专利名称：基于多个频率l波段电磁波发酵监控装置及其监控方法
技术领域：
本发明涉及一种基于多个频率L波段电磁波发酵监控装置及其监控方法，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。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。大量基于近红外光谱的监控技术在发酵领域获得了关注，L波段电磁波在发酵领域的监控应用很少见。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，尤其缺少可以实时对固态发酵过程生物量进行在线测量的硬件传感器，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多个频率L波段电磁波发酵监控装置及其监控方法。本发明的技术方案为
基于多个频率L波段电磁波发酵监控装置，所述监控装置包括在固态发酵罐中平行正对安装放置的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；所述电磁波发射装置用于发射指定的若干个频率L波段电磁波；所述数据处理模块用于分析电磁波接收装置所接的收指定电磁波通过发酵介质后的频率和相角的变化，并通过该变化量与实测数据(生物量)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。作为本发明的进一步改进，根据若干个指定频率L波段电磁波在不同反应时期的发酵介质中进行透射时频率和相角的变化，建立发酵过程生物量实验分析结果与之数据回归模型，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，从发射装置发射出若干个L波段电磁波；
2)电磁波穿透过固态发酵介质，被接收装置接收，然后由数据处理模块确定各个频率电磁波的频率和相角的变化；
3)通过回归方程对发酵进行监控。作为本发明的进一步改进，所述步骤3)中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指定M个频率的L波段电磁波经过固态发酵介质后信息，并分析出每个频率电磁波频率和相角的变量化量；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M个频率L波段电磁波频率和相角信息和对于时刻生物量离线分析结果，利用统计回归的方法，建立频率和相角信息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I小时。本发明的有益效果是根据若干个指定频率L波段电磁波在不同反应时期的发酵介质中进行透射时频率和相角的变化，建立发酵过程生物量实验分析结果与之数据回归模型，从而实现对发酵过程的监测，解决了现有传感器实施困难且无法在线监控的问题。
图1是本发明基于多个频率L波段电磁波的固态发酵过程监测装置。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。
具体实施例方式本装置提供一种基于多个频率L波段电磁波发酵监控装置及其监控方法，利用若 干个指定频率的L波段电磁波对固态发酵过程进行监测。本发明基于多个频率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投射所产生的频率和相角的变化，进而通过数学回归方程来确定固态发酵的阶段和发酵程度，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。对应的每一个时期产生的发酵物物理组成不同。不同频率的电磁波通过该发酵物产生的频率和相角变化也不同。数学回归方程模型数学表达式如下
其中5■力数学回归表达式；4, U = 〗,2,L 3)为指定第i个频率和相角的变化量；wS生物量浓度。本发明基于多个频率L波段电磁波发酵的监控方法为将上述监测设备插入并固定在生物反应堆内，从发射装置发射出若干个L波段电磁波，电磁波穿透过固态发酵介质，然后被接收装置接收，然后由数据处理模块确定所各个频率电磁波频率和相角的变化，通过回归方程对发酵进行监控。回归方程通过以下步骤获得
第一步对固态发酵过程，以固定时间间隔(如I小时)，针对每个时刻点采集指定M个频率的L波段电磁波经过固态发酵介质后信息，并分析出每个频率电磁波频率和相角的变量化量；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M个频率L波段电磁波频率和相角信息和对于时刻生物量离线分析结果，利用统计回归的方法，建立频率和相角信息和生物量间的回归方程。
权利要求
1.基于多个频率L波段电磁波发酵监控装置，其特征在于所述监控装置包括在固态发酵罐中平行正对安装放置的L波段电磁波发射装置(I )、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);所述电磁波发射装置(I)用于发射指定的若干个频率L波段电磁波；所述数据处理模块(3)用于分析电磁波接收装置(2)所接的收指定电磁波通过发酵介质后的频率和相角的变化，并通过该变化量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。
2.根据权利要求1所述的基于多个频率L波段电磁波发酵监控装置，其特征在于所述实测数据为生物量。
3.权利要求1所述监控装置的监控方法，其特征在于根据若干个指定频率L波段电磁波在不同反应时期的发酵介质中进行透射时频率和相角的变化，建立发酵过程生物量实验分析结果与之数据回归模型，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，从发射装置发射出若干个L波段电磁波； 2)电磁波穿透过固态发酵介质，被接收装置接收，然后由数据处理模块确定各个频率电磁波的频率和相角的变化； 3)通过回归方程对发酵进行监控。
4.根据权利要求3所述的监控方法，其特征在于所述步骤3)中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指定M个频率的L波段电磁波经过固态发酵介质后信息，并分析出每个频率电磁波频率和相角的变量化量；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M个频率L波段电磁波频率和相角信息和对于时刻生物量离线分析结果，利用统计回归的方法，建立频率和相角信息和生物量间的回归方程。
5.根据权利要求4所述的监控方法，其特征在于所述第一步中的固定时间间隔为I小时。
全文摘要
本发明公开了一种基于多个频率L波段电磁波发酵监控装置及其监控方法，该装置包括在固态发酵罐中平行正对安装放置的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。电磁波发射装置用于发射指定的若干个频率L波段电磁波，数据处理模块用于分析电磁波接收装置所接的收指定电磁波通过发酵介质后的频率和相角的变化，并通过该变化量与实测数据建立固态发酵过程监测回归模型。本发明的有益效果是根据若干个指定频率L波段电磁波在不同反应时期的发酵介质中进行透射时频率和相角的变化，建立发酵过程生物量实验分析结果与之数据回归模型，从而实现对发酵过程的监测，解决了现有传感器实施困难且无法在线监控的问题。
文档编号C12M1/34GK103013825SQ201210534339
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者梅从立, 廖志凌, 束栋鑫, 黄文涛, 周少青, 江辉 申请人:江苏大学