[發(fā)明專利]秸稈發(fā)酵過程特征波數(shù)軟儀表裝置及其構(gòu)造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210556555.5
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN103267740A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梅從立;廖志凌;江輝;束棟鑫;黃文濤
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于近紅外光譜的固態(tài)發(fā)酵過程參數(shù)軟儀表及其構(gòu)造方法，屬于固態(tài)發(fā)酵過程檢測技術(shù)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

隨著農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的發(fā)展，用生物技術(shù)特別是微生物發(fā)酵手段來處理秸稈，使其成為家畜飼料來源，不僅能促進(jìn)我國畜牧業(yè)的發(fā)展，而且也會改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)資源的充分利用，變廢為寶。?

固態(tài)發(fā)酵過程關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)的檢測一般都采用離線化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，且固態(tài)發(fā)酵過程中的環(huán)境溫度、物料含水量和pH值等關(guān)鍵參數(shù)均是在經(jīng)過多次試驗(yàn)嘗試后而確定出最佳發(fā)酵條件，然后靠人工經(jīng)驗(yàn)控制反應(yīng)器各個主要參數(shù)指標(biāo)。雖然化學(xué)檢測方法的結(jié)果客觀可信，但是有步驟煩瑣、檢測時(shí)間長、檢測費(fèi)用高等缺點(diǎn)，且離線測量給發(fā)酵工程的控制和優(yōu)化帶來了很多不便。因此，不利于實(shí)現(xiàn)對整個發(fā)酵過程狀態(tài)信息變量的優(yōu)化控制。?

近紅外光譜分析技術(shù)具有快速、無損、準(zhǔn)確，多組分同時(shí)檢測等優(yōu)點(diǎn)，是適合于實(shí)現(xiàn)在線分析和實(shí)時(shí)控制的成熟技術(shù)之一。但是近紅外光譜分析技術(shù)在固態(tài)發(fā)酵過程中的應(yīng)用，受到海量光譜數(shù)據(jù)的影響，尋找特征波數(shù)存在困難。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：為克服現(xiàn)有近紅外光譜的秸稈固態(tài)發(fā)酵過程自適應(yīng)軟儀表及其構(gòu)造方法中存在光譜特征波數(shù)選擇的難題，提供一種秸稈發(fā)酵過程特征波數(shù)軟儀表裝置及其構(gòu)造方法。?

本發(fā)明的目的是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的：?

（1）理化分析，對秸稈固態(tài)發(fā)酵過程樣本進(jìn)行定周期采樣，利用離線理化分析方法獲取發(fā)酵過程關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)的參考測量值，并建立數(shù)據(jù)庫；

（2）利用漫反射式近紅外光譜系統(tǒng)裝置來對這些樣本進(jìn)行近紅外光譜數(shù)據(jù)的采集，計(jì)算機(jī)對獲得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并利用方差波數(shù)選擇方法選擇特征波數(shù)；

?（3）將提取的特征波數(shù)對應(yīng)吸光度值與前面建立的數(shù)據(jù)庫中測定的關(guān)鍵參數(shù)值通過非線性統(tǒng)計(jì)學(xué)模型（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）建立方法進(jìn)行關(guān)聯(lián)，建立固態(tài)發(fā)酵過程關(guān)鍵參數(shù)軟儀表模型；

（4）對于待測發(fā)酵過程產(chǎn)物樣本，通過采集光譜數(shù)據(jù)和特征波數(shù)信息提取，利用該軟儀表模型來完成待測樣本關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測。

所述的近紅外光譜數(shù)據(jù)的采集，具體是將秸稈固態(tài)發(fā)酵過程產(chǎn)物樣本稱取40g左右放入樣品杯（光譜儀標(biāo)準(zhǔn)配件）中，并將其放在載物臺上；近紅外光譜儀通過Y型光纖與載物臺相連接，采集的光譜信號由Y型光纖傳入近紅外光譜儀，在由連接在計(jì)算機(jī)和光譜儀之間的數(shù)據(jù)線傳至計(jì)算機(jī)中。?

所述的軟儀表模型，即為近紅外光譜特征信號與定時(shí)取樣的秸稈固態(tài)發(fā)酵過程產(chǎn)物關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)學(xué)模型。模型建立的一般過程為：首先收集不同發(fā)酵批次不同發(fā)酵時(shí)間的過程產(chǎn)物樣本（一般大于80個），參考相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，通過離線理化分析方法測得秸稈固態(tài)過程產(chǎn)物關(guān)鍵參值，然后采集所有收集樣本的近紅外光譜并對其進(jìn)行預(yù)處理，再根據(jù)上述方差波數(shù)選取方法提取特征波數(shù)，并建立這些特征波數(shù)對應(yīng)吸光度與秸稈固態(tài)過程產(chǎn)物關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)的參考值間的統(tǒng)計(jì)學(xué)模型，運(yùn)用非線性回歸方法（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）建立秸稈固態(tài)過程產(chǎn)物關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)的軟測量模型。?

上述所述的近紅外光譜采集裝置，包括鹵素?zé)艄庠础型光纖探頭和光譜儀等，其中：?

???????鹵素?zé)艄庠矗涔馐怯蒠型光纖引出，并將其照射到定時(shí)采樣的秸稈固態(tài)發(fā)酵過程產(chǎn)物待測樣本的表面上；

???????Y型光纖探頭，用于采集定時(shí)采用的固態(tài)發(fā)酵過程產(chǎn)物樣本內(nèi)漫反射出來的光，并傳至光譜儀；

???????光譜儀，用于對接收的光譜信號進(jìn)行分析，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺缓笸ㄟ^A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后再由連接在光譜儀和計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)線傳入計(jì)算機(jī)。

本發(fā)明的有益效果是：?

???????通過采集發(fā)酵過程產(chǎn)物樣本的近紅外光譜數(shù)據(jù)，對獲取的原始光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并通過所提方差波數(shù)選取方法選取特征波數(shù)，再結(jié)合離線理化分析方法結(jié)果建立秸稈固態(tài)發(fā)酵過程關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)的非線性軟測量模型。待測樣本通過相應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)采集、原始光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理和特征信息提取，再利用已建立好的軟儀表模型來預(yù)測該樣本關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)的屬性值。

本發(fā)明與傳統(tǒng)方法相比，選取特征波數(shù)速度快，特征波數(shù)數(shù)目少，軟儀表模型精度高。?

附圖說明

圖1是本發(fā)明秸稈發(fā)酵過程特征波數(shù)軟儀表構(gòu)造方法技術(shù)方案的示意圖；?

圖2是本發(fā)明秸稈發(fā)酵過程特征波數(shù)軟儀表裝置的示意圖；

圖中：1、樣品杯；2、載物臺；3、Y型光纖；4、計(jì)算機(jī)；5、數(shù)據(jù)線；6、近紅外光譜儀。?

具體實(shí)施方式