的速度不同，可以确定生物固态发酵的反应时期及实现对生物量的监控。

本发明基于单一频率L波段电磁波发酵监控装置如图1所示，包括L波段电磁波发射装置1、L波段电磁波接收装置2、数据处理模块3、数据显示模块4、在固态发酵罐中平行正对安装放置的电磁波接收天线5和电磁波发射天线6。L波段电磁波无线接收装置，通过计算L波段电磁波在发酵物中透射的速度来确定固态发酵的时期。当L波段电磁波接收装置接收到透射电磁波即可由数据处理模块计算出电磁波的速度，进而利用数学回归模型，便能迅速获得生物固态发酵的程度即实现对固态发酵过程生物量的监控。该数学回归方程可以通过实验测定数据和数学回归方法获得。

本发明的具体原理为：对于生物的固态发酵过程可以分为原料的预处理阶段、菌种扩培阶段、菌体生长阶段、发酵阶段、后处理，其中发酵阶段包括发酵初期、发酵中期、发酵后期、储存期。对应的每一个时期发酵介质的物理特性各不同。因而不同阶段发酵物的介电常数，电导率都不同。根据电磁波的传播理论可得到电磁波的速度与各种物性参数之间的关系：

式中：---L波段电磁波的传递速率；

     ---磁导率；

     ---介电常数；