基于光吸收的生物膜厚度在線測(cè)量光纖傳感器系統(tǒng)研究.pdf

1、在工業(yè)廢氣處理中,生物滴濾塔法操作簡(jiǎn)單,處理效率高,是常用的生化廢氣處理方法。在生物滴濾塔法處理廢氣的過(guò)程中,會(huì)在填料表面形成由微生物聚集而成的膠狀生物膜。經(jīng)研究證實(shí),生物膜是微生物細(xì)胞在其生存條件滿足的情況下,在適宜的載體表面附著生長(zhǎng)和繁殖,由細(xì)胞內(nèi)向外伸展的胞外多聚物使微生物細(xì)胞形成纖維狀的纏結(jié)結(jié)構(gòu)。
　　在生物滴濾塔處理低濃度有機(jī)廢氣的過(guò)程中,生物滴濾塔內(nèi)作為微生物附著的載體的生物膜,將直接影響有機(jī)廢氣的處理效率,廢氣的去除

2、速率隨生物膜厚度的變化而變化。研究表明,當(dāng)廢氣的消耗速率達(dá)到最大值的生物膜厚度被稱為“活性厚度”,也稱為“臨界生物膜厚度”。文獻(xiàn)指出:當(dāng)生物膜厚度處于活性厚度范圍內(nèi)時(shí),廢氣的消耗速率隨生物膜厚度的增加而增加。實(shí)時(shí)測(cè)量生物膜厚度信息,并將該在線測(cè)量技術(shù)與控制構(gòu)成測(cè)控系統(tǒng),就能對(duì)生物膜厚度實(shí)施有效地控制,從而可提高生物滴濾塔有機(jī)廢氣的處理效率,具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文研究的主要內(nèi)容及研究成果如下:
　　(1)提出了一種基于

3、光纖反射能量衰減技術(shù)的生物膜厚度檢測(cè)方法。從Lambert-Beer定律可知,光的吸收系數(shù)生物膜厚度有對(duì)應(yīng)關(guān)系。本研究從這一物理現(xiàn)象和理論出發(fā),將接收到的光反射能量的大小與具有實(shí)用意義的生物膜厚度聯(lián)系起來(lái),并發(fā)現(xiàn)兩者有著一一對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系,通過(guò)測(cè)量反射光的電壓信號(hào)就可獲得對(duì)應(yīng)生物膜厚度。
　　(2)在建立的測(cè)量方法的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了光纖生物膜厚度在線測(cè)量傳感器,并對(duì)傳感器的組成原理、光路理論和實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行了分析,并開(kāi)展了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研

4、究。理論和實(shí)驗(yàn)研究表明:采用這種方法來(lái)測(cè)量生物膜厚度是可行的,但該傳感器中在入射光到出射光的光傳播過(guò)程中,有一部分光能量被生物膜反射到其它區(qū)域,而無(wú)法被光纖接收所致,故其存在一定誤差。
　　(3)針對(duì)部分反射光無(wú)法被接收對(duì)測(cè)量的影響,提出并采用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了光纖生物膜厚度的預(yù)測(cè)模型。預(yù)測(cè)模型的仿真研究表明:徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有任意精度逼近函數(shù)的學(xué)習(xí)性能,在樣本個(gè)數(shù)較少的情況下,徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很好的函數(shù)逼近能力,且其訓(xùn)練所用