基于LPFG微生物燃料電池的溶解氧濃度測量.pdf

1、微生物燃料電池是一種新型清潔的能源裝置，它在產(chǎn)電的同時還能對廢水進行處理，近年來成為相關(guān)領(lǐng)域研究的熱點。雖然微生物燃料電池具有諸多優(yōu)點，但微生物燃料電池的產(chǎn)電功率低，影響微生物燃料電池產(chǎn)電性能最主要的非生物因素有溫度、pH值、溶解氧濃度以及底物濃度等。因此，準確、在線地監(jiān)測影響微生物燃料電池產(chǎn)電性能的非生物參數(shù)，對于優(yōu)化控制微生物燃料電池產(chǎn)電性能尤為重要。目前關(guān)于溶解氧濃度檢測的方法法存在費時、費力、耗氧、實時測定困難和受溫度影響等缺點

2、，無法有效地運用于微生物燃料電池內(nèi)溶解氧濃度的測量。因此，探索一種新型的用于微生物燃料電池內(nèi)溶解氧濃度準確在線測量的方法就顯得尤為重要。本文采用長周期光纖光柵（LPFG）和布拉格光纖光柵(FBG)相耦合的方式來實現(xiàn)對微生物燃料電池內(nèi)溶解氧濃度的準確測量，其中FBG主要響應(yīng)電池內(nèi)溫度變化信息，LPFG主要響應(yīng)電池內(nèi)部溫度和溶解氧濃度進變化信息。本文從以下幾個方面展開了研究：
　?。?）對基于塑料光纖的溶解氧濃度的測量進行了相關(guān)實驗研

3、究，探索光纖表面溶解氧敏感膜的制備方案和條件，來得到效果最佳的氧傳感器。
　　（2）利用溶膠-凝膠法制備將氧敏感膜固定在光纖上，通過光纖鍍膜前后的光譜特性變化及鍍膜的熒光光譜的變化趨勢與鄰啡咯啉釕（Ⅱ）的熒光光譜的變化趨勢一致，并對敏感膜進行了表征。
　?。?）利用所制作好的傳感器對不同溶解氧濃度進行測量。基于塑料光纖的氧傳感器，通過對熒光強度的測量來測量氧的濃度，靈敏度較高，說明敏感膜的性能良好。制出的良好敏感膜性能為基于

4、LPFG的氧傳感器奠定了基礎(chǔ)，可以通過對中心波長偏移情況來測量溶解氧濃度，擬合系數(shù)R2達到0.9564。
　?。?）為了提高LPFG溶解氧測量的準確度，設(shè)計并制作了FBG-LPFG組合式光纖氧傳感器來消除溫度的影響，得出：FBG、LPFG的中心波長偏移量與溫度之間呈一定的線性關(guān)系， FBG的溫度靈敏度為0.0063nm/℃， LPFG的溫度靈敏度為0.0588nm/℃；測量濃度時，LPFG的中心波長發(fā)生偏移，LPFG的折射率靈敏度

5、為-56.66nm/RIU，F(xiàn)BG的中心波長沒有發(fā)生偏移。說明FBG-LPFG組合式光纖氧傳感器可以同時測量濃度和溫度。
　?。?）把FBG-LPFG組合式光纖氧傳感器放在MFC中測量微生物燃料電池溶解氧濃度的變化，測得當溶解氧濃度為0.24mg/L時，輸出功率最大。
　　本文設(shè)計的兩種測量溶解氧濃度的方法都能有效的對其測量，但是用塑料光纖測量時，是在溫度恒定的情況下進行測量的。由于微生物燃料電池的溫度受到微生物的新陳代謝、