基于FBG的生物量濃度在線檢測研究.pdf

1、在生化反應(yīng)過程中，影響生化反應(yīng)效率的因素很多，如：含有多種微生物的菌懸液、微生物的活性、生物量濃度、PH值、循環(huán)液流量、溫度等。在這些因素中，生物量濃度是重要的工藝參數(shù)，實現(xiàn)其在線測量對了解生化反應(yīng)過程、實現(xiàn)其在線監(jiān)控具有極其重要的意義。而生化反應(yīng)過程中這些參數(shù)的復(fù)雜性和不確定性，導(dǎo)致了過程機理研究與過程優(yōu)化控制的困難。文章提出采用光纖Bragg光柵（FBG）折射率傳感技術(shù)實現(xiàn)對生物量濃度的在線測量，同時建立了具有溫度補償功能的生物量濃

2、度在線測量傳感原理的理論模型，消除溫度變化對傳感系統(tǒng)的影響。主要研究成果如下：
　　 （1） 提出了一種基于FBG折射率傳感器在線測量生物量濃度的方法。由光柵腐蝕到一定程度后,其傳播模式的有效折射率會受外界接觸物質(zhì)折射率變化的影響這一理論出發(fā)，將Bragg波長的漂移量與生物量濃度的變化聯(lián)系起來。
　　 （2）在FBG傳感理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計了生物量濃度在線測量傳感器，對傳感器的設(shè)計理論和制作方法進行了研究，并通過腐蝕實驗制

3、作了不同光柵直徑的FBG折射率傳感器，獲得了不同的濃度的HF溶液中光纖包層的腐蝕速率。
　　 （3） 理論分析和實驗研究FBG折射率傳感器與化學(xué)溶液折射率之間的關(guān)系，實驗結(jié)果表明：Bragg波長的漂移量隨周圍折射率的增大而增大，且兩者之間具有良好的對應(yīng)關(guān)系，在低濃度時兩者之間具有良好的線性關(guān)系，高濃度時具有非線性關(guān)系。
　　 （4）根據(jù)FBG折射率傳感器在低折射率區(qū)時，Bragg波長的漂移量與周圍折射率之間是線性關(guān)系這一

4、特性，把該傳感器用于測量生物量濃度（低折射率）變化。
　　 （5）理論分析光纖Bragg光柵(FBG)生物傳感器在低折射率區(qū)的折射率傳感原理，建立了相應(yīng)的溫度補償模型，以消除溫度變化對傳感器的影響。設(shè)計和制作一個單端腐蝕FBG生物傳感器，用于同時測量折射率與溫度，并分別標定其腐蝕區(qū)和未腐蝕區(qū)的溫度與折射率靈敏度。實驗結(jié)果表明，消除溫度影響的單端腐蝕FBG生物傳感器，Bragg波長的漂移量隨酵母菌折射率的增大而增大，且呈線性關(guān)系。