一种小型生化反应器在线糖浓度检测系统的制作方法
【专利摘要】本发明针对小型生化反应器取样速度慢，糖浓度在线检测有滞后的问题，设计一种在线糖浓度实时检测系统。系统主要由嵌入式模块、触摸屏、恒流泵、在线糖浓度分析仪以及离线糖浓度分析仪等组成，其中，触摸屏为人机接口，接受现场人员的设置和操作；嵌入式模块作为系统的控制单元，控制恒流泵的流速以及糖浓度分析仪的动作，采集在线糖分析仪的糖浓度检测值，对采集值进行在线校正，得到生化反应器内准确的糖浓度检测值，并能根据离线糖浓度分析仪的值对模型参数进行修正。该系统融合了离线分析仪和在线分析仪的信息，综合了离线检测准确而在线检测实时的优点，适合一些小型生化反应器的实时检测。
【专利说明】一种小型生化反应器在线糖浓度检测系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种糖浓度的在线检测系统，针对在线糖浓度检测仪在小型生化反应器应用中出现的检测滞后等问题，设计基于对检测值进行校正的在线糖浓度检测系统 。
【背景技术】
[0002]在生化反应中，糖浓度是影响生物质生长的重要因素，直接决定着产品的产量和质量，因此糖浓度的准确在线检测至关重要。目前，大部分生化过程往往采用离线取样分析的方法，费时费力，且采样周期大，无法实时反映生物质的耗糖量，适合粗放型的生化生产。在一些精细化生产中，一般配备先进的在线检测仪，但是由于在线检测仪的检测范围有限，以及在线仪器的分析机理，往往需要通过泵将样本溶液取出，然后经过稀释后才能检测。为保证检测实时性，对样本溶液的取出速度快速性有严格的要求，但是容易导致反应器溶液的大量损失或浪费。显然，对一个小型的生化反应器，样本溶液的取出速度必须很小，才能保证生化反应的正常进行。但是，慢速的取样又会导致检测仪器的当前检测溶液是生化反应器中一段时间以前的溶液，也就是检测值有较大的滞后，存在一定误差，给产品的控制与评估带来了困难。
[0003]本发明采用嵌入式模块、触摸屏、恒流泵、在线糖浓度分析仪以及离线糖浓度分析仪组成，其中，触摸屏为人机接口，接受现场人员的设置和操作；嵌入式模块作为系统的控制单元，控制恒流泵的流速以及糖浓度分析仪的动作，采集在线糖分析仪的糖浓度检测值，对采集值进行在线校正，得到生化反应器内准确的糖浓度检测值，并根据离线糖浓度分析仪的值对模型参数进行修正。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服专利(专利号:200910034515.2)中提到的糖浓度在线检测系统不能适应小型生化反应器的不足，采用嵌入式模块BL2100控制两台恒流泵取样稀释，并根据在线糖浓度分析仪的检测值，采用本发明的方法对检测值进行校正处理，得到准确的实时糖浓度值。
[0005]按照本发明提供的技术方案，所述小型生化反应器的在线糖浓度检测系统包括糖浓度分析仪YSI2700，所述恒流泵一台不断从小型生化反应器中取样，一台连接清水，然后导入混合容器中使样本得到稀释，糖浓度分析仪YSI对混合容器中的溶液进行检测，其中，两台恒流泵的流速根据稀释倍数计算。为了对检测值进行校正，间隔一段时间(2到3小时)，必须离线取样分析糖浓度，为参数的校正给出基准。提出的校正算法如下:
[0006]1、没有离线分析数据时，实时模型为
[-? = -?-! +
[0007]j bk = h(I)
[yk = ik + ? +
[0008]其中，k为采样时刻，yk为YSI2700实时检测数据，Xk为要估计的糖浓度值，bk为因为检测滞后产生的补偿值，Vk分别为状态误差和检测误差。估计的目的是根据(I)估计出xk。
[0009]2、有离线分析数据时，模型变为
【权利要求】
1.一种小型生化反应器在线糖浓度检测系统，其特征在于: 包括I个触摸屏，负责接受现场人员的设置和操作； 2个恒流泵，负责对反应液进行稀释； I个在线糖分析仪，负责糖浓度的在线检测； I个离线糖浓度分析仪，负责糖浓度的离线检测； I个嵌入式模块BL2100，作为系统的控制单元，控制恒流泵的流速以及糖浓度分析仪的动作，采集在线糖分析仪的糖浓度检测值，对采集值进行在线校正，得到生化反应器内准确的糖浓度检测值，并根据离线糖浓度分析仪的值对模型参数进行修正。；
2.根据权利要求1所述的一种小型生化反应器在线糖浓度检测系统，其特征在于滞后糖浓度检测值的校正方法。本发明针对小型生化反应器在线糖浓度检测存在滞后的问题，通过估计模型(I)以及参数校正模型(2)，充分利用离线和在线的糖浓度检测仪的检测值，对滞后值进行校正，得到实时准确的糖浓度值。
3.根据权利要求1所述的一种小型生化反应器在线糖浓度检测系统，其特征在于适合小型生化反应器在线糖浓度检测的控制系统，控制系统采用嵌入式模块和触摸屏的方式，一方面，结构紧凑，便于现场操作，另一方面，便于扩展，系统可以作为检测网络的一个节点，能够实现糖浓度的远程监控。。
4.根据权利要求1所述的一种小型生化反应器在线糖浓度检测系统，其特征在于配合控制系统和校正方法使用的管道系统。反应液取出滞后时间的多样性设置，恒流泵对反应液的稀释，以及离线和在线检测仪的信息融合估计等。
5.根据权利要求1所述的一种小型生化反应器在线糖浓度检测系统，其特征在于选用嵌入式模块BL2100，该模块还有丰富的数字量和模拟量的输入输出口，并具有多个RS232、RS485通信接口。
【文档编号】G01N1/38GK103528877SQ201310517829
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】赵忠盖, 徐俭, 李庆华, 刘飞, 石贵阳 申请人:江南大学