基于光吸收的生物膜厚度在線測量光纖傳感器系統(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程中,會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,生物膜是微生物細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和繁殖,由細胞內(nèi)向外伸展的胞外多聚物使微生物細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廢氣的過程中,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,當廢氣的消耗速率達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”。文獻指出:當生物膜厚度處于活性厚度范圍內(nèi)時,廢氣的消耗速率隨生物膜厚度的增加而增加。實時測量生物膜厚度信息,并將該在線測量技術(shù)與控制構(gòu)成測控系統(tǒng),就能對生物膜厚度實施有效地控制,從而可提高生物滴濾塔有機廢氣的處理效率,具有廣闊的應用前景。
　　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)的生物膜厚度檢測方法。從Lambert-Beer定律可知,光的吸收系數(shù)生物膜厚度有對應關(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用意義的生物膜厚度聯(lián)系起來,并發(fā)現(xiàn)兩者有著一一對應的函數(shù)關(guān)系,通過測量反射光的電壓信號就可獲得對應生物膜厚度。
　　(2)在建立的測量方法的基礎上,設計了光纖生物膜厚度在線測量傳感器,并對傳感器的組成原理、光路理論和實現(xiàn)技術(shù)進行了分析,并開展了相關(guān)的實驗研

4、究。理論和實驗研究表明:采用這種方法來測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程中,有一部分光能量被生物膜反射到其它區(qū)域,而無法被光纖接收所致,故其存在一定誤差。
　　(3)針對部分反射光無法被接收對測量的影響,提出并采用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡建立了光纖生物膜厚度的預測模型。預測模型的仿真研究表明:徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡具有任意精度逼近函數(shù)的學習性能,在樣本個數(shù)較少的情況下,徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡具有很好的函數(shù)逼近能力,且其訓練所用